La dessalinització és la producció d'aigua dolça mitjançant la dessalinització d'aigua de mar. És una tecnologia incremental de codi obert per a la utilització dels recursos hídrics. Pot augmentar la quantitat total d'aigua dolça i no es veu afectada pel temps, l'espai i el clima. Pot garantir un subministrament d'aigua estable per a l'aigua potable per als residents costaners i la reposició d'aigua per a calderes industrials.
El procés d'obtenció d'aigua dolça a partir de l'aigua de mar s'anomena dessalinització. Els mètodes de dessalinització utilitzats inclouen la congelació d'aigua de mar, l'electrodiàlisi, la destil·lació, l'osmosi inversa i l'intercanvi d'ions de carbonat d'amoni. L'aplicació de membrana d'osmosi inversa i destil·lació és la corrent principal al mercat.
Més de 100 institucions de recerca científica de més d'una dotzena de països del món estan duent a terme investigacions sobre dessalinització, i hi ha centenars d'instal·lacions dessalinitzadores amb diferents estructures i capacitats en funcionament. Una moderna planta dessalinitzadora a gran escala pot produir milers, desenes de milers o fins i tot gairebé un milió de tones d'aigua dolça cada dia. El cost de l'aigua està en constant reducció, i alguns països l'han reduït a un preu similar al de l'aigua de l'aixeta. La quantitat d'aigua dessalada en algunes zones ha arribat a l'escala de subministrament d'aigua de països i ciutats.
Mètodes comuns
Hi ha més de 20 tecnologies de dessalinització d'aigua de mar al món, incloses osmosi inversa, evaporació ràpida de baix efecte, multietapa, electrodiàlisi, destil·lació de vapor, evaporació del punt de rosada, cogeneració hidroelèctrica, cogeneració de membrana tèrmica i tecnologia de dessalinització d'aigua de mar amb energia nuclear. , energia solar, energia eòlica, energia mareomotriu, etc., així com múltiples processos de pretractament i posttractament com microfiltració, ultrafiltració i nanofiltració.
Des d'un ampli punt de vista de classificació, es divideix principalment en dues categories: destil·lació (mètode tèrmic) i mètode de membrana. Entre ells, la destil·lació de múltiples efectes, l'evaporació flash multietapa i el mètode de membrana d'osmosi inversa són les tecnologies principals del món. En termes generals, el baix multiefecte té els avantatges de l'estalvi d'energia, els baixos requisits de pretractament d'aigua de mar i l'alta qualitat de l'aigua dessalada; El mètode de membrana d'osmosi inversa té els avantatges d'una baixa inversió i un baix consum d'energia, però uns requisits elevats de pretractament d'aigua de mar; El mètode d'evaporació de flaix multietapa té els avantatges d'una tecnologia madura, un funcionament fiable i una gran sortida del dispositiu, però un alt consum d'energia. En general, es creu que la destil·lació de múltiples efectes i el mètode de membrana d'osmosi inversa són la direcció futura. S'estima que durant el període del 12è Pla quinquennal, la dessalinització d'aigua de mar del meu país arribarà entre 1,5 i 2 milions de tones per dia, que és tres o quatre vegades la capacitat de producció actual, i l'escala d'inversió arribarà a uns 20.000 milions de iuans.
Principi del mètode de dessalinització d'aigua de mar congelada: El punt triple de l'aigua de mar és un punt especial on les tres fases de vapor d'aigua de mar, líquid i sòlid coexisteixen i aconsegueixen l'equilibri. Si la pressió o la temperatura es desvia del punt triple, l'equilibri es destrueix i les tres fases tendiran automàticament a una o dues fases. El mètode de congelació al buit de dessalinització d'aigua de mar és un mètode de dessalació de baix cost que utilitza el principi de punt triple de l'aigua de mar, utilitza l'aigua com a refrigerant, fa que l'aigua de mar s'evapori i es congeli al mateix temps, i després separa i renta els cristalls de gel per obtenir-los dessalats. aigua. En comparació amb la destil·lació i la dessalinització de membrana, la dessalinització d'aigua de mar congelada té un baix consum d'energia, corrosió lleugera i escala, tractament previ senzill, inversió en equips petits i pot manejar aigua de mar amb un alt contingut de sal. És un mètode ideal de dessalinització d'aigua de mar.
Mètode de congelació
Mètode de congelació, és a dir, congelar aigua de mar per congelar-la, i la sal es separa mentre l'aigua de mar líquida es converteix en gel sòlid. Tant el mètode de congelació com el de destil·lació tenen inconvenients difícils de superar. El mètode de destil·lació consumeix molta energia i produeix molta escala a l'instrument, però l'aigua dolça obtinguda no és molta; el mètode de congelació també consumeix molta energia, però l'aigua dolça obtinguda té mal gust i és difícil d'utilitzar.
