Odsalanie Wody Morskiej: Proces, Metody i Znaczenie
- Szczegóły
Wody na Ziemi jest sporo, a jednocześnie w wielu miejscach coraz dramatyczniej jej brakuje. Jest tak, gdyż niestety większość H2O na naszej planecie jest silnie zasolona i nie nadaje się, nie tylko do picia. Niestety, choć nasza planeta jest pokryta morzami i oceanami, tylko niewielka część ziemskiej wody, około 2,5 proc., jest słodka a mówiąc precyzyjnie - nie zasolona.
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.
Odsalaniem nazywa się procesy usuwania soli i innych minerałów z wody morskiej, w celu uzyskania słodkiej wody zdatnej do nawadniania lub spożycia. Wiele jałowych obszarów Ziemi w ogóle jest pozbawione powierzchniowych zasobów słodkiej wody, takich jak rzeki i jeziora. Zwykle, nawet w takich okolicach, dostępne są pewne zasoby wody podziemnej.
Kwestia usuwania soli i innych domieszek zaprząta uwagę sporej części ludzkości od dość dawna. Odsalanie jako pomysł na pozyskanie wody pitnej i użytkowej, jest znane w historii od tysiącleci. Arystoteles zauważył w swoim dziele "Meteorologia", że "słona woda, gdy zamienia się w parę, staje się słodka, a para nie tworzy ponownie słonej wody, gdy się skrapla".
Znaczenie 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. Wraz ze wzrostem liczby ludności na świecie, proces odsalania wody stał się jednym z nadrzędnych, zważywszy na fakt istnienia rejonów, w których o bezpieczną pitną wodę nie jest wcale łatwo.
Przeczytaj także: Gdzie kupić wodę destylowaną?
Przetwarzanie słonej wody na pitną to proces niezwykle istotny, jeśli weźmiemy pod uwagę fakt, że 97% wody na świecie to woda słona (morska). Woda słodka stanowi zaledwie 3 proc. zasobów światowych, natomiast pozostałe 97 proc. tego drogocennego płynu znajduje się w morzach i oceanach.
Jak podaje ONZ, w skali globalnej ponad 40 proc. Według International Desalination Association, na całym świecie już ponad 300 milionów ludzi otrzymuje wodę z zakładów odsalania. Już kilka lat temu globalna liczba zakładów odsalania wynosiła ok. 20 tys. (ciągle rośnie) a produkcja światowa odsolonej wody wynosi obecnie ok. 100 mld litrów dziennie.
Najważniejsi użytkownicy wody odsalanej znajdują się na Bliskim Wschodzie, (głównie Arabia Saudyjska, Kuwejt, Zjednoczone Emiraty Arabskie, Katar i Bahrajn), gdzie zgromadzono około 70 proc. światowych zdolności produkcyjnych w dziedzinie odsalania, oraz w Afryce Północnej (głównie Libia i Algieria), która wykorzystuje około 6 proc.
Obecnie odsalanie jest wciąż przede wszystkim domeną krajów bardziej zamożnych, zwłaszcza tych, które dysponują dużymi zasobami paliw kopalnych i dostępem do wody morskiej. Poza Bliskim Wschodem i Afryką Północną, odsalanie jest stosunkowo częste w dotkniętych niedoborem wody częściach Stanów Zjednoczonych, zwłaszcza w Kalifornii, oraz w niektórych innych krajach, w tym w Hiszpanii, Australii i Chinach.
Metody odsalania wody
Stosowanych sposobów na odsalanie wody jest sporo: od tych najbardziej prymitywnych po bardziej zaawansowane. Wszystkie te technologie wymagają dużych ilości energii cieplnej i są preferowane tam, gdzie pojawiają się nadwyżki energii lub jest ona tania.
Przeczytaj także: Inwestycje w Jakość Wody w Proszówkach
Współcześnie istnieje kilka głównych metod odsalania wody morskiej:
- Destylacja termiczna (np. destylacja próżniowa)
- Odwrócona osmoza (RO)
- Elektrodializa
- Zamrażanie
Każda z tych technologii charakteryzuje się innymi wymaganiami energetycznymi, kosztami eksploatacji i wpływem na środowisko. Właściwy proces odsalania (np. dobór odpowiednich membran) musi być dostosowany do specyfiki danego regionu oraz jakości wody surowej.
Destylacja
Na największą skalę stosowana jest destylacja, w szczególności destylacja próżniowa. Destylacja wody to proces stosunkowo prosty i zrozumiały. Rzecz z w tym, aby był też mniej kosztowny energetycznie. Dlatego dąży się do wykorzystania w nim źródeł odnawialnych, głównie słońca.
Najprościej ujmując, zabieg ten polega na oddzieleniu lotnych związków od cieczy będącej mieszaniną. Wykorzystujemy tutaj skłonność takich związków do odparowywania z mieszaniny przy niskim ciśnieniu atmosferycznym, bez konieczności zwiększania temperatury. W takich warunkach związki te osiągają większą prędkość.
Stany Zjednoczone, Francja i Zjednoczone Emiraty Arabskie pracują nad rozwojem praktycznego odsalania wody za pomocą energii słonecznej, np. WaterStillar firmy AquaDania został zainstalowany w Dahab w Egipcie i w Playa del Carmen w Meksyku. W tym podejściu kolektor słoneczny o powierzchni dwóch metrów kwadratowych może destylować od 40 do 60 litrów dziennie z dowolnego lokalnego źródła wody, pięć razy więcej niż konwencjonalne destylatory.
