فناوری های نوین در پساب آب شیرین کن صنعتی

آب شیرین کن صنعتی از دیرباز با یک فرایند همراه بوده است – تبدیل آب دریا به آب آشامیدنی. اما مجموعه ای از فناوری های جدید در حال توسعه است که نه تنها نمک زدایی سنتی را بهبود می بخشد. بلکه مرزهای جدیدی را در استفاده مجدد از همه چیز از آب کشاورزی تا پساب های صنعتی را ممکن می کند.

یک کشتی در امتداد خلیج سانفرانسیسکوحرکت می کند. نمک، ماسه و لجن له شده را پشت سر می گذارد و مایع کثیفی را که جان وبلی قصد دارد به آب آشامیدنی تبدیل کند، بیشتر آلوده می‌کند.

وبلی مدیرعامل یک شرکت جدید در منطقه خلیج فارس که در حال کار بر روی یک سیستم شیرین سازی جدید با انرژی کم است.

او می‌گوید: “به رنگ این ورودی نگاه کنید، در آنجا ، طی فرآیندی به نام اسمز مستقیم ، یک راه حل جدید که شرکت توسعه داده است ، مولکول های آب را روی غشایی می کشد و نمک و ناخالصی ها را پشت سر می گذارد.”

مخزن نگهدارنده Trevi Systems
در آب شیرین کن Trevi Systems در Tiburon ، CA ، آب رسوب شده با استفاده از اسمز مستقیم به آب آشامیدنی تبدیل می شود.
هنگامی که از حرارت کم استفاده می شود ، محلول زیست مهندسی مانند روغن جدا می شود و اجازه می دهد آب تمیز خارج شود.

ویبلی گفت ، این روش کمتر از یک چهارم برق مورد نیاز برای نمک زدایی استاندارد را مورد استفاده قرار می دهد. و این باعث می شود تا این فناوری با انرژی تجدیدپذیر کار کند. شرکت وی ، Trevi Systems ، اخیراً برنده یک مسابقه بین المللی آب شیرین کن صنعتی با انرژی کم شده است. و در حال ساخت یک کارخانه خورشیدی آزمایشی برای نمک زدایی از آب دریا در امارات متحده عربی است.

نمک زدایی ، بازیافت فاضلاب و جذب آب باران سه ستون سیستم های آبی آینده هستند.

با این حال ،آب شیرین کن صنعتی گران ، پرهزینه و می تواند به اکوسیستم های دریایی آسیب برساند. علاوه بر این، در حالی که امروزه آب دریا ۶۰ درصد آب شیرین شده را تشکیل می‌دهد. صدلاک و دیگران می گویند که نمک زدایی از آب شور کم نمک و استفاده از این فناوری برای بازیافت فاضلاب بسیار عملی تر و پایدارتر است. بنابراین شرکت های سراسر جهان روی فناوری های جدیدی کار می کنند. که هزینه های شیرین سازی را کاهش می دهد ، تاثیرات زیست محیطی را کاهش می دهد و کاربردهای آن را گسترش می دهد.

علاوه بر حذف نمک از آب دریا ، فناوری هایی مانند Trevi می توانند از نظر اقتصادی آب های زیرزمینی شور ، پساب های صنعتی و سایر اشکال زباله های مایع را از نظر اقتصادی پاک کنند. این شامل شیرین سازی آب فاضلاب برای شارژ سفره های آب زیرزمینی است. ، که به زودی این کار را برای یک منطقه بزرگ آب شهری در کالیفرنیای جنوبی آغاز خواهد کرد.

بر اساس گزارش توسعه آب جهان از سازمان ملل متحد در سال ۲۰۱۴ ، بیش از ۱۷۰۰۰ کارخانه نمک زدایی در حال حاضر در ۱۵۰ کشور جهان در حال فعالیت است. ظرفیتی که می تواند تا سال ۲۰۲۰ دو برابر شود. بر اساس گزارش انجمن بین المللی نمک زدایی ، نمک زدایی روزانه ۲۱ میلیارد گالن آب تولید می کند. تأمین منبع آب مهم در مناطق خشک مانند خاورمیانه و استرالیا. عمده تأسیسات آب شیرین کن صنعتی جدید در چین ، شیلی و جاهای دیگر در حال انجام است.

فناوری اسمز معکوس

با این حال ، فناوری استاندارد فعلی ، اسمز معکوس که در آن پمپ های فشار قوی آب را از طریق غشاهای نیمه نفوذپذیر مجبور می کنند. تا نمک و ناخالصی ها را حذف کنند ، از مقادیر زیادی انرژی استفاده می کند و تأثیر زیادی بر محیط دارد. این آثار شامل آسیب به اکوسیستم های آبی مانند مکیدن تخم ماهی ها با آب مصرفی آن است. استفاده از مواد شیمیایی سخت برای تمیز کردن غشاها ؛ و حجم زیادی آب نمک مایع بسیار شور را به داخل آب رها می کند. هزینه ها متفاوت است. اما پایین ترین قیمت آب شیرین شده از یک کارخانه اسمز معکوس حدود ۷۵۰ دلار در فوت هکتار (۳۲۵ ، ۸۵۱ گالن) است. بیش از دو برابر هزینه متوسط آبهای زیرزمینی.

در ایالات متحده ، کالیفرنیا دارای آب بند در هر دو نوآوری و نیازهای آب پیشتاز است.
مهندسان و کارآفرینان در سرتاسر جهان در حال تلاش برای طراحی نمک زدایی سبزتر هستند. برخی در حال اختراع جایگزین های جدید برای اسمز معکوس سنتی هستند. در میان آنها: اسرائیل ، وابستگی خود به آب نمک زدایی شده ، آن را به یک رهبر جهانی در این فرآیند تبدیل کرده است. با چندین فناوری پیشرفته ، از جمله یک روش جدید اسمز معکوس “نیمه دسته ای” که توسط Desalitech توسعه یافته است ، ارائه شده است. این تکنولوژی انرژی و آب نمک را کاهش می دهد .

مناطق پیشرو در نوآوری آب شیرین کن صنعتی

در ایالات متحده ، کالیفرنیا بدون آب ، هم در نوآوری ها و هم در نیازها پیشرو است. بزرگترین کارخانه نمک‌زدایی آب دریا در نیمکره غربی، تاسیسات اسمز معکوس با ارزش ۱ میلیارد دلار که در نزدیکی سن دیه گو ساخته می‌شود، قرار است تولید ۵۴ میلیون گالن در روز-تأمین آب ۳۰۰۰۰۰ نفر از ساکنان-را در اوایل سال ۲۰۱۶ آغاز کند. حداقل ۱۵ کارخانه نمک زدایی دیگر در ساحل غربی در حال برنامه ریزی هستند و برخی از آنها در حال کار هستند.

اما نگرانی های ساکنان در مورد هزینه و اثرات زیست محیطی مانند استفاده از مواد شیمیایی و مشکلات دفع آب نمک ، برخی از پروژه های اخیر را کند کرده و حتی متوقف کرده است.

آرون ماندل ، بنیانگذار و رئیس شرکت Water FX می گوید: «آب شیرین کن صنعتی واقعاً یک موضوع داغ در کالیفرنیا است که بسیاری از مردم با آن مخالف هستند.

یکی از کارآفرینان می گوید: “ما در حال حل هر دو طرف مشکل آب هستیم – دفع و استفاده مجدد.”

ماندل خاطرنشان می کند که محصول جانبی او نمک خشک است. و می توان آن را برای مواد شیمیایی مفید استخراج کرد ، به جای اینکه با آب نمک خطرناکی که دور انداختن آن هزینه بر است، استخراج شود. علاوه بر این ، مناطق آبی و مزارع در غیر اینصورت باید زمین های بی حاصل را از دست بدهند. و درآمد خود را از دست بدهند تا پساب های شور را که اکنون در آبهای جدید برای محصولات کشاورزی بازیافت می شوند ، دفع کنند.

او گفت: “ما این فرصت را دیدیم تا چیزی را که هزینه زیادی به عنوان یک محصول ضایعاتی در بر داشت ، استفاده کنیم. و آن را به چیزی با ارزش تبدیل کنیم.” “در اصل ، ما در حال حل هر دو طرف مشکل آب هستیم … دفع و استفاده مجدد.

