Zusammenfassung Mit der Verschärfung des globalen Klimawandels und dem Bevölkerungswachstum, Meerwasserentsalzung Technologie ist zu einer zentralen Lösung für die Wassersicherheit in Trockengebieten geworden. Dieser Artikel nimmt die Umkehrosmose-Technologie als Ausgangspunkt, analysiert systematisch das Funktionsprinzip der Meerwasserentsalzung und erörtert ihre technologischen Vorteile, ihren Umweltnutzen und ihren wirtschaftlichen Wert in Verbindung mit typischen Fällen und maßgeblichen Daten aus aller Welt. Der Artikel zitiert den jüngsten Bericht der International Desalination Association (IDA) und anderer Organisationen, um den Weg der technologischen Innovation durch mehrdimensionale Vergleiche aufzuzeigen und eine wissenschaftliche Grundlage für die nachhaltige Bewirtschaftung von Wasserressourcen zu schaffen.

Technische Grundlagen und Verfahren der Entsalzung

1. Umkehrosmose-Technologie: ein revolutionärer Durchbruch in der mikroskopischen Filtration

Die Umkehrosmose (RO) ist die derzeit gängigste Entsalzungstechnologie, deren Kern darin besteht, Meerwasser mit hohem Druck durch halbdurchlässige Membranen zu drücken. Wie in der Entsalzungsanlage von Perth gezeigt, besteht das Verfahren aus drei Stufen:

  • Vor-Behandlung: Mehrschichtige Filtration zur Entfernung von Schwebstoffen und Mikroorganismen (bis zu 5 Mikron);
  • Membrantrennung: Bei einem Druck von 60-80 bar hält eine Polyamidmembran mit einer Porengröße von 0,0001 Mikrometern 99,7% des Salzes zurück;
  • Nachbehandlung: Zugabe von Mineralien zur Einstellung des pH-Werts, um sicherzustellen, dass die Wasserqualität den WHO-Trinkwassernormen entspricht.

2. Mehrstufige Flash-Verdampfung: Thermisch angetriebene Scale-Up-Produktion

Bei der mehrstufigen Entspannungsanlage (MSF) wird Meerwasser verdampft und kondensiert, indem es schrittweise drucklos gemacht wird. Das Projekt Jubail III in Saudi-Arabien ist ein Beispiel dafür. Seine Kapazität von 900.000 Tonnen/Tag basiert auf der Abwärme von Kernkraftwerken, was die Energienutzung um 40% verbessert. Im Vergleich zur Umkehrosmose eignet sich die MSF besser für die Kombination mit KWK-Projekten (Tabelle 1).

Vergleich der gängigsten Entsalzungstechnologien und der Landzivilisation.

Indikatoren Umkehrosmose (RO Mehrstufige Entspannungsverdampfung (MSF)
Energieverbrauch (kWh/m³) 3-4 10-15
Anwendbarer Salzgehalt 35.000 ppm 50.000 ppm
Investitionskosten Mittel Niedrig Hoch
Komplexität der Wartung Niedrig Hoch

 Globale Praktiken: Vom Wüstenland zum Mega-Engineering

a. Das Modell des Nahen Ostens: Synergistische Innovation in Energie und Entsalzung

Saudi-Arabien hat im Rahmen seiner "Vision 2030" das weltweit größte Entsalzungsnetz aufgebaut, das täglich mehr als 7 Millionen Kubikmeter Süßwasser produziert, davon 60% mit Hilfe der RO-Technologie. Das Tawil-Projekt in den Vereinigten Arabischen Emiraten (tägliche Produktionskapazität von 900.000 Tonnen) verwendet korrosionsbeständige Duplex-Edelstahl-Membranmodule, die von CEC entwickelt wurden, mit einer Entsalzungsrate von 99,9%.

b. Chinas Beitrag: Doppelter Durchbruch bei Technologie und Produktionskapazität

China hat bereits Vorzeigeprojekte wie Zhoushan Liuheng Island (36.000 Tonnen/Tag) und Qingdao Dongjiakou (100.000 Tonnen/Tag) usw. gebaut. Die Entsalzungsanlage in der Bohai-Bucht, die 2025 in Betrieb genommen werden soll, wird die gekoppelte Technologie "Kernenergie + Umkehrosmose" verwenden, und die jährliche Wasserversorgung wird voraussichtlich 120 Millionen Kubikmeter erreichen.

Gleichgewicht zwischen Umwelt und Wirtschaft: Herausforderungen und Lösungen

1. Ökologische Auswirkungen der konzentrierten Soleeinleitung

Der Salzgehalt von entsalztem Solekonzentrat kann bis zu 70.000 ppm erreichen, was eine beschleunigte Durchmischung des Meeres durch Diffusoren erfordert. Das Ashkelon-Projekt in Israel nutzt ein Mehrpunkt-Einleitungssystem, um den Salzgradienten auf bis zu 3% des natürlichen Meerwassers zu reduzieren.

2. Kohlenstoffarmer Übergang im Energieverbrauch

Das NEOM New City-Projekt in Saudi-Arabien integriert photovoltaische Stromerzeugung und Schwerkraftspeicherung, um den Energieverbrauch der RO auf 2,8 kWh/m³ zu senken. Nach Schätzungen der IDA können die jährlichen Kohlenstoffemissionen um 120 Millionen Tonnen reduziert werden, wenn die globale Entsalzungsindustrie vollständig auf erneuerbare Energien setzt.

Zukunftsperspektiven: Technologie-Iteration und industrielle Integration

a. Frontier Exploration von Vorwärtsosmose und Graphenmembranen

Das vom MIT entwickelte FO-MBC-System nutzt den osmotischen Druckunterschied zur Entsalzung und verbraucht dabei 30% weniger Energie als die Umkehrosmose. Die Graphenmembran hat eine fünfmal höhere Ionen-Screening-Effizienz als herkömmliche Materialien und befindet sich jetzt im Pilotstadium.

b. Umfassende Nutzung der chemischen Ressourcen des Meerwassers

Unternehmen im Nahen Osten gewinnen Brom, Magnesium und andere Elemente aus konzentrierter Sole mit einem Mehrwert von $0,5/m³. Der von SWCC in Saudi-Arabien errichtete "Entsalzungs-Salzchemie"-Komplex gewinnt jährlich mehr als 2 Millionen Tonnen Natriumchlorid zurück.

Datengesteuerte Entscheidungsoptimierung

1. Intelligentes Betriebssystem

Das DEWA-Projekt in Dubai passt den Membrandruck und die Durchflussmenge in Echtzeit mithilfe von KI-Algorithmen an und verlängert so die Lebensdauer der Anlagen um 20%. Seine digitale Zwillingsplattform simuliert Kapazitätsschwankungen in extremen Klimazonen und verbessert die Entscheidungsfindung um 50%.

2. Kostensenkung und Markterweiterung

In den letzten zehn Jahren sind die Kosten der RO-Entsalzung von US$1,5/m³ auf US$0,5/m³ gesunken. Es wird erwartet, dass der globale Entsalzungsmarkt bis 2027 ein Volumen von über $30 Mrd. US erreichen wird, mit einer CAGR von 8,4%.

Schlussfolgerung

Die Entsalzungstechnologie hat vom Labor bis zur Industrialisierung nicht nur die Wasserressourcen in trockenen Gebieten neu gestaltet, sondern auch Innovationen in den Bereichen grüne Energie, neue Materialien und intelligente Steuerung hervorgebracht. Mit technologischen Fortschritten und politischer Unterstützung wird diese wissenschaftliche und technologische Meisterleistung, "nach Wasser aus dem Meer zu fragen", auch weiterhin die nachhaltige Entwicklung der Menschheit vorantreiben. Wie der Präsident der International Water Association sagte: "Entsalzungstechnik ist keine Option, sondern eine Notwendigkeit - sie ist das blaue Bindeglied zwischen der Meereszivilisation und der Landzivilisation."