Aunque más de 70% de la superficie terrestre está cubierta de agua, la inmensa mayoría es agua de mar que no se puede engañar directamente. Ante la crisis mundial del agua, cada vez más grave, la tecnología de desalinización del agua de mar desempeña un papel cada vez más importante como solución;
A planta de tratamiento de agua de mar, En muchas regiones áridas y lugares con escasos recursos de agua dulce, las plantas de tratamiento de agua de mar desempeñan un papel insustituible.
En términos de eficacia, la tarea principal de una planta de tratamiento de agua de mar es eliminar la sal, las impurezas y otras sustancias nocivas del agua de mar obtenida mediante una serie de procesos tecnológicos complejos y precisos, con el fin de producir agua dulce que se ajuste a diversos métodos de aplicación; Estas fuentes de agua dulce tienen usos ordinarios y pueden utilizarse como fuente fiable de agua potable diaria para los residentes, ¡resolviendo los problemas de agua potable de la gente! También puede utilizarse para el riego agrícola, ayudando a que los cultivos crezcan vigorosamente y garantizando el buen progreso de la producción agrícola. También puede manipular la producción industrial, satisfacer diversas necesidades industriales de agua y promover el desarrollo estático de la industria.
Una planta de tratamiento de agua de mar, también conocida como instalación de desalinización de agua de mar, cuyo objetivo principal es transferir agua de mar con un contenido de sal de unos 35000mg/L a agua dulce con un contenido de sal inferior a 500mg/L mediante métodos físicos o químicos, haciéndola apta para el agua potable o para usos industriales y agrícolas;
El principio de este proceso se basa principalmente en dos grandes vías de habilidad: método térmico y método de membrana ; Los métodos térmicos (como la destilación) utilizan la energía térmica para promover la transición de fase en el agua de mar y engañar a las moléculas de agua para dividir la distribución de sal en diferentes fases, logrando un alto contenido de agua salada. Y las reglas de la membrana se basan en la energía externa y la permeación selectiva a través de la membrana, permitiendo que las moléculas de agua pasen a través mientras que la sal se retiene.
Las plantas modernas de desalinización de agua de mar suelen albergar cuatro etapas principales del proceso: la toma de agua y el pretratamiento, la desalinización focalizada, el postratamiento y la distribución del agua de producto. El pretratamiento es una etapa crucial destinada a eliminar del agua de mar los sólidos en suspensión, las algas y los microorganismos, y a evitar la incrustación y la confusión subsiguientes.
Existen tres tipos principales de tecnologías de desalinización del agua de mar que han conseguido aplicaciones comerciales a gran escala en todo el mundo: la ósmosis inversa, la evaporación instantánea multietapa y la destilación multiefecto a baja temperatura.
1. Tecnología de ósmosis inversa La ósmosis inversa es actualmente la tecnología de desalinización por membranas más utilizada; el principio consiste en aplicar al agua de mar una presión externa superior a su presión osmótica (normalmente 5,5-6,8 MPa), lo que hace que las moléculas de agua penetren en la membrana semipermeable en contra del objetivo natural de permeación, mientras que los iones salinos quedan retenidos.
La mayor ventaja de la ósmosis inversa reside en su bajo consumo de energía, que es sólo la mitad del de la electrodiálisis y 1/40 del de la destilación. Con el uso generalizado de dispositivo de recuperación de energía, la aceptación energética de las modernas plantas de ósmosis inversa puede alcanzar más de 90%, y el consumo de electricidad por tonelada de agua se ha reducido por debajo de 3-4 kWh.
2. Capacidad de evaporación flash multietapa La evaporación flash multietapa pertenece a la tecnología de desalinización térmica, que introduce agua de mar calentada en una serie de cámaras de evaporación flash con presión gradualmente decreciente, vaporiza parte del agua de mar instantáneamente y condensa el vapor para obtener agua dulce; Esta habilidad es técnicamente sofisticada y tiene pocos requisitos para el pretratamiento del agua de mar, lo que la hace especialmente adecuada para instalaciones de desalinización grandes y ultra grandes y ampliamente operada en los países del Golfo;
3. Capacidad de destilación multiefecto a baja temperatura La destilación multiefecto a baja temperatura es una de las técnicas de destilación más eficientes desde el punto de vista energético. Funciona a temperaturas inferiores a 70 ℃, conecta varios evaporadores en serie y utiliza el vapor formado por el efecto frontal como fuente de calor para el efecto posterior. A través de la evaporación y condensación múltiples, ¡obtiene agua destilada que es varias veces la cantidad de vapor calentado! Esta capacidad evita eficazmente el problema de la incrustación de sales inorgánicas y puede engañar a las fuentes de calor de baja calidad.
En la tabla siguiente se comparan las principales características de las tres principales tecnologías de desalinización de agua de mar:
| Parámetros técnicos | Ósmosis inversa | Destilación flash multietapa | Destilación multiefecto a baja temperatura |
|---|---|---|---|
| Principio de funcionamiento | Separación por membrana | Evaporación térmica | Evaporación térmica |
| Nivel de consumo de energía | 3-4 kWh/m ³ | 10-14 kWh/m ³ | 6-8 kWh/m ³ |
| Calidad del agua | Bien | Excelente | Excelente |
| Requisitos de preprocesamiento | Alta | Bajo | Medio |
| Escala aplicable | Grande, supergrande | Grande, supergrande | |
| Principales áreas de manipulación | En todo el mundo | Países del Golfo | Zonas industriales costeras |
El funcionamiento de una planta de tratamiento de agua de mar es un sistema de ingeniería complejo y sofisticado. Tomando como ejemplo una planta desalinizadora de agua de mar por ósmosis inversa, su proceso de funcionamiento implica principalmente los siguientes puntos clave:
El quid de la cuestión de la ingesta de agua: Por lo general, el agua se extrae de la zona marítima a cierta profundidad de la costa a través de tuberías específicas, o se engaña al “lago de agua de mar” costero para que almacene agua de mar durante la marea alta; ;
Fase de pretratamiento: El agua de mar se somete a una rejilla de gruesos y a un tanque de arena de reestresado para eliminar los sólidos en suspensión con un diámetro superior a 1 mm. A continuación, se filtra a través de un filtro multimedia y un filtro de precisión para reducir el índice de densidad de mezcla por debajo de 3, con el fin de proteger la posterior membrana de ósmosis inversa. El pretratamiento también incluye un tratamiento de esterilización y eliminación de algas, y los generadores de hipoclorito sódico de agua de mar utilizados habitualmente producen hipoclorito sódico para eliminar los microorganismos.
