海水我们解渴吗?

似乎很简单:把盐从水饮用。

但它比乍看上去复杂得多。也是越来越重要的世界淡水资源日益紧张,人口增长,发展,干旱、气候变化和更多。这就是为什么研究人员和公司从美国到澳大利亚微调是一个古老的概念,可能是淬火的未来世界的渴求。

“增加水供应时,你有四个选项:增加你的重用,提高存储、保存或转向一个新的来源,”Tom Pankratz说道说道,海水淡化顾问和当前每周贸易刊物的编辑海水淡化报告。”,世界各地的许多地方,唯一的新来源是海水淡化。”

昂贵的过程

海水淡化技术已经存在了几个世纪。在中东,人们长期以来蒸发或海水含盐地下水,然后冷凝蒸汽生产不含盐的水喝,或者在某些情况下,农业灌溉。

随着时间的推移过程变得更加复杂了。大多数现代使用反渗透海水淡化设施,水是泵在高压下通过半透膜,去除盐和其他矿物质。

在世界范围内,大约有3亿人获得一些淡水从超过150个国家的17000座海水淡化厂。中东国家主导市场的必要性和能量可用性,但在淡水短缺的威胁世界各地蔓延,其他人则迅速加入他们的行列。行业产能每年增长约8%,据兰迪Truby,审计官和过去的总统国际海水淡化协会一个行业组织,“的活动”在澳大利亚和新加坡等地。

在美国,一个加利福尼亚州卡尔斯巴德,10亿美元的工厂正在建造中。提供大约7%的饮用水需求圣地亚哥地区。当它在2015年晚些时候它将是最大的在北美,产能5000万加仑——每一天。目前加州大约有16个海水淡化厂的建议。

但海水淡化是昂贵的。一千加仑的淡水从一个海水淡化厂成本平均美国消费者5 - 2.50美元,Pankratz说道说,相比传统淡水2美元。

这也是一个能源猪:世界各地的海水淡化厂消费每天超过2亿千瓦时(PDF)能源成本,估计有55%的植物的总操作和维护成本。大多数反渗透植物需要大约3到10千瓦时的能量来产生一个立方米的淡水与海水。传统的饮用水处理厂通常使用低于1千瓦时每立方米。

它可能会造成环境问题,从取代栖息生物不利改变周围的盐浓度。

研究一套海水淡化的改进正在进行中,使流程更便宜,也更环保,包括减少对化石能源的依赖能源、道路的恶性循环导致气候变化导致淡水短缺。

膜升级

大多数专家认为,反渗透是有效的,因为它将得到的。但一些研究人员正在试图挤出更多通过改善膜用于分离海水中的盐。

膜目前用于海水淡化主要是薄聚酰胺薄膜卷成一个中空的管结构,水威克斯。节约能源的一种方法是增加膜的直径,这是与他们可以让多少淡水直接相关。企业正越来越多地从8英寸到16英寸直径膜,有效面积的四倍。

“你可以产生更多的水,同时减少设备的足迹,”哈罗德说傅瑞威尔Jr .)的执行主任美国膜技术协会,一个进步的组织使用水净化系统。

很多膜研究是集中在纳米材料-材料100000倍小于人类头发的直径。麻省理工学院的研究人员在2012年报告说,一张膜制成的单原子厚度的碳原子称为石墨烯也一样出色,需要更少的压力泵水通过聚酰胺,厚约一千倍。更少的压力意味着更少的能量运作系统,因此,降低能源费用。

石墨烯不仅是持久的和令人难以置信的瘦,但是,对水处理与聚酰胺不同,它不是敏感化合物如氯。在2013年,洛克希德·马丁公司专利Perforene膜与黑洞足够小,它是一个原子厚陷阱盐和其他矿物质,但允许水通过。

另一个流行的纳米材料解决方案是碳纳米管,菲利普·戴维斯说,阿斯顿大学的研究人员专门从事能源高效的水处理系统。碳纳米管是有吸引力的因为同样的原因为石墨烯——强、耐用材料装在一个小包装,能吸收400%以上的重量的盐。

膜交换出去,因此碳纳米管的耐用性和高吸收率可以减少更换频率,节省时间和金钱。

膜技术所有”听起来性感,但它是不容易的,”Pankratz说道说道。“有工程挑战时如此之薄,仍然保留着完整的东西。”

石墨烯和碳纳米管是几十年远离广泛使用,温德尔联盟说,亚利桑那大学化学与环境工程教授:“我看到他们产生影响,但这是一个方法。”

Truby商业化障碍包括工程这么小的材料和制造新的膜兼容当前植物和基础设施。

“它会升级的关键系统没有撕裂(他们),建立一个全新的工厂,”他说。

正向渗透

其他人正在超越反渗透到另一个过程称为渗透。在正向渗透,海水吸入系统的解决方案,有盐和气体,形成高渗透压差的解决方案。通过膜的解决方案在一起,留下盐。

濒危语言联盟说,正向渗透将“可能是最有效的预处理,而不是作为一个独立的治疗商业海水植物”,因为在大型反渗透性能更好。作为预处理,提出了渗透可以延长反渗透膜的寿命和促进整个系统的健康,减少所需的消毒剂和其他预处理选项。

