Avsalting er en prosess der salt fjernes fra sjø eller brakkvann . Avsaltingsanlegg , også kjent som avsaltingsanlegg (se terminologinotat), er industrielle installasjoner beregnet på avsalting , vanligvis av havet eller saltsjøer, for å skaffe drikkevann . Sjøvann har oppløste mineralsalter . _ På grunn av tilstedeværelsen av disse saltene er sjøvannet brakk og ikke drikkelig for mennesker, og inntak av det i store mengder kan føre til døden. 97,5 % av vannet som finnes på planeten vår er salt og bare mindre enn 1 % er egnet til konsum. Å oppnå rensing av sjøvann er en av de mulige løsningene på mangelen på drikkevann. Gjennom avsalting av sjøvann oppnås ferskvann egnet for forsyning og vanning. Sjøvannsavsaltingsanlegg har produsert drikkevann i mange år, men prosessen var svært kostbar og inntil relativt nylig har de kun blitt brukt under ekstreme forhold. For tiden er det en produksjon på mer enn 99 millioner kubikkmeter per dag avsaltet vann over hele verden, noe som betyr forsyning av mer enn 100 millioner mennesker.
Avsaltningsanlegg har også ulemper. I saltutvinningsprosessen produseres det saltholdige rester og forurensende stoffer som kan skade flora og fauna. I tillegg representerer de en høy kostnad ved strømforbruk. For å unngå dette gjennomføres det for tiden studier for å bygge mer konkurransedyktige, mindre forurensende avsaltingsanlegg som bruker fornybare energikilder. [ 1 ]
DRAE definerer avsalting som et mer presist begrep enn avsalting , siden avsalting er definert mer generisk, som prosessen med å fjerne salt fra ethvert produkt, ikke bare saltvann. [ 2 ] Imidlertid ser avsalting ut til å være ganske vanlig i Spania. Avsalting — og ikke avsalting — er en del av navnet til den spanske foreningen for avsalting og gjenbruk. Begrepet har også blitt brukt i National Autonomous University of Mexico. [ 3 ] Avsalting , i tillegg til å være et mer presist begrep, er mye brukt i Sør-Amerika og blant det spansktalende tekniske miljøet globalt.
Følgende metoder kan brukes: [ 4 ] : 10–546
Denne metoden fordamper sjøvann ved å påføre en varmekilde og deretter kondensere det. Gjenta operasjonen flere ganger, og tilføy i noen tilfeller elementer til prosessen som hjelper til med å fange opp noe stoff som finnes i det urene vannet du vil trekke ut. Varmekilden påføres i hver av fasene. [ 4 ] : 10–548
Multi-effekt destillasjon (MED)Denne metoden ligner den forrige, men den primære varmekilden brukes bare på det første trinnet. For neste trinn brukes varmen fra dampen som ble generert i forrige trinn.
Mekanisk dampkompresjon (MVR)Det er en energigjenvinningsprosess der energi tilføres lavtrykksdamp (vanligvis vanndamp) ved å komprimere den. Resultatet er et mindre volum av damp ved høyere temperatur og trykk, som kan brukes til å gjøre nyttig arbeid. Vanligvis kan komprimert damp brukes til å varme opp moderluten for å produsere lavtrykksdamp.
SoldestillasjonDenne metoden bruker et lukket rom som er utsatt for sollys, hvor vannet fordamper og deretter kondenserer ved kontakt med den kaldeste overflaten som skiller det fra utsiden. Dråpene bæres ned en skråning til de møtes ved en plassmargin. Produksjonen er 1-4 l/dag/m². [ 4 ] : 10–548
Omvendt osmose (RO) er en prosess der ferskvann hentes fra saltvann. Naturlig osmose er et fenomen at hvis det er en semipermeabel membran som skiller to løsninger med samme løsningsmiddel, passerer løsningsmidlet gjennom det, men ikke de oppløste saltene, fra den siden hvor konsentrasjonen av salter er lavere mot den høyeste, til på begge sider av membranen har løsningene samme konsentrasjon. Denne prosessen utføres uten bidrag fra ekstern energi, og genereres av det som kalles osmotisk trykk .
