วิธีขจัดเกลือออกจากน้ำ: คู่มือฉบับสมบูรณ์

น้ำคือแหล่งกำเนิดของชีวิต แต่การขาดแคลนทรัพยากรน้ำทั่วโลกกำลังกลายเป็นปัญหาที่รุนแรงขึ้นอย่างต่อเนื่อง น้ำที่มีปริมาณเกลือสูงไม่สามารถนำมาบริโภคหรือใช้ได้โดยตรง เทคโนโลยีการกำจัดเกลือออกจากน้ำได้กลายเป็นวิธีที่สำคัญในการบรรเทาวิกฤตน้ำจืด!

หลักการของการกำจัดเกลือคืออะไร?

มันหมายถึงกระบวนการกำจัดเกลือละลายออกจากน้ำผ่านวิธีการทางกายภาพหรือทางเคมี โดยมุ่งเน้นที่การลดความเข้มข้นของแอนไอออนและแคตไอออนในน้ำเพื่อให้ตรงกับข้อกำหนดคุณภาพน้ำที่เฉพาะเจาะจง; วัตถุประสงค์หลักของการวัดผลการแยกเกลือคือการหาอัตราการแยกเกลือตัวอย่างเช่น สูตรในการคำนวณอัตราการแยกเกลือออกจากน้ำของเยื่อหุ้มกรองแบบออสโมซิสย้อนกลับคือ: (1- ปริมาณเกลือในน้ำที่ผลิตได้/ปริมาณเกลือในน้ำที่ไหลเข้า) × 100%;

ตามหลักการของการตัดสิน, เทคโนโลยีการแยกเกลือออกจากน้ำ สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: วิธีการแยกด้วยเยื่อกรอง, วิธีการเปลี่ยนแปลงสถานะ, และวิธีการแทนที่ทางเคมี; เทคโนโลยีการแยกด้วยเยื่อกรองรองรับกระบวนการหลักสองประเภท คือ การแยกด้วยไฟฟ้า (electrodialysis) และการกรองแบบย้อนกลับ (reverse osmosis) กฎของการเปลี่ยนแปลงสถานะแสดงโดยการกลั่นและการแช่แข็ง ในขณะที่กฎของการแทนที่ทางเคมีหมายถึงเทคโนโลยีการแลกเปลี่ยนไอออนโดยเฉพาะ;

ตัวอย่างทางเทคนิค	อัตราการกำจัดเกลือ	ช่วงปริมาณเกลือที่ใช้ได้	ข้อได้เปรียบหลัก	ข้อจำกัดหลัก
วิธีรีเวิร์สออสโมซิส	98% -99.5%	การสมัครทั่วไป	การแยกเกลือออกจากน้ำอย่างมีประสิทธิภาพ, อุปกรณ์กะทัดรัด	ความต้องการสูงสำหรับคุณภาพน้ำเข้าและค่าใช้จ่ายสูง
วิธีอิเล็กโทรไดอะลิซิส	ขึ้นอยู่กับค่ากำหนด	200-4000 มิลลิกรัมต่อลิตร	ความต้องการต่ำสำหรับความขุ่นของน้ำเข้า	การบริโภคพลังงานเพิ่มขึ้นเมื่อปริมาณเกลือเพิ่มขึ้น
วิธีแลกเปลี่ยนไอออน	มากกว่า 95%	ปริมาณเกลือต่ำ (การแยกเกลือออกจากน้ำอย่างลึก)	เหมาะสำหรับการเตรียมน้ำบริสุทธิ์สูง	เรซินจำเป็นต้องได้รับการฟื้นฟูตามกำหนดเวลา และค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานได้รับผลกระทบจากการใช้สารฟื้นฟู
การระเหยแบบหลายผล	มีประสิทธิภาพ	น้ำที่มีความเค็มสูง	สามารถจัดการกับน้ำที่มีความเค็มสูงได้	การใช้พลังงานสูง, อุปกรณ์มีแนวโน้มที่จะเกิดการสะสมของตะกรัน
วิธีการออสโมซิสแบบไปข้างหน้า	ในการวิจัย	ระยะทดลอง	การใช้พลังงานต่ำ, ไม่ต้องการแรงดัน	ความไม่เพียงพอของความเจริญก้าวหน้าทางเทคโนโลยี

การกรองแบบออสโมซิสย้อนกลับสามารถทำการแยกเกลือออกจากน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพได้อย่างไร?

