Energia i środowisko

Czy zamiana wody morskiej w wodę pitną pomoże w niedoborach wody?

Czy zamiana wody morskiej w wodę pitną pomoże w niedoborach wody?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Wierz lub nie wierz, ale w wielu częściach świata rośnie problem z uzyskaniem czystej, zdatnej do picia słodkiej wody. Wiele osób przewiduje, że w wyniku połączenia działalności człowieka i zmian klimatycznych wkrótce nastąpi poważny globalny kryzys wodny.

Z tego powodu naukowcy szukają rozwiązań umożliwiających sztuczne tworzenie słodkiej wody. Nazywane odsalaniem, czy przemiana słonej wody, takiej jak woda morska, w słodką wodę może być rozwiązaniem, którego szukaliśmy?

Co to jest kryzys słodkiej wody?

Nasza „Błękitna Planeta” ma trafną nazwę. Z grubsza 70% jego powierzchni pokrytej wodą wydawałoby się niewytłumaczalne, że woda może być uważana za rzadki zasób w wielu częściach świata, które nie są nawet obszarami pustynnymi.

Problem polega na tym, że większość tej wody to woda morska, która nie nadaje się do picia, ponieważ jest dosłownie nasycona solą. Wody Ziemi tylko dookoła 3% jest świeży i bezpieczny do picia.

Ale tylko dookoła 1% dostępnej wody słodkiej jest w rzeczywistości łatwo dostępna do użytku przez ludzi. Znaczna większość pozostałych jest zamknięta w lodowcach, czapach lodowych, wiecznej zmarzlinie lub zakopana głęboko w ziemi.

Oznacza to, że tylko dookoła 0.007% wody na Ziemi jest faktycznie dostępna do użytku przez naszą stale rosnącą populację na świecie. Innym problemem jest to, że ta łatwo dostępna słodka woda nie jest równomiernie rozprowadzana na całym świecie.

ZWIĄZANE Z: KRYZYS SŁODKOWODNY I ODSALANIE

Ponieważ woda pitna jest niezbędna do życia na Ziemi, nie jest to idealne rozwiązanie dla miejsc, w których występuje „niedobór wody”. Ale używamy wody również do produkcji żywności, odzieży, budowania takich rzeczy, jak komputery i samochody, a także do urządzeń sanitarnych, żeby wymienić tylko kilka rzeczy.

Jest niezbędna dla wszystkich aspektów życia ludzkiego.

National Geographic wyjaśnia, dlaczego „ze względu na geografię, klimat, inżynierię, regulacje i konkurencję o zasoby, niektóre regiony wydają się stosunkowo zalewane słodką wodą, podczas gdy inne borykają się z suszą i wyniszczającym zanieczyszczeniem. W większości krajów rozwijających się czysta woda jest albo trudny do zdobycia lub towar, który wymaga pracochłonnej pracy lub znacznej waluty ”.

Innym problemem jest to, że ilość świeżej wody na naszej planecie pozostaje względnie stała od miliardów lat.

W rzeczywistości jest możliwe, że w którymś momencie swojego życia połknąłeś cząsteczki wody, które również zostały wypite przez dinozaury, Juliusza Cezara lub inną postać historyczną. Dość niezwykła myśl.

Wydaje się, że rosnące globalne temperatury w ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci również zwiększają prawdopodobieństwo wystąpienia ekstremalnych zjawisk pogodowych, w tym susz w podatnych obszarach świata. Na dotkniętych obszarach niedobór wody jest bardzo poważnym problemem.

Wraz ze wzrostem populacji każdego roku i nadużyciem już kurczących się zasobów wody do celów takich jak rolnictwo lub jednorazowe dobra konsumpcyjne, niektóre części świata stoją w obliczu bardzo realnego „kryzysu słodkowodnego”.

Ale ludzkość jest tylko genialna. Czy możemy wykorzystać naszą technologię, aby ograniczyć wpływ tego kryzysu? Może nawet „stworzyć” słodką wodę?

Dowiedzmy Się.

