El agua es la fuente de la vida, pero la escasez mundial de recursos hídricos es cada vez más grave, y el agua con alto contenido en sal no puede consumirse ni utilizarse directamente. La tecnología para eliminar la sal del agua se ha convertido en una forma importante de paliar la crisis del agua dulce.
Se refiere al proceso de eliminación de sales solubles del agua por medios físicos o químicos, con el objetivo principal de reducir la concentración de aniones y cationes en el agua para cumplir unos requisitos específicos de calidad del agua; El objetivo clave para medir el efecto de la desalinización es la tasa de desalinización. Por ejemplo, la fórmula para calcular la tasa de desalinización de una membrana de ósmosis inversa es: (1- contenido de sal en el agua producida/contenido de sal en el afluente) × 100%;
Según el principio de juicio, tecnología de desalinización pueden dividirse en tres categorías: método de separación por membranas, método de transformación de fases y método de desplazamiento químico; la tecnología de separación por membranas da cabida a dos procesos principales, la electrodiálisis y la ósmosis inversa. Las normas de cambio de fase están representadas por la destilación y la congelación, mientras que las normas de desplazamiento químico se refieren específicamente a la tecnología de intercambio iónico;
| Ejemplo técnico | Índice de eliminación de sal | Intervalo de contenido de sal aplicable | Principales ventajas | Principales limitaciones |
|---|---|---|---|---|
| Método de ósmosis inversa | 98% -99.5% | Aplicación común | Desalinización eficaz, equipos compactos | Alta exigencia de calidad del agua de entrada y elevado coste |
| Método de electrodiálisis | Según la configuración | 200-4000 mg/L | Baja demanda de turbidez del afluente | El consumo de energía aumenta con el contenido de sal |
| Método de intercambio iónico | Más de 95% | Bajo contenido en sal (desalinización profunda) | Adecuado para la preparación de agua de gran pureza | La resina debe regenerarse según el calendario previsto, y los costes de explotación se ven afectados por el consumo de regenerantes. |
| Evaporación multiefecto | Eficaz | Agua de alta salinidad | Capaz de manipular agua de alta salinidad | Alto consumo de energía, equipos propensos a incrustaciones |
| Método de ósmosis directa | En investigación | Fase experimental | Bajo consumo de energía, sin necesidad de presión | Insuficiente madurez tecnológica |
La ósmosis inversa es un proceso físico que enga membranas semipermeables para separar la sal bajo presión; Este método utiliza membranas semipermeables de estructura asimétrica fabricadas con materiales de acetato de celulosa o poliamida para lograr la permeación selectiva de moléculas de agua e iones de sal bajo presiones de funcionamiento que oscilan entre 2,8 y 8,0 MPa;
El contorno de la membrana de ósmosis inversa se caracteriza por poros a nanoescala, cuyo tamaño se controla con precisión -sólo un poco más grandes que las moléculas de agua, pero capaces de aislar eficazmente los iones de sal disueltos en el agua. Cuando el agua de mar fluye a través de la superficie de la membrana a alta presión, las moléculas de agua entran al otro lado de la membrana a través de los poros, mientras que la sal y las impurezas son retenidas y liberadas, logrando así el propósito de planta desalinizadora de agua de mar por ósmosis inversa . La capacidad de la ósmosis inversa mejora constantemente, y China ha superado con éxito los tres principales cuellos de botella tecnológicos de la membrana de ósmosis inversa y la aceptación de energía en los conjuntos de desalinización de agua de mar de tamaño pequeño y mediano de producción nacional. La tasa de desalinización de la membrana de ósmosis inversa desarrollada por la ciudad de Weihai alcanza el 99,8%, y el equipo se ha utilizado ampliamente en barcos de pesca de altura, islas en alta mar y diversos proyectos de desalinización de agua de mar;
La electrodiálisis es una tecnología que utiliza la permeabilidad selectiva de las membranas de intercambio aniónico/catiónico para lograr la migración y separación de iones bajo la acción de un campo eléctrico de corriente continua; Se configura la estructura de pila de membranas con una distancia entre la cámara de agua concentrada y la cámara de agua dulce. Bajo el accionamiento de un campo eléctrico, los aniones y los cationes migran hacia electrodos opuestos, pero debido a la selectividad de la membrana de intercambio iónico, los iones salinos quedan retenidos en la cámara de agua concentrada, con lo que se consigue la desalinización.