Prerefrigeració del procés de dessalinització d'aigua de mar congelada Després de la desgasificació, l'aigua de mar pot intercanviar calor amb la salmorra concentrada i l'aigua dessalada descarregada del cristal·litzador d'evaporació, i prerefrigerar-se a prop del punt de congelació de l'aigua de mar. Desgasificació del procés de dessalinització d'aigua de mar congelada Perquè els gasos no condensables dissolts a l'aigua de mar s'alliberaran gairebé completament en condicions de baixa pressió i no es condensaran al condensador. Això augmentarà la pressió del sistema, fent que la pressió del cristal·litzador d'evaporació sigui superior a la pressió del punt de dues fases, destruint l'operació. Òbviament, el mètode de desgasificació per descompressió és adequat per a aquest sistema.
Mètode de destil·lació
La dessalinització és el principal factor que afecta l'evaporació i la velocitat de congelació de l'aigua de mar.
L'aigua gelada i salada en el procés de dessalinització d'aigua de mar és un sistema sòlid-líquid. Els mètodes de separació habituals poden separar l'aigua gelada i salada, però els diferents mètodes de separació donaran lloc a diferents continguts de sal en els cristalls de gel obtinguts. Els resultats experimentals mostren que el contingut de sal dels cristalls de gel obtinguts pel mètode de filtració al buit és molt inferior al dels cristalls de gel obtinguts pel mètode de filtració a pressió normal.
Condensació de vapor en el procés de dessalinització En el cristal·litzador d'evaporació, a més de la precipitació de cristalls de gel de l'aigua de mar, també es produirà una gran quantitat de vapor. Aquest vapor s'ha d'eliminar a temps perquè l'aigua de mar s'evapori i es congeli contínuament.
Osmosi inversa
Conegut comunament com a ultrafiltració, és un mètode de dessalinització per separació de membrana que només es va adoptar l'any 1953. Aquest mètode utilitza una membrana semipermeable que només permet que els dissolvents passin però no els soluts per separar l'aigua de mar de l'aigua dolça. En circumstàncies normals, l'aigua dolça es difon a través de la membrana semipermeable cap al costat de l'aigua de mar, augmentant així gradualment el nivell del líquid al costat de l'aigua de mar fins que s'atura a una certa alçada. Aquest procés s'anomena osmosi. En aquest moment, la pressió estàtica de la columna d'aigua al costat de l'aigua de mar s'anomena pressió osmòtica.
Si s'aplica una pressió externa superior a la pressió osmòtica de l'aigua de mar al costat de l'aigua de mar, l'aigua pura de l'aigua de mar invertirà l'osmosi a l'aigua dolça. El major avantatge de l'osmosi inversa és l'estalvi d'energia. El seu consum d'energia és només 1/2 del de l'electrodiàlisi i 1/40 del de la destil·lació. Per tant, des de 1974, països desenvolupats com els Estats Units i el Japó han canviat successivament el seu enfocament de desenvolupament cap a l'osmosi inversa.
La tecnologia de dessalinització d'aigua de mar d'osmosi inversa s'ha desenvolupat ràpidament i el cost del projecte i el cost d'operació han continuat disminuint. Les principals tendències de desenvolupament són reduir la pressió de funcionament de les membranes d'osmosi inversa, millorar la taxa de recuperació dels sistemes d'osmosi inversa, tecnologia de pretractament barata i eficient i millorar la capacitat anticontaminació del sistema.
Mètode de l'energia solar
Els humans van utilitzar l'energia solar per dessalar l'aigua de mar en els primers dies, utilitzant principalment l'energia solar per a la destil·lació, de manera que els primers dispositius de dessalinització solar es van anomenar generalment destil·lador solar. Un exemple de sistema de destil·lació solar passiu és el destil·lador solar de disc, que s'ha utilitzat durant gairebé 150 anys. A causa de la seva estructura senzilla i l'adquisició de material convenient, encara s'utilitza àmpliament.
La investigació sobre destil·ladors solars de disc se centra principalment en la selecció de materials, la millora de diverses propietats tèrmiques i el seu ús conjuntament amb diversos col·lectors solars. En comparació amb les fonts d'energia i fonts de calor tradicionals, l'energia solar té els avantatges de la seguretat i la protecció del medi ambient. La combinació de la recollida d'energia solar amb el procés de dessalinització és una tecnologia de dessalinització sostenible.