Omvendt osmose består i å få løsningsmidlet (i dette tilfellet vann) til å passere gjennom den semipermeable membranen fra den siden der den mest konsentrerte løsningen er (sjøvann, med oppløste salter), til motsatt side, uten at saltene går gjennom. I dette tilfellet kreves det energi, i form av trykk, som vil være litt høyere enn det osmotiske trykket som vil få løsemidlet med lav konsentrasjon til å passere mot siden med høy konsentrasjon. Trykket som kreves for å oppnå omvendt osmose avhenger av mengden oppløste salter og graden av avsalting som skal oppnås. Bruk av energi i prosessen resulterer i en økning i entropi .
Havet er en praktisk talt ubegrenset kilde til saltvann. Et omvendt osmoseanlegg trenger å behandle et volum sjøvann som er opptil tre ganger større enn den totale mengden avsaltet vann som til slutt vil bli oppnådd. Derfor må utformingen av brønnene eller nedslagssystemet vurdere denne faktoren for sin kapasitet.
Bruken av et grafenark med 1,8 nm porer for å erstatte membraner i omvendt osmoseprosessen for vannavsalting er under utredning ( TRL2 ). I følge dagens forskning ville man oppnå mye høyere effektivitet enn med dagens membraner, og lavere energibehov ville være nødvendig. I dagens tilstand er ulempen kostnadene for grafenmembraner, men det er forventet at disse kostnadene i fremtiden kan reduseres. [ 5 ]
ProduksjonsprosessVanligvis brukes en stor tank eller et basseng som er fylt av tyngdekraften ved havnivå, etter grovfiltrering. Vannet fra dammen transporteres med fôrpumper til avsaltingsanlegget. Et tilskudd av kjemiske produkter kommer til innløpet til fôrpumpene ved hjelp av målepumper. Dette forbereder vannet til å passere fire typer filtre som holder på partikler større enn fire mikron . Hovedtrinnet i vannproduksjonen er separasjonen av H 2 O fra blandingen av salter og mineraler som finnes i sjøvann. Dette trinnet utføres i omvendt osmosestadiet, og sikrer at saltene ikke krysser membranene til RO-modulene. Tidligere må ikke kiselalger og mikroalgepartikler nå membranene og for dette er det tre tidligere sandfiltreringstrinn før siste mikrofiltreringstrinn ved bruk av syntetiske fiberpatroner. Suksess ved filtrering avhenger også av riktig introduksjon av koagulanter . I henhold til filtreringskvaliteten genereres membranskiftesyklusen mellom 2 og 5 år. Kjemiske dispergeringsmidler introdusert før mikrofiltrering forhindrer mineralutfelling i membranene.
Siden alle aspekter av prosessen er automatisert, er det operatørens jobb å overvåke og vedlikeholde.
Høytrykksregulering og energigjenvinningDen avviste saltlaken utgjør 55 % av råvannet (selv om det avhenger av avsaltingsteknologien som brukes). Mens 45 % av det oppnådde vannet går ved atmosfærisk trykk, må det sikres et regulert mottrykk i rejektstrømmen. Denne rejektstrømmen inneholder alltid noe sånt som 55 % (100 % - % oppnådd) av trykkenergien som leveres av pumpene, og det er svært ønskelig å gjenvinne denne energien for høyere ytelse. Noe av den utvunnede energien kan gå tilbake til samme avsaltings- og gjenvinningssyklus mer enn én gang.
Mens anlegget er i produksjonsmodus styres utløpstrykket av en reguleringsventil . 'Pressure Exchanger'-omformere brukes og med dem i trykkvekslingen kan opptil 95 % av energien til rejektstrømmen gjenvinnes direkte ved hjelp av pumping ved hjelp av positiv fortrengning. Den energigjenvinningspumpen øker strømmen av mer råvann til innløpet av membranene. Anlegget bruker "trykkveksler"-enheter nær hver gruppe av omvendt osmose-elementrør.
Produsert vannkvalitet Se også: VannkvalitetDet osmotiserte vannet eller permeatet til omvendt osmosemodulene må kondisjoneres for å møte visse høykvalitetsegenskaper, siden vannet som produseres har en sur pH og et lavt innhold av karbonater , noe som gjør det til et svært korrosivt produkt . Dette krever forberedelse før distribusjon og forbruk. pH justeres med kalsiumkarbonat til en verdi på 7,7. I tillegg, hvis det kreves av kommunale forskrifter for bruk av drikkevann , tilsettes også natriumfluorid og hypokloritt .
Spania er det femte landet i antall avsaltingsanlegg i verden med totalt 900 anlegg som har en kapasitet på 1,45 millioner kubikkmeter per dag. [ 6 ]
På grunn av sin funksjon må avsaltingsanlegg installeres nær en vannkilde, nærmere bestemt havet. De er dedikert til å avsalte sjøvann, i en avstand på mellom noen få titalls meter til 3 kilometer. Jo lenger unna kysten, desto større er trykket som trengs for å fange opp vannet, og derfor vil energiforbruket bli høyere, noe som vil gjøre hele prosessen dyrere.
Det første avsaltningsanlegget i Spania ble bygget i 1965 på Lanzarote med fordampningsteknologi, gjennom solenergi, som knapt brukes i dag, og er erstattet av omvendt osmose. Det første avsaltningsanlegget i Spania med omvendt osmose ble bygget i Las Palmas de Gran Canaria i 1971 . [ referanse nødvendig ] Det administreres for tiden av Emalsa . Blant de nyeste konstruksjonene, skiller den seg ut i El Prat de Llobregat i den svært befolkede storbyregionen Barcelona , påvirket av periodiske tørker og med relativt forurenset overflatevann fra Llobregat - bassenget .
Avsalting av sjøvann er i ferd med å bli uunngåelig for den økende etterspørselen etter ferskvann. Imidlertid er avsalting en energikrevende prosess som har negativ innvirkning på miljøet. Utslipp av avfall fra avsaltingsprosesser anses som en stor utfordring. Miljøproblemer kan samles i følgende punkter: [ 7 ]
Marine økosystemerUtslipp av konsentrert saltlake gjør livet vanskelig for marine økosystemer. Marint liv påvirkes også av inntak av sjøvann til avsaltingsanlegget. Når store mengder vann trekkes ut av havet, blir marine organismer og alger sugd inn i inntaket, noe som forårsaker forstyrrelse av økosystemet.
ForurensningKonsentrert saltlake er ikke bare konsentrert i salt, men inneholder også kjemikalier som for- og etterbehandling antiavleiringsmidler. I tillegg kommer saltlaken som slippes ut fra termiske destillasjonsanlegg ut ved en relativt høy temperatur som betyr termisk forurensning som påvirker livet i havet på en slik måte at bare noen marine planter eller dyr tåler den høye temperaturen nær utløpet av plantene. planter.
EnergiHøyt energiforbruk regnes som den mest innflytelsesrike faktoren som hemmer veksten av avsalting av sjøvann. For tiden er de fleste avsaltingsprosesser drevet av energi hentet fra fossilt brensel, noe som resulterer i gassutslipp som forurenser miljøet. Når det gjelder solbaserte avsaltingsprosesser, anses det som en lovende metode for å lindre miljøpåvirkningen av vannavsalting og også gi en bærekraftig drikkevannskilde.
SaltMange metoder brukes i dag for deponering av saltlake. Saltlaken kan slippes ut i havet eller elven, i soldammer eller injiseres i dype saltholdige akviferer. Utslipp til sjø eller hav er den billigste metoden. Når saltlake slippes ut i havet, har den en tendens til å synke til bunnen. Vanligvis fortynnes saltlakeutslippet med sjøvann for å redusere saltholdigheten før det slippes ut i havet. Saltlaken slippes dypt ut i sjøvann som normalt har sterk strøm. Dette reduserer saltlakens skadelige effekter på livet i havet. Saltvannsutslipp til en soldam eller injeksjon i en dyp saltvannsakvifer er en dyrere metode. Disse soldammene og saltvannsakviferene er ofte plassert langt fra avsaltingsanlegget, og krever en lang rørledning for å transportere dem. Denne metoden har ulemper ved at den kan øke saltet i jorda og øke saltholdigheten i grunnvannet dersom lineær under soldammen ikke brukes. Bruk av en soldam for avhending av saltvann medfører risiko for forurensing av grunnvann.
Historien om avsalting går årtusener tilbake. Den antikke greske filosofen Aristoteles (384-322 f.Kr. ) beskrev allerede i sitt verk Metrology [ 8 ] at "saltvann, når det blir til damp, blir søtt og damp danner ikke saltvann igjen når det kondenserer". " legger grunnlaget. for termisk avsalting. I dette samme arbeidet beskrev han også at "et fint vokskar vil inneholde drikkevann etter å ha vært nedsenket i tilstrekkelig tid i sjøvann , og dette har fungert som et filter for saltene" og legger dermed grunnlaget for membranbasert avsalting . Med utgangspunkt i Aristoteles sine observasjoner foreslo Leonardo da Vinci på 1400-tallet å tilpasse en alembikk til en vedovn for å «produsere store mengder drikkevann fra sjøvann til svært liten kostnad» [ 9 ] .
På 1600-tallet dukket de første patentene for termiske avsaltingsanordninger opp. William Walcot foreslo et patent i 1675 [ 10 ] på «kunsten å gjøre korrupt vann egnet til bruk og sjøvann søtt og friskt i store mengder ved svært billige og enkle metoder». Noen år senere, i 1683 [ 11 ] , patenterte Robert Fitzgerald (nevø av Robert Boyle ) en lignende oppfinnelse som forårsaket rettstvister mellom dem: "en måte å omdanne salt eller brakkvann til ferskvann, egnet for drikking, koking, hvitvasking eller annen vanlig bruk ved hjelp av en bestemt enhet eller enheter som ikke tidligere er brukt i våre domener». Ingen av de to patentene ble brukt på grunn av tekniske problemer i deres storskala utvidelse [ 12 ] .
Den første oppfinnelsen med anvendelse i stor skala dateres tilbake til 1852, da Alphonse René Le Mire de Normandy la inn patent på «produksjon av ferskvann fra sjøvann» [ 13 ] . Takket være den nylige populariseringen av dampdrevne skip , ble De Normandys oppfinnelse en kommersiell suksess som førte til at han solgte mer enn to tusen av oppfinnelsene sine og fant et selskap til å produsere dem [ 13 ] . De Normandys enhet kan også betraktes som den første som ble brukt med suksess på land i stor skala. I 1861 ble tre av hans avsaltningsapparater brukt av United States Union Army i flere måneder i Key West ( Florida ) hvor de ga mer enn 1000 L drikkevann per dag [ 13 ] .
Det første moderne avsaltingsanlegget ble bygget i 1961 av Dow Chemical Company i Freeport , Texas [ 14 ] [ 15 ] . Anlegget var basert på et multi -effekt destillasjonssystem med 17 effekter (trinn) integrert energisk med et enkelt varmeinngangspunkt. Produksjonskapasiteten var 3 800 m3 / dag (1 MGD) drikkevann fra nærliggende sjøvann. Tilstedeværelsen av avsaltingsanlegget i Freeport økte betraktelig sikkerheten for tilgang til vann for lokalbefolkningen og industrien [ 14 ] .
Det første avsaltingsanlegget basert på omvendt osmose -prosessen ble bygget i 1965 i Coalinga , California . Det var et pilotanlegg med kapasitet til å produsere 19 m3 / dag med drikkevann fra brakkvannet tilgjengelig i lokale brønner ( saltholdighet 2500 mg/L) og brukte primitive celluloseacetatmembraner utviklet av Sidney Loeb ved University of California i Los Angeles (UCLA) [ 16 ] . Målet med pilotanlegget var å sjekke om det var mulig å unngå forbruk av ferskvann transportert med tog eller lastebil fra andre steder [ 17 ] . Den primitive avsaltingen som var tilgjengelig på den tiden ble til slutt forkastet på grunn av den høye kostnaden, og det ble bygget en kanal for å transportere ferskvannet kontinuerlig til byen [ 17 ] .
Den siste store milepælen i avsaltingshistorien er byggingen av det første sjøvannsavsaltingsanlegget basert på omvendt osmoseteknologi . Anlegget ble bygget i Jeddah ( Saudi-Arabia ) i 1976 og brukte vann fra Rødehavet ( saltholdighet 40 000 mg/L) for å produsere 12 000 m3 / dag med drikkevann [ 18 ] . De semipermeable membranene som ble brukt på anlegget var mye mer sofistikerte enn den som ble brukt på Coalinga og var basert på et komposittmateriale laget av et tynt lag av spiralviklet polyamid , veldig lik de som brukes i dag. Membranene tillot den å jobbe mellom 60 og 70 bar trykk (avhengig av graden av begroing ) med en gjennomsnittlig gjenvinning på 30 % i drikkevann [ 18 ] .