Hay dos modos de funcionamiento principales para la electrodiálisis: una sola vez (la desalinización se consigue mediante una sola pasada de agua bruta) y circulación por lotes (la desalinización se consigue haciendo circular agua bruta hasta que se alcanza la tasa de desalinización predeterminada); Esta tecnología requiere un requisito de turbidez inferior a 1 FTU para el agua entrante, y la densidad de corriente de trabajo debe controlarse a 80-100 mA/cm ². Es adecuada para aguas con un contenido de sal de 200-4000 mg/L.
Con la manipulación de la tecnología integrada EDR (Electrodiálisis Rotativa), la eficiencia de utilización del agua de la electrodiálisis ha llegado a ser comparable a la de la ósmosis inversa, y la demanda de control de calidad del agua es menor que la de la ósmosis inversa, por lo que sigue siendo competitiva en escenarios de aplicación específicos.
El método de intercambio iónico adopta una combinación de resina de intercambio catiónico fuertemente ácida y resina de intercambio aniónico fuertemente alcalina para el montaje. Los grupos funcionales de la resina sustituyen cationes como Ca ² ⁺ y Na ⁺ en el agua y aniones como Cl - y SO ₄ ² - mediante reacciones reversibles;
La principal característica de este método es una tasa de eliminación de sales superior a 95%, pero el coste de funcionamiento está muy influido por el consumo de regenerante; las resinas no válidas deben regenerarse periódicamente con ácido sulfúrico 5-10%, ácido clorhídrico o solución de hidróxido de sodio 4-5%. El líquido residual regenerado generado debe neutralizarse para evitar una contaminación secundaria.
¡El método de intercambio iónico es más adecuado para los sistemas de preparación de agua de alta pureza a pequeña escala, con mayores requisitos de contenido de sal en el influente, y es adecuado para aplicaciones de desalinización profunda como el agua; En comparación con la tecnología de membrana, el método de intercambio iónico tiene ventajas económicas en el tratamiento de fuentes de agua con bajo contenido de sal, pero cuando la concentración de sal en el agua es alta, el coste de funcionamiento se incrementará significativamente!
La capacidad de desalinización del método de cambio de fase incluye principalmente los métodos de destilación y congelación; la evaporación multiefecto es una forma mejorada del método de destilación que utiliza la capacidad de reducción de presión para disminuir la presión de funcionamiento y el punto de ebullición de la solución en el evaporador posterior en comparación con el anterior, permitiendo que el vapor secundario extraído del evaporador anterior sirva como vapor de calentamiento para el posterior, promoviendo así la eficiencia de la utilización de la energía térmica.
El método de destilación consigue identificar el cambio de fase mediante la evaporación multiefecto, pero requiere una investigación detallada de la energía térmica y es propenso a problemas de incrustación del equipo; El método de congelación utiliza una temperatura baja de -5 a -20 ℃ para congelar agua pura, y el agua salada concentrada residual debe manipularse por separado. El método de los hidratos es una tecnología emergente que produce hidratos cristalinos sólidos inyectando gases como el propano en agua salada, pero aún se encuentra en fase de validación en laboratorio.
La tecnología de cambio de fase tiene un campo de aplicación práctica relativamente estrecho debido a su elevado consumo energético o a su insuficiente madurez tecnológica. Los dispositivos de destilación se utilizan a menudo para la desalinización de agua de mar en buques, mientras que los métodos de congelación sólo se ven en escenarios especiales, como las expediciones científicas polares.
