Nell'ambito delle sempre più scarse risorse idriche globali, desalinizzazione dell'acqua oceanica è diventato un modo importante per alleviare il problema dell'approvvigionamento di acqua dolce! Tecnologia a osmosi inversa è diventata la scelta principale grazie alla sua elevata efficienza.
L'impianto di desalinizzazione dell'acqua oceanica a osmosi inversa è un dispositivo che inganna le membrane semipermeabili per intercettare il sale e dissolvere le impurità ad alta pressione, lasciando passare solo le molecole d'acqua. A differenza della distillazione tradizionale, l'osmosi inversa si basa sulla separazione fisica delle membrane piuttosto che sul cambiamento di fase, presentando così vantaggi e svantaggi in termini di consumo energetico, occupazione di suolo e complessità delle apparecchiature.
L'impianto di desalinizzazione dell'acqua dell'oceano sfrutta il principio dell'osmosi inversa, che applica una pressione all'acqua di mare attraverso una pompa ad alta pressione, provocando l'osmosi inversa delle molecole d'acqua attraverso una membrana semipermeabile, separando così il sale e le impurità; questa capacità può aumentare o diminuire il contenuto di sale dell'acqua di mare da circa 36000 milligrammi per litro a meno di 200 milligrammi per litro, con un tasso di desalinizzazione fino a 99% o più, e la qualità dell'acqua prodotta è migliore di quella dell'acqua di rubinetto ordinaria!
Il fulcro dell'osmosi inversa risiede nella permeabilità selettiva delle membrane semipermeabili; nel processo di permeazione naturale, i solventi in soluzioni diluite rotolano naturalmente attraverso la membrana semipermeabile verso il lato della soluzione concentrata fino a quando la differenza di livello del liquido su entrambi i lati forma un equilibrio di pressione osmotica.
Il processo di trattamento dell'impianto di desalinizzazione dell'acqua oceanica a osmosi inversa è un processo di precisione a più fasi, che coinvolge principalmente le seguenti strutture:
La membrana a osmosi inversa è il componente principale della desalinizzazione dell'acqua di mare e il suo meccanismo di funzionamento si basa sul principio della separazione selettiva. Le membrane a osmosi inversa hanno pori di dimensioni estremamente sottili (0,1-1 nanometri), in grado di bloccare efficacemente le molecole più grandi, come gli ioni di sale idrato, e di lasciar passare solo le molecole d'acqua;
In condizioni standard di 25 ℃, la pressione osmotica dell'acqua di mare è di circa 2,5 MPa. La programmazione dell'osmosi inversa applica una pressione di manipolazione di 5,5-6,8 MPa per creare un gradiente di pressione di osmosi inversa per le molecole d'acqua attraverso la membrana composita di poliammide!
I moderni componenti a membrana per l'osmosi inversa adottano spesso membrane composite a rullo o elementi a membrana della serie Dow SW, che hanno caratteristiche di alto tasso di desalinizzazione, anti-inquinamento, ecc. e possono adattarsi ai difficili requisiti ambientali di navi, isole, ecc.
Il sistema di pre-trattamento è un anello fondamentale per garantire il funzionamento stabile a lungo termine dell'impianto a osmosi inversa; il pre-trattamento dell'acqua di mare deve affrontare le seguenti sfide: nell'acqua di mare è presente un gran numero di microrganismi, batteri e alghe, la cui riproduzione può compromettere il normale funzionamento dell'impianto. La torbidità dell'acqua di mare varia notevolmente con le maree, il che può rendere instabile il processo di pretrattamento. L'acqua di mare ha una forte corrosività e requisiti speciali per i materiali delle apparecchiature!
Il pre-trattamento adotta solitamente un processo di filtrazione a più stadi “filtro multimediale+ultrafiltrazione+filtro compatto”, con l'obiettivo di rimuovere i colloidi e le impurità in sospensione nell'acqua di mare, ridurre l'indice di inquinamento (valore FI) ai requisiti di ingresso della membrana a osmosi inversa (SDI<3) e prolungare efficacemente la vita utile della membrana a osmosi inversa; il pre-trattamento comprende anche la sterilizzazione e il trattamento antialghe. Alcuni progetti adottano generatori di ipoclorito di sodio per acqua di mare, che producono ipoclorito di sodio elettrolizzando l'acqua di mare, uccidendo efficacemente i batteri, le alghe e i microrganismi presenti nell'acqua di mare.