Przeczytaj także: Woda mineralna Józef: Zalety
Odwrócona osmoza
W ostatnich latach następuje szybki rozwój metod opartych na odwróconej osmozie, głównie dzięki rozwojowi membran półprzepuszczalnych i oszczędniejszych pomp wysokociśnieniowych. Odwróconą osmozą nazywa się metodę polegającą na wymuszonej dyfuzji rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalną umieszczoną pomiędzy dwoma roztworami o różnym stężeniu.
W przeciwieństwie do osmozy spontanicznej, odwrócona osmoza zachodzi od roztworu o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonej do roztworu o stężeniu niższym, czyli prowadzi do zwiększenia różnicy stężeń obu roztworów.
Do czasu opracowania techniki tworzenia asymetrycznej membrany charakteryzującej się cienką warstwą, wysoce porowatą i z grubszym podłożem membrany, proces ten nie był zbyt wydajny. Udoskonalenie i kolejne wynalazki wpłynęły na rozwój i upowszechnienie tej techniki.
Brzmi znajomo, prawda? Odwrócona osmoza dla porównania z nanofiltracją to system odsalający, w którym wykorzystujemy zjawisko dyfuzji rozpuszczalnika poprzez półprzepuszczalną błonę. Błona ta rozdziela roztwory, pod warunkiem, że mamy do czynienia z roztworami o różnym stężeniu.
Inne metody
Oczywiście destylacja i osmoza nie są dziś jedynymi znanymi i stosowanymi metodami odsalania. Wywodzące się pierwotnie z badań nad konwersją energii cieplnej w oceanach, niskotemperaturowe odsalanie termiczne (LTTD) wykorzystuje gotowanie wody pod niskim ciśnieniem, nawet w temperaturze otoczenia.
Kolejna rodzina metod odsalania bazuje na zjawiskach elektrycznych, np. elektrodializa. W 2008 roku firma Siemens Water Technologies opracowała technikę, która wykorzystuje pole elektryczne, odsalając jeden metr sześcienny wody przy zużyciu zaledwie 1,5 kWh energii. Od 2012 r. działała demonstracyjna instalacja tego typu w Singapurze.
Wyzwania i przyszłość odsalania
Odsalanie pozostaje kosztownym sposobem pozyskania wody, ponieważ wymaga ogromnych ilości energii. Chodzi o to, by produkować więcej wody na jednostkę energii, oraz lepsze sposoby radzenia sobie z wysoko skoncentrowaną solanką, która jest kłopotliwą, zawierającą nierzadko toksyczne substancje chemiczne, pozostałością po procesach 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.
Najnowszym nurtem w dążeniach do obniżenia zużycia energii i kosztów produkcji słodkiej wody w procesie odsalania technika odwróconej osmozy jest rozwój nanostrukturalnych membran, które zapewniają bardziej efektywny transport wody w porównaniu do istniejących konwencjonalnych cienkowarstwowych elementów membranowych. Ponadto, nanostrukturalne membrany mogą mieć podwyższoną selektywność w odrzucaniu określonych jonów.
Nowa nadzieja na opracowanie kosztowo atrakcyjnej metody pozyskiwania wody słodkiej za pomocą usuwania soli morskiej pojawiła się w ostatnich latach, gdy badacze poinformowali o wynikach badań z zastosowaniem materiału typu szkielet metaloorganiczny (MOF) do filtrowania wody morskiej. Opracowana przez zespół z australijskiego Uniwersytetu Monash nowa technika wymaga, jak zapewniają badacze, znacznie mniej energii niż inne metody.
W ostatnich latach pojawiło się sporo nowych pomysłów na efektywne energetycznie odsalania wody morskiej. Pisaliśmy m.in. o pomyśle Amerykanów z Uniwersytetu w Austin i Niemców z uczelni w Marburgu, polegającym na wykorzystaniu niewielkiego chipu z tworzywa, przez który przepływa prąd elektryczny o znikomym napięciu (0,3 wolta).
Przykłady zakładów odsalania na świecie
Największe na świecie zakłady odsalające znajdują się w Jebel Ali w Zjednoczonych Emiratach Arabskich. Uzyskują one 300 milionów metrów sześciennych wody rocznie. Przodujący wcześniej na liście największych zakład Sorek Desalination Plant, znajduje się na południe od Tel Awiwu w Izraelu i produkuje ponad pięćset milionów litrów wody pitnej dziennie.
Dane statystyczne pokazują, że w 2015 r. na świecie działało niemal 20 tys. stacji odsalania wody, dostarczających dziennie prawie 100 mln m3 słodkiej wody dla ponad 300 mln ludzi. 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.
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.
| Nazwa zakładu | Lokalizacja | Produkcja wody |
|---|---|---|
| Jebel Ali | Zjednoczone Emiraty Arabskie | 300 milionów m³ rocznie |
| Sorek Desalination Plant | Izrael (Tel Awiw) | 500 milionów litrów dziennie |
| Ras Al-Khair | Arabia Saudyjska | 1 milion m³ dziennie |
tags: #woda #pitna #ze #słonej #wody #proces