比反渗透过程应该使用更少的能量,濒危语言联盟说,因为它是由热力学驱动的。但去年夏天,麻省理工学院的科学家们报告说,正向渗透海水淡化能源密集型可能比反渗透由于产生的高盐浓度的解决方案的第一步。

英国公司现代水运行第一个商业渗透植物在阿曼,在阿拉伯半岛的东南海岸。在每天26000加仑,系统要小得多比大多数大型反渗透系统容量。公司官员没有回复评论的请求。然而,公司的一份报告指出,植物能源减少42%相比,反渗透。

希瑟·厄尔水与项目负责人太平洋研究所加州可持续发展研究机构说,大多数向前渗透技必威体育2018术仍处于研究和开发阶段,商业用途是5到10年。

稀释溶液

降低海水淡化能源成本的另一种方法是RO-PRO,或反渗透压力推迟渗透。RO-PRO作品通过受损的淡水来源,例如废水,通过膜从反渗透到高盐溶液吃剩的,通常会被排放到海洋。两者的混合产生压力和能源,用于反渗透泵。

灵感来自一个系统使用Statkraft公司位于挪威的水力发电和可再生能源公司,南加州大学环境工程教授艾米·切尔德里斯和他的同事们在加州驾驶RO-PRO。切尔德里斯说,“乐观”的估计显示RO-PRO可以减少反渗透30%所需的能量。她指出,某些公司有兴趣他们的飞行员。

重新夺回和可再生能源

傅瑞威尔说,许多植物正试图夺回能源从内部流程。涡轮增压器,例如,外向流的动能集中盐水和中途还能进来的海水。“你可能有900(磅/平方英寸)在饲料方面,集中在700 psi可能出来。大量的能量的集中流,”他说。

之前预处理水膜也可以节约能源。“更好的你可以干净的水进入反渗透之前,它运行得越好,”傅瑞威尔说。植物在巴林、日本、沙特阿拉伯和中国正在使用为了顺畅的反渗透预处理过程。

将可再生能源纳入能源输入的一面是一个特别有前途的方法来提高海水淡化的可持续性。必威体育2018目前估计有1%的脱盐水来自能源与可再生能源,主要是在小规模的设施。但更大的植物开始增加可再生能源的能源组合。

经过多年的努力与干旱、澳大利亚带来了六个海水淡化厂在线从2006年到2012年,投资超过100亿美元。植物都使用一些可再生能源电力,主要通过附近的把精力投入到电网的风力发电场,Pankratz说道说道。悉尼的海水淡化工厂,供应约15%的水到澳大利亚人口最多的城市,是由偏移量从67 -涡轮资本风电场以南约170英里。

太阳能很有吸引力对于许多沉重的海水淡化国家——特别是在中东地区和加勒比海地区阳光充足的地方。在一个更加雄心勃勃的项目,阿联酋马斯达尔能源公司宣布在2013年在世界上最大的太阳能海水淡化装置,每天能产生超过2200万加仑,计划在2020年发射。

环境影响

计划使用海水,当然,必须考虑到对海洋生物的影响。大量海水淡化设施使用开放海域的摄入量;这些经常放映,但海水淡化过程还可以杀死生物摄入或在工厂期间的治疗阶段,厄尔说。新的地下摄入量,沙子下面去使用它作为一个自然的过滤器,可以帮助缓解这个问题。

也有这个问题如何处理大量的海水淡化后很咸的水。每两加仑设施需要在一加仑的饮用水和一加仑的水是咸的两倍时,走了进来。大多数植物排放这回到相同的身体摄入的水作为来源。

RO-PRO技术提供了一种方法来减少排放的盐浓度,可以生活在海底的生物危害。流行另一种方法是使用柔光镜,一系列的喷嘴,提高海水的体积混合精矿放电预防斑点的高盐。

更新奇的最近的研究解决海洋排放,阿斯顿大学的戴维斯与太阳能加热海水排放氯化镁转化为氧化镁,他称之为“一个好的代理来吸收二氧化碳。“研究仍是刚刚起步的阶段,但可以减少排放的双重环境效益和删除从海洋中二氧化碳利用太阳能集中攻击。

大小明智

联盟说小植物,如远期渗透植物在阿曼,可能未来的海水淡化技术。很多新的创新可能使经济规模较小,和公司不需要这么多投资于基础设施,他说。

“而不是大型工厂,我们会每天10000加仑海水淡化厂,“联盟说。“我看到权力下放和海水淡化厂服务小社区。”

这也将提供环境效益等允许可再生能源发挥更大的作用,因为它是更容易权力小植物,比大的太阳能和风能,他说。

Pankratz说道说海水淡化总是会比治疗更昂贵的淡水。不过,创新将帮助淡化日益成为一个可行的选择对淡水的需求生长在世界日益严重的缺水。

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