Odsalanie Wody Morskiej: Klucz do Zapewnienia Dostępu do Wody Pitnej
- Szczegóły
Odsalanie wody morskiej stanowi jedno z kluczowych rozwiązań w walce z globalnym deficytem wody pitnej, szczególnie w regionach o ograniczonych zasobach słodkiej wody. Technologia ta odgrywa istotną rolę w zapewnieniu bezpieczeństwa wodnego dla ludności oraz przemysłu, przyczyniając się do zrównoważonego rozwoju i ochrony środowiska.
Odsalanie to usuwanie soli z wody morskiej lub słonawej w celu produkcji wody pitnej. Aż 97 proc. zasobów wody na naszej planecie to woda morska i oceaniczna o znacznym stopniu zasolenia, która w efekcie nie nadaje się do spożycia. Zwykła woda morska może zawierać do kilku procent soli, podczas gdy woda pitna zawiera tylko ponad 10 ppm soli.
Na całym świecie prowadzi się badania nad technologiami jej odsalania. Rozwiązaniem mogą być technologie odsalania wody morskiej i obecnie tego typu procesy prowadzone są w ponad 100 krajach na całym świecie. Największe zakłady odsalające znajdują się w Zjednoczonych Emiratach Arabskich i Izraelu, ale technologie te rozwijane są także m.in. w USA, Chinach, Japonii czy Australii.
Metody Odsalania Wody Morskiej
Odsalanie wody to proces usuwania soli i innych rozpuszczonych substancji mineralnych z wody morskiej lub słonej, aby uzyskać wodę zdatną do spożycia lub wykorzystania w przemyśle.
Współcześnie istnieje kilka głównych metod odsalania wody morskiej:
Przeczytaj także: Znaczenie wody pitnej dla zdrowia
- Destylacja termiczna
- Odwrócona osmoza
- Elektrodializa
- Wymiana jonowa
- Usuwanie z udziałem węglanów
Każda z tych technologii charakteryzuje się innymi wymaganiami energetycznymi, kosztami eksploatacji i wpływem na środowisko.
Odwrócona Osmoza
Najbardziej powszechna technika w celu odsalania wody jest użycie odwróconej osmozy. Technika ta pozwala na usuniecie soli w jednej fazie. Ze względu na wysokie ciśnienie osmotyczne wody morskiej, ciśnienie zastosowane może być bardzo wysokie (do 100 bar) dla systemów odsalania odwróconej osmozy.
Odwrócona osmoza to sposób na „wyciskanie” czystej wody z brudnej. Wyobraź sobie siatkę tak drobną, że przepuszcza tylko cząsteczki wody, ale zatrzymuje sól i brud. Warto wyjaśnić najpierw, na czym polega naturalny proces znany pod nazwą osmozy spontanicznej. Jeśli dwie porcje cieczy oddzielone są błoną półprzepuszczalną, następuje przenikanie wody do tego miejsca, w którym znajduje się więcej jonów czy też innej substancji rozpuszczonej. Można jednak wymusić proces odwrotny, czyli przenikanie wody w drugą stronę. W tym celu trzeba w zamkniętej przestrzeni przyłożyć ciśnienie, które będzie większe od naturalnego ciśnienia osmotycznego.
Odwrócona osmoza wymaga więc stosowania wydajnych pomp wytwarzających ciśnienie, a co za tym idzie - sporej ilości energii. Zawsze twierdziłem, że przemysłową odwróconą osmozę dobiera się na miarę. To nie jest gotowiec z półki - liczba i wydajność membran zależą od tego, ile wody trzeba oczyścić, jakiej jakości ma być efekt i jakie są warunki w instalacji.
Destylacja
Podstawowy proces podpatrzony w przyrodzie możemy jednak wykorzystać do celów przemysłowych. Ogrzewamy wodę, a następnie powstającą parę wodną skraplamy i zbieramy. W przyrodzie proces ten jest powolny, my ze względów praktycznych musimy go przyspieszyć. Większość czytelników słyszała o destylacji, która pozwala na proste oddzielenie składników lotnych (woda) od nielotnych (sole).
Przeczytaj także: Niezależność dzięki własnej studni
To właśnie jeden z podstawowych sposobów uzyskiwania słodkiej wody. Jest to niestety metoda dość droga, ponieważ wymaga doprowadzenia dużej ilości energii niezbędnej do ogrzania wody do 100°C. Można to jednak nieco zmodyfikować, wykorzystując proste zjawisko fizyczne. Wiadomo, że temperatura wrzenia cieczy zależy od ciśnienia atmosferycznego. Woda na poziomie morza wrze w 100°C, ale już na Mount Evereście - w mniej niż 70°C. Na szczęście nie trzeba montować aparatury w wysokich górach. Jeśli obniżymy ciśnienie w zamkniętym układzie destylacyjnym, woda będzie wrzeć nawet w temperaturze pokojowej.