La ósmosis frontal (FO) es una tecnología de separación de membranas que invierte la ósmosis inversa. Como nueva tecnología potencial para la purificación y desalinización del agua, la ósmosis directa se está debatiendo y practicando desde múltiples perspectivas y a un nivel más profundo en el mundo.
El método de permeación por adsorción no presurizada (CN92110710.2) es una manipulación de la ósmosis directa que permite que el agua permee a través de una membrana porosa hacia una solución adsorbente superabsorbente o de concentración salina o material sólido que está incluso por delante del agua de mar, ¡sin necesidad de presión externa! ¡El “extracto” de sal adicional en la solución se evapora fácilmente sin añadir demasiado calor!
La capacidad de la ósmosis directa ha sido manipulada durante mucho tiempo, por ejemplo, la gente adopta la sal para almacenar alimentos durante mucho tiempo, porque en ambientes con alto contenido en sal, la mayoría de las bacterias, mohos y patógenos se deshidratan y mueren o pierden temporalmente su actividad debido a la ósmosis; La tecnología de separación por membranas de ósmosis directa se ha utilizado en campos como la desalinización de agua de mar, el tratamiento de aguas residuales, el procesamiento de alimentos, la medicina y, especialmente, en los sistemas de soporte vital de rescate de emergencia para producir agua dulce.
La capacidad de eliminar la sal también tiene un gran alcance en las plataformas marinas, las islas en alta mar y las instalaciones a gran escala. proyectos de desalinización de agua de mar¡! ¡En las plataformas de perforación petrolífera, la isla de Yongxing en Sansha, la isla de Xiaoqin en Yantai y otros lugares, la tecnología de desalinización de agua de mar proporciona una garantía de fuente de agua fiable para la vida diaria de los residentes locales y la producción industrial!
En el futuro, la tecnología de desalinización se desarrollará en varias direcciones principales: en primer lugar, acelerando la mejora y la aplicación del nivel de localización de equipos, centrándose en los avances en la producción nacional de equipos clave como los de alto rendimiento smembranas de ósmosis inversa eawater, bombas de alta presión de agua de mar a gran escala y conjuntos de recuperación de energía. Empresas nacionales como Walton Technology y Bishuiyuan han desarrollado de forma independiente membranas de ósmosis inversa, que se han aplicado con éxito en múltiples proyectos de desalinización de agua de mar y están rompiendo gradualmente el monopolio de las empresas extranjeras.
La segunda es esforzarse por mejorar los beneficios económicos de la desalinización de agua de mar, profundizar en la investigación sobre la tecnología de acoplamiento de las energías renovables y la desalinización de agua de mar, y utilizar energías renovables como la solar y la oceánica para suministrar energía a la desalinización de agua de mar y conseguir “electricidad verde para agua verde”. Promover la aplicación de la desalinización de agua de mar de alta calidad, mantener un uso y un precio del agua óptimos.
En tercer lugar, promoveremos enérgicamente la utilización integral de los recursos de agua de mar, abriremos la investigación sobre la extracción y utilización de elementos estratégicos en el agua de mar, profundizaremos en la investigación y demostración de tecnología de ingeniería para la extracción a gran escala de bromo y potasio del agua de mar, e incrementaremos el desarrollo de recursos minerales estratégicos como el litio y el cesio en el agua de mar; ¡La capacidad de suministro de agua diferenciado se ha convertido en una nueva dirección, que consiste en satisfacer las necesidades precisas del agua de matrimonio mediante un postratamiento diferenciado! ¡Suplemento de cantidades moderadas de minerales en el agua potable para mejorar el sabor, al tiempo que se adopta la tecnología de ósmosis inversa multietapa en el agua de refrigeración de equipos para reducir aún más la conductividad del agua y reducir el coste de los sistemas de refrigeración de equipos!
Con la innovación tecnológica y el apoyo estratégico, la tecnología de desalinización desempeñará un papel cada vez más importante para resolver la escasez de recursos hídricos en las zonas costeras, lograr una utilización continua de los recursos hídricos y garantizar un desarrollo económico y social sostenible.
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