Obwohl mehr als 70% der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt sind, ist der größte Teil davon Meerwasser, das nicht direkt entzogen werden kann! Angesichts der sich verschärfenden globalen Wasserkrise spielt die Technologie der Meerwasserentsalzung eine immer wichtigere Rolle bei der Lösung;
A Meerwasseraufbereitungsanlage, auch Meerwasserentsalzungsanlage genannt, ist eine wichtige Einrichtung, die besondere Fähigkeiten zur Umwandlung von Meerwasser in Süßwasser nutzt und eine Schlüsselposition im Bereich der Wasserressourcen einnimmt. In vielen trockenen Regionen und Orten mit knappen Süßwasserressourcen spielen Meerwasseraufbereitungsanlagen eine unersetzliche Rolle.
Die Hauptaufgabe einer Meerwasseraufbereitungsanlage besteht darin, Salz, Verunreinigungen und andere schädliche Stoffe aus dem Meerwasser zu entfernen, das durch eine Reihe komplexer und präziser technologischer Prozesse gewonnen wird, um Süßwasser zu erzeugen, das verschiedenen Anwendungsmethoden entspricht. Diese Süßwasserquellen haben gewöhnliche Verwendungszwecke und können als zuverlässige Quelle für die tägliche Trinkwasserversorgung der Einwohner genutzt werden, um die Trinkwasserprobleme der Menschen zu lösen! Es kann auch für die landwirtschaftliche Bewässerung verwendet werden, um das Wachstum der Pflanzen zu fördern und den reibungslosen Ablauf der landwirtschaftlichen Produktion zu gewährleisten. Es kann auch die industrielle Produktion beeinflussen, den verschiedenen industriellen Wasserbedarf decken und die statische Entwicklung der Industrie fördern.
Eine Meerwasseraufbereitungsanlage, auch Meerwasserentsalzungsanlage genannt, deren Hauptziel darin besteht, Meerwasser mit einem Salzgehalt von etwa 35000 mg/L durch physikalische oder chemische Verfahren in Süßwasser mit einem Salzgehalt von weniger als 500 mg/L umzuwandeln, so dass es als Trinkwasser oder für industrielle und landwirtschaftliche Zwecke geeignet ist;
Das Prinzip dieses Prozesses basiert hauptsächlich auf zwei Hauptmethoden: der thermischen Methode und der Membranmethode; thermische Methoden (wie die Destillation) nutzen thermische Energie, um den Phasenübergang im Meerwasser zu fördern und die Wassermoleküle dazu zu bringen, die Salzverteilung in verschiedene Phasen aufzuteilen, wodurch ein hoher Salzwassergehalt erreicht wird! Die Membranverfahren hingegen nutzen externe Energie und eine selektive Permeation durch die Membran, so dass die Wassermoleküle durchgelassen werden, während das Salz zurückgehalten wird.
Moderne Meerwasserentsalzungsanlagen verfügen in der Regel über vier Hauptprozessstufen: Wasseraufnahme und Vorbehandlung, gezielte Entsalzung, Nachbehandlung und Verteilung des Produktwassers! Die Vorbehandlung ist ein entscheidender Schritt, der darauf abzielt, Schwebstoffe, Algen und Mikroorganismen aus dem Meerwasser zu entfernen und eine anschließende Verkalkung und Verwirrung zu verhindern.
Es gibt drei Haupttypen von Meerwasserentsalzungstechnologien, die weltweit in großem Umfang kommerziell genutzt werden: Umkehrosmose, mehrstufige Flash-Verdampfung und Niedertemperatur-Multieffektdestillation!
1. Technologie der Umkehrosmose Die Umkehrosmose ist derzeit die am weitesten verbreitete Membranentsalzungstechnologie. Das Prinzip besteht darin, einen äußeren Druck auf das Meerwasser auszuüben, der über dem osmotischen Druck liegt (in der Regel 5,5-6,8 MPa), so dass Wassermoleküle die halbdurchlässige Membran entgegen dem natürlichen Permeationsziel durchdringen, während Salzionen zurückgehalten werden.
Der größte Vorteil der Umkehrosmose liegt in ihrem geringen Energieverbrauch, der nur die Hälfte des Energieverbrauchs der Elektrodialyse und 1/40 des Energieverbrauchs der Destillation beträgt! Mit dem weit verbreiteten Einsatz von Vorrichtung zur Energierückgewinnung, Die Energieaufnahme moderner Umkehrosmoseanlagen kann über 90% erreichen, und der Stromverbrauch pro Tonne Wasser ist auf unter 3-4 kWh gesunken.
2. Mehrstufige Flash-Verdampfung möglich Die mehrstufige Entspannungsverdampfung gehört zur thermischen Entsalzungstechnologie, bei der erhitztes Meerwasser in eine Reihe von Entspannungsverdampfungskammern mit allmählich abnehmendem Druck eingeleitet wird, ein Teil des Meerwassers sofort verdampft und der Dampf kondensiert wird, um Süßwasser zu gewinnen. Diese Technik ist technisch ausgereift und stellt nur geringe Anforderungen an die Vorbehandlung des Meerwassers, weshalb sie sich besonders für große und sehr große Entsalzungsanlagen eignet und in den Golfstaaten weit verbreitet ist;
3. Multi-Effekt-Destillation bei niedrigen Temperaturen Die Niedertemperatur-Mehreffekt-Destillation ist eine der energieeffizientesten Techniken der Destillation. Sie arbeitet bei Temperaturen unter 70 ℃, schaltet mehrere Verdampfer in Reihe und nutzt den durch den vorderen Effekt gebildeten Dampf als Wärmequelle für den hinteren Effekt. Durch mehrfache Verdampfung und Kondensation erhält er destilliertes Wasser, das ein Vielfaches der Menge des erhitzten Dampfes beträgt! Diese Fähigkeit verhindert wirksam das Problem der anorganischen Salzablagerung und kann minderwertige Wärmequellen täuschen.
In der folgenden Tabelle werden die wichtigsten Merkmale der drei gängigsten Meerwasserentsalzungstechnologien verglichen:
| Technische Parameter | Umkehrosmose | Mehrstufige Flash-Destillation | Niedertemperatur-Multieffekt-Destillation |
|---|---|---|---|
| Arbeitsweise | Trennung durch Membranen | Thermische Verdampfung | Thermische Verdampfung |
| Höhe des Energieverbrauchs | 3-4 kWh/m ³ | 10-14 kWh/m ³ | 6-8 kWh/m ³ |
| Produkt Wasserqualität | Gut | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet |
| Anforderungen an die Vorverarbeitung | Hoch | Niedrig | Mittel |
| Anwendbare Skala | Groß, super groß | Groß, super groß | |
| Hauptmanipulationsbereiche | Weltweit | Golfstaaten | Industriegebiete an der Küste |
Der Betrieb einer Meerwasseraufbereitungsanlage ist eine komplexe und anspruchsvolle Systemtechnik. Am Beispiel einer Umkehrosmose-Anlage zur Meerwasserentsalzung zeigt sich, dass der Betrieb im Wesentlichen die folgenden Punkte umfasst:
Der springende Punkt bei der Wasseraufnahme: In der Regel wird das Wasser aus dem Meeresgebiet in einer bestimmten Tiefe von der Küste durch spezielle Rohrleitungen entnommen, oder der küstennahe “Meerwassersee” wird dazu verleitet, während der Flut Meerwasser zu speichern; ;
Phase der Vorbehandlung: Das Meerwasser wird durch ein Grobgitter und einen Sandtank geleitet, um Schwebstoffe mit einem Durchmesser von mehr als 1 mm zu entfernen. Anschließend wird es durch einen Multi-Media-Filter und einen Präzisionsfilter gefiltert, um den Mischdichte-Index auf unter 3 zu senken und so die nachfolgende Umkehrosmosemembran zu schützen! Die Vorbehandlung umfasst auch eine Sterilisation und eine Algenbekämpfung. Übliche Meerwasser-Natriumhypochlorit-Generatoren erzeugen Natriumhypochlorit zur Abtötung von Mikroorganismen.
Fokus Entsalzungsprozess: Das vorbehandelte Meerwasser wird mit einer Hochdruckpumpe auf etwa 5,5-6,8 MPa gebracht und tritt dann in die Umkehrosmose-Membrangruppe ein. Die Wassermoleküle passieren die Membranwand und werden zu Süßwasser, während das Salz abgefangen wird und konzentriertes Salzwasser bildet!
Nachbearbeitungsphase: Das produzierte Frischwasser muss mineralisiert und desinfiziert werden. Durch die Zugabe von Kohlendioxid und den notwendigen Mineralien und die Desinfektion mit Natriumhypochlorit wird das Endprodukt Wasser für die WHO-Trinkwassermethode geeignet!
Obwohl die Technologie der Meerwasseraufbereitung ausgereift ist, steht sie immer noch vor zahlreichen Herausforderungen wie Energieverbrauch, Kosten und Umweltauswirkungen, während eine technologische Innovation nach der anderen auftaucht.
Herausforderungen beim Energieverbrauch und Innovation Die Entsalzung von Meerwasser ist eine energieintensive Anlage, und die Senkung des Energieverbrauchs ist das Hauptziel der technologischen Innovation! Die Umkehrosmose-Technologie hat den Stromverbrauch pro Tonne Wasser durch effiziente Energiegewinnungsgeräte erheblich reduziert;
Kostenherausforderung und -verbesserung Die Kosten für die Meerwasserentsalzung, die in den 1970er Jahren bis zu $10 pro Kubikmeter betrugen, sind heute auf $0,5-1 pro Kubikmeter gesunken. Das Meerwasserentsalzungsprojekt in Huaxia Qingdao hat die Kosten durch die Förderung von Lokalisierungsraten erheblich gesenkt;
Umweltauswirkungen und Ressourcenbetrug Die direkte Einleitung von konzentriertem Salzwasser, das bei der Meerwasserentsalzung anfällt, kann sich auf die Meeresökologie auswirken, aber neue Technologien verwandeln es in eine Ressource. Die Qingdao Water Supply Haidan Company unterzeichnete 2023 einen Vertrag über die Errichtung des weltweit ersten Projekts zur Gewinnung von Lithium aus konzentriertem Salzwasser, mit dem jährlich 40 Tonnen Lithiumkarbonat aus konzentriertem Salzwasser gewonnen werden können, was einen neuen Weg für die Erkundung von Lithiumressourcen darstellt.
Tabelle: Vergleich des Energieverbrauchs und der Investitionen in die wichtigsten Meerwasserentsalzungsprozesse
| Fertigkeiten | Elektrizitätsverbrauch (kWh/m ³) | Wärmeenergieverbrauch (kJ/kg) | Investitionskosten | Schwierigkeit von Betrieb und Wartung |
|---|---|---|---|---|
| Umkehrosmose | 3.8-5.0 | Keine Wärmequelle erforderlich | Niedrig | Mittel |
| Mehrstufige Entspannungsverdampfung | 2.5-5.0 | 290-390 | Hoch | Mittel |
| Multieffekt-Destillation | 1.5-2.5 | 230-370 | Hoch | Mittelhoch |
Die Entsalzung von Meerwasser ist zu einem wichtigen Bestandteil des globalen Wasserversorgungssystems geworden, insbesondere in Trockengebieten und Küstenstädten.
Nach Angaben der International Desalination Association gibt es weltweit 18000 führende Entsalzungsanlagen, die über 950000 Kubikmeter Frischwasser pro Tag für über 150 Länder bereitstellen - und das mit einem Preisnachlass von 300 Millionen! Diese Anlagen lösen nicht nur das lokale Problem der Trinkwasserversorgung, sondern leisten auch den wichtigsten Beitrag zur nachhaltigen Bewirtschaftung der globalen Wasserressourcen!
In Israel, einem der Länder mit der weltweit größten Wasserknappheit, hat die groß angelegte Anwendung der Meerwasserentsalzungstechnologie das Land in die Lage versetzt, sich bei der Wasserversorgung weitgehend selbst zu versorgen. Israels fünf große Meerwasserentsalzungsanlagen verfügen über eine jährliche Produktionskapazität von etwa 600 Millionen Kubikmetern und decken damit 60% des Wasserbedarfs des Universums. Auch die Entsalzung von Meerwasser findet immer mehr Beachtung; landesweit wurden 121 Meerwasserentsalzungsprojekte mit einer täglichen Wasserproduktionskapazität von 1008800 Tonnen abgeschlossen;f
Mit dem technologischen Fortschritt und der Senkung der Kosten entwickelt sich die Meerwasserentsalzung von einer “Notwasserquelle” zu einer “konventionellen Wasserquelle” und wird zu einem wichtigen Mittel zur Linderung der globalen Wasserkrise. Durch Materialinnovation und Prozessoptimierung kann der Energieverbrauch moderner Meerwasserentsalzungsanlagen wurde im Vergleich zu früheren Stadien um 80% reduziert. In Zukunft werden sie eine noch wichtigere Rolle bei der Gewährleistung der globalen Wassersicherheit spielen!
Die Entsalzungstechnologie als wichtigstes Mittel zur Bewältigung der globalen Wasserknappheit verbessert kontinuierlich die Effizienz, senkt die Kosten und minimiert die Umweltauswirkungen durch technologische Innovationen. Mit der Reife der Technologie zur Kopplung erneuerbarer Energien und der Verbesserung der gesamten Industriekette wird erwartet, dass die Meerwasserentsalzung eine gezieltere Rolle beim Aufbau eines nachhaltigen Systems zur Nutzung der Wasserressourcen spielen wird und der Menschheit solide Garantien für die Bewältigung der Herausforderungen im Bereich der Wasserressourcen bietet.
Kysearo ist ein führender Hersteller von Wasseraufbereitungsanlagen mit Sitz in China, der sich auf die Entwicklung und Herstellung von hocheffizienten Wasseraufbereitungssystemen spezialisiert hat.
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