Разработан новый эффективный метод обессоливания морской воды — Naked Science
Денис Гордеев

Разработан новый эффективный метод обессоливания морской воды

5.7

Методика позволяет добиться нулевого сброса жидкости без испарения и конденсации воды, что экономит большое количество энергии.

схема опреснения
Общая схема процесса / Columbia Engineering

Безопасность водоснабжения сегодня считается крайне острой глобальной проблемой. Дефицит пресной воды уже испытывают сотни миллионов людей, а к 2030 году, согласно прогнозам ООН, около половины населения мира будет проживать в местах, где не хватает этого ресурса. Кризис водоснабжения коснется не только бедных стран, но и экономически развитых государств.

Для увеличения запасов питьевой воды используются технологии опреснения. И в сложившихся условиях они приобретают все большую распространенность. По оценкам экспертов, глобальная мощность опреснительных установок к 2030 году будет вдвое больше, чем в 2016-м. Но процессы опреснения могут быть достаточно дорогими, а их побочные продукты — гиперсоленые растворы — зачастую вредят окружающей среде.

Специалисты из Школы инженерных и прикладных наук Колумбийского университета разработали нетрадиционный подход к опреснению подобных растворов, который назвали TSSE (temperature swing solvent extraction, сольвентная экстракция при температурных колебаниях). Статья об этом опубликована в журнале Environmental Science & Technology. В TSSE используется экстракция растворителем и не применяются мембраны и фазовые переходы (испарения). Благодаря этому новый подход экономически выгоден, стабилен и легко масштабируется.

Стадии TSSE: смешивание с реагентом, сброс осадка, нагревание и декантация, охлаждение / Boo, Yin Yip et al., Environmental Science & Technology, 2020.

В своей статье авторы TSSE утверждают, что смогли «выйти на последний рубеж опреснения» — добиться нулевого сброса жидкости (ZLD, zero liquid discharge). Это означает, что в процессе не производится никаких стоков, требующих дополнительной обработки или захоронения. «Испарение и конденсация воды — стандартный современный подход для достижения ZLD, но он очень энергоемкий и непомерно дорогой. Мы смогли достичь ZLD без нагрева и кипения воды — это серьезный прогресс в опреснении рассолов сверхвысокой солености, который показывает, что наша технология TSSE может преобразовать мировую индустрию [питьевой] воды», — комментирует результаты один из авторов разработки Нгай Ин Ип.

TSSE начинается с того, что низкополярный растворитель диизопропиламин (DIPA) смешивают с соленым водным раствором. Растворитель извлекает воду из раствора при достаточно низких температурах (разработчики тестировали метод при пяти градусах Цельсия). Контролируя соотношение растворителя и рассола, можно извлечь из рассола всю воду — соли при этом формируют кристаллы и осаждаются на дно емкости с раствором.

Расслоение диизопропиламина и воды при разных соотношениях рассола (brine) к растворителю (solvent) / Boo, Yin Yip et al., Environmental Science & Technology, 2020.

После того как соляные кристаллы извлекаются из емкости, раствор нагревают до температуры 70 °C. При этом аффинность (степень химического сродства) растворителя к воде снижается, и вода «выжимается словно из губки». Полученная целевая жидкость и диизопропиламин расслаиваются из-за разницы в плотности; воду можно откачать, а сольвент — использовать повторно.

В лабораторных условиях ученым удавалось осадить 90% всей соли из исходного водного рассола — стока ирригационных дренажных вод с полей в Центральной Калифорнии. При этом экономия энергии по сравнению с термическим испарением составила около 75%. Растворитель был повторно использован в течение нескольких циклов без значимого снижения производительности.

Благодаря относительно низкому потреблению энергии для TSSE можно использовать геотермальные и солнечные электростанции. Метод отлично подойдет для получения питьевой воды из морской. Кроме того, его можно использовать для обработки продуктов выщелачивания, стоков горнообогатительных комбинатов, водных выбросов при разработке нефтяных и газовых месторождений.

Ранее группа ученых из Калифорнийского университета сообщила, что на поверхности Луны может оказаться намного больше ледяной воды, чем считалось ранее. Их коллеги из Саудовской Аравии разработали технологию получения дистилированной воды и электроэнергии при помощи солнечного света.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Вчера, 18:35
Илья Ведмеденко

Египтяне провели учения, на которых французский истребитель Rafale одолел российский Су-35. Оба самолета принадлежат к четвертому поколению.

9 часов назад
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Позавчера, 21:04
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

22 июля
Илья Ведмеденко

По информации СМИ, модуль «Наука» столкнулся с техническими проблемами. Они могут существенно осложнить стыковку с Международной космической станцией.

Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: