L'acqua è la fonte della vita, ma la carenza globale di risorse idriche sta diventando sempre più grave e l'acqua ad alto contenuto di sale non può essere consumata o utilizzata direttamente. La tecnologia di rimozione del sale dall'acqua è diventata un modo importante per alleviare la crisi dell'acqua dolce!
Si riferisce al processo di rimozione dei sali solubili dall'acqua attraverso mezzi fisici o chimici, con l'obiettivo di ridurre la concentrazione di anioni e cationi nell'acqua per soddisfare specifici requisiti di qualità dell'acqua; l'obiettivo chiave per misurare l'effetto di desalinizzazione è il tasso di desalinizzazione. Ad esempio, la formula per calcolare il tasso di desalinizzazione di una membrana a osmosi inversa è: (1- contenuto di sali nell'acqua prodotta/ contenuto di sali nell'acqua in ingresso) × 100%;
Secondo il principio del giudizio, tecnologia di desalinizzazione La tecnologia di separazione a membrana comprende due processi principali, l'elettrodialisi e l'osmosi inversa. Le regole di trasformazione di fase sono rappresentate dalla distillazione e dal congelamento, mentre le regole di spostamento chimico si riferiscono specificamente alla tecnologia di scambio ionico;
| Esempio tecnico | Tasso di rimozione del sale | Intervallo di contenuto salino applicabile | Vantaggi principali | Limitazioni principali |
|---|---|---|---|---|
| Metodo dell'osmosi inversa | 98% -99.5% | Applicazione comune | Desalinizzazione efficiente, apparecchiature compatte | Elevata richiesta di qualità dell'acqua in ingresso e costi elevati |
| Metodo di elettrodialisi | A seconda della configurazione | 200-4000 mg/L | Bassa richiesta di torbidità in ingresso | Il consumo di energia aumenta con l'aumentare del contenuto di sale |
| Metodo dello scambio ionico | Oltre 95% | Basso contenuto di sale (desalinizzazione profonda) | Adatto alla preparazione di acqua di elevata purezza | La resina deve essere rigenerata nei tempi previsti e i costi di esercizio sono influenzati dal consumo di rigeneranti. |
| Evaporazione a più effetti | Efficiente | Acqua ad alta salinità | In grado di gestire acque ad alta salinità | Elevato consumo energetico, apparecchiature soggette a incrostazioni |
| Metodo dell'osmosi inversa | Nella ricerca | Fase sperimentale | Basso consumo energetico, nessuna necessità di pressione | Insufficiente maturità tecnologica |
L'osmosi inversa è un processo fisico che inganna le membrane semipermeabili per separare il sale sotto pressione; questo metodo utilizza membrane semipermeabili a struttura asimmetrica in acetato di cellulosa o in poliammide per ottenere una permeazione selettiva delle molecole d'acqua e degli ioni salini a pressioni operative comprese tra 2,8 e 8,0 MPa;
Il contorno della membrana a osmosi inversa è caratterizzato da pori su scala nanometrica, le cui dimensioni sono controllate con precisione - solo leggermente più grandi delle molecole d'acqua, ma in grado di isolare efficacemente gli ioni salini disciolti nell'acqua. Quando l'acqua di mare scorre attraverso la superficie della membrana ad alta pressione, le molecole d'acqua entrano dall'altra parte della membrana attraverso i pori, mentre il sale e le impurità vengono trattenuti e rilasciati, raggiungendo così lo scopo di impianto di desalinizzazione ad osmosi inversa dell'acqua di mare . La capacità dell'osmosi inversa è in costante miglioramento e la Cina è riuscita a superare i tre principali colli di bottiglia delle tecnologie di membrana ad osmosi inversa e dell'accettazione dell'energia nei gruppi di desalinizzazione dell'acqua di mare di piccole e medie dimensioni prodotti a livello nazionale! Il tasso di desalinizzazione della membrana a osmosi inversa sviluppata dalla città di Weihai è pari a 99,8% e l'apparecchiatura è stata ampiamente utilizzata in pescherecci d'alto mare, isole offshore e vari progetti di desalinizzazione dell'acqua marina;
L'elettrodialisi è una tecnologia che utilizza la permeabilità selettiva delle membrane a scambio anionico/cationico per ottenere la migrazione e la separazione degli ioni sotto l'azione di un campo elettrico a corrente continua. Sotto l'azione di un campo elettrico, anioni e cationi migrano verso elettrodi opposti, ma grazie alla selettività della membrana a scambio ionico, gli ioni salini vengono trattenuti nella camera dell'acqua concentrata, ottenendo così la desalinizzazione!
