Odsolování je výroba sladké vody odsolováním mořské vody. Jedná se o open-source inkrementální technologii pro realizaci využití vodních zdrojů. Může zvýšit celkové množství sladké vody a není ovlivněn časem, prostorem a klimatem. Dokáže zajistit stabilní dodávku pitné vody pro obyvatele pobřeží a doplňování vody pro průmyslové kotle.
Proces získávání sladké vody z mořské vody se nazývá odsolování. Používané metody odsolování zahrnují zmrazování mořské vody, elektrodialýzu, destilaci, reverzní osmózu a iontovou výměnu uhličitanu amonného. Aplikace membrány s reverzní osmózou a destilace je hlavním proudem na trhu.
Výzkum odsolování provádí více než 100 vědecko-výzkumných institucí ve více než desítce zemí světa a v provozu jsou stovky odsolovacích zařízení s různými strukturami a kapacitami. Moderní velkokapacitní odsolovací zařízení může každý den produkovat tisíce, desetitisíce nebo dokonce téměř jeden milion tun sladké vody. Cena vody neustále klesá a některé země ji snížily na cenu podobnou té z kohoutku. Množství odsolené vody v některých oblastech dosáhlo úrovně zásobování vodou v zemích a městech.
Běžné metody
Na světě existuje více než 20 technologií odsolování mořské vody, včetně reverzní osmózy, nízkoefektního, vícestupňového bleskového odpařování, elektrodialýzy, parní destilace, odpařování rosného bodu, kogenerace vodní energie, tepelné membránové kogenerace a technologie odsolování mořské vody využívající jadernou energii , sluneční energie, větrná energie, energie přílivu atd., stejně jako mnohonásobné procesy předúpravy a následné úpravy, jako je mikrofiltrace, ultrafiltrace a nanofiltrace.
Z širokého klasifikačního hlediska se dělí především do dvou kategorií: destilační (tepelná metoda) a membránová metoda. Mezi nimi jsou hlavními technologiemi ve světě destilace s nízkým více účinkem, vícestupňové bleskové odpařování a metoda reverzní osmózy. Obecně řečeno, nízký multi-efekt má výhody úspory energie, nízké požadavky na předúpravu mořské vody a vysokou kvalitu odsolené vody; membránová metoda reverzní osmózy má výhody nízkých investic a nízké spotřeby energie, ale vysoké požadavky na předúpravu mořské vody; vícestupňová metoda bleskového odpařování má výhody vyspělé technologie, spolehlivého provozu a velkého výkonu zařízení, ale vysoké spotřeby energie. Obecně se má za to, že budoucím směrem je destilace s nízkým více účinkem a membránová metoda reverzní osmózy. Odhaduje se, že během období 12. pětiletého plánu dosáhne odsolování mořské vody v mé zemi 1,5 milionu až 2 miliony tun denně, což je trojnásobek nebo čtyřnásobek současné výrobní kapacity, a investiční rozsah dosáhne asi 20 miliard juanů.
Princip metody odsolování zmrzlé mořské vody: Trojitý bod mořské vody je speciální bod, kde tři fáze mořské vody, kapaliny a pevné látky koexistují a dosahují rovnováhy. Pokud se tlak nebo teplota odchýlí od trojitého bodu, rovnováha se zničí a tři fáze automaticky přejdou na jednu nebo dvě fáze. Metoda vakuového zmrazování odsolování mořské vody je nízkonákladová metoda odsolování, která využívá principu trojitého bodu mořské vody, využívá vodu samotnou jako chladivo, nechává mořskou vodu odpařovat a zároveň zmrazovat a poté odděluje a promývá ledové krystaly, aby se získaly odsolené voda. Ve srovnání s destilací a membránovým odsolováním má odsolování zmrzlé mořské vody nízkou spotřebu energie, lehkou korozi a usazování vodního kamene, jednoduchou předúpravu, malé investice do zařízení a dokáže zpracovat mořskou vodu s vysokým obsahem soli. Je to ideální metoda odsolování mořské vody.
Metoda zmrazování
Metoda zmrazování, to znamená zmrazování mořské vody, aby se zmrazila, a sůl se oddělí, zatímco tekutá mořská voda se stane pevným ledem. Jak způsob zmrazení, tak způsob destilace mají nevýhody, které je obtížné překonat. Destilační metoda spotřebovává mnoho energie a vytváří v přístroji mnoho vodního kamene, ale získaná čerstvá voda není mnoho; metoda zmrazování také spotřebuje hodně energie, ale získaná čerstvá voda chutná špatně a je obtížně použitelná.
Předchlazení procesu odsolování zmrzlé mořské vody Po odplynění si může mořská voda vyměňovat teplo s koncentrovanou solankou a odsolenou vodou vypouštěnou z odpařovacího krystalizátoru a předchlazovat se na teplotu blízkou bodu mrazu mořské vody. Odplynění procesu odsolování zmrzlé mořské vody Protože nekondenzovatelné plyny rozpuštěné v mořské vodě budou za podmínek nízkého tlaku téměř úplně uvolněny a nebudou kondenzovat v kondenzátoru. Tím se zvýší tlak v systému, tlak v odpařovacím krystalizátoru bude vyšší než dvoufázový bodový tlak, což zničí provoz. Pro tento systém je samozřejmě vhodná metoda dekompresního odplyňování.
Destilační metoda
Odsolování je hlavním faktorem ovlivňujícím rychlost odpařování a zamrzání mořské vody.
Ledovo-slaná voda v procesu odsolování mořské vody je systém pevná látka-kapalina. Běžné separační metody dokážou oddělit ledovou a slanou vodu, ale různé separační metody povedou k různému obsahu soli v získaných ledových krystalech. Experimentální výsledky ukazují, že obsah soli v ledových krystalcích získaných metodou vakuové filtrace je mnohem nižší než v ledových krystalech získaných metodou filtrace za normálního tlaku.
Kondenzace páry v procesu odsolování V odpařovacím krystalizátoru bude kromě vysrážení ledových krystalků z mořské vody vznikat také velké množství páry. Tato pára musí být včas odstraněna, aby se mořská voda mohla neustále odpařovat a mrznout.
Reverzní osmóza
Běžně známá jako ultrafiltrace, je to membránová separační metoda odsolování, která byla přijata teprve v roce 1953. Tato metoda využívá semipermeabilní membránu, která umožňuje procházet pouze rozpouštědlům, ale nikoli rozpuštěným, aby oddělovala mořskou vodu od sladké vody. Za normálních okolností sladká voda difunduje přes semipermeabilní membránu na stranu mořské vody, čímž postupně zvyšuje hladinu kapaliny na straně mořské vody, až se zastaví v určité výšce. Tento proces se nazývá osmóza. V této době se statický tlak vodního sloupce na straně mořské vody nazývá osmotický tlak.
Pokud je na stranu s mořskou vodou aplikován vnější tlak vyšší než osmotický tlak mořské vody, čistá voda v mořské vodě zvrátit osmózu do sladké vody. Největší výhodou reverzní osmózy je úspora energie. Jeho spotřeba energie je pouze 1/2 spotřeby elektrodialýzy a 1/40 spotřeby destilace. Proto od roku 1974 rozvinuté země jako Spojené státy a Japonsko postupně přesunuly své zaměření na vývoj na reverzní osmózu.
Technologie odsolování mořské vody reverzní osmózou se rychle rozvíjela a náklady na projekt a provozní náklady se nadále snižovaly. Hlavními vývojovými trendy jsou snížení provozního tlaku membrán pro reverzní osmózu, zlepšení výtěžnosti systémů reverzní osmózy, levná a účinná technologie předúpravy a zvýšení schopnosti systému proti znečištění.
Metoda solární energie
Lidé používali sluneční energii k odsolování mořské vody v počátcích, hlavně pomocí sluneční energie pro destilaci, takže raná solární odsolovací zařízení byla obecně nazývána solární destilátor. Příkladem pasivního solárního destilačního systému je diskový solární destilátor, který se používá téměř 150 let. Díky své jednoduché konstrukci a pohodlnému získávání materiálu je stále široce používán.
Výzkum diskového solárního destilátoru se zaměřuje především na výběr materiálů, zlepšení různých tepelných vlastností a jeho použití ve spojení s různými solárními kolektory. Ve srovnání s tradičními zdroji energie a tepelnými zdroji má solární energie výhody bezpečnosti a ochrany životního prostředí. Kombinace sběru solární energie s procesem odsolování je udržitelnou technologií odsolování.
