Опреснение может стать ключом к предотвращению глобальной нехватки воды, но на это потребуется время

Чистая пресная вода имеет решающее значение для поддержания жизни человека. Однако 1,1 миллиарда человек во всем мире не имеют к ней доступа. Опреснение представляет собой все более популярный способ решения этой проблемы

Опреснение — это процесс извлечения соли из соленой воды, чтобы сделать ее пригодной для питья. Существует два основных типа опреснения. В первом, называемом термическим опреснением, используется тепло. При этом образуется водяной пар, который конденсируется на трубах в пресную воду. Этот процесс остается доминирующим на Ближнем Востоке, где производится почти половина опресненной воды в мире.

Фото: https://ru.theplanetsworld.com/

Второй процесс – это мембранное опреснение, обычно называемое обратным осмосом. Этот процесс используется на 60% заводов по всему миру. Соленая вода проталкивается под высоким давлением через полупроницаемую мембрану, поры которой слишком малы для прохождения молекул соли.

Где используется опреснение?

Опреснение используется для расширения запасов питьевой воды сверх того, что доступно естественным образом. Поэтому регионы с дефицитом воды особенно зависят от этой технологии. Опреснение обеспечивает Объединенные Арабские Эмираты 42% потребности в воде.

Из-за минимальных затрат на откачку опреснение наиболее экономично в крупных прибрежных районах. Тем не менее, наш изменяющийся климат способствует увеличению нехватки воды в обычно мягких регионах, что требует расширения опреснительных установок вглубь суши и от солоноватой воды. Китай, США и Южная Америка расширяют свои мощности по опреснению воды.

Хотя опреснение может быть технологией, способной противостоять глобальной нехватке воды, существуют проблемы, связанные с его стоимостью и эффективностью. Для запуска процесса требуется большое количество энергии. Это особенно верно для термического опреснения, где затраты на энергию составляют до половины всех производственных затрат завода.

Процесс обратного осмоса обычно требует меньше энергии. Однако очистка воды с высоким содержанием солей остается энергозатратной. Это связано с тем, что более высокая соленость означает, что требуется большее давление, чтобы протолкнуть воду через мембрану.

Сильно загрязненные источники воды также необходимо очищать перед опреснением, что требует дорогостоящей инфраструктуры, такой как отстойники и системы фильтрации. Обработка предотвращает накопление мусора на поверхности мембраны, что может препятствовать процессу обратного осмоса. Затраты на очистку будут расти по мере увеличения зависимости от опреснения и применения этого процесса к загрязненным и внутренним источникам солоноватой воды. Столкнувшись со все более засушливым климатом, Калифорния теперь имеет 23 опреснительных установки, которые превращают солоноватую воду в питьевую.

Фото: https://go29.ru/

При производстве одного литра питьевой воды также образуется 1,6 литра рассола — сильно засоленных отходов, которые могут нанести ущерб окружающей среде. Отложения рассола на морском дне могут привести к разрушению морских экосистем, а выбросы рассола снижают содержание кислорода в морской воде.

Безопасная утилизация рассола стоит дорого. Большая часть производимого рассола закачивается обратно в море в соответствии со стандартами качества окружающей среды. Если сброс рассола не соответствует этим нормам, то он требует дополнительной обработки. Рассол можно обрабатывать в прудах-испарителях или разбавлять водой из отдельного источника перед сбросом. Непомерно высокая стоимость обработки рассола остается серьезным препятствием для более широкого применения опреснения.

Может ли опреснение стать дешевле?

Снижение энергоемкости процесса может привести к значительному снижению затрат. Такие технологии, как прямой осмос, которые позволяют проводить опреснение при более низких температурах и давлениях, находятся в стадии разработки. Но несмотря на многообещающие перспективы, эти технологии остаются в зачаточном состоянии. Рынок небольшой и коммерческих установок немного. Технологическая эволюция требует времени, и потребуется дальнейшее развитие, чтобы эти процессы могли производить питьевую воду в промышленных масштабах.

Разработка более прочных мембран также снизит стоимость опреснения воды. Используя различные материалы, японские производители сконструировали мембраны, которые успешно отталкивают частицы соли при низком рабочем давлении. Это снижает как стоимость замены мембран, так и энергопотребление процесса.

Опреснение также может осуществляться за счет более дешевых источников возобновляемой энергии. Солнечно-термические технологии могут генерировать прямое тепло, которое затем можно использовать для испарения морской воды. Солнечная опреснительная установка Metito, строящаяся в Саудовской Аравии, первоначально будет производить 30 000 кубометров питьевой воды в день.

Однако технология солнечного опреснения изобилует сложностями. Поставка солнечной энергии непостоянна, а технология хранения энергии остается дорогой, что препятствует ее более широкому применению. Поэтому большинство проектов солнечного опреснения слишком малы, чтобы производить питьевую воду для коммерческого использования.

Фото: Shutterstock

Необходимо также дополнительно изучить новые решения для управления рассолом. Рассол можно использовать повторно в процессе опреснения. Использование отработанного рассола при производстве гипохлорита натрия, химического дезинфицирующего средства, которое может заменить хлор, является многообещающей разработкой.

Исследования показали, что производство гипохлорита натрия на месте может сэкономить опреснительным установкам Карибского бассейна более 300 000 фунтов стерлингов в год.

Опреснительные установки могут дополнительно использовать отработанный рассол с помощью таких процессов, как электролиз, когда рассол разлагается на более простые вещества с помощью электрического тока. Будущие исследования должны изучить потенциал использования побочных продуктов этого электролиза, водорода и солей, для производства энергии.

Несмотря на растущую нехватку воды во всем мире, технология опреснения воды остается слишком дорогой для широкого использования. Были предприняты усилия по снижению ее стоимости, и многие из них показали многообещающие результаты. Однако технологическая эволюция требует времени, и потребуются десятилетия, прежде чем затраты упадут до уровня, который будет способствовать более широкому распространению опреснения.

Автор: Киран Тота-Махарадж, читатель в области гражданской и экологической инженерии, Астонский университет