Esistono due modalità operative principali per l'elettrodialisi: una volta (la desalinizzazione è ottenuta con un singolo passaggio di acqua grezza) e la circolazione batch (la desalinizzazione è ottenuta facendo circolare l'acqua grezza fino al raggiungimento del tasso di desalinizzazione predeterminato); questa tecnologia richiede un requisito di torbidità inferiore a 1 FTU per l'acqua in ingresso e la densità di corrente di lavoro deve essere controllata a 80-100 mA/cm ². È adatta per acque con un contenuto salino di 200-4000 mg/L!
Con la manipolazione della tecnologia integrata EDR (Electrodialysis Rotation), l'efficienza di utilizzo dell'acqua dell'elettrodialisi è diventata paragonabile a quella dell'osmosi inversa e la richiesta di controllo della qualità dell'acqua è inferiore a quella dell'osmosi inversa, rendendola ancora competitiva in scenari applicativi specifici.
Il metodo di scambio ionico adotta una combinazione di resina a scambio cationico fortemente acida e resina a scambio anionico fortemente alcalina per l'assemblaggio. I gruppi funzionali della resina sostituiscono cationi come Ca ² ⁺ e Na ⁺ nell'acqua e anioni come Cl - e SO ₄ ² - attraverso reazioni reversibili;
La caratteristica principale di questo metodo è un tasso di rimozione del sale superiore a 95%, ma il costo operativo è fortemente influenzato dal consumo di rigenerante; le resine non valide devono essere rigenerate regolarmente con acido solforico 5-10%, acido cloridrico o soluzione di idrossido di sodio 4-5%. Il liquido di scarto rigenerato deve essere neutralizzato per evitare un inquinamento secondario!
Il metodo a scambio ionico è più adatto a sistemi di preparazione dell'acqua di elevata purezza su piccola scala, con requisiti più elevati per il contenuto di sale in ingresso, ed è adatto ad applicazioni di desalinizzazione profonda come l'acqua; rispetto alla tecnologia a membrana, il metodo a scambio ionico presenta vantaggi economici nel trattamento di fonti d'acqua a basso contenuto di sale, ma quando la concentrazione di sale nell'acqua è elevata, il costo operativo aumenterà significativamente!
La capacità di desalinizzazione del metodo a cambiamento di fase comprende principalmente i metodi di distillazione e congelamento; l'evaporazione a più effetti è una forma migliorata di metodo di distillazione che utilizza la capacità di ridurre la pressione per abbassare la pressione operativa e il punto di ebollizione della soluzione nell'evaporatore successivo rispetto a quello precedente, consentendo al vapore secondario estratto dall'evaporatore precedente di servire come vapore di riscaldamento per quello successivo, promuovendo così l'efficienza dell'utilizzo dell'energia termica.
Il metodo della distillazione consente di identificare il cambiamento di fase attraverso l'evaporazione a più effetti, ma richiede un'indagine dettagliata sull'energia termica ed è soggetto a problemi di incrostazione delle apparecchiature; il metodo del congelamento utilizza una bassa temperatura compresa tra -5 e -20 ℃ per congelare l'acqua pura, e l'acqua salata concentrata residua deve essere gestita separatamente. Il metodo dell'idrato è una tecnologia emergente che produce idrati solidi cristallini iniettando gas come il propano nell'acqua salata, ma è ancora in fase di validazione in laboratorio.
La tecnologia a cambiamento di fase ha un campo di applicazione pratica relativamente ristretto a causa dell'elevato consumo energetico o dell'insufficiente maturità tecnologica. I dispositivi di distillazione sono spesso utilizzati per la desalinizzazione dell'acqua di mare a bordo delle navi, mentre i metodi di congelamento sono utilizzati solo in scenari speciali come le spedizioni scientifiche polari.
L'osmosi inversa (FO) è una tecnologia di separazione a membrana che inverte l'osmosi inversa! Come nuova tecnologia potenziale per la purificazione e la desalinizzazione dell'acqua, l'osmosi inversa viene discussa e praticata da più prospettive e a un livello più profondo nel mondo.
