Energia ja ympäristö

Auttaako meriveden muuttaminen juomaveteksi vesipulaa?

Auttaako meriveden muuttaminen juomaveteksi vesipulaa?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Uskokaa tai älkää, mutta puhtaan, juotavan makean veden saamisessa on kasvava ongelma monissa osissa maailmaa. Ihmisen toiminnan ja ilmastonmuutoksen yhdistelmän avulla monet ennustavat, että vakava maailmanlaajuinen vesikriisi on pian edessä.

Tästä syystä tutkijat etsivät ratkaisuja makean veden tekoon keinotekoisesti. Suolanpoistoksi kutsuttu, voisiko suolaisen veden, kuten meriveden, muuttaminen makeaksi olla ratkaisu, jota etsimme?

Mikä on makean veden kriisi?

"Sininen planeettamme" on osuvasti nimetty. Karkeasti 70% sen pinnasta, joka on peitetty vedellä, vaikuttaa selittämättömältä, että vettä voidaan pitää niukkana luonnonvarana monissa osissa maailmaa, jotka eivät ole edes autiomaita.

Ongelmana on, että suurin osa tästä vedestä on merivettä, joka ei ole aivan juomakelpoista, koska se on kirjaimellisesti kyllästetty suolalla. Maan vedestä vain sen ympäristössä 3% se on tuoretta ja turvallista juoda.

Mutta vain ympärillä 1% käytettävissä olevasta makeasta vedestä on todella helposti saatavilla ihmisten käyttöön. Suurin osa lopusta on lukittu jäätiköihin, jääkorkkeihin, ikiroutaan tai haudattu syvälle maahan.

Tämä tarkoittaa, että vain noin 0.007% maapallon vedestä on tosiasiallisesti käytettävissä jatkuvasti kasvavan maailmanlaajuisen väestömme käytössä. Toinen ongelma on, että tämä helposti saatavilla oleva makea vesi ei jakaudu tasaisesti ympäri maailmaa.

LIITTYVÄT: RAAKAVESIKRIISIT JA Suolanpoistolaitokset

Koska juomavesi on välttämätöntä maapallon elämälle, se ei ole ihanteellinen paikoille, joissa on "veden niukkuus". Mutta käytämme vettä myös ruoan, vaatteiden tuottamiseen, tietokoneiden ja autojen rakentamiseen sekä viemäröintiin vain muutaman asian mainitsemiseksi.

Se on elintärkeää kaikilla ihmiselämän osa-alueilla.

National Geographic selittää, miksi "maantieteestä, ilmastosta, tekniikasta, sääntelystä ja kilpailusta resursseista johtuen jotkut alueet näyttävät olevan suhteellisen täynnä makeaa vettä, kun taas toiset kärsivät kuivuudesta ja heikentävästä pilaantumisesta. Suuressa osassa kehitysmaita puhdas vesi on joko vaikea saavuttaa tai tavara, jonka saaminen vaatii työlästä työtä tai huomattavaa valuuttaa. "

Toinen ongelma on, että makean veden määrä planeetalla on pysynyt suhteellisen vakiona miljardeja vuosia.

Itse asiassa on mahdollista, että sinulla on jossain vaiheessa elämääsi nieltyjä vesimolekyylejä, joita myös dinosaurukset, Julius Caesar tai jokin muu historiallinen hahmo juonut. Melko merkittävä ajatus.

Maapallon lämpötilojen nousu viime vuosikymmeninä näyttää myös lisäävän äärimmäisten sääilmiöiden, myös kuivuuden, todennäköisyyttä alttiilla alueilla maailmassa. Vesipula on kärsineille alueille erittäin vakava ongelma.

Kun väestö kasvaa vuosittain ja jo hupenevien vesivarojen liiallinen käyttö esimerkiksi maatalouden tai kertakäyttöisten kulutustavaroiden vuoksi, joillakin puolilla maailmaa on edessään todellinen "makean veden kriisi".

Mutta ihmiskunta on vain nerokas. Voimmeko käyttää teknologiamme rajoittaa tämän kriisin vaikutuksia? Ehkä jopa "luoda" makeaa vettä?

Otetaan selvää.

Onko meren suolaisen veden juominen turvallista?