การกรองแบบออสโมซิสย้อนกลับเป็นกระบวนการทางกายภาพที่ใช้หลอกเยื่อกึ่งซึมผ่านได้เพื่อแยกเกลือภายใต้ความดัน วิธีนี้ใช้เยื่อกึ่งซึมผ่านได้ที่มีโครงสร้างไม่สมมาตรซึ่งทำจากวัสดุเซลลูโลสอะซิเตทหรือโพลีอะมายด์ เพื่อให้เกิดการซึมผ่านเฉพาะของโมเลกุลน้ำและไอออนของเกลือภายใต้ความดันในการทำงานตั้งแต่ 2.8-8.0 เมกะปาสคาล;

ลักษณะของเยื่อกรองน้ำแบบรีเวิร์สออสโมซิสมีรูพรุนในระดับนาโน ซึ่งขนาดของรูพรุนถูกควบคุมอย่างแม่นยำ – มีขนาดใหญ่กว่าโมเลกุลของน้ำเพียงเล็กน้อย แต่สามารถแยกไอออนของเกลือที่ละลายในน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อน้ำทะเลไหลผ่านผิวเยื่อกรองภายใต้ความดันสูง โมเลกุลของน้ำจะผ่านรูพรุนเข้าสู่ด้านอีกฝั่งของเยื่อกรอง ในขณะที่เกลือและสิ่งเจือปนจะถูกกักไว้และปล่อยออกมา ทำให้บรรลุวัตถุประสงค์ของ โรงงานผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลด้วยระบบรีเวอร์สออสโมซิส . ความสามารถของระบบรีเวิร์สออสโมซิสมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และจีนได้ประสบความสำเร็จในการทะลวงผ่านเทคโนโลยีคอขวดหลักสามประการของเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิสและการยอมรับพลังงานในชุดอุปกรณ์ผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลขนาดเล็กและขนาดกลางที่ผลิตในประเทศ!อัตราการแยกเกลือออกจากน้ำของเยื่อเมมเบรนแบบรีเวิร์สออสโมซิสที่พัฒนาโดยเมืองเหวินไห่สูงถึง 99.8% และอุปกรณ์นี้ได้ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในเรือประมงทะเลลึก เกาะนอกชายฝั่ง และโครงการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลต่างๆ;

การจัดการเทคโนโลยีการแยกเกลือด้วยไฟฟ้าในกระบวนการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลเป็นอย่างไร?

อิเล็กโทรไดอะลิซิสเป็นเทคโนโลยีที่ใช้ความสามารถในการซึมผ่านเฉพาะของเยื่อแลกเปลี่ยนประจุลบ/บวกในการทำให้ไอออนเคลื่อนที่และแยกออกจากกันภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าตรง; โครงสร้างของสแต็กเยื่อที่มีระยะห่างระหว่างห้องน้ำเข้มข้นและห้องน้ำสะอาดถูกกำหนดค่าไว้ภายใต้การขับเคลื่อนของสนามไฟฟ้า ไอออนลบและไอออนบวกจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วไฟฟ้าตรงข้าม แต่เนื่องจากความจำเพาะของเยื่อแลกเปลี่ยนไอออน ไอออนของเกลือจะถูกกักไว้ในห้องน้ำเข้มข้น ทำให้เกิดการแยกเกลือออกจากน้ำได้!

มีโหมดการทำงานหลักสองโหมดสำหรับการแยกเกลือด้วยไฟฟ้า: โหมดครั้งเดียว (การแยกเกลือจะสำเร็จโดยการผ่านน้ำดิบเพียงครั้งเดียว) และโหมดหมุนเวียนแบบเป็นชุด (การแยกเกลือจะสำเร็จโดยการหมุนเวียนน้ำดิบจนกว่าจะถึงอัตราการแยกเกลือที่กำหนดไว้ล่วงหน้า)เทคโนโลยีนี้ต้องการค่าความขุ่นของน้ำเข้าต่ำกว่า 1 FTU และความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าขณะทำงานต้องควบคุมให้อยู่ที่ 80-100 mA/cm ² เหมาะสำหรับน้ำที่มีปริมาณเกลือ 200-4000 mg/L!

ด้วยการควบคุมเทคโนโลยีการหมุนเวียนด้วยไฟฟ้า (Electrodialysis Rotation) ที่ผสานรวมไว้ ทำให้ประสิทธิภาพการใช้น้ำของระบบไฟฟ้าหมุนเวียนสามารถเทียบเคียงได้กับระบบรีเวอร์สออสโมซิส (Reverse Osmosis) และความต้องการในการควบคุมคุณภาพน้ำก็ต่ำกว่าระบบรีเวอร์สออสโมซิส ทำให้ระบบไฟฟ้าหมุนเวียนยังคงมีความแข่งขันได้ในบางกรณีการใช้งานเฉพาะ.

คุณสมบัติของวิธีการแลกเปลี่ยนไอออนในการแยกเกลือออกจากน้ำคืออะไร?

วิธีการแลกเปลี่ยนไอออนใช้การผสมผสานระหว่างเรซินแลกเปลี่ยนไอออนบวกชนิดกรดแรงและเรซินแลกเปลี่ยนไอออนลบชนิดด่างแรงสำหรับการประกอบ กลุ่มฟังก์ชันของเรซินจะแทนที่ไอออนบวก เช่น Ca ² ⁺ และ Na ⁺ ในน้ำ และไอออนลบ เช่น Cl ⁻ และ SO ₄ ² ⁻ ผ่านปฏิกิริยาผกผัน;

คุณสมบัติหลักของวิธีนี้คืออัตราการกำจัดเกลือมากกว่า 95% แต่ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานได้รับผลกระทบอย่างมากจากการใช้สารฟื้นฟู; เรซินที่ไม่สามารถใช้งานได้จำเป็นต้องฟื้นฟูเป็นประจำด้วยกรดซัลฟิวริก 5-10% กรดไฮโดรคลอริก หรือสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 4-5% ของเสียจากกระบวนการฟื้นฟูควรถูกทำให้เป็นกลางเพื่อป้องกันการปนเปื้อนรอง!

วิธีการแลกเปลี่ยนไอออนเหมาะสำหรับระบบการเตรียมน้ำบริสุทธิ์สูงขนาดเล็กมากกว่า โดยมีข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับปริมาณเกลือในน้ำเข้า และเหมาะสำหรับการนำไปใช้ในกระบวนการแยกเกลือออกจากน้ำลึกเพื่อผลิตน้ำ; เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีเมมเบรน วิธีการแลกเปลี่ยนไอออนมีข้อได้เปรียบทางเศรษฐกิจในการบำบัดแหล่งน้ำที่มีเกลือต่ำ แต่เมื่อความเข้มข้นของเกลือในน้ำสูงขึ้น ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ!

ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการแยกเกลือออกจากน้ำโดยการเปลี่ยนสถานะคืออะไร?

ความสามารถในการแยกเกลือออกจากน้ำของวิธีการเปลี่ยนแปลงสถานะส่วนใหญ่รวมถึงการกลั่นและการแช่แข็ง การระเหยแบบหลายขั้นเป็นรูปแบบที่ปรับปรุงของวิธีการกลั่นที่ใช้ความสามารถในการลดความดันเพื่อลดความดันในการทำงานและจุดเดือดของสารละลายในเครื่องระเหยถัดไปเมื่อเทียบกับเครื่องก่อนหน้า ทำให้ไอน้ำทุติยภูมิที่สกัดจากเครื่องระเหยก่อนหน้าทำหน้าที่เป็นไอน้ำให้ความร้อนสำหรับเครื่องถัดไป ส่งผลให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานความร้อนเพิ่มขึ้น.

