Odsalanie wody morskiej: procesy i technologie
- Szczegóły
Chociaż woda pokrywa niemal 75 proc. powierzchni Ziemi, to w większości jest to woda słona, nienadająca się do picia. 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. Picie takiej wody jest szkodliwe dla naszego zdrowia, bowiem wydalamy po niej więcej płynów, niż wypiliśmy. Z pozostałych 3 proc. znaczna część wody znajduje się w lodowcach, a stosunkowo łatwo osiągalne jest jedynie ok. 0,7 proc. 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.
Odsalanie polega na usunięciu z wody morskiej soli i innych rozpuszczonych w niej substancji. Niezdatna do picia woda morska może zostać oczyszczona z soli na tyle, że będzie się nadawać do spożycia. Woda oceaniczna pod wpływem temperatury wyparowuje już bez znajdujących się w niej soli. W wyniku zjawiska kondensacji z pary wodnej powstają chmury, które przynoszą deszcz wpadający potem do rzek i mórz. Chociaż ilość soli w wodach powierzchniowych oscyluje na stałym poziomie, deszczówka jest słodka i po odpowiedniej filtracji nadaje się również do celów gospodarczych.
Metody odsalania wody morskiej
Odsalanie wody morskiej na skalę przemysłową może się odbywać na różne sposoby. Na przestrzeni ostatnich dziesięcioleci opracowano wiele metod odsalania, głównie w celu konwersji światowych zasobów wody morskiej. Obecnie istnieją trzy główne kategorie desalinacji wykorzystujące takie procesy jak parowanie, zamrażanie i dyfuzja. Źródła energii dla wszystkich tych procesów obejmują ogrzewanie, z pewnym stopniem wykorzystania ciepła odpadowego, jako źródło odzyskiwania energii. Wszystkie te technologie wymagają dużych ilości energii cieplnej i są preferowane tam, gdzie pojawiają się nadwyżki energii lub jest ona tania.
W procesach odsalania wody morskiej bazujących na zamrażaniu, ciepło jest pobierane z solanki, aż jej część skrystalizuje w granulki czystej wody i lodu. Powstającą w ten sposób frakcję oddziela się od pozostałej solanki i topi, tworząc świeżą wodę pitną. W przypadku dyfuzji wyróżnia się procesy, w których świeża woda jest oddzielana od słonej wody za pomocą hydrofobowej lub półprzepuszczalnej membrany.
Wśród najpopularniejszych metod odsalania wody są m.in. membrany. 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.
Przeczytaj także: Gdzie kupić wodę destylowaną?
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).
Odwrócona osmoza
Odwrócona osmoza zachodzi w kierunku od roztworu o wyższym stężeniu do roztworu o stężeniu niższym (prowadzi do zwiększenia różnicy stężeń obu roztworów), czyli odwrotnie niż w przypadku osmozy spontanicznej. W celu przeprowadzenia tego procesu w zamkniętej przestrzeni należy przyłożyć ciśnienie większe niż naturalne, do czego niezbędne są wysokowydajne pompy ciśnieniowe. Zawsze podkreślam, że przemysłowa odwrócona osmoza to system, który należy dobierać indywidualnie. Z reguły instalacje do odwróconej osmozy są montowane za jednostką flotacyjną lub przemysłową ultrafiltracją, która usuwa z wody morskiej substancje nierozpuszczalne. Woda jest pobierana z morza lub oceanu za pomocą urządzeń ssawnych instalowanych u wybrzeży danego akwenu. Tego typu przemysłowe systemy odwróconej osmozy muszą być jednak regularnie płukane.
Kolejna kwestia to rodzaj membrany osmotycznej, która w przypadku odsalania wody powinna się charakteryzować większą wydajnością. Wymagane jest również ciśnienie o wysokości około 60 bar, a co za tym idzie niezbędna jest również bardziej wytrzymała i wydajniejsza pompa. Do odsalania wody morskiej wykorzystuje się znacznie większą ilość membran osmotycznych niż przy wodzie słodkiej, co oczywiście przekłada się na wyższy koszt całej inwestycji (niekiedy nawet kilka lub kilkanaście razy). Ponieważ przemysłowa odwrócona osmoza jest uznawana za metodę stosunkowo kosztowną i wymagającą sporych nakładów energii, nieustannie trwają poszukiwania tańszych sposobów odsalania wody.
Wyzwania i przyszłość odsalania wody
Odsalanie wody morskiej cieszy się dużym zainteresowaniem ze względu na olbrzymie potrzeby rosnącej populacji. Na tym tle szczególnie duże zapotrzebowanie generuje rolnictwo oraz przemysł. Obecność soli utrudnia lub wręcz uniemożliwia zachodzenie procesów technologicznych, a także powoduje korozję metalowych elementów maszyn. Desalinacja pozwala niektórym zakładom na korzystanie z wody morskiej zamiast słodkiej.
Przeczytaj także: Inwestycje w Jakość Wody w Proszówkach
Odsalanie wody morskiej to w dzisiejszych czasach kluczowa technologia dla zapewnienia dostępu do wody pitnej, szczególnie w obliczu globalnych wyzwań związanych z jej niedoborem. Gdy mamy coraz większe problemy ze źródłami wody pitnej, to odsalanie to coraz bardziej realna opcja. A w technologii odsalania notuje się postępy nie mniejsze niż w fotowoltaice czy magazynowaniu energii. Już dziś jest to coraz bardziej popularna technologia i chociaż najczęściej pisze się o kolejnych projektach powstających w Kaliforni to desalinacja jest przede wszystkim domeną krajów Bliskiego Wschodu. Niektóre kraje regionu wykorzystują ją, aby zaspokoić nawet 90 proc. zapotrzebowania na wodę pitną. Co więcej, właśnie tutaj znajduje się 40 proc. światowych instalacji do odsalania wody.
Jak widać na powyższym wykresie, moce przetwórcze bardzo szybko rosną. Na poważnie pojawiły się w latach 80-tych, ale prawdziwego przyspieszenia nabrały w XXI wieku. Od 2000 roku ich moc operacyjna wzrosła sześciokrotnie z 2,5 do przeszło 15 mln m3 dziennie. Tempo rozwoju jest więc imponujące, niemniej barierą na przyszłość jest znacząca emisja CO2.
Jednak znaczące postępy w materiałoznawstwie istotnie zmniejszają energochłonność procesu odwróconej osmozy, a gwałtowna redukcja kosztów energii odnawialnej do wytwarzania energii daje perspektywę wykorzystania jej jako paliwa. Szczęściem w nieszczęściu jest korelacja, zgodnie z którą braki wody najczęściej występują w regionach mocno nasłonecznionych, takich właśnie jak Bliski Wschód. Prawidłowość ta ma znaczenie o tyle, że to właśnie Bliski Wschód i Afryka w największym stopniu będą wykrozystywać odsalanie wody. To najbardziej aktywny demograficznie obszar - do połowy wieku będzie tu mieszkać około 3,4 mld ludzi - gdzie problemy z dostępem do wody są największe. Prawie dwie trzecie ludności regionu mieszka na obszarach, na których brakuje wystarczającej ilości odnawialnych źródeł wody, a ponad 60 proc.
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.
Przeczytaj także: Woda mineralna Józef: Zalety
tags: #woda #pitna #z #wody #morskiej #proces