La tecnologia de dessalinització solar ha atret l'atenció de la gent a poc a poc a causa dels seus avantatges de no consumir energia convencional, sense contaminació i alta puresa de l'aigua dolça. El mètode de destil·lació solar utilitza un destil·lador solar simple. El destil·lador consta d'un dipòsit d'aigua amb un forat flotant de nucli de feltre porós negre al dipòsit d'aigua. La part superior del dipòsit està coberta amb una coberta de vidre transparent i segellada per les vores. La llum solar travessa la coberta transparent i es projecta sobre el fons negre aïllat del dipòsit, on es converteix en energia tèrmica. Per tant, la temperatura de la superfície de l'aigua al nucli de plàstic és sempre superior a la temperatura a la part inferior de la capa de coberta transparent. L'aigua s'evapora del nucli de feltre i el vapor es difon a la capa de coberta per refredar-se en líquid i es descarrega al dipòsit de destil·lació opac.
Destil·lació a baixa temperatura
La tecnologia de dessalinització d'aigua de mar multiefecte a baixa temperatura es refereix a la tecnologia de dessalinització de destil·lació amb la temperatura d'evaporació més alta de la salmorra per sota dels 70 graus. Les seves característiques són que una sèrie d'evaporadors de pel·lícula de caiguda de tubs horitzontals estan connectats en sèrie, s'introdueix una certa quantitat de vapor al primer efecte i la temperatura d'evaporació del següent efecte és inferior a la de l'efecte anterior. Després, mitjançant múltiples evaporacions i condensacions, s'obté un procés de dessalinització d'aigua destil·lada amb múltiples vegades la quantitat de vapor.
L'evaporació multiefecte consisteix a evaporar l'aigua de mar escalfada en múltiples evaporadors en sèrie, i el vapor evaporat de l'evaporador anterior s'utilitza com a font de calor del següent evaporador i es condensa en aigua dolça. Entre ells, la destil·lació multiefecte a baixa temperatura és un dels mètodes de destil·lació que més estalvien energia. A causa del factor d'estalvi d'energia, la tecnologia de destil·lació de múltiples efectes a baixa temperatura s'ha desenvolupat ràpidament, l'escala del dispositiu s'ha anat expandint i el cost ha anat disminuint. La principal tendència de desenvolupament és augmentar la temperatura del primer efecte i la capacitat de fabricació d'aigua del dispositiu; utilitzar materials barats per reduir els costos d'enginyeria, augmentar les temperatures de funcionament i millorar l'eficiència de la transferència de calor. Un equip de dessalinització d'aigua de mar de destil·lació de múltiples efectes a baixa temperatura inclou un sistema de subministrament de vapor, un sistema de distribució d'aigua, un evaporador, un dipòsit d'aigua dolça i un dipòsit d'aigua concentrada, on l'entrada de vapor brut del sistema de subministrament de vapor es col·loca a l'intermedi. efecte evaporador. El mètode de treball és el següent: (1) el sistema de distribució d'aigua ruixa aigua de mar; (2) s'introdueix vapor brut al tub d'evaporació de l'evaporador d'efecte intermedi; (3) el vapor es condensa al tub d'evaporació i transfereix calor, i l'exterior del tub d'evaporació absorbeix calor per produir l'evaporació; (4) el vapor nou es transporta als tubs d'evaporació dels dos costats. L'exterior del tub absorbeix calor i produeix evaporació; (6) cada evaporador d'efecte repeteix el procés d'evaporació i condensació; (7) l'aigua destil·lada entra al dipòsit d'aigua dolça; (8) la salmorra concentrada entra al dipòsit d'aigua concentrada.
Evaporació flash multietapa
L'evaporació flash es refereix al fenomen que una part de l'aigua de mar a una temperatura determinada s'evapora ràpidament sota la condició d'una disminució sobtada de la pressió. La dessalinització d'aigua de mar per evaporació flash en diverses etapes consisteix a evaporar l'aigua de mar escalfada en múltiples cambres de flaix amb pressions que disminueixen gradualment al seu torn i condensar el vapor per obtenir aigua dolça. El dispositiu global de dessalinització d'aigua de mar encara té la major producció i la tecnologia més madura, alta seguretat operativa i flexibilitat amb el mètode d'evaporació flash multietapa. Es construeix principalment conjuntament amb centrals tèrmiques i és adequat per a dispositius dessalinitzadors grans i supergrans. S'utilitza principalment als països del Golf. La tecnologia d'evaporació flash multietapa és madura i fiable en el seu funcionament. La principal tendència de desenvolupament és millorar la capacitat de producció d'aigua d'una sola unitat del dispositiu, reduir el consum d'energia de la unitat i millorar l'eficiència de la transferència de calor.