Czy picie słonej wody z morza jest bezpieczne?

Krótka odpowiedź brzmi oczywiście nie. Picie słonej wody, podobnie jak woda morska, może być śmiertelne dla ludzi (i wielu innych organizmów).

Woda morska, o czym jesteśmy przekonani, że jest więcej niż świadoma, zawiera dużo soli. Kiedy go pijesz, bierzesz zarówno wodę (co jest dobre), ale także te sole.

Chociaż możesz z radością spożywać niewielką ilość soli, zawartość wody morskiej jest znacznie wyższa niż organizm może skutecznie przetworzyć.

Komórki twojego ciała zależą od chlorku sodu (soli kuchennej), głównie od jego zawartości sodu, aby utrzymać równowagę chemiczną organizmu i reakcje. Ale za dużo może być śmiertelne.

Dzieje się tak, ponieważ nerki, a zwłaszcza nefrony, mogą wytwarzać tylko mniej zasolony mocz niż woda morska. Oznacza to, że gdybyś pił wyłącznie wodę morską, do rozcieńczenia soli i jej wysikania potrzeba było więcej wody niż wody, którą otrzymałeś po jej wypiciu.

Innymi słowy, miałbyś straty wody netto. Z tego powodu w końcu umarłbyś z odwodnienia (i z czasem stałbyś się coraz bardziej spragniony), gdyby jedynym źródłem wody była woda morska.

Z tego powodu nigdy nie należy pić dużych ilości wody morskiej.

Jakie są metody odsalania wody?

Przy tak małym odsetku całkowitej dostępnej wody na Ziemi, jaką jest woda słodka, można się zastanawiać, czy istnieje sposób, w jaki moglibyśmy wykorzystać olbrzymie rezerwuary innych źródeł wody na Ziemi, takich jak morze. Okazuje się, że możemy, choć z wielkim wysiłkiem i kosztami.

Obecnie istnieją co najmniej trzy główne metody odsalania:

  • Odsalanie termiczne (destylacja).
  • Odsalanie elektryczne.
  • Odsalanie ciśnieniowe (odwrócona osmoza).

Odsalanie termiczne, czyli destylacja, jest zdecydowanie najstarszą z trzech i faktycznie jest używana od tysięcy lat. Woda morska jest gotowana, a następnie para jest chłodzona i skraplana w postaci świeżej wody, pozostawiając kryształy soli w podgrzewanym naczyniu.

Jednak osiągnięcie tej metody wymaga znacznych inwestycji w energię. Bardziej nowoczesne metody, według Uniwersytetu Stanforda, „wykorzystują różne techniki, takie jak zbiorniki niskociśnieniowe, w celu obniżenia temperatury wrzenia wody, a tym samym zmniejszenia ilości energii potrzebnej do odsalania”.

Ta forma odsalania jest szeroko stosowana w miejscach takich jak Bliski Wschód, gdzie łatwo dostępne zasoby węglowodorów pomagają obniżyć koszty paliwa. Odsalanie termiczne składa się zwykle z trzech głównych procesów termicznych na dużą skalę.

To są:

  • Wielostopniowa destylacja błyskawiczna (MSF).
  • Destylacja wieloefektowa (MED).
  • Destylacja parowa (VCD).

Istnieje również inna metoda termiczna; destylacja słoneczna, jest zwykle stosowana przy bardzo małych szybkościach produkcji. Jest również powszechnie używany do produkcji soli do jedzenia, umieszczając wodę morską w płytkich basenach i czekając, aż słodka woda naturalnie wyparuje - pozostawiając sól morską.

Innym sposobem usuwania soli z wody morskiej jest użycie membrany do oddzielenia soli. Można to osiągnąć za pomocą prądu elektrycznego lub ciśnienia.

Metody te są stosowane głównie w miejscach o bogatych źródłach energii, takich jak Stany Zjednoczone.

