Ūdens atsāļošana (desalinizācija) — definīcija un metodes

Uzzini, kā ūdens atsāļošana (desalinizācija) — destilācija, apgrieztā osmoze un citas metodes — pārvērš sāļūdeni drošā dzeramā un lauksaimniecības ūdenī.

Atsāļošana (desalinizācija) ir jebkurš process, kurā no ūdens tiek atdalīts liekais sāls un citas minerālvielas, lai iegūtu svaigu ūdeni, kas derīgs dzīvnieku patēriņam, cilvēku dzeršanai, rūpnieciskai izmantošanai vai apūdeņošanai. Atsāļošanai ir vairākas tehnoloģijas; visizplatītākās komerciālās metodes ir termiskās destilācijas un membrānu procesi. Dažos gadījumos izmanto arī specializētas pieejas, piemēram, elektrodialīzi vai saldēšanas metodes.

Galvenās metodes

• Destilācija — ūdens tiek uzkarsēts līdz tvaika veidošanai; tvaiks kondensējas un tiek savākts kā saldūdens, bet sāļais koncentrāts (sālsskābe) paliek. Starp termiskajām metodēm ietilpst daudzpakāpju zibens destilācija (MSF) un daudzefektu destilācija (MED). Termiskie procesi bieži izmanto atjaunojamo vai fosilo siltumenerģijas avotu kā siltuma avotu.
• Apgrieztā osmoze (RO) — ūdens tiek spiests plūst cauri puscaurlaidīgai membrānai ar spiedienu, kas pārsniedz osmotisko spiedienu, atstājot sāļumu atskaldītu pretējā pusē. RO šobrīd ir visizplatītākā energoefektīvā membrānu tehnoloģija jūras un sāļieku ūdeņu atsāļošanai.
• Elektrodialīze (ED/EDR) — izmanto elektrisko lauku, lai migrētu jonu caur selektīvām membrānām, koncentrējot sāļumu atsevišķā straumē. Piemērota zema līdz vidēja sāļuma ūdeņiem (piem., braki ūdeņi).
• Membrānu destilācija, priekšējā osmoze, kapacitīvā dejonizācija — speciālas membrānu vai termiski/elektroķīmiski bāzētas metodes, ko izmanto specifiskos apstākļos vai kombinācijā ar citām tehnoloģijām.

Procesa posmi un nepieciešamā aprīkojuma uzturēšana

Lielākajai daļai atsāļošanas iekārtu ir šādi pamatposmi:

• Iepriekšēja sagatavošana (pretreatment) — noņem suspendētās vielas, organiskās vielas un mikroorganismus, izmantojot flokulāciju, smilšu filtrāciju, mikro-/ultrafiltrāciju vai ķīmisku apstrādi. Pretreatment ir nepieciešams, lai aizsargātu membrānas no piesārņojuma un samazinātu ķīmisko tīrīšanu.
• Pamatprocess — RO, MSF, MED vai cita izvēlētā tehnoloģija, kas atdala saldūdeni no sāls šķīduma.
• Pēcapstrāde (post-treatment) — attīrītā ūdens pH korekcija, remineralizācija (lai iegūtu nepieciešamo minerālvielu līmeni), dezinfekcija (piem., hlors vai UV), lai ūdens atbilstu kvalitātes standartiem.
• Koncentrāta (sālsskābes) apsaimniekošana — atkritumu straumes apstrāde vai izvade (sk. zemāk vides jautājumos).

Enerģija, izmaksas un efektivitāte

Atsāļošanas procesi parasti ir enerģiju patērējoši, un enerģijas izmaksas ir viens no lielākajiem sadārdzinājuma faktoriem. Aptuvenie skaitļi (var atšķirties atkarībā no tehnoloģijas, ieguves vietas un mēroga):

• Seawater RO — modernās lielās iekārtas ar enerģijas atgūšanas ierīcēm parasti patērē vairākus kWh/m³ (bieži 2–5 kWh/m³ salīdzinoši jauniem projektiem), bet vēsturiski varēja būt augstākas.
• Brackish (sāļā) ūdens RO — parasti zemāks enerģijas patēriņš nekā jūras ūdenim, jo nepieciešams zemāks darba spiediens.
• Termiskās metodes (MSF, MED) — patēriņš tiek mērīts gan kā siltuma, gan elektriskā enerģijas patēriņš; tie var būt energetiski dārgāki nekā optimizēta RO, īpaši, ja tiek izmantots dārgais kurināmais.

Enerģijas efektivitātes uzlabošanai RO iekārtās plaši izmanto spiediena atgūšanas ierīces (piem., spiediena apmaiņas rūkas), kā arī integrāciju ar atjaunojamiem enerģijas avotiem vai kombinētajām siltumenerģijas un elektroenerģijas sistēmām.