ماندل گفت: “یکی از بزرگترین چالش های ما این است که ما با بسیاری از مشاغل کشاورزی سروکار داریم که هنوز برای باران دعا می کنند. بسیاری از کشاورزان واقعاً به این چرخه های آب فصلی تکیه می کنند. بنابراین قطعاً وادار کردن مردم به تغییر آب و هوا به جای خشکسالی فصلی ، یک چالش است. “

روش جدید آب شیرین کن صنعتی با استفاده از الکترودهای آئروژل کربنی متخلخل

محققان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور و دانشگاه استنفورد در حال کار بر روی روش جدید نمک زدایی با استفاده از الکترودهای آئروژل کربنی متخلخل هستند. این سیستم ، که آن را نمک زدایی خازنی الکترود جریان یا FTE-CD می نامند ، نمک را به صورت الکتریکی حذف می کند. اگرچه هنوز در مراحل اولیه است. توسعه دهندگان آن می گویند این تکنیک به تجهیزات و انرژی کمی احتیاج دارد. و سیستم را می توان متناسب با هر نیاز مقیاس بندی کرد. دستگاه‌های کوچک قابل حمل گرفته تا تصفیه آب شهری.

مایکل استادرمن ، یکی از شیمیدانان فیزیکی در لارنس لیورمور ، می گوید: در مکانهایی مانند کالیفرنیا ، که آبهای زیرزمینی لب شور در حجم زیادی وجود دارد. ، FTE-CD می تواند آب آشامیدنی را با هزینه ای بسیار کمتر از نمک زدایی آب دریا تأمین کند. “برای نمک زدایی از آب شور ، ما پیش بینی می کنیم که این روش می تواند تا پنج برابر انرژی کمتری نسبت به اسمز معکوس داشته باشد.

فناوری غشای گرافن با ضخامت یک اتم

یکی از داغترین فناوریهای جدید در آزمایشگاههای انگلستان ، عربستان سعودی و کره جنوبی و سایر نقاط غشای گرافن با ضخامت یک اتم است. که می تواند نمک زدایی اسمز معکوس را به کسری از هزینه فعلی خود کاهش دهد. منافذ غشا که در موسسه‌ی فناوری ماساچوست توسعه یافته است. می تواند برای بهینه سازی نفوذپذیری تنظیم شود. راه حل فعلی نحوه تولید انبوه مواد است.

در آینده قابل پیش بینی ، اسمز معکوس به احتمال زیاد بهترین انتخاب شیرین سازی خواهد بود.

برای نیازهای آب شهری ، حتی کسانی که روی روش های جایگزین کار می کنند می گویند که اسمز معکوس (RO) به احتمال زیاد در آینده قابل پیش بینی بهترین انتخاب خواهد بود.

Menachem Elimelech ، استاد مهندسی محیط زیست و شیمی در دانشگاه ییل و مدیر برنامه مهندسی محیط زیست ییل ، می گوید: “شما می توانید در مورد برخی از فناوری های دیگر صحبت کنید ، و من روی برخی از آنها کار می کنم.” اما اگر شما نیاز به تولید آب برای منبع آب آشامیدنی ، من هنوز فکر می کنم RO استاندارد طلا است. “

Menachem Elimelech معتقد است، اسمز معکوس در سالهای اخیر بسیار کارآمدتر شده است و اکنون به حداکثر خود رسیده است. با این حال ، او و دیگران در تلاش هستند تا با بهبود غشاء ، دستاوردهای بیشتری را بدست آورند. یکی از بزرگترین مشکلات رسوب گذاری است . بیوفیلم‌هایی که با گذشت زمان روی غشاها رشد می‌کنند و باعث می‌شوند پمپ‌ها برای فشار آوردن آب به سختی کار کنند. Elimelech با فناوری نانو در حال ساخت غشاهای مقاوم در برابر باکتری ها است. منبع

مقالات مرتبط: آب شیرین کن صنعتی و پساب تولیدی