Enfocar el proceso de desalinización: El agua de mar pretratada se presuriza a unos 5,5-6,8 MPa mediante una bomba de alta presión y, a continuación, entra en el grupo de membranas de ósmosis inversa; las moléculas de agua atraviesan la pared de la membrana para convertirse en agua dulce, mientras que la sal se intercepta para formar agua salada concentrada.
Etapa de postratamiento: El agua dulce producida debe mineralizarse y desinfectarse. Mediante la adición de dióxido de carbono y los minerales necesarios, y la desinfección con hipoclorito de sodio, el agua del producto final se hace apta para el método de agua potable de la OMS.
Aunque la tecnología de tratamiento del agua de mar se ha aplicado con madurez, aún se enfrenta a múltiples retos, como el consumo de energía, el coste y el impacto ambiental, mientras que las innovaciones tecnológicas han surgido una tras otra.
Desafíos e innovación en el consumo de energía La desalinización del agua de mar consume mucha energía, por lo que reducir su consumo es el principal objetivo de la innovación tecnológica. La tecnología de ósmosis inversa ha reducido significativamente el consumo de electricidad por tonelada de agua gracias a dispositivos eficientes de captación de energía;
Reto y mejora de los costes El coste de la desalinización de agua de mar, que solía alcanzar $10 por metro cúbico en los años 70, ha bajado ahora a $0,5-1 por metro cúbico. El proyecto de desalinización de agua de mar de Huaxia Qingdao ha reducido notablemente los costes al fomentar las tasas de localización;
Impacto medioambiental y fraude de recursos El vertido directo del agua salada concentrada generada durante la desalinización del agua de mar puede afectar a la ecología marina, pero las nuevas tecnologías la están transformando en un recurso; la empresa Qingdao Water Supply Haidan firmó un contrato en 2023 para establecer el primer proyecto de extracción de litio de agua salada concentrada del mundo, que puede producir 40 toneladas de carbonato de litio a partir de agua salada concentrada cada año, guiando un nuevo camino para la exploración de recursos de litio.
Tabla: Comparación del consumo energético y la inversión en los principales procesos de desalinización de agua de mar
| Habilidades | Consumo de electricidad (kWh/m ³) | Consumo de energía térmica (kJ/kg) | Coste de la inversión | Dificultad de funcionamiento y mantenimiento |
|---|---|---|---|---|
| Ósmosis inversa | 3.8-5.0 | No necesita fuente de calor | Bajo | Medio |
| Evaporación flash multietapa | 2.5-5.0 | 290-390 | Alta | Medio |
| Destilación multiefecto | 1.5-2.5 | 230-370 | Alta | Medio alto |
La desalinización del agua de mar se ha convertido en un componente primordial del sistema mundial de abastecimiento de agua, especialmente en las regiones áridas y las ciudades costeras.
Según la Asociación Internacional de Desalinización, hay 18000 plantas desalinizadoras líderes construidas en todo el mundo, ¡que proporcionan más de 950000 metros cúbicos de agua dulce al día para más de 150 países con un descuento de 300 millones! Estas instalaciones no sólo resuelven el problema local de abastecimiento de agua potable, ¡sino que también contribuyen de forma primordial a la gestión sostenible de los recursos hídricos mundiales!
En Israel, uno de los países con mayor escasez mundial de agua, la manipulación a gran escala de la tecnología de desalinización del agua de mar ha permitido al país alcanzar la autosuficiencia básica en el suministro de agua. Las cinco grandes plantas desalinizadoras de agua de mar de Israel tienen una capacidad de producción anual de aproximadamente 600 millones de metros cúbicos, satisfaciendo 60% de las necesidades de agua del universo; La desalinización de agua de mar también está recibiendo cada vez más atención; se han completado 121 proyectos de desalinización de agua de mar en todo el país, con una capacidad de producción de agua diaria de 1008800 toneladas;f
Con el avance de la tecnología y la reducción de costes, la desalinización del agua de mar está pasando de ser una “fuente de agua de emergencia” a una “fuente de agua convencional” y se está convirtiendo en una forma importante de paliar la crisis mundial del agua. Gracias a la innovación de los materiales y la optimización de los procesos, el consumo de energía de las modernas plantas desalinizadoras de agua de mar se ha reducido en 80% en comparación con etapas anteriores. En el futuro, ¡desempeñarán un papel más importante para garantizar la seguridad del agua en todo el mundo!
La tecnología de desalinización, como principal medio para hacer frente a la escasez mundial de agua, está mejorando continuamente la eficiencia, reduciendo los costes y minimizando el impacto medioambiental mediante la innovación tecnológica; Con la madurez de la tecnología de acoplamiento de las energías renovables y la mejora de toda la cadena industrial, se espera que la desalinización del agua de mar desempeñe un papel más centrado en la construcción de un sistema sostenible de utilización de los recursos hídricos, proporcionando garantías sólidas a la humanidad para responder a los desafíos de los recursos hídricos.
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