Filtry Membranowe
Odsalanie polega na usunięciu z wody morskiej soli i innych rozpuszczonych w niej substancji. Wśród najpopularniejszych metod odsalania wody są m.in. - Membrany to nic innego jak filtry, a w zależności od tego, jaki rodzaj stosujemy, mogą przypominać wyglądem np. kawałek kartki lub mają postać ceramicznej rurki. W trakcie całego procesu mamy do czynienia z szeregiem różnych oddziaływań i mechanizmów. Często ma miejsce tzw. efekt sitowy, w którym membrany separują cząstki określonej wielkości i typu, przepuszczając dalej czystą wodę - mówi dr inż.
Technologie odsalania wody z zastosowaniem membran stają się coraz popularniejsze m.in. - Cały proces można też dość łatwo zautomatyzować i pozyskujemy końcowy produkt, czyli w tym wypadku wodę do picia, o w miarę stałym składzie. Technologia ta jest także bardzo skuteczna i efektywna. W zależności od tego, jak zaplanujemy cały proces, a także od składu wody i rodzaju membran, ze 100 litrów wody morskiej możemy uzyskać od 60 do nawet 90 proc. wody do picia - tłumaczy dr inż.
Zastosowanie membran nie jest jednak pozbawione pewnych wad, ponieważ są one podatne na uszkodzenia i łatwo mogą zostać zablokowane (tzw. zjawisko foulingu). Problemem jest też zapychanie membran (fouling), które przy wodzie morskiej występuje często.
Wyzwania i Przyszłość Odsalania
Proces odsalania, mimo licznych korzyści, wiąże się z istotnymi wyzwaniami. Zużycie energii, emisja gazów cieplarnianych oraz gospodarka solanką stanowią główne aspekty wymagające dalszej optymalizacji. Rozwój technologii odsalania koncentruje się na zwiększeniu efektywności energetycznej oraz ograniczeniu kosztów operacyjnych. Wdrożenie zaawansowanych metod oczyszczania wody oraz automatyzacja procesów pozwalają na jeszcze dokładniejsze kontrolowanie parametrów jakościowych.
Przeczytaj także: UNICEF o dostępie do wody pitnej
Obecnie największa taka stacja znajduje się w Ras Al-Khair (Arabia Saudyjska). Ten położony nad Zatoką Perską obiekt jest w stanie produkować 1 mln m3 wody na dobę. Wykorzystano tutaj technologię wielostopniowej destylacji rzutowej połączonej z odwróconą osmozą. Energii dostarcza zintegrowana z zakładem elektrownia. Cały zakład zapewnia 3,5 tys. miejsc pracy.
Bardzo duża instalacja produkująca wodę pitną (stacja Sorek) znajduje się w Izraelu, 15 km od Tel Awiwu. Kosztowała olbrzymią kwotę - 500 mln dol. - ale dzięki temu może dostarczać dziennie 624 tys. m3 wody pitnej. Zasilana jest rurociągami, których wloty znajdują się 1,5 km od brzegu morza. Zastosowano tu klasyczny system odwróconej osmozy. Uzyskana woda jest następnie mineralizowana do odpowiedniego poziomu oraz dezynfekowana.
Duże instalacje posiadają też inne kraje Zatoki Perskiej, m.in. Arabia Saudyjska, Zjednoczone Emiraty Arabskie oraz Bahrajn. Instalacja Janbu, postawiona 300 km na północ od miasta Dżudda w Arabii Saudyjskiej, może produkować niemal 70 tys. m3 dziennie. Z kolei obiekt Fujairah, znajdujący się w Zjednoczonych Emiratach Arabskich, to instalacja o wydajności dziennej 170 tys. m3.
Technologie, w których stosuje się membrany półprzepuszczalne, są uznawane za najbardziej obiecujące, zwłaszcza że badacze zauważyli szansę wykorzystania w nich stosunkowo nowego materiału, tlenku grafenu. Wiosną 2017 r. doniesiono o uzyskaniu zupełnie nowych membran opartych właśnie na nim.
Musimy pamiętać, że woda zupełnie pozbawiona jonów także nie jest zbyt zdrowa. Dlatego też w systemach odsalających musi ona być poddana mineralizacji. Przepuszczenie przez odpowiednie złoże powoduje, że pojawiają się w niej odpowiednie ilości niezbędnych jonów sodu, potasu, magnezu i wapnia.
Według szacunków FAO do 2025 roku prawie 2 miliardy ludzi może nie mieć wystarczającej ilości wody pitnej, aby zaspokoić ich codzienne potrzeby. Jednym z możliwych rozwiązań tego problemu jest odsalanie, czyli oczyszczanie wody morskiej w celu nadania jej przydatności do picia.
Tabela: Porównanie Zasolenia Wody w Różnych Zbiornikach
| Rodzaj Wody | Zawartość Soli (g/l) |
|---|---|
| Woda Słodka | Poniżej 0,5 |
| Woda Słonawa (Brachiczna) | 0,5 - 30 |
| Woda Morska (Słona) | Powyżej 30 |
| Solanka | Powyżej 50 |
| Morze Martwe | Powyżej 340 |
Odsalanie wody morskiej to w dzisiejszych czasach kluczowa technologia dla zapewnienia dostępu do wody pitnej, szczególnie w obliczu globalnych wyzwań związanych z jej niedoborem.
tags: #pitna #woda #morska #proces #odsalania
