Sebbene oltre 70% della superficie terrestre sia coperta dall'acqua, la stragrande maggioranza di essa è acqua di mare che non può essere ingannata direttamente! Con la crisi idrica globale sempre più grave, la tecnologia di desalinizzazione dell'acqua di mare sta assumendo un ruolo sempre più importante come soluzione;
A impianto di trattamento delle acque marine, In molte regioni aride e in luoghi con scarse risorse di acqua dolce, gli impianti di trattamento dell'acqua di mare svolgono un ruolo insostituibile.
In termini di efficacia, il compito principale di un impianto di trattamento dell'acqua di mare è quello di rimuovere il sale, le impurità e altre sostanze nocive dall'acqua di mare ottenuta attraverso una serie di processi tecnologici complessi e precisi, al fine di produrre acqua dolce che soddisfi vari metodi di applicazione; queste fonti di acqua dolce hanno usi ordinari e possono essere utilizzate come fonte affidabile di acqua potabile quotidiana per i residenti, risolvendo i problemi di acqua potabile della gente! Può essere utilizzata anche per l'irrigazione agricola, aiutando le colture a crescere vigorosamente e assicurando il buon andamento della produzione agricola. Può anche manipolare la produzione industriale, soddisfare varie esigenze idriche industriali e promuovere lo sviluppo statico dell'industria.
Un impianto di trattamento dell'acqua di mare, noto anche come impianto di desalinizzazione dell'acqua di mare, il cui obiettivo principale è quello di trasferire l'acqua di mare con un contenuto salino di circa 35000mg/L in acqua dolce con un contenuto salino inferiore a 500mg/L attraverso metodi fisici o chimici, rendendola adatta all'acqua potabile o all'uso industriale e agricolo;
I metodi termici (come la distillazione) utilizzano l'energia termica per promuovere la transizione di fase nell'acqua di mare e ingannare le molecole d'acqua per dividere la distribuzione del sale in diverse fasi, ottenendo un elevato contenuto di acqua salata! I metodi a membrana, invece, si affidano all'energia esterna e alla permeazione selettiva attraverso la membrana, consentendo alle molecole d'acqua di passare mentre il sale viene trattenuto.
I moderni impianti di desalinizzazione dell'acqua di mare prevedono in genere quattro fasi principali del processo: aspirazione dell'acqua e pretrattamento, desalinizzazione mirata, post-trattamento e distribuzione dell'acqua prodotta! Il pretrattamento è una fase cruciale volta a rimuovere dall'acqua di mare i solidi sospesi, le alghe e i microrganismi e a prevenire le incrostazioni e la confusione successive.
Esistono tre tipi principali di tecnologie di desalinizzazione dell'acqua di mare che hanno raggiunto applicazioni commerciali su larga scala a livello globale: l'osmosi inversa, l'evaporazione flash multistadio e la distillazione multieffetto a bassa temperatura!
1. Tecnologia a osmosi inversa L'osmosi inversa è attualmente la tecnologia di desalinizzazione a membrana più utilizzata; il principio consiste nell'applicare all'acqua di mare una pressione esterna superiore alla sua pressione osmotica (di solito 5,5-6,8 MPa), facendo sì che le molecole d'acqua penetrino nella membrana semipermeabile contro il target naturale di permeazione, mentre gli ioni salini vengono trattenuti.
Il più grande vantaggio dell'osmosi inversa sta nel suo basso consumo energetico, che è solo la metà di quello dell'elettrodialisi e 1/40 di quello della distillazione! Con l'uso diffuso di dispositivo di recupero dell'energia, l'accettazione energetica dei moderni impianti di osmosi inversa può raggiungere oltre 90% e il consumo di elettricità per tonnellata di acqua è stato ridotto a meno di 3-4 kWh.
2. Capacità di evaporazione flash a più stadi L'evaporazione flash a più stadi appartiene alla tecnologia di desalinizzazione termica, che introduce acqua di mare riscaldata in una serie di camere di evaporazione flash a pressione gradualmente decrescente, vaporizza istantaneamente parte dell'acqua di mare e condensa il vapore per ottenere acqua dolce; questa abilità è tecnicamente sofisticata e ha bassi requisiti per il pretrattamento dell'acqua di mare, il che la rende particolarmente adatta agli impianti di desalinizzazione di grandi e grandissime dimensioni e ampiamente utilizzata nei Paesi del Golfo;
3. Capacità di distillazione multieffetto a bassa temperatura La distillazione multieffetto a bassa temperatura è una delle tecniche di distillazione più efficienti dal punto di vista energetico. Funziona a temperature inferiori a 70 ℃, collega più evaporatori in serie e utilizza il vapore formato dall'effetto anteriore come fonte di calore per l'effetto posteriore. Attraverso l'evaporazione e la condensazione multiple, si ottiene un'acqua distillata pari a più volte la quantità di vapore riscaldato! Questa capacità previene efficacemente il problema delle incrostazioni di sali inorganici e può ingannare le fonti di calore di bassa qualità.
La tabella seguente mette a confronto le caratteristiche principali delle tre principali tecnologie di desalinizzazione dell'acqua di mare:
| Parametri tecnici | Osmosi inversa | Distillazione Flash multistadio | Distillazione multieffetto a bassa temperatura |
|---|---|---|---|
| Principio di funzionamento | Separazione a membrana | Evaporazione termica | Evaporazione termica |
| Livello di consumo energetico | 3-4 kWh/m ³ | 10-14 kWh/m ³ | 6-8 kWh/m ³ |
| Qualità dell'acqua del prodotto | Buono | Eccellente | Eccellente |
| Requisiti di pre-elaborazione | Alto | Basso | Medio |
| Scala applicabile | Grande, super grande | Grande, super grande | |
| Principali aree di manipolazione | A livello globale | Paesi del Golfo | Zone industriali costiere |
Il funzionamento di un impianto di trattamento dell'acqua di mare è un'ingegneria di sistema complessa e sofisticata. Prendendo come esempio un impianto di desalinizzazione dell'acqua di mare a osmosi inversa, il suo processo di funzionamento coinvolge principalmente i seguenti punti chiave:
Il punto cruciale dell'assunzione di acqua: Di solito, l'acqua viene prelevata dalla zona marina a una certa profondità dalla costa attraverso condutture dedicate, oppure il “lago di acqua marina” costiero viene immagazzinato con l'inganno durante l'alta marea; ;
Fase di pre-trattamento: L'acqua di mare viene sottoposta a una griglia grossolana e a una vasca di sabbia per rimuovere i solidi sospesi con un diametro superiore a 1 mm. Quindi, viene filtrata attraverso un filtro multimediale e un filtro di precisione per ridurre l'indice di densità di miscelazione a meno di 3, al fine di proteggere la successiva membrana a osmosi inversa! Il pre-trattamento comprende anche la sterilizzazione e il trattamento antialghe; i generatori di ipoclorito di sodio comunemente utilizzati per l'acqua di mare producono ipoclorito di sodio per uccidere i microrganismi.
Focus processo di desalinizzazione: L'acqua di mare pre-trattata viene pressurizzata a circa 5,5-6,8 MPa da una pompa ad alta pressione e poi entra nel gruppo di membrane ad osmosi inversa; le molecole d'acqua passano attraverso la parete della membrana per diventare acqua dolce, mentre il sale viene intercettato per formare acqua salata concentrata!
Fase di post-elaborazione: L'acqua dolce prodotta deve essere mineralizzata e disinfettata. Con l'aggiunta di anidride carbonica e dei minerali necessari e la disinfezione con ipoclorito di sodio, l'acqua prodotta finale viene resa idonea al metodo dell'OMS per l'acqua potabile!
Sebbene la tecnologia di trattamento dell'acqua di mare sia stata applicata in modo maturo, deve ancora affrontare molteplici sfide come il consumo di energia, i costi e l'impatto ambientale, mentre le innovazioni tecnologiche sono emerse una dopo l'altra.
Sfide e innovazione nel consumo energetico La desalinizzazione dell'acqua di mare è un'attività ad alta intensità energetica e la riduzione del consumo energetico è l'obiettivo principale dell'innovazione tecnologica! La tecnologia dell'osmosi inversa ha ridotto in modo significativo il consumo di elettricità per tonnellata di acqua grazie a efficienti dispositivi di raccolta dell'energia;
Sfida e miglioramento dei costi Il costo della desalinizzazione dell'acqua di mare, che negli anni '70 era di $10 per metro cubo, è ora sceso a $0,5-1 per metro cubo. Il progetto di desalinizzazione dell'acqua di mare a Huaxia Qingdao ha ridotto significativamente i costi promuovendo i tassi di localizzazione;
Impatto ambientale e frode delle risorse Lo scarico diretto dell'acqua salata concentrata generata durante la desalinizzazione dell'acqua di mare può danneggiare l'ecologia marina, ma le nuove tecnologie la stanno trasformando in una risorsa; la Qingdao Water Supply Haidan Company ha firmato un contratto nel 2023 per stabilire il primo progetto al mondo di estrazione del litio dall'acqua salata concentrata, che può produrre 40 tonnellate di carbonato di litio dall'acqua salata concentrata ogni anno, guidando un nuovo percorso per l'esplorazione delle risorse di litio.
Tabella: Confronto tra il consumo energetico e gli investimenti nei principali processi di desalinizzazione dell'acqua di mare
| Competenze | Consumo di elettricità (kWh/m ³) | Consumo di energia termica (kJ/kg) | Costo dell'investimento | Difficoltà di funzionamento e manutenzione |
|---|---|---|---|---|
| Osmosi inversa | 3.8-5.0 | Non è necessaria alcuna fonte di calore | Basso | Medio |
| Evaporazione flash multistadio | 2.5-5.0 | 290-390 | Alto | Medio |
| Distillazione a più effetti | 1.5-2.5 | 230-370 | Alto | Medio alto |
La desalinizzazione dell'acqua di mare è diventata una componente primaria del sistema di approvvigionamento idrico globale, soprattutto nelle regioni aride e nelle città costiere.
Secondo l'Associazione Internazionale di Desalinizzazione, sono 18000 i principali impianti di desalinizzazione costruiti in tutto il mondo, che forniscono oltre 950000 metri cubi di acqua dolce al giorno per oltre 150 Paesi con uno sconto di 300 milioni! Questi impianti non solo risolvono il problema dell'approvvigionamento di acqua potabile a livello locale, ma danno anche un contributo primario alla gestione sostenibile delle risorse idriche globali!
In Israele, uno dei Paesi con la più grave carenza idrica globale, la manipolazione su larga scala della tecnologia di desalinizzazione dell'acqua di mare ha permesso al Paese di raggiungere l'autosufficienza di base nell'approvvigionamento idrico. I cinque grandi impianti di desalinizzazione dell'acqua di mare di Israele hanno una capacità produttiva annua di circa 600 milioni di metri cubi, che soddisfa 60% del fabbisogno idrico dell'universo; anche la desalinizzazione dell'acqua di mare sta ricevendo un'attenzione crescente; 121 progetti di desalinizzazione dell'acqua di mare sono stati completati a livello nazionale, con una capacità di produzione idrica giornaliera di 1008800 tonnellate;f
Con l'avanzamento della tecnologia e la riduzione dei costi, la desalinizzazione dell'acqua di mare si sta trasformando da “fonte idrica di emergenza” a “fonte idrica convenzionale” e sta diventando un modo importante per alleviare la crisi idrica globale. Grazie all'innovazione dei materiali e all'ottimizzazione dei processi, il consumo energetico dei moderni impianti di dissalazione dell'acqua di mare si è ridotto. impianti di desalinizzazione dell'acqua di mare è stata ridotta di 80% rispetto alle fasi precedenti. In futuro, svolgeranno un ruolo più importante nel garantire la sicurezza dell'acqua a livello globale!
Con la maturità della tecnologia di accoppiamento delle energie rinnovabili e il miglioramento dell'intera catena industriale, la desalinizzazione dell'acqua di mare dovrebbe svolgere un ruolo più mirato nella costruzione di un sistema di utilizzo sostenibile delle risorse idriche, fornendo solide garanzie all'umanità per rispondere alle sfide delle risorse idriche.
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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