Technologie solárního odsolování postupně přitahovala pozornost lidí díky svým výhodám, že nespotřebovává konvenční energii, nedochází ke znečištění a má vysokou čistotu sladké vody. Metoda solární destilace využívá jednoduchý solární destilátor. Destilátor se skládá z vodní nádrže s černým porézním plstěným plovoucím otvorem v nádrži na vodu. Horní část nádrže je pokryta průhledným skleněným krytem s utěsněným okrajem. Sluneční světlo prochází průhledným krytem a je promítáno na černé izolované dno nádrže, kde se přeměňuje na tepelnou energii. Povrchová teplota vody v plastovém jádru je proto vždy vyšší než teplota na spodní straně průhledné krycí vrstvy. Voda se odpařuje z plstěného jádra a pára difunduje do krycí vrstvy, kde se ochladí na kapalinu a je vypouštěna do neprůhledné destilační nádrže.
Nízkoteplotní destilace
Nízkoteplotní víceúčinná technologie odsolování mořské vody se týká technologie destilačního odsolování s nejvyšší teplotou odpařování solanky pod 70 stupňů. Jeho charakteristikou je, že řada horizontálních trubkových výparníků s padajícím filmem je zapojena do série, určité množství páry je přiváděno do prvního efektu a teplota vypařování dalšího efektu je nižší než teplota předchozího efektu. Poté se vícenásobným odpařováním a kondenzací získá proces odsolování destilované vody s několikanásobným množstvím páry.
Víceúčelové odpařování spočívá v odpařování ohřáté mořské vody ve více výparnících v sérii a pára odpařená z předchozího výparníku se používá jako zdroj tepla v dalším výparníku a kondenzuje na čerstvou vodu. Mezi nimi je nízkoteplotní víceúčinná destilace jednou z energeticky nejúspornějších metod destilace. Vzhledem k faktoru úspory energie se technologie nízkoteplotní multi-efektové destilace rychle vyvíjela, rozsah zařízení se rozšiřoval a náklady se snižovaly. Hlavním vývojovým trendem je zvýšení teploty prvního účinku a vodní kapacity zařízení; používat levné materiály ke snížení technických nákladů, zvýšení provozních teplot a zlepšení účinnosti přenosu tepla. Nízkoteplotní víceúčinné destilační zařízení na odsolování mořské vody zahrnuje systém přívodu páry, systém distribuce vody, výparník, nádrž na čerstvou vodu a nádrž koncentrované vody, přičemž vstup surové páry systému přívodu páry je umístěn na mezilehlém efektový výparník. Pracovní metoda je následující: (1) systém distribuce vody rozstřikuje mořskou vodu; (2) surová pára je přiváděna do odpařovací trubky mezivýparníku; (3) pára kondenzuje v odpařovací trubici a přenáší teplo a vnější strana odpařovací trubice absorbuje teplo za účelem odpařování; (4) nová pára je dopravována do odpařovacích trubek na obou jejich stranách. Vnější strana trubky absorbuje teplo a produkuje odpařování; (6) každý efektový výparník opakuje proces odpařování a kondenzace; (7) destilovaná voda vstupuje do nádrže na čerstvou vodu; (8) koncentrovaná solanka vstupuje do nádrže na koncentrovanou vodu.
Vícestupňové bleskové odpařování
Bleskové odpařování označuje jev, že část mořské vody se při určité teplotě rychle odpaří za podmínky náhlého poklesu tlaku. Vícestupňové rychlé odpařování mořské vody odsolování má za úkol odpařit ohřátou mořskou vodu v několika zábleskových komorách s postupně klesajícím tlakem a kondenzovat páru za účelem získání čerstvé vody. Globální zařízení na odsolování mořské vody má stále největší výkon a nejvyspělejší technologii, vysokou provozní bezpečnost a flexibilitu s vícestupňovou metodou bleskového odpařování. Staví se především ve spojení s tepelnými elektrárnami a je vhodný pro velká a supervelká odsolovací zařízení. Používá se hlavně v zemích Perského zálivu. Technologie vícestupňového bleskového odpařování je vyspělá a spolehlivá v provozu. Hlavním vývojovým trendem je zlepšení kapacity výroby vody jedné jednotky zařízení, snížení spotřeby energie jednotky a zlepšení účinnosti přenosu tepla.
