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非正统的海水淡化方法可以改变全球水管理

更新时间:2020-09-13 07:50点击:

  水资源安全正成为迫在眉睫的全球挑战。数亿人口已经生活在缺水地区,联合国预测,到2030年,全球约一半的人口将生活在缺水严重的地区。即使对于像美国这样的发达国家来说,这也将是一场危机。美国40个州的水务管理人员预计,未来10年内淡水短缺。随着全球人口和GDP的增长,对淡水的需求也将增加。而且,随着全球气温的持续上升,水资源短缺只会变得更加严重。

非正统的海水淡化方法可以改变全球水管理

  越来越多地依靠淡化工艺来增加供水量。实际上,全球淡化能力预计在2016年至2030年之间翻一番。但是这些过程成本高昂,并且可能对环境有害。海水淡化的副产品超高盐度盐水可以是海水盐度的几倍,其管理选择对于内陆海水淡化设施(如亚利桑那州,加利福尼亚州,佛罗里达州和德克萨斯州的设施)尤其具有挑战性。

  在过去的一年中,哥伦比亚工程公司的研究人员一直在改进他们对高盐盐水的非常规脱盐方法-变温溶剂萃取(TSSE)-这显示出广泛的应用前景。TSSE与传统方法有根本的不同,因为它是一种基于溶剂萃取的技术,它不使用膜且也不基于蒸发相变:它是有效,高效,可扩展且可持续供电的技术。在6月23日在线发表于《环境科学与技术》上的一篇新论文中,研究小组报告说,他们的方法使他们能够实现超高盐度盐水的节能零液体排放(ZLD),这是TSSE进行ZLD脱盐的首次演示。高盐盐水。

  领导这项研究的地球与环境工程助理教授Ngai Yin Yip说:“零液体排放是海水淡化的最后一个领域。”“蒸发和冷凝水是ZLD的当前做法,但它非常耗能且成本高得惊人。我们能够在不使水沸腾的情况下实现ZLD。这是对超高盐度盐水进行脱盐的一项重大进步,这证明了我们的TSSE技术可以成为全球水行业的变革性技术。”

  Yip的TSSE过程始于将低极性溶剂与高盐度盐水混合。在低温下(该小组使用的温度为5°C),TSSE溶剂从盐水中提取水,但不从盐中提取水(盐以离子形式存在于盐水中)。通过控制溶剂与盐水的比例,该小组可以将盐水中的所有水提取到溶剂中,以引起盐的沉淀-在所有水“吸入”到溶剂中之后,盐形成固体晶体并掉落到水中。底部,然后可以轻松筛分。

  在研究人员分离出沉淀的盐后,他们将含水溶剂加热到大约70°C的中等温度。在较高的温度下,溶剂对水的溶解度降低,水像海绵一样从溶剂中挤出。分离出的水在溶剂下面形成一层,并且盐含量比初始盐水少得多。可以容易地将其虹吸掉,然后可以将再生的溶剂重新用于下一个TSSE循环。

  Yip说:“我们并不期望TSSE能够像以前那样运作良好。”“实际上,当我们讨论其对ZLD的潜力时,我们恰恰相反,该过程可能会在盐分过多而无法继续工作的某个时候消失。因此,当我说服首席研究员Chanhee Boo在星期五的下午尝试了一下,结果非常好。”

  通过模拟(实验室准备)的盐水总溶解固体为292,500百万分之一,Yip的团队能够在原始溶液中沉淀出90%以上的盐。此外,研究人员估计,该过程仅使用蒸发水所需能量的约四分之一,与热蒸发盐水相比,可节省75%的能量。他们将溶剂重复使用了数个周期,而性能没有明显下降,表明该溶剂在此过程中是保守的,不会消耗。

  然后,为了证明该技术的实际适用性,研究小组在高盐度盐水,加利福尼亚中央山谷中灌溉排水的浓缩液(该灌溉废水难以处理且成本高昂)的现场样本中进行了取样,并通过TSSE获得了ZLD 。

  常规的蒸馏方法需要高等级的蒸汽,并经常补充电力以为真空泵提供动力。由于TSSE仅需要适度的温度输入,因此所需的低等级热能可能来自更可持续的来源,例如工业废热,浅井地热和低浓度太阳能集热器。

  Yip指出:“在适当的溶剂和适当的温度条件下,我们可以为内陆淡化设施提供具有成本效益和对环境可持续的浓缩物管理方案,利用咸淡的地下水缓解当前和即将来临的水资源压力。”

  除了管理内陆海水淡化浓缩液外,TSSE还可以用于其他高盐度盐水,包括石油和天然气开采中的回流和采出水,蒸汽驱动的发电站产生的废水,煤制化工设施的排放以及垃圾填埋场渗滤液。Yip的小组正在继续研究TSSE的基本工作机制,以设计其性能的进一步改进。这项工作包括使用实地样品进行进一步测试,以及优化整个过程。


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