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Servicio de un mundo sediento: Tendencias en la desalación

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Tecnologías para el agua potable de la buena calidad.

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La pregunta está clara: ¿Cómo la demanda global el cada vez mayor para el agua será resuelto? Aunque existan muchas ofertas, las respuestas no están tan claras.

¿Según la UNESCO? ¿enciclopedia de s de la desalación y de los recursos hídricos (DESWARE)? Además de escasez del agua, la contaminación química y biológica de las fuentes de agua potable es un problema global importante. ¿“Una proporción grande de la población del mundo no tiene acceso al agua potable de la buena calidad, y los alrededor 80% de las enfermedades del mundo son atribuibles a los abastecimientos de agua inadecuados, al saneamiento y al tratamiento de aguas.?

¿Aunque el cerca de 71% de la tierra? la superficie de s se cubre con agua, más el de 96% de ése es salino, o salado. ¿Consecuentemente, la tecnología eficaz y práctica de la desalación podía hacer grandes pasos grandes a solucionar el mundo? problemas del abastecimiento de agua de s. En fecha 2013 había más de 17.000 desalinizadoras en 150 países, produciendo más de 21 mil millones galones de agua por día, según la asociación internacional de la desalación.

Los obstáculos existen, sin embargo, a aumentar esos números.

¿El estudio geológico de los E.E.U.U. (USGS) define el agua dulce? ¿es decir, caja fuerte para beber? como teniendo menos de 1.000 PPM de sal disuelta. La concentración en agua de mar es 35.000 PPM. El agua con menos de 10.000 PPM de sales disueltas se define como salobre y se encuentra en el agua superficial y en acuíferos subterráneos. Incluso con concentraciones relativamente pequeñas de sal, el agua salobre ofrece un gusto desagradable, que hace inaceptable como agua potable.

Las tecnologías para la desalación del agua de mar y del agua salobre varían, aunque haya un cierto traslapo.

Agua de mar: Ósmosis reversa

La desalación usando la ósmosis reversa (RO), un disponible de proceso del agua de mar desde los años 70, está entre las tecnologías más frecuentes por todo el mundo. La ventaja del RO es que puede producir granes cantidades de agua tratada. Por ejemplo, se espera que la planta más grande del RO del hemisferio occidental está bajo construcción en Carlsbad, California, y entregue 50 millones de galones de agua potable al día para el principio del condado de San Diego en 2016.

Pero el RO requiere la entrada de energía significativa. Cuál es más, porque desalina solamente el cerca de 50% del agua de mar de la entrada, el otro 50%, que tiene una alta concentración de sales, se deben descargar de alguna manera como basura.

El RO requiere una bomba presurizar el agua de la entrada para forzarla a través de una membrana plástica semipermeable. Una bomba eléctrica se utiliza típicamente para mantener esa presión. Los costes de electricidad para funcionar con la bomba pueden ser factor principal en el coste total de la tecnología. Puesto que la investigación del principios de los 80 ha estado en curso desarrollar los nuevos materiales de la membrana que requieren menos presión y también rechace un mayor porcentaje de la sal. Las membranas modernas del RO, hechas de la poliamida compuesta thin-film, han permitido una reducción de 30 veces en rendimiento energético y una reducción áspero igual en el paso de la sal comparado a las membranas tempranas del acetato de celulosa.

La investigación se está haciendo para considerar si el material de carbón grueso del uno-átomo llamara el graphene, descubierto en 2002, se podría utilizar para producir una membrana perforada del carbón que reduciría la presión requerida aún más. Este acercamiento, sin embargo, es poco probable ser viable en un futuro próximo.

¿? ¿Usted puede hablar de algunas de las otras tecnologías? ¿dice Menachem Elimelech, director de la Universidad de Yale? ¿programa ambiental de la ingeniería de s en New Haven, conec.? ¿pero si usted necesita producir el agua para la fuente de agua potable, todavía pienso que el RO es el patrón oro.? Investigue que él está trabajando encendido utilizaría la nanotecnología para desarrollar las membranas bacteria-resistentes. Una brecha podría ayudar a solucionar el problema de los biofilms que se convierten en superficies de la membrana en un cierto plazo. Estas películas aumentan la carga en la bomba y levantan la cantidad de energía requerida para funcionarla.

Laboratorio de trabajo

¿Una desalinizadora recientemente abierta en Hadera, Israel, alinea entre el mundo? desalinizadoras del RO del agua de mar más grande del funcionamiento de s. En su tercer año de operación, ha producido un promedio de más de 100 millones de galones por día de agua dulce. También sirve como laboratorio de trabajo para que los métodos de investigación reduzcan costes.