Dopo essere stata sottoposta a un trattamento di desalinizzazione dell'acqua di mare a osmosi inversa, la qualità dell'acqua è pura e il contenuto di sale è notevolmente ridotto. Il post-trattamento comprende strutture come la regolazione della mineralizzazione e la disinfezione, che servono a regolare la durezza e l'alcalinità dell'acqua e a integrare i minerali essenziali per il corpo umano, rendendo la qualità dell'acqua adatta al metodo dell'OMS per l'acqua potabile!
La qualità dell'acqua dolce prodotta dal dispositivo a osmosi inversa è migliore di quella dell'acqua comune del rubinetto e del metodo soddisfacente per l'acqua potabile; prendendo come esempio Israele, il paese ha soddisfatto 60% del fabbisogno idrico nazionale attraverso l'applicazione di impianti di desalinizzazione dell'acqua di mare su larga scala, e la qualità dell'acqua prodotta soddisfa pienamente gli standard di vita e le leggi sull'acqua potabile!
Va notato che l'acqua di mare non è accettabile e può essere consumata direttamente dopo la semplice bollitura! La bollitura può solo uccidere i batteri, ma non può rimuovere il sale e i minerali dall'acqua di mare;
La semplice ebollizione dell'acqua di mare fa evaporare l'acqua, lasciando dietro di sé una maggiore concentrazione di sale. Se non è presente un dispositivo di distillazione e condensazione per recuperare il vapore e condensarlo in acqua dolce, non può essere consumato. I sistemi portatili di distillazione solare o di condensazione evaporativa possono effettivamente produrre piccole quantità di acqua dolce, ma la loro capacità di produzione e l'efficienza energetica sono inferiori ai sistemi RO per l'approvvigionamento idrico su larga scala.
Il costo dell'impianto di desalinizzazione dell'acqua di mare consiste principalmente nel consumo di energia (azionato da pompe ad alta pressione), nell'investimento per l'installazione (materiali ad alta pressione e resistenti alla corrosione), nello scambio di membrane e nel consumo di prodotti chimici, nonché nel funzionamento e nella manutenzione (artificiali, di pulizia e di monitoraggio); l'elevato contenuto salino dell'acqua di mare richiede una pressione di esercizio più elevata e una manutenzione più frequente, soprattutto in condizioni di afflusso oleoso o di elevata torbidità, il che aumenta ulteriormente i costi;
Nel processo di desalinizzazione dell'acqua oceanica a osmosi inversa, circa la metà dell'acqua oceanica viene convertita in acqua dolce, mentre il resto diventa acqua salata concentrata! La salinità di queste acque salate concentrate è circa il doppio di quella dell'acqua marina ordinaria e devono essere trattate adeguatamente per evitare qualsiasi impatto sull'ambiente.
L'approccio tradizionale consiste nell'iniettare lentamente acqua salata concentrata nell'oceano attraverso un diffusore. Questo metodo può favorire una rapida miscelazione dell'acqua salata concentrata con l'acqua di mare, riducendo l'impatto sull'ambiente marino locale.
Il costo del consumo energetico è uno dei principali costi operativi degli impianti di desalinizzazione dell'acqua marina! Gli impianti di desalinizzazione dell'acqua oceanica hanno ridotto in modo significativo il consumo energetico operativo grazie all'assorbimento e all'assemblaggio dell'energia.
I principali dispositivi di ricezione dell'energia sono il dispositivo di ricezione dell'energia di scambio della rete e la turbina idraulica. dispositivo di recupero energetico. Prendendo come esempio l'impianto di desalinizzazione dell'acqua di mare di Jubail, in Arabia Saudita, l'impianto adotta un sistema di recupero dell'energia e un sistema di controllo intelligente, che riduce il consumo di energia operativa di 30% rispetto ai processi tradizionali!
Con la maturità delle nuove tecnologie, come l'accoppiamento fotovoltaico a osmosi inversa, il consumo energetico della desalinizzazione dell'acqua marina è stato ridotto di 80% rispetto alle fasi precedenti e il costo è ulteriormente diminuito; il costo della moderna desalinizzazione dell'acqua marina è vicino ai 3 yuan per tonnellata e, con il progresso della tecnologia, la sua economia migliorerà ulteriormente;
L'impianto di desalinizzazione dell'acqua oceanica a osmosi inversa è la soluzione principale per affrontare la scarsità di acqua dolce nelle regioni costiere e aride. Sebbene l'investimento iniziale e i costi operativi siano relativamente elevati, con il progresso della tecnologia delle membrane, l'accettazione dell'energia e la preparazione automatizzata, l'economia e la sostenibilità delle soluzioni RO stanno gradualmente migliorando!
Kysearo è un'azienda leader nella produzione di sistemi di trattamento delle acque con sede in Cina, specializzata nella progettazione e produzione di sistemi di trattamento delle acque ad alta efficienza.
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