Quina és l'última direcció de desenvolupament de la dessalinització d'aigua de mar?

Una tendència recent destinada a reduir el cost de producció d'aigua dolça és l'ús de sistemes d'osmosi inversa d'aigua de mar (SWRO), que poden augmentar la taxa de recuperació global de la dessalinització del 40-50% típic al 55-60%.

Basant-se en proves exhaustives recents de sistemes d'alta recuperació, el consum d'energia dels sistemes SWRO va ser de 2,1 kWh/m³i 2,9 kWh/m³amb una salinitat de l'aigua de mar de 35,000 mg/L i 43,000 mg/L, respectivament.

Aquest consum d'energia és comparable al dels sistemes SWRO tradicionals que utilitzen intercanviadors de pressió per recuperar aigua de mar, però la diferència clau és que el rang de recuperació sostenible dels sistemes d'alta recuperació és un 10-20% més gran.

Dissenyar sistemes d'admissió i pretractament de plantes d'aigua per a taxes de recuperació més altes pot estalviar costos significatius de capital i producció d'aigua per a noves plantes d'aigua, i pot augmentar la capacitat de producció d'aigua dolça de les plantes d'aigua existents amb una inversió de capital relativament baixa.
 

L'última tendència en la recerca de reduir el consum d'energia de dessalinització i els costos de producció d'aigua dolça és desenvolupar membranes d'osmosi inversa nanoestructurades (NST) que tinguin una eficiència de pas d'aigua més alta que els elements de membrana convencionals existents.

Les membranes NST són essencialment membranes RO que contenen canals lineals individuals de mida nanomètrica (tubs/partícules) incrustats aleatòriament a la matriu de polímer de la membrana, o poden estar fets completament de canals de mida nanomètrica agrupats (nanotubs).

La tecnologia de membrana NST s'ha desenvolupat ràpidament durant els últims 10 anys, i les membranes NST desenvolupades recentment incorporen nanopartícules inorgàniques a membranes convencionals o estan fetes de membranes poroses altament estructurades que consisteixen en matrius de nanotubs densament empaquetades.

S'informa que aquestes membranes NST tenen permeabilitats específiques més altes que les membranes RO convencionals a gairebé les mateixes altes taxes de rebuig.

A més, les membranes NST tenen taxes de contaminació comparables o més baixes que les membranes convencionals i RO que funcionen en les mateixes condicions, i es poden dissenyar per millorar la selectivitat de retenció d'ions específics.

L'economia circular és l'única via per a un creixement econòmic global sostenible. Per exemple, aplicant el model d'economia circular, la salmorra produïda per les plantes dessalinitzadores es pot utilitzar com a font de minerals d'alt valor, com el calci, el magnesi i el clorur de sodi. També es poden extreure de la salmorra elements de terres rares, com ara liti, estronci, tori i rubidi.

Recentment, les pressions globals del mercat d'elements de terres rares han portat la disponibilitat i el subministrament de metalls rars al capdavant de les discussions sobre el desenvolupament sostenible i les agendes de recerca. Aquests metalls s'utilitzen per fabricar components clau de molts productes, com ara avions, automòbils, telèfons intel·ligents i dispositius biomèdics.

Hi ha un reconeixement creixent que el desenvolupament i el desplegament de tecnologies d'energia neta i productes, processos i fabricació sostenibles requeriran grans quantitats de metalls rars i elements preciosos, inclosos metalls del grup del platí com el liti, coure, cobalt, plata i or.

Les últimes tendències tecnològiques mostren que el magnesi està substituint l'alumini a les indústries de l'automoció, la informàtica i la telefonia mòbil perquè el magnesi és més d'un 30% més lleuger. Tot i que al món hi ha fonts limitades de magnesi, l'aigua de mar conté una gran quantitat de magnesi, que es pot recuperar concentrant-lo en salmorra dessalada i extreint-lo després mitjançant adsorció selectiva.
Durant els últims anys, la indústria de la dessalinització ha desenvolupat una varietat de tecnologies de concentració de salmorra i extracció de minerals per permetre la fabricació de productes de valor comercial a partir de salmorra.

L'extracció de minerals de l'aigua de mar és una tasca més respectuosa amb el medi ambient que la mineria terrestre.

La mineria d'aigua de mar no requereix aigua dolça per al seu processament i no produeix grans quantitats d'aigua contaminada o residus que requereixin eliminació.

A més, aquestes noves tecnologies de concentració de salmorra poden reduir significativament o eliminar completament l'abocament de salmorra a l'oceà.

A mesura que es desenvolupa la tecnologia dels recursos de salmorra, els ingressos de l'extracció comercial de minerals d'alt valor (com el magnesi, el liti i el clorur de sodi pur) de la salmorra poden compensar el cost de produir aigua dessalada, transformant així l'aigua dessalada de la font sostenible més costosa de subministrament d'aigua dolça a la font de subministrament d'aigua dolça de menor cost.
La recuperació dels recursos de salmorra també pot ser la clau per resoldre el repte de la sostenibilitat energètica de la dessalinització. La propera generació de centrals nuclears utilitzarà tori i rubidi en comptes de l'urani com a combustible nuclear.

Les petites centrals nuclears amb una potència d'entre 10 i 50 megawatts poden proporcionar electricitat a les dessalinitzadores grans i mitjanes. El principal avantatge d'aquesta nova font d'energia és que es poden extreure quantitats suficients de matèries primeres directament de la salmorra de la planta dessalinitzadora. A més d'extreure's fàcilment de la salmorra, un altre avantatge d'aquests elements de terres rares és que no es poden utilitzar per fabricar armes nuclears, la qual cosa fa de la salmorra dessalada una nova matèria primera per a l'ús pacífic de l'energia atòmica i aporta majors beneficis a la humanitat.

Els productes químics utilitzats per netejar les membranes d'osmosi inversa d'aigua salada i de mar són sovint els mateixos productes químics que s'utilitzen en pasta de dents, sabó i detergents comercials. Sovint es tracta l'aigua de rentat i rentat de membrana per eliminar sòlids o altres contaminants abans d'afegir-se al concentrat dessalat per a la seva descàrrega. Els processos de dessalinització d'última generació utilitzats a les plantes dessalinitzadores modernes utilitzen productes químics molt limitats.

Tots els productes químics afegits durant els diferents processos de tractament de dessalinització són de qualitat alimentària, biodegradables i específicament seleccionats per no ser tòxics per a la vida aquàtica. Les descàrregues de les plantes dessalinitzadores també són no tòxiques i inofensives per a la vida marina i estan dissenyades per degradar-se ràpidament sense causar canvis permanents a l'ecosistema marí circumdant.

Recentment, la dessalinització s'ha desplaçat cap a la desalinització sense productes químics i la recuperació de minerals valuosos i metalls rars del concentrat, amb l'espera que la dessalinització es converteixi en una de les alternatives de subministrament d'aigua més respectuoses amb el medi ambient i sostenibles d'aquest segle.

En els darrers cinc anys, molts països amb grans plantes dessalinitzadores, com Austràlia, Espanya, Aràbia Saudita i altres parts de l'Orient Mitjà, han començat a implementar programes integrals de dessalinització verda amb l'objectiu de reduir la quantitat i varietat de productes químics utilitzats en la dessalinització. procés de producció. Aquests plans aprofitaran els últims avenços en tecnologia de dessalinització i investigació per, eventualment, convertir totes les instal·lacions existents en plantes dessalinitzadores sense productes químics.

Històricament, les plantes dessalinitzadores han utilitzat hipoclorit de sodi per clorar l'aigua entrant per inhibir el creixement d'organismes marins a les canonades d'entrada i a les membranes d'osmosi inversa.

La majoria dels operadors de plantes dessalinitzadores van abandonar aquesta pràctica fa gairebé una dècada i ara només utilitzen la cloració una o dues vegades al mes durant 6 a 8 hores cada cop.

A més, alguns gestors de plantes dessalinitzadores no utilitzen cap desinfectant a l'aigua de mar entrant perquè prefereixen utilitzar el sistema de pretractament de la planta dessalinitzadora per controlar la contaminació biològica en lloc de productes químics.

El clorur fèrric i el sulfat fèrric són actualment els coagulants més utilitzats per al pretractament d'aigua de mar. En el passat, aquests productes químics s'afegeixen a un ritme constant i en quantitats relativament altes.

La indústria dessalinitzadora ha adoptat un seguiment automàtic del contingut de sòlids a l'aigua de mar i ajusta automàticament la dosi del coagulant en proporció al contingut real de sòlids en suspensió a l'aigua.

La majoria de les plantes d'arreu del món han adoptat aquesta estratègia operativa durant els últims 10 anys, reduint l'ús de coagulants a menys de la meitat del que era abans.

Fins fa una dècada, moltes dessalinitzadores utilitzaven àcids i floculants per optimitzar la química del tractament de l'aigua.

Avui dia, la majoria de les plantes dessalinitzadores avançades i els enginyers experimentats ja no utilitzen àcids i floculants per al pretractament, sinó que es basen en sistemes i operacions de pretractament optimitzats per gestionar la química del tractament de l'aigua.

Fins al 2010, els antiincrustantes i l'hidròxid de sodi s'utilitzaven habitualment en moltes plantes dessalinitzadores, principalment per evitar l'enscaminació causada per l'eliminació del bor de l'aigua dessalada. L'any 2011, l'Organització Mundial de la Salut va augmentar el límit recomanat per al bor a l'aigua potable de 0,5 mg/L a 2,4 mg/L, i des d'aleshores, la majoria de les plantes dessalinitzadores han deixat d'afegir hidròxid de sodi i antiincrustantes.

El següent pas per adoptar noves tecnologies lliures de productes químics i basades en energies renovables és el posttractament de l'aigua dessalada amb calci extret de salmorra, en lloc d'utilitzar compostos de calci disponibles comercialment com la calç.

La separació de la sal de l'aigua de mar requereix una gran quantitat d'energia per superar la pressió osmòtica natural a la membrana d'osmosi inversa. Tot i que la petjada de carboni de produir aigua potable a partir d'aigua dessalada és superior a la de produir aigua potable a partir de fonts tradicionals d'aigua dolça, és inferior a altres activitats humanes que milloren la qualitat de vida, com ara refrigerar aliments, escalfar aigua del bany, conduir un cotxe privat o volar. en un avió.

Actualment, la majoria de les plantes dessalinitzadores utilitzen combustibles fòssils per generar electricitat. Tanmateix, s'han implementat diversos projectes d'energia eòlica recent a Austràlia a les plantes dessalinitzadores de SWRO, que generen tanta electricitat com utilitzen les plantes dessalinitzadores. Diversos països de l'Orient Mitjà i del Nord d'Àfrica han pres la iniciativa de desenvolupar una cartera sòlida de centrals d'energia renovable per proporcionar electricitat per a la dessalinització.

Mentre exploren alternatives d'energies renovables, els centres de recerca líders mundials als Estats Units, l'Aràbia Saudita i Europa estan desenvolupant una nova generació de dispositius de recuperació d'energia, bombes d'alta pressió i membranes que tenen com a objectiu reduir el consum total d'energia de la dessalinització a menys de 2,45. kWh/m³i la demanda energètica de la dessalinització per osmosi inversa a menys d'1,8 kWh/m³. Aquests avenços reduiran el consum total d'energia i la petjada de carboni de les plantes dessalinitzadores en més d'un 30%.

Des de la introducció del primer intercanviador de pressió l'any 2001, aquesta tecnologia disruptiva ha augmentat l'eficiència de recuperació energètica de dessalinització del 75% al ​​96%. No obstant això, encara hi ha oportunitat d'augmentar la recuperació energètica fins al màxim teòric del 99%.