Odsalanie elektryczne, jeden z przykładów odsalania membranowego, wykorzystuje prąd elektryczny do oddzielania cząsteczek soli i wody. W tej metodzie prąd elektryczny kieruje jony przez wybiórczo przepuszczalną membranę, niosąc ze sobą sól.

Błona wybiórczo przepuszczalna to taka, która umożliwia pewnym cząsteczkom przechodzenie przez nią z wykluczeniem innych. Membrany syntetyczne lub polimerowe zostały stworzone do różnych procesów badawczych i przemysłowych.

Istnieją dwie główne metody elektrycznego odsalania membranowego:

  • Elektrodializa (ED).
  • Odwrócenie elektrodializy (EDR).

Obie te metody odsalania wymagają różnych ilości energii, w zależności od zawartości soli w źródle wody. Chociaż nadaje się do stosowania przy niższych stężeniach soli, jest zdecydowanie zbyt energochłonny do stosowania w wodzie morskiej.

Odwrócona osmoza jest inną formą odsalania, która wykorzystuje ciśnienie do przepuszczania wody przez selektywnie przepuszczalną membranę. Ten proces, podobnie jak inne, oddziela sól z roztworu.

Pozornie podobne do odsalania elektrycznego, ilość energii potrzebnej do odwróconej osmozy na dużą skalę zależy od początkowej zawartości soli w wodzie. W przypadku wody morskiej wymagana energia oznacza, że ​​w większości sytuacji nie jest ona opłacalna ekonomicznie.

Ponieważ jest to najczęstsza forma odsalania, warto przyjrzeć się temu procesowi bardziej szczegółowo.

Co to jest odwrócona osmoza i czy działa odwrócona osmoza?

Jak wspomniano wcześniej, odwrócona osmoza to proces odsalania, który wykorzystuje ciśnienie do dosłownie przepychania cząsteczek wody przez membranę. W przeciwieństwie do zwykłej filtracji (w której pewne zanieczyszczenia są wykluczone ze względu na rozmiar), odwrócona osmoza obejmuje dyfuzję rozpuszczalnika przez membranę, która przepuszcza tylko wodę.

Regularna osmoza polega na naturalnym przemieszczaniu się rozpuszczalnika z obszaru o niskim stężeniu substancji rozpuszczonej (wysoki potencjał wody) do wysokiego stężenia substancji rozpuszczonej (niski potencjał wody), aż do osiągnięcia równowagi. W odwróconej osmozie, jak sugeruje nazwa, woda jest ekstrahowana z wody zasilającej o wysokim stężeniu substancji rozpuszczonej (takiej jak woda morska) poprzez zastosowanie ciśnienia w celu odwrócenia naturalnego przepływu rozpuszczalnika podczas osmozy.

Oprócz ciśnienia jednym z głównych elementów procesu odwróconej osmozy jest zastosowanie membrany selektywnie przepuszczalnej.

Ta membrana przepuszcza przez nią określone cząsteczki, głównie wodę, pozostawiając substancje rozpuszczone (takie jak sól) i inne zanieczyszczenia. W odwróconej osmozie stosuje się do tego celu cienkowarstwową membranę kompozytową (TFC lub TFM).

Membrany te są produkowane głównie do systemów oczyszczania i odsalania wody. Mają również pewne właściwości, które sprawiają, że są przydatne do stosowania w niektórych bateriach i ogniwach paliwowych.

Membrany te są zwykle zbudowane z dwóch lub więcej warstw materiałów. Opracowane przez profesora Sidneya Loeba i Srinivasę Sourirajana, półprzepuszczalne membrany anizotropowe są zwykle wykonane z poliamidów.

Ten materiał ma kilka bardzo przydatnych właściwości, w tym jego powinowactwo do wody i względną nieprzepuszczalność dla niektórych rozpuszczonych zanieczyszczeń, takich jak jony soli i inne małe cząsteczki.

W typowych systemach odwróconej osmozy woda zasilająca pod wysokim ciśnieniem przepływa przez koncentryczny spiralny wzór membran, które naprzemiennie oddzielają wodę i zanieczyszczenia przed zebraniem wody w rurze wodnej produktu w środku. Aby uzyskać maksymalną wydajność, kilka jednostek membranowych jest połączonych szeregowo.