Las mayores partes de ese esfuerzo son la capacidad de cambiar de puesto tarifas de producción a través de un período de 24 horas para coincidir con costes de levantamiento y descendentes de electricidad. Este cambio en la producción puede ser hecho porque el sistema incluye una combinación de unidades que funcionen paralelamente, cada una cuyo puede ser controlado por separado. La facilidad también utiliza un sistema de la recuperación de energía, al igual que típico para las instalaciones modernas del RO, en las cuales el efluente salino de alta presión funciona a un cambiador de la presión para enjaezar partes significativas de la energía inútil para asistir a la bomba de alta presión.

El coste de desalinar el agua de mar usando el RO varía extensamente por la localización, dependiendo del coste de electricidad. Expertos de la industria tales como patata a la inglesa de Gary, ingeniero de diseño desalinizadora de la Perth, Australia, abogado que usa fuentes de energía alternativas.

La segunda dificultad principal con la desalación del RO es más difícil de superar: cómo disponer de las aguas residuales altamente salinas, llamadas salmuera, que es el subproducto inevitable. La salmuera típica tiene alrededor dos veces de la concentración de la sal como el agua de mar de la entrada. Aunque los expertos discrepen en cuanto a los efectos ambientales de descargar granes cantidades de salmuera en los océanos, algunos (por ejemplo, Sabine Lattemann de la agencia ambiental federal alemana) han conducido la investigación que demuestra un efecto negativo de la salinidad creciente sobre mamíferos marinos.

Debido a la energía potencialmente alta y los costes ambientales de ósmosis reversa, esfuerzos están en curso desarrollar tecnologías para tratar el agua salobre de la bajo-salinidad que ocurre en acuíferos subsuperficies y el agua superficial. ¿El agua en un acuífero ocupa los espacios entre las partículas del suelo y la roca fracturada debajo de la tierra? la superficie de s y tiende a fluir hacia sitios naturales de la descarga tales como resortes, ríos, lagos, lagunas, pantanos y el mar.

¿Según un artículo en la revisión americana del derecho internacional de la universidad, más que mitad del mundo? la población de s depende del agua subterránea para sus necesidades básicas. Se bombea a la superficie para el uso residencial, industrial y agrícola.

¿Sin embargo, en los E.E.U.U. solamente, según el USGS? ¿En muchas partes del país, los retiros del agua subterránea exceden tarifas de la recarga y han causado declinaciones del agua-nivel, las reducciones al volumen de agua subterránea en almacenaje, niveles más bajos del streamflow y del lago, o hundimiento de tierra.? ¿El USGS continúa? ¿El desarrollo del agua subterránea salobre como fuente de agua alternativa puede ayudar a tratar preocupaciones por la disponibilidad futura del agua.?

Según el USGS, el agua subterránea mineralizada es la base la mayor parte de de los Estados Unidos. Un papel de la UNESCO, un agua subterránea y un cambio global: Las tendencias, las oportunidades y los desafíos, ecos este gravamen pero lo amplían por todo el mundo.

Desalación salobre del agua subterránea

Un número de tecnologías de la desalación además del RO están en varias etapas del desarrollo para tratar el agua subterránea salobre. Generalmente, estos sistemas son más pequeños y localizado. ¿Porque contiene una concentración más baja de sal? ¿él? ¿s definió a menudo simplemente como agua esa los gustos demasiado salados beber? el agua salobre se puede purificar con una entrada de una energía más baja que el agua de mar.

El agua tratada puede ser útil en las zonas rurales que no tienen ningún acceso a los abastecimientos de agua públicos. Por ejemplo, un estudio reciente del MIT desarrolló un plan para un sistema solar-accionado autónomo de la desalación, basado en la técnica del electrodyalisis, para tratar bastante agua salobre para suministrar las necesidades de una aldea en la India 2.000 a 5.000 personas.

¿? ¿Los factores que señalan a la opción de la electrodiálisis en la India incluyen ambos niveles relativamente bajos de la salinidad? ¿extendiéndose a partir del 500 a 3.000 miligramos por el litro, comparado con agua de mar aproximadamente 35.000 mg/l? ¿tan bien como la carencia de la región de la corriente eléctrica? dice invierno de los Amos del investigador. ¿El suyo se asocia, Natasha Wright, dice? ¿Incluso si el agua es técnico segura de beber, ésa no soluciona el problema si la gente rechaza beberlo debido a el gusto salado desagradable.? Los investigadores eligieron el electrodyalisis solar (ED), porque podría producir el agua dulce en áspero la mitad del uso de la energía de un sistema del RO.

Electrodyalisis

El mecanismo de la desalación del electrodyalisis está frente a el del RO. En el RO, el agua salada atraviesa una membrana y los sólidos en suspensión permanecen detrás. ¿En electrodyalisis, por el contrario, los sólidos en suspensión se tiran a través de las membranas y del agua? ¿ahora desalinado? flujos del sistema.