Lyhyt vastaus on tietysti ei. Suolaisen veden juominen, kuten merivesi, voi olla tappavaa ihmisille (ja monille muille organismeille).

Merivesi, kuten olet varma, että tiedät enemmän kuin tiedät, sisältää paljon suoloja. Kun juot sitä, otat sekä vettä (mikä on hyvä) että myös näitä suoloja.

Vaikka voitkin mielelläni kuluttaa pienen määrän suolaa, meriveden pitoisuus on huomattavasti suurempi kuin kehosi pystyy tehokkaasti käsittelemään.

Kehosi solut riippuvat natriumkloridista (pöytäsuola), pääasiassa sen natriumpitoisuudesta, kehon kemiallisen tasapainon ja reaktioiden ylläpitämiseksi. Mutta liikaa siitä voi olla tappavaa.

Tämä johtuu siitä, että munuaiset, erityisesti nefronit, voivat tuottaa vain virtsaa, joka on vähemmän suolaliuosta kuin merivesi. Tämä tarkoittaa sitä, että jos joisit yksinomaan merivettä, suolan laimentamiseen ja pissaamiseen tarvitaan enemmän vettä kuin sen juomisesta saamasi vesi.

Toisin sanoen sinulla olisi nettohäviö. Tästä syystä kuolet lopulta kuivumisesta (ja tulet ajan myötä yhä janoisemmaksi), jos ainoa vesilähteesi olisi merivesi.

Tästä syystä sinun ei pitäisi koskaan juoda merkittäviä määriä merivettä.

Mitä menetelmiä on veden poistamiseksi suolasta?

Kun maapallolla on niin pieni prosenttiosuus maapallon käytettävissä olevasta vedestä, saatat miettiä, onko olemassa tapaa, jolla voimme hyödyntää maapallon muiden vesilähteiden valtavaa säiliötä, kuten merta. Kuten käy ilmi, voimme, vaikkakin suurella vaivalla ja kustannuksella.

Tällä hetkellä suolanpoistomenetelmiä on vähintään kolme:

  • Terminen suolanpoisto (tislaus).
  • Sähköinen suolanpoisto.
  • Paineen suolanpoisto (käänteisosmoosi).

Terminen suolanpoisto, alias tislaus, on ylivoimaisesti vanhin kolmesta ja on tosiasiallisesti ollut käytössä tuhansia vuosia. Suolavesi keitetään, sitten höyry jäähdytetään ja tiivistetään makean veden tavoin, jolloin suolakiteet jäävät kuumennetun astian taakse.

Tämä menetelmä edellyttää kuitenkin huomattavia investointeja energiaan. Nykyaikaisemmissa menetelmissä Stanfordin yliopiston mukaan "käytetään erilaisia ​​tekniikoita, kuten matalapainesäiliöitä, veden kiehumislämpötilan alentamiseksi ja siten suolanpoistoon tarvittavan energiamäärän vähentämiseksi".

Tätä suolanpoiston muotoa käytetään laajalti Lähi-idän kaltaisissa paikoissa, joissa helposti runsaat hiilivetyvarastot auttavat vähentämään polttoaineen kustannuksia. Terminen suolanpoisto yleensä koostuu kolmesta suuresta, laajamittaisesta lämpöprosessista.

Nämä ovat:

  • Monivaiheinen flash-tislaus (MSF).
  • Monivaikutislaus (MED).
  • Höyrypuristustislaus (VCD).

Toinen terminen menetelmä on myös olemassa; aurinkotislaus, Tätä käytetään tyypillisesti hyvin pieniin tuotantomääriin. Sitä käytetään myös yleisesti suolan tuottamiseen syötäväksi asettamalla merivesi mataliin altaisiin ja odottamalla makean veden haihtumista luonnollisesti - jättäen taakse merisuolaa.

Toinen tapa poistaa suola merivedestä on käyttää kalvoa suolojen erottamiseksi. Tämä voidaan saavuttaa joko sähkövirralla tai paineella.

Jälleen näitä menetelmiä käytetään pääasiassa paikoissa, joissa on runsaasti energialähteitä, kuten Yhdysvalloissa.

Sähköinen suolanpoisto, yksi esimerkki kalvopohjaisesta suolanpoistosta, käyttää sähkövirtaa suolan ja veden molekyylien erottamiseen. Tällä menetelmällä sähkövirta ajaa ioneja selektiivisesti läpäisevän kalvon läpi, joka kuljettaa suolaa sen mukana.