Czy zamiana wody morskiej w wodę pitną może pomóc w rozwiązaniu niedoborów wody?

Krótko mówiąc, tak. Ale wiąże się to ze znacznymi kosztami.

Wraz z malejącą dostępnością wysokiej jakości wody słodkiej coraz więcej społeczności zwraca się ku odsalaniu w celu produkcji wody pitnej z wody słonawej i słonej. Istniejące rozwiązania mają na celu wydobycie wody i pozostawienie jak największej ilości soli.

Obecne technologie mają zarówno zalety, jak i wady, w zależności od ograniczeń i wymagań specyficznych dla danego miejsca. Chociaż niektóre metody są obiecujące, potrzebny jest dalszy rozwój technologiczny, aby zapewnić opłacalność produkcji słodkiej wody na dużą skalę.

Uniwersytet Texas A&M wyjaśnia, że ​​„odsalanie słonawej wody na małą skalę przy użyciu destylatorów słonecznych jest obiecującą metodą w odległych lokalizacjach, w których woda dobrej jakości do picia i gotowania jest niedostępna. W celu szerszego wdrożenia procesy odsalania wymagają ulepszeń technologicznych i zwiększonego zużycia energii wydajność."

Główną przeszkodą na drodze jest koszt procesów - w szczególności zapotrzebowanie na energię potrzebną do produkcji dużej ilości świeżej wody. Z tego powodu istniejące rozwiązania są stosowane głównie w regionach, w których brakuje innych środków importu wody słodkiej, na statkach cywilnych i wojskowych oraz w niektórych statkach kosmicznych.

Istnieje jednak kilka interesujących osiągnięć w obniżaniu kosztów procesu. Na przykład kilka lat temu naukowcy z University of Texas w Austin opracowali innowacyjną alternatywę dla metod konwencjonalnych.

Innym obiecującym rozwiązaniem jest dejonizacja pojemnościowa i dejonizacja elektrody akumulatorowej. Jednak rozwiązania te są obecnie dalekie od komercyjnej opłacalności.

Ale to nie tylko koszt finansowy. Istniejące zakłady odsalania są również szkodliwe dla środowiska.

W większości przypadków woda morska jest źródłem wody, która może zabić lub zaszkodzić rybom i innym małym stworzeniom oceanicznym, gdy zmieni się poziom wody wokół rośliny. Proces ma również tendencję do wytwarzania wysoce zasolonych odpadów, które należy usunąć.

Z tego powodu większość zakładów odsalania używa raczej wody słonawej niż morskiej. Duże instalacje do odsalania są również drogie w budowie, zwykle kosztują gdzieś w regionie setki milionów kawałek.

Mając to na uwadze, wiele firm dużo inwestuje w tę technologię, a niektóre miejsca, takie jak Izrael, już produkują wystarczającą ilość wody, aby zaopatrzyć połowę kraju.

Jednak w regionach ubogich w wodę tego rodzaju rośliny oferują rodzaj polisy ubezpieczeniowej zapewniającej bezpieczeństwo wodne. Na przykład Kalifornia buduje już szereg fabryk.

Wielu ekspertów uważa, że ​​jedynym sposobem na sprawienie, aby powszechne odsalanie stało się możliwe, jest włączenie odnawialnych źródeł energii do ich zasilania. Tylko dzięki obniżeniu względnych kosztów eksploatacji staną się opłacalne ekonomicznie.

Wraz ze wzrostem globalnych temperatur i rosnącym prawdopodobieństwem susz w wielu częściach świata, odsalanie prawdopodobnie stanie się bardziej powszechne. Jeśli uda nam się przezwyciężyć koszty energii i koszty środowiskowe procesu, to odsalanie może stać się ważną częścią rozwiązania problemu niedoboru wody.


Obejrzyj wideo: Jak wiercić sam sobie studnie w ogrodzie. how to water well drilling (Może 2022).