Pielietojumi un globāla nozīme

Atsāļošana nodrošina drošu ūdens piegādi reģionos ar ierobežotu saldūdens resursu pieejamību. To izmanto:

• mestu un pilsētu ūdensapgādei (sevišķi piekrastes pilsētās un salās),
• rūpnieciskajām vajadzībām (procesu ūdens, enerģētika),
• lauksaimniecībā vietās, kur ir enerģijas rezerves vai speciālas politikas atbalsts,
• speciālām vajadzībām, piemēram, medicīnai vai mikroelektronikas ražošanai.

Lai izpildītu līgumsaistības un ūdens pārvaldības prasības dažādās valstīs, tiek veiktas arī specializētas atsāļošanas darbības; piemēram, lai izpildītu līgumā noteiktās saistības attiecībā uz Meksikā ieplūstošo upju ūdeni, Amerikas Savienotajās Valstīs tiek veikta iesāļa ūdens atsāļošana. Pasaulē dažas reģionālās ekonomikas ir ļoti atkarīgas no atsāļotā ūdens: Saūda Arābija un citas Tuvo Austrumu valstis izmanto lielu daļu no savas atsāļošanas jaudas lauksaimniecības un pilsētu apgādei.

Pasaulē lielākā atsāļošanas iekārta ir Jebel Ali atsāļošanas iekārta (2. fāze) AAE. Tajā izmanto daudzpakāpju zibens destilāciju, tā ir divfunkcionāla un spēj saražot 300 miljonus kubikmetru ūdens gadā.

Vides ietekme un atkritumu apsaimniekošana

Pamata vides jautājumi saistīti ar koncentrētā sāļā šķīduma (brīna) izvadi, enerģijas avotu emisijām un potenciālo jūras vai zemūdens ekosistēmu nelabvēlīgu ietekmi. Risinājumi ietver:

• brīna atšķaidīšanu un rūpīgi izvēlētu izvades vietu (lai samazinātu vietējo sāļuma palielināšanos),
• dziļo aku injekciju vai speciālu uzglabāšanu,
• uzlabotas atgūšanas procesus un zero liquid discharge (ZLD) risinājumus, kas koncentrātu pārstrādā tālāk, lai atgūtu sāli vai citus komponentus, samazinot brīna apjomu,
• enerģijas avotu dekarbonizāciju (atjaunojamās enerģijas izmantošana) emisiju samazināšanai.

Turklāt jāņem vērā ķīmiskās vielas, kas tiek izmantotas pret piesārņojumu un membrānu tīrīšanu; pareiza ķīmisko vielu apsaimniekošana samazina riskus.

Tehnoloģiskās un ekonomiskās tendences

Dažas aktuālas tendences atsāļošanas nozarē:

• membrānu tehnoloģiju un materiālu uzlabojumi, kas palielina izturību pret piesārņojumu un samazina ekspluatācijas izmaksas,
• enerģijas atgūšanas sistēmas uzlabošana, kas ļauj samazināt elektrības patēriņu īpaši RO sistēmās,
• integrācija ar atjaunojamiem enerģijas avotiem (saules, vēja) un hibrīdējumi ar termiskām sistēmām,
• mēroga ekonomika — lielas centralizētas iekārtas parasti nodrošina zemākas vienības izmaksas, bet pieaug arī decentralizētu, vietēji pielāgotu risinājumu pieprasījums (piem., saliņu vai attālām kopienām).

Kad izvēlēties kuru metodi?

Izvēle ir atkarīga no vairākiem faktoriem: sākotnējā ūdens sāļuma (TDS), enerģijas pieejamība un cena, vajadzīgais iztērētais ūdens daudzums un kvalitātes prasības, vides ierobežojumi un kapitālie ieguldījumi. Piemēram:

• ja sāļums ir ļoti augsts vai ja ir pieejams lēts siltuma avots, var būt konkurētspējīga termiskā destilācija (MSF/MED);
• ja mērķis ir energoefektīva un mērogojama pilsētu apgāde piekrastē, bieži izvēlas apgriezto osmozi;
• braki ūdeņi (ar salīdzinoši zemu sāļumu) bieži tiek risināti ar elektrodialīzi vai brackish RO.

Kopsavilkums

Atsāļošana ir būtiska tehnoloģija, lai nodrošinātu ūdens pieejamību reģionos ar ierobežotiem saldūdens resursiem. Izvēloties piemērotāko metodi, jāvērtē sākotnējā ūdens kvalitāte, enerģijas avoti, vides ietekme un ekonomiskie nosacījumi. Ilgtspējīgas prakses ietver enerģijas efektivitātes uzlabojumus, atjaunojamo enerģiju izmantošanu un rūpīgu brīna apsaimniekošanu, lai samazinātu negatīvo ietekmi uz apkārtējo vidi.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir atsāļošana?

J: Kā notiek atsāļošana?

J: Kādas ir citas atsāļošanas metodes?

J: Kāds ir galvenais atsāļošanas mērķis?

J: Kas notiek ar sāli atsāļošanas laikā?

J: Kāpēc Amerikas Savienotajās Valstīs tiek atsāļots sālsūdens?

J: Kurā valstī ir visvairāk ūdens atsāļošanas iekārtu pasaulē?

Meklēt pēc burta