Mètode d'electrodiàlisi
La clau tècnica d'aquest mètode és el desenvolupament d'una nova membrana d'intercanvi iònic. La membrana d'intercanvi iònic és una membrana funcional amb un gruix de {{0}}.5-1,0 mm, que es divideix en membrana d'intercanvi d'ions positiu (membrana catiònica) i membrana d'intercanvi iònic negatiu (membrana anònica). segons la seva permeabilitat selectiva. L'electrodiàlisi consisteix a disposar alternativament la membrana catiònica permeable selectivament i la membrana anònica per formar múltiples compartiments independents on es dessalinitza l'aigua de mar, mentre que els compartiments adjacents es concentren i se separen l'aigua dolça i l'aigua concentrada. L'electrodiàlisi no només pot dessalar l'aigua de mar, sinó que també es pot utilitzar com a mitjà de tractament de la qualitat de l'aigua per contribuir a la reutilització de les aigües residuals. A més, aquest mètode també s'utilitza cada cop més en la concentració, separació i purificació d'indústries química, farmacèutica, alimentària i altres.
Destil·lació al vapor
El mètode de destil·lació és un mètode per escalfar aigua de mar per bullir-la i vaporitzar-la, i després condensar el vapor en aigua dolça. El mètode de destil·lació de la tecnologia de dessalinització d'aigua de mar és la primera tecnologia de dessalinització posada en aplicació industrial. Es caracteritza per ser aplicable fins i tot en ambients d'aigua de mar molt contaminats i biològicament actius, i l'aigua produïda és d'alta puresa. En comparació amb la tecnologia de dessalinització d'aigua de mar de membrana, el mètode de destil·lació té els avantatges de poder utilitzar calor de baix grau de les centrals elèctriques i altres fàbriques, amb requisits baixos per a la qualitat de l'aigua de mar crua i tenir una gran capacitat de producció del dispositiu. És una de les tecnologies principals per a la dessalinització d'aigua de mar actualment.
Evaporació del punt de rosada
La tecnologia de dessalinització per evaporació del punt de rosada és un nou mètode per a la dessalinització d'aigua salobre i aigua de mar. Es basa en el principi d'humidificació i deshumidificació del gas portador, alhora que recupera la calor de condensació i deshumidificació, i l'eficiència de la transferència de calor es controla mitjançant la transferència de calor al costat del gas mixt. La tecnologia de dessalinització per evaporació del punt de rosada utilitza l'aire com a portador i produeix aigua dolça humidificant-la i deshumidificant-la amb aigua de mar o aigua salobre, i combina el procés de deshumidificació amb el procés d'humidificació mitjançant la transferència de calor, de manera que la calor latent de condensació es transfereix directament. a la cambra d'evaporació, proporcionant la calor latent de vaporització per a l'evaporació de l'aigua salada, per tal de millorar l'eficiència tèrmica del procés. Es van establir dos equips de dessalinització per evaporació del punt de rosada acoblats per humidificació/deshumidificació amb àrees efectives de transferència de calor de 9,6 m2 i 2,75 m2. Es van establir els equips experimentals corresponents i el sistema informàtic d'adquisició de dades. El procés bàsic i l'experiment de correlació de paràmetres de la dessalinització per evaporació del punt de rosada i l'experiment de transferència de calor millorada/desalinització de transferència de massa es van completar amb èxit.
Congelació al buit
El procés de desalinització d'aigua de mar per congelació al buit inclou desgasificació, prerefrigeració, cristal·lització per evaporació, rentat de cristalls de gel, condensació de vapor i altres passos. Els productes d'aigua de mar dessalada poden complir els estàndards nacionals d'aigua potable i són un mètode ideal de dessalinització d'aigua de mar.
Nou mètode d'adsorció-Adsorció osmòtica no pressuritzada
La dessalinització osmòtica d'adsorció no pressuritzada, o "osmosi directa", permet que l'aigua passi a través d'una membrana porosa en una solució o sòlid amb un súper absorbent. La concentració de sal és fins i tot superior a la de l'aigua de mar, però les sals especials de la solució s'evaporen fàcilment. Es divideix en sal sòlida i sal líquida. La desorció de sal sòlida consumeix menys energia.
Els altres dos mètodes tenen innovacions i millores en l'estructura de la pel·lícula:
La pel·lícula de nanotubs de carboni és una pel·lícula amb petits forats fets de nanotubs de carboni i una altra pel·lícula per a la penetració.
La membrana proteica és una pel·lícula amb porus fets de proteïnes que guien les molècules d'aigua a través de la membrana cel·lular de les cèl·lules vives.