Il metodo di permeazione ad adsorbimento non pressurizzato (CN92110710.2) è una manipolazione dell'osmosi in avanti che consente all'acqua di permeare attraverso una membrana porosa in un adsorbente super assorbente o in una soluzione di concentrazione salina o in un materiale solido che è addirittura superiore all'acqua di mare, senza bisogno di pressione esterna! L“”estratto" di sale aggiuntivo nella soluzione è facilmente evaporabile senza aggiungere troppo calore!
La capacità dell'osmosi in avanti è stata manipolata per molto tempo; ad esempio, le persone adottano il sale per conservare gli alimenti per molto tempo, perché in ambienti ad alto contenuto di sale, la maggior parte dei batteri, delle muffe e degli agenti patogeni si disidratano e muoiono o perdono temporaneamente la loro attività a causa dell'osmosi; la tecnologia di separazione a membrana dell'osmosi in avanti è stata utilizzata in campi come la desalinizzazione dell'acqua di mare, il trattamento delle acque reflue, la lavorazione degli alimenti, la medicina e, in particolare, nei sistemi di supporto vitale di emergenza per la produzione di acqua dolce.
La capacità di rimuovere il sale è anche di vasta portata nelle piattaforme offshore, nelle isole offshore e nei grandi impianti. progetti di desalinizzazione dell'acqua di mare! Nelle piattaforme di trivellazione petrolifera, nell'isola di Yongxing a Sansha, nell'isola di Xiaoqin a Yantai e in altri luoghi, la tecnologia di desalinizzazione dell'acqua di mare garantisce una fonte d'acqua affidabile per la vita quotidiana dei residenti locali e la produzione industriale!
In futuro la tecnologia di desalinizzazione sarà sviluppata in diverse direzioni principali: in primo luogo, accelerando il miglioramento e l'applicazione del livello di localizzazione delle apparecchiature, concentrandosi sui progressi nella produzione nazionale di apparecchiature chiave come quelle ad alte prestazioni. smembrane ad osmosi inversa eawater, pompe ad alta pressione per acqua di mare su larga scala e gruppi per il recupero dell'energia. Aziende nazionali come Walton Technology e Bishuiyuan hanno sviluppato autonomamente membrane a osmosi inversa, che sono state applicate con successo in diversi progetti di desalinizzazione dell'acqua di mare e stanno gradualmente rompendo il monopolio delle aziende straniere.
Il secondo è quello di migliorare i benefici economici della desalinizzazione dell'acqua di mare, approfondire la ricerca sulla tecnologia di accoppiamento tra energia rinnovabile e desalinizzazione dell'acqua di mare e utilizzare l'energia rinnovabile, come l'energia solare e l'energia oceanica, per fornire energia alla desalinizzazione dell'acqua di mare e ottenere “elettricità verde per acqua verde”. Promuovere l'applicazione della desalinizzazione dell'acqua di mare di alta qualità, mantenere l'uso e il prezzo dell'acqua ottimali.
In terzo luogo, promuoveremo con forza l'utilizzo completo delle risorse di acqua di mare, apriremo la ricerca sull'estrazione e l'utilizzo degli elementi strategici presenti nell'acqua di mare, approfondiremo la ricerca e la dimostrazione della tecnologia ingegneristica per l'estrazione su larga scala di bromo e potassio dall'acqua di mare e incrementeremo lo sviluppo di risorse minerali strategiche come il litio e il cesio presenti nell'acqua di mare; la capacità di fornire acqua differenziata è diventata una nuova direzione, che consiste nel soddisfare le esigenze precise dell'acqua matrimoniale attraverso post-trattamenti differenziati! L'integrazione di moderate quantità di minerali nell'acqua potabile per migliorare il gusto, mentre l'adozione della tecnologia dell'osmosi inversa multistadio nell'acqua di raffreddamento delle apparecchiature per ridurre ulteriormente la conduttività dell'acqua e il costo dei sistemi di raffreddamento delle apparecchiature!
Con l'innovazione tecnologica e il sostegno strategico, la tecnologia di desalinizzazione svolgerà un ruolo sempre più importante nel risolvere la carenza di risorse idriche nelle aree costiere, nel raggiungere un utilizzo continuo delle risorse idriche e nel garantire uno sviluppo economico e sociale sostenibile!
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.
Con oltre 20 anni di esperienza nel settore, ci dedichiamo alla rivitalizzazione di varie fonti d'acqua, tra cui l'acqua di mare, l'acqua di pozzo, l'acqua di pozzo, l'acqua di rubinetto e l'acqua sotterranea, ecc.
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