Los trabajos de proceso pasando el agua salobre entre dos electrodos opuesto cargados. Puesto que la mayoría de las sales disueltas en agua son iónicas, - cargado (catiónico) y negativamente - cargado positivamente (aniónico), los iones se atraen a los electrodos de la polaridad opuesta. Se interponen entre los electrodos las membranas diseñadas para pasar solamente los cationes o solamente los aniones. Las membranas se apilan con los espaciadores que separan los flujos de salmuera que tienen negativamente o positivamente - las partículas iónicas cargadas. Las dos corrientes combinan y salen a raudales del sistema como salmuera.

Electrodyalisis produce un cociente mucho mayor del agua desalinada a la salmuera que el RO. Es también menos intensivo en energía, puesto que hay una contrapresión más baja para que las bombas superen, y la cantidad de energía eléctrica usada en el flujo actual iónico es directamente proporcional a la cantidad de sales quitadas. Los rectificadores para convertir corriente alternada a la corriente continua necesitaron para los electrodos son típicamente mayores partes del sistema. Sin embargo, porque la unidad que es propuesta para el proyecto piloto indio alimentará los electrodos con la corriente continua producida por las células fotovoltaicas solares, la etapa del rectificador probó innecesario.

Un papel en la edición del 11 de febrero de 2014 de la revisión de la tecnología del MIT propone una modificación al sistema básico del ED agregando un filtro hecho de partículas del vidrio fritado a la corriente desalada de la salida. Esto quitaría cualesquiera partículas d suciedad y bacteria microscópicas que no fueran eliminadas en las etapas de la diálisis.

La enciclopedia de DESWARE enumera una variedad de instalaciones del ED, extendiéndose de una fuente de agua rural en la India que produce 30 m3 por día, a un sistema produciendo 400 m3 por día de agua potable de un agujero del alesaje en Riyadh, la Arabia Saudita, a un 500 de abastecimiento m3 por el día para una fábrica de productos químicos en Alemania Occidental.

Destilación solar

¿Una nueva compañía, WaterFx, instalado una demostración ha concentrado el alambique solar (CSS) en el districto del agua de Panoche en California? ¿s Central Valley, uno del mundo? s la mayoría de las regiones agrícolas productivas. Obteniendo el agua dulce para las cosechas de irrigación y entonces teniendo que disponer de la salmuera inútil es un costo importante para los granjeros. El CSS apunta abordar ambos problemas reciclando la salida de la irrigación al agua dulce del producto y usando la salmuera a la sal sólida del producto y a otros minerales como subproductos que puedan ser una fuente de ingresos.

¿La tecnología utiliza una de las más viejas tecnologías de la desalación? ¿destilación? pero es accionado por 525 pies de largo, reflector solar de 400 kilovatios. El reflector concentra luz del sol sobre una pipa llenada de aceite. Alternadamente, el aceite heated se entrega a un evaporador del efecto múltiple para generar el vapor, para condensar y recuperar el agua dulce. El estadio final es un sistema termal del almacenaje que puede funcionar con el proceso durante la noche en que no hay sol.

En un vídeo, Aaron Mandell, cofounder de la compañía, dice que qué distinguido su sistema de sistemas tradicionales de la destilación es que ha aumentado la eficacia y ha acelerado el índice de evaporación por cerca de 30 veces. Además, puesto que el volumen de salmuera que necesite ser procesada es el alrededor 7% del flujo de proceso total, la concentración de la salmuera excede 210.000 PPM de los sólidos en suspensión totales (TDS). Esto permite al equipo disponible en el comercio de la cristalización ser utilizada para producir los subproductos sólidos que se pueden vender algo que dispuestos como basura.

La instalación en Panoche es una sola unidad y cuando, el funcionamiento en la capacidad plena, producirá cerca de 65.000 galones de agua de la sal y mineral-libre por día. Se proyecta que las unidades de este tamaño se pueden combinar virtualmente sin límite para aumentar proporcionalmente linear la salida.

Perspectiva

Por todo el mundo, la demanda para el agua dulce está creciendo y las fuentes disponibles se filtran cada vez más. Esto está estimulando una vuelta hacia la desalación como manera de producir el agua dulce, algo que retirándola de fuentes naturales. Las iniciativas públicas y privadas están en curso desarrollar nuevas tecnologías así como para mejorar los más viejos. Para las zonas costeras, esto significa típicamente las instalaciones grandes para convertir el agua de mar. Para las áreas interiores, la respuesta está a menudo en los sistemas descentralizados para desalinar el agua subterránea salobre.

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