วิธีการกลั่นสามารถระบุการเปลี่ยนแปลงของสถานะได้ผ่านการระเหยหลายขั้นตอน แต่ต้องมีการตรวจสอบพลังงานความร้อนอย่างละเอียด และมีปัญหาการเกิดตะกรันในอุปกรณ์ได้; วิธีการแช่แข็งใช้ความเย็นต่ำที่ -5 ถึง -20 ℃ เพื่อแช่แข็งน้ำบริสุทธิ์ และน้ำเกลือเข้มข้นที่เหลืออยู่ต้องได้รับการจัดการแยกต่างหากวิธีการไฮเดรตเป็นเทคโนโลยีที่กำลังเกิดขึ้นใหม่ซึ่งผลิตไฮเดรตผลึกแข็งโดยการฉีดก๊าซ เช่น โพรเพน ลงในน้ำเกลือ แต่ยังคงอยู่ในขั้นตอนการตรวจสอบความถูกต้องในห้องปฏิบัติการ.

เทคโนโลยีการเปลี่ยนแปลงสถานะมีขอบเขตการใช้งานในทางปฏิบัติที่ค่อนข้างแคบเนื่องจากการใช้พลังงานสูงหรือความไม่สมบูรณ์ทางเทคโนโลยี อุปกรณ์กลั่นมักถูกใช้สำหรับการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลบนเรือ ในขณะที่วิธีการแช่แข็งพบเห็นเฉพาะในสถานการณ์พิเศษ เช่น การสำรวจทางวิทยาศาสตร์ในขั้วโลก.

ทักษะใหม่ของวิธีการออสโมซิสย้อนกลับคืออะไร?

การออสโมซิสไปข้างหน้า (FO) เป็นเทคโนโลยีการแยกด้วยเยื่อกรองที่ทำงานในลักษณะตรงข้ามกับการกรองแบบออสโมซิสย้อนกลับ! ในฐานะที่เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่มีศักยภาพสำหรับการกรองน้ำและการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล การออสโมซิสไปข้างหน้ากำลังถูกพูดถึงและทดลองใช้จากหลายมุมมองและในระดับที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นทั่วโลก.

วิธีการซึมผ่านแบบดูดซับที่ไม่ใช้ความดัน (CN92110710.2) เป็นการดัดแปลงกระบวนการออสโมซิสแบบไปข้างหน้า ซึ่งทำให้สามารถให้น้ำซึมผ่านเยื่อพรุนเข้าไปในสารดูดซับที่มีความสามารถในการดูดซับสูงหรือสารละลายที่มีความเข้มข้นของเกลือ หรือวัสดุที่เป็นของแข็ง ซึ่งสามารถดูดซับน้ำได้ดีกว่าน้ำทะเล โดยไม่ต้องใช้ความดันจากภายนอก! เกลือที่ “สกัด” เพิ่มเติมในสารละลายสามารถระเหยได้ง่ายโดยไม่ต้องใช้ความร้อนมากเกินไป!

ความสามารถของออสโมซิสแบบไปข้างหน้าได้ถูกนำมาใช้ประโยชน์มาเป็นเวลานานแล้ว ตัวอย่างเช่น ผู้คนใช้เกลือในการเก็บรักษาอาหารไว้ได้นาน เพราะในสภาพแวดล้อมที่มีเกลือสูง แบคทีเรีย เชื้อรา และเชื้อโรคส่วนใหญ่จะสูญเสียน้ำและตายหรือสูญเสียกิจกรรมชั่วคราวเนื่องจากออสโมซิสเทคโนโลยีการแยกด้วยเยื่อออสโมซิสแบบไปข้างหน้าได้ถูกนำมาใช้ในสาขาต่าง ๆ เช่น การแยกเกลือออกจากน้ำทะเล การบำบัดน้ำเสีย การแปรรูปอาหาร การแพทย์ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบช่วยชีวิตฉุกเฉินเพื่อผลิตน้ำจืด.

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลมีอะไรบ้าง?