Selektiivisesti läpäisevä kalvo on sellainen, joka antaa tiettyjen molekyylien kulkea sen läpi muiden poissulkemiseksi. Synteettisiä tai polymeerikalvoja on luotu erilaisille tutkimus- ja teollisuusprosesseille.

Kalvon sähköisen suolanpoiston menetelmiä on kaksi:

  • Elektrodialyysi (ED).
  • Elektrodialyysin kääntäminen (EDR).

Molemmat nämä suolanpoistomenetelmät edellyttävät vaihtelevia energiamääriä vesilähteen suolapitoisuudesta riippuen. Vaikka se soveltuu käytettäväksi pienemmillä suolapitoisuuksilla, se on aivan liian energiaintensiivinen käytettäväksi merivedessä.

Käänteinen osmoosi on toinen suolanpoiston muoto, joka käyttää painetta veden ajamiseksi selektiivisesti läpäisevän kalvon läpi. Tämä prosessi, kuten muutkin, erottaa suolan liuoksesta.

Näennäisesti samanlainen kuin sähkökäyttöinen suolanpoisto, käänteisosmoosiin tarvittavan energian määrä suuressa mittakaavassa riippuu veden alkuperäisestä suolapitoisuudesta. Merivedelle vaadittu energia tarkoittaa, että se ei ole taloudellisesti kannattava useimmissa tilanteissa.

Yleisin suolanpoiston muoto saattaa olla syytä tutkia tätä prosessia tarkemmin.

Mikä on käänteisosmoosi ja toimiiko käänteisosmoosi?

Kuten aiemmin mainittiin, käänteisosmoosi on suolanpoistoprosessi, joka käyttää painetta vesimolekyylien kirjaimelliseen työntämiseen kalvon läpi. Toisin kuin tavallisessa suodatuksessa (jossa tietyt epäpuhtaudet eivät ole kooltaan poissuljettuja), käänteisosmoosiin liittyy liuottimen diffuusio kalvon läpi, joka sallii vain veden kulkemisen.

Säännölliseen osmoosiin liittyy liuottimen luonnollinen liike alueelta, jolla on matala liuenneen aineen pitoisuus (suuri vesipotentiaali) suurelle liuenneen aineen pitoisuudelle (pieni vesipotentiaali), kunnes saavutetaan tasapaino. Käänteisosmoosissa, kuten nimestä voi päätellä, vesi uutetaan suuresta syöttöveden (kuten meriveden) liuenneesta aineesta pitämällä paine kääntämällä liuottimen luonnollinen virtaus osmoosin aikana.

Paineen lisäksi yksi käänteisosmoosiprosessin pääkomponenteista on selektiivisesti läpäisevän kalvon käyttö.

Tämän kalvon avulla tietyt hiukkaset pääsevät läpi sen, pääasiassa vesi, jättäen jälkeensä liuenneita aineita (kuten suolaa) ja muita epäpuhtauksia. Käänteisosmoosissa käytetään ohutkalvokomposiittikalvoa (TFC tai TFM) juuri tähän tarkoitukseen.

Nämä kalvot valmistetaan pääasiassa vedenpuhdistus- ja suolanpoistojärjestelmiin. Niillä on myös tiettyjä ominaisuuksia, jotka tekevät niistä hyödyllisiä käytettäväksi tietyissä paristoissa ja polttokennoissa.

Nämä kalvot on yleensä rakennettu kahdesta tai useammasta materiaalikerroksesta. Professorit Sidney Loeb ja Srinivasa Sourirajan ovat kehittäneet puoliläpäisevät anisotrooppiset kalvot yleensä polyamidista.

Tällä materiaalilla on joitain erittäin hyödyllisiä ominaisuuksia, mukaan lukien sen affiniteetti veteen ja sen suhteellinen läpäisemättömyys tiettyihin liuenneisiin epäpuhtauksiin, kuten suola-ioneihin ja muihin pieniin molekyyleihin.

Tyypillisissä käänteisosmoosijärjestelmissä syöttövesi virtaa korkeassa paineessa samankeskisen spiraalimallin läpi kalvoista, jotka erottavat vuorotellen veden ja epäpuhtaudet ennen kuin vesi kerätään keskellä olevaan tuoteputkeen. Parhaan hyötysuhteen saavuttamiseksi useita kalvoyksiköitä on kytketty sarjaan.

Voisiko meriveden muuttaminen juomavedeksi auttaa vesipulassa?

Lyhyesti sanottuna kyllä. Mutta sillä on huomattavat kustannukset.

Korkealaatuisen makean veden saatavuuden vähentyessä yhä useammat yhteisöt ovat siirtymässä suolanpoistoon juomaveden valmistamiseksi murtovedestä ja suolavedestä. Olemassa olevat ratkaisut on suunniteltu poistamaan vesi ja jättämään mahdollisimman suuri osa suolapitoisuudesta.

Nykyisellä tekniikalla on sekä etuja että haittoja riippuen paikkakohtaisista rajoituksista ja vaatimuksista. Vaikka jotkut menetelmät ovat lupaavia, tarvitaan enemmän teknistä kehitystä, jotta se olisi kannattava makean veden laajamittaiseen tuotantoon.

Texas A & M -yliopisto selittää, että "murtoveden pienimuotoinen suolanpoisto aurinkoseinillä on lupaava menetelmä syrjäisissä paikoissa, joissa laadukasta juomavettä ja ruoanlaittovettä ei ole saatavana. Laajemman toteuttamisen kannalta suolanpoistoprosessit tarvitsevat teknisiä parannuksia ja lisää energiaa tehokkuus. "

Tärkein esto on prosessien kustannukset - erityisesti energiantarve, joka tarvitaan makean veden tuottamiseen suurilla määrillä. Tästä syystä nykyisiä ratkaisuja käytetään pääasiassa alueilla, joilla ei ole muita keinoja tuoda makeaa vettä, siviili- ja sotilasaluksilla sekä tietyissä avaruusaluksissa.

Prosessin kustannusten alentamisessa on kuitenkin tapahtunut mielenkiintoista kehitystä. Esimerkiksi muutama vuosi sitten Texasin yliopiston Austinin tutkijat kehittivät innovatiivisen vaihtoehdon perinteisille menetelmille.

Toista lupaavaa ratkaisua kutsutaan kapasitiiviseksi deionisoinniksi ja paristojen elektrodien deionisoimiseksi. Nämä ratkaisut eivät kuitenkaan ole kaukana kaupallisesti kannattavista tällä hetkellä.

Mutta se ei ole vain taloudellisia kustannuksia. Olemassa olevat suolanpoistolaitokset ovat myös haitallisia ympäristölle.

Suorimmin vesijohtovettä käyttävät lähdevesiä, joka voi tappaa tai vahingoittaa kaloja ja muita pieniä mereneläviä kasvin ympärillä olevan veden tason muuttuessa. Prosessilla on taipumus tuottaa myös erittäin suolaliuosta, joka on hävitettävä.

Tästä syystä useimmat suolanpoistolaitokset käyttävät murtovettä meriveden sijasta. Suurten suolanpoistolaitosten rakentaminen on myös kallista, yleensä kustannuksia jostain alueen alueelta satoja miljoonia palanen.

Tästä huolimatta monet yritykset investoivat voimakkaasti tekniikkaan, ja jotkut paikat, kuten Israel, tuottavat jo riittävästi vettä puoleen maahan.

Veden niukkuuden alueilla tällaiset laitokset tarjoavat kuitenkin eräänlaisen vakuutuksen vedenturvasta. Esimerkiksi Kalifornia rakentaa jo useita kasveja.

Monet asiantuntijat uskovat, että ainoa tapa saada laaja suolanpoisto toimivaksi on sisällyttää uusiutuvia energialähteitä niiden käyttöön. Vain alentamalla suhteellisia käyttökustannuksia ne tulevat taloudellisesti kannattaviksi.

Maapallon lämpötilan noustessa ja kuivuuden todennäköisyyden lisääntyessä monissa osissa maailmaa suolanpoisto tulee todennäköisesti yleistymään. Jos voimme voittaa prosessin energiakustannukset ja ympäristökustannukset, suolanpoistosta voi luultavasti tulla tärkeä osa ratkaisua vesipulan ratkaisemisessa.


Katso video: Pientalokanava - Järvivedestä juomavedeksi (Joulukuu 2022).