Metoda elektrodialýzy
Technickým klíčem této metody je vývoj nové iontoměničové membrány. Iontoměničová membrána je funkční membrána o tloušťce {{0}}.5-1.0 mm, která se dělí na pozitivní iontoměničovou membránu (kationtová membrána) a negativní iontoměničovou membránu (aniontová membrána) podle jeho selektivní propustnosti. Elektrodialýza má střídavě uspořádat selektivně permeabilní kationtovou membránu a aniontovou membránu tak, aby vytvořily více nezávislých oddílů, kde se mořská voda odsoluje, zatímco sousední oddíly jsou koncentrovány a sladká voda a koncentrovaná voda jsou odděleny. Elektrodialýza může nejen odsolovat mořskou vodu, ale může být také použita jako prostředek pro úpravu kvality vody, která přispívá k opětovnému použití odpadních vod. Kromě toho se tato metoda stále více využívá také při zahušťování, separaci a čištění chemického, farmaceutického, potravinářského a jiného průmyslu.
Parní destilace
Destilační metoda je metoda ohřevu mořské vody k varu a odpaření a následné kondenzaci páry na sladkou vodu. Destilační metoda technologie odsolování mořské vody je nejstarší technologií odsolování, která byla uvedena do průmyslové aplikace. Vyznačuje se tím, že je použitelný i v silně znečištěném a vysoce biologicky aktivním prostředí mořské vody a vyrobená voda má vysokou čistotu. Ve srovnání s membránovou technologií odsolování mořské vody má destilační metoda výhody v tom, že je schopna využívat nízkokvalitní teplo z elektráren a jiných továren, má nízké požadavky na kvalitu surové mořské vody a má velkou výrobní kapacitu zařízení. V současnosti je to jedna z hlavních technologií pro odsolování mořské vody.
Odpařování rosného bodu
Technologie odsolování pomocí odpařování rosného bodu je novou metodou pro odsolování brakické vody a mořské vody. Je založen na principu zvlhčování a odvlhčování nosného plynu při zpětném získávání kondenzačního a odvlhčovacího tepla a účinnost přenosu tepla je řízena přenosem tepla na straně směsného plynu. Technologie odsolování pomocí odpařování rosného bodu využívá vzduch jako nosič a vyrábí čerstvou vodu jejím zvlhčováním a odvlhčováním mořskou vodou nebo brakickou vodou a spojuje proces odvlhčování s procesem zvlhčování prostřednictvím přenosu tepla, takže latentní kondenzační teplo je přenášeno přímo do odpařovací komory, poskytující latentní výparné teplo pro odpařování slané vody, aby se zlepšila tepelná účinnost procesu. Byla zřízena dvě zařízení pro zvlhčování/odvlhčování spojená s odpařováním rosného bodu s efektivními teplosměnnými plochami 9,6 m2 a 2,75 m2. Bylo vytvořeno odpovídající experimentální zařízení a počítačový systém sběru dat. Úspěšně byly dokončeny základní proces a experiment s korelací parametrů odsolování odpařováním z rosného bodu a experiment odsolování se zvýšeným přenosem tepla/přestupem hmoty.
Vakuové zmrazení
Proces vakuového zmrazování mořské vody odsolování zahrnuje odplynění, předchlazení, krystalizaci odpařováním, mytí ledových krystalů, kondenzaci páry a další kroky. Produkty z odsolené mořské vody splňují národní normy pro pitnou vodu a jsou ideální metodou odsolování mořské vody.
Nová adsorpční metoda-Netlaková osmotická adsorpce
Adsorpční osmotické odsolování bez tlaku, neboli „dopředná osmóza“, umožňuje vodě procházet porézní membránou do roztoku nebo pevné látky se superabsorbentem. Koncentrace soli je ještě vyšší než v mořské vodě, ale speciální soli v roztoku se snadno odpařují. Dělí se na směry pevné soli a tekuté soli. Desorpce pevné soli spotřebuje méně energie.
Další dvě metody mají inovace a vylepšení ve struktuře filmu:
Film z uhlíkových nanotrubiček je film s malými otvory vyrobenými z uhlíkových nanotrubiček a další film pro permeaci.
Proteinová membrána je film s póry tvořenými proteiny, které vedou molekuly vody buněčnou membránou živých buněk.