ความสามารถในการกำจัดเกลือยังมีประโยชน์อย่างกว้างขวางในแท่นขุดเจาะนอกชายฝั่ง เกาะนอกชายฝั่ง และขนาดใหญ่ โครงการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล! ในแท่นขุดเจาะน้ำมัน เกาะหย่งซิงในซานซา เกาะเสี่ยวฉินในเยนไถ และสถานที่อื่นๆ เทคโนโลยีการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลได้ให้การรับประกันแหล่งน้ำที่เชื่อถือได้สำหรับชีวิตประจำวันและการผลิตอุตสาหกรรมของชาวบ้านในพื้นที่!

แนวโน้มการพัฒนาในอนาคตของเทคโนโลยีการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลคืออะไร?

เทคโนโลยีการแยกเกลือออกจากน้ำจะได้รับการพัฒนาในหลายทิศทางหลักในอนาคต: ประการแรก การเร่งปรับปรุงและประยุกต์ใช้ระดับการท้องถิ่นของอุปกรณ์ โดยมุ่งเน้นที่การบรรลุความก้าวหน้าในด้านการผลิตในประเทศของอุปกรณ์หลัก เช่น อุปกรณ์ประสิทธิภาพสูง sเมมเบรนระบบรีเวิร์สออสโมซิสสำหรับน้ำทะเล, ปั๊มน้ำทะเลแรงดันสูงขนาดใหญ่ และชุดอุปกรณ์การกู้คืนพลังงาน. บริษัทในประเทศเช่น Walton Technology และ Bishuiyuan ได้พัฒนาเมมเบรนการกรองน้ำแบบย้อนกลับอย่างอิสระ ซึ่งได้ถูกนำไปใช้ในโครงการผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลหลายโครงการอย่างประสบความสำเร็จ และกำลังค่อยๆ ทำลายการผูกขาดของบริษัทต่างชาติ.

ประการที่สอง คือการมุ่งมั่นพัฒนาผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจจากการผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลให้ดียิ่งขึ้น เสริมสร้างการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับเทคโนโลยีการผสมผสานระหว่างพลังงานหมุนเวียนกับการผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเล และใช้พลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานจากมหาสมุทร เพื่อผลิตไฟฟ้าสำหรับการผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเล และบรรลุเป้าหมาย “ไฟฟ้าสีเขียวสู่แหล่งน้ำสีเขียว” ส่งเสริมการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลคุณภาพสูง รักษาการใช้และการกำหนดราคาของน้ำให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม.

ประการที่สาม เราจะส่งเสริมการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรน้ำทะเลอย่างครอบคลุมอย่างเข้มแข็ง เปิดการวิจัยเกี่ยวกับการสกัดและการใช้ประโยชน์จากธาตุยุทธศาสตร์ในน้ำทะเล ลึกซึ้งการวิจัยทางเทคโนโลยีทางวิศวกรรมและการสาธิตสำหรับการสกัดโบรมีนและโพแทสเซียมจากน้ำทะเลในปริมาณมาก และเพิ่มการพัฒนาทรัพยากรแร่ธาตุยุทธศาสตร์เช่นลิเธียมและซีเซียมในน้ำทะเลความสามารถในการจัดหาน้ำที่แตกต่างได้กลายเป็นทิศทางใหม่ ซึ่งคือการตอบสนองความต้องการที่แม่นยำของน้ำสำหรับการแต่งงานผ่านการบำบัดหลังที่แตกต่างกัน! การเติมแร่ธาตุในปริมาณที่เหมาะสมในน้ำดื่มเพื่อเพิ่มรสชาติ ในขณะที่ใช้เทคโนโลยีการกรองแบบย้อนกลับหลายขั้นตอนในน้ำหล่อเย็นของอุปกรณ์เพื่อลดค่าการนำไฟฟ้าของน้ำและลดต้นทุนของระบบหล่อเย็นอุปกรณ์!

ด้วยนวัตกรรมทางเทคโนโลยีและการสนับสนุนเชิงกลยุทธ์ เทคโนโลยีการแยกเกลือออกจากน้ำจะมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในการแก้ไขปัญหาการขาดแคลนทรัพยากรน้ำในพื้นที่ชายฝั่ง การใช้น้ำอย่างยั่งยืน และการพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมอย่างยั่งยืน!