26.06.2020
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.
Вчера, 20:11
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

Вчера, 12:28
Ольга Иванова

Международная группа ученых пришла к выводу, что употребление жирных кислот, содержащихся в орехах, семенах, сое и растительном масле, снижает риск смерти от всех причин, в том числе от сердечно-сосудистых заболеваний.

11 часов назад
Александр Березин

Когда полвека назад гибель динозавров объяснили падением астероида, это вызвало массовое неприятие, длившееся десятилетия. Открытие кометы, взрыв которой принес тысячелетнее похолодание в начале голоцена, привело к спорам в научной среде, которые идут до сих пор. Теперь множеству атак подверглось и открытие астероида, уничтожившего Содом. Отчего многим исследователям так трудно поверить в астероидные взрывы и о каких узких местах в современной науке это может говорить?

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

12 октября
Елена Синицкая

Управление древностей Израиля обнародовало итоги раскопок огромного винодельческого комплекса. На нем в византийское и раннеисламское время делали виноградное вино, которым снабжали многие страны Средиземноморья.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

22 сентября
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

24 сентября
Василий Парфенов

Недавно основанный стартап Success Rockets объявил о первых полноценных летных испытаниях своей суборбитальной ракеты Nebo 25. Запуск пройдет в ноябре, его цель — установить новый национальный рекорд по высоте полета среди частных компаний.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: