¿Cómo extraer néctar del agua de mar salobre?
Equipos de desalinización
La tecnología de extracción de agua dulce a partir de agua salobre se denomina desalinización de agua de mar, también conocida como desalinización de agua de mar.
En la antigua Grecia y Roma se intentó desalinizar el agua de mar. Aristóteles hirvió agua de mar en un recipiente cerrado y descubrió que no había sal en el vapor de agua. Después de la concentración se obtiene agua destilada, que es agua dulce pura. En el siglo XIX, el Reino Unido aprobó una patente para el método de destilación para producir agua dulce y construyó un destilador de agua de mar en la costa del Golfo de Adén en Arabia para producir agua dulce para los marineros de paso. En 2006, más de 120 países y regiones del mundo habían aplicado tecnología de desalinización de agua de mar, y la producción diaria mundial de desalinización de agua de mar era de aproximadamente 37,75 millones de toneladas.
En la actualidad, los dispositivos de desalinización del mundo se distribuyen principalmente en zonas costeras áridas, islas con difícil suministro de agua dulce y grandes ciudades industriales a lo largo de la costa que padecen escasez de agua. Las concentraciones más altas se encuentran en Israel y Arabia Saudita, Kuwait y los Emiratos Árabes Unidos, países sin ríos y con escasez extrema de agua subterránea. Antiguamente el agua dulce se traía desde el extranjero en barco. Afortunadamente, estos países son ricos en petróleo y tienen las condiciones para utilizarlo como combustible para destilar agua de mar y resolver el problema del suministro de agua dulce.
Las principales tecnologías de desalación son la destilación, la ósmosis inversa y la electrodiálisis.
La destilación en realidad utiliza los principios explicados por Aristóteles para calentar agua de mar para vaporizarla, luego condensar el vapor para obtener agua dulce y la salmuera concentrada restante se utiliza para otros fines. La destilación separa el agua y la sal. No importa cuán densa sea el agua de mar, se puede destilar con éxito en agua dulce pura de una sola vez, por lo que es adecuada para desalinizar directamente el agua de mar. Esta tecnología ahora se puede utilizar para construir plantas desalinizadoras a gran escala, el método de desalinización más importante.
Existen muchos métodos de destilación, y la evaporación instantánea en múltiples etapas es el método más utilizado. Primero, el agua de mar se calienta en tuberías y luego se introduce en un dispositivo a una presión inferior a la atmosférica. Cuando la presión disminuye, el punto de ebullición del agua también disminuye y se vaporizará antes de alcanzar los 100°C. El agua de mar se evapora rápidamente en este recipiente de baja presión, el vapor abandona rápidamente el agua de mar caliente y las sales sólidas permanecen en el líquido restante, no en la superficie de intercambio de calor. El vapor generado se condensa en agua dulce fuera del tubo de intercambio de calor y el agua de mar se precalienta absorbiendo el calor liberado durante la condensación en el tubo. De esta manera, el agua de mar pasa a través de múltiples cámaras flash en secuencia, produciendo agua dulce en los tubos condensadores de cada cámara. El proceso repetido de evaporación instantánea puede hacer un uso más eficiente del calor y reducir los costos, por lo que es una tecnología práctica.
Las cámaras de combustión pueden fabricarse con acero dulce económico y protegerse con aleaciones como el acero inoxidable para evitar la corrosión. El condensador es el componente más crítico. Tiene la temperatura más alta y es más susceptible a la corrosión. Debe estar fabricado de un material resistente a la corrosión, como titanio o una aleación de cobre y níquel. También se deben agregar al agua de mar productos químicos para evitar la incrustación para que la sal restante no se adhiera a las paredes del equipo. Lo mejor es apilar los niveles de la cámara de flash verticalmente.
Equipo de desalinización de agua de mar
La evaporación de efecto múltiple es otro método de destilación, que permite que el vapor y el agua estén presentes en ambos lados de la superficie de transferencia de calor. El vapor se enfría en la parte superior. y el agua se calienta en el fondo, matando dos pájaros de un tiro. Sin embargo, cuando se utiliza este método, el problema de incrustaciones es más grave que el método de evaporación instantánea de múltiples etapas y se debe encontrar una solución.
El método de evaporación de efectos múltiples a baja temperatura puede utilizar temperaturas de 37 a 65 °C para la desalinización del agua de mar. Requiere menos calor y puede obtenerse del calor residual de las centrales eléctricas. La energía solar se puede utilizar como fuente de energía, ya sea para calentar agua de mar directamente o para almacenar el calor en piscinas solares para su reutilización, eliminando la necesidad de quemar combustibles fósiles. Cuando se usa directamente, la pared de la piscina está pintada de negro, lo que puede absorber la energía solar al máximo, vaporizar el agua y luego condensarla en la pared de vidrio sobre la pared de la piscina y agregar el principio de efectos múltiples para mejorar la utilización del calor. El método de almacenamiento consiste en utilizar energía solar para calentar el agua en el tubo colector y almacenar el agua caliente en la piscina solar. El agua caliente es una buena fuente de calor. La inversión en equipos de desalinización solar es relativamente alta, lo que limita su uso.
Dispositivo de ósmosis inversa
La desalinización por ósmosis inversa utiliza presión para impulsar el agua de mar a través de una membrana de ósmosis inversa. Los microporos de la membrana son muy pequeños y las moléculas de agua son relativamente pequeñas, por lo que pueden pasar suavemente, mientras que las sales con moléculas más grandes permanecen detrás de la membrana. Esta tecnología de desalinización de agua de mar se ha desarrollado rápidamente recientemente y la tecnología de ultrafiltración se ha desarrollado sobre esta base. La clave para la ósmosis inversa está en la membrana. La membrana no sólo debe ser permeable al agua y retener sales, sino que también debe poder soportar el flujo de agua a alta presión sin sufrir daños. Esta película está hecha de materiales poliméricos. Las membranas de acetato de celulosa son ricas en materiales y baratas, pero no son duraderas, tienen efectos de desalinización insatisfactorios y no son adecuadas para la desalinización directa de agua de mar. La membrana de poliamida tiene mayor resistencia mecánica y mejor efecto de desalinización; la membrana de polímero de polisulfona es una membrana compuesta de ósmosis inversa, que contiene una capa eficaz y una capa de soporte, y tiene un mejor rendimiento. Estos materiales poliméricos se pueden hilar para formar fibras y tejer películas.
Las películas dobladas en láminas planas no pueden soportar la presión; las enrolladas en tubos, los tubos en espiral son los más resistentes y las fibras huecas funcionan mejor; Antes de que el agua de mar pase a través de la membrana, se debe agregar pretratamiento, esterilización, descontaminación y productos químicos para ajustar el valor del pH. De lo contrario, el agua de mar bloqueará rápidamente la membrana de ósmosis inversa y dejará de funcionar. El efecto de la desalinización del agua de mar por ósmosis inversa está relacionado con la salinidad del agua de mar. A veces, la desalinización primaria por ósmosis inversa no es suficiente para producir agua dulce calificada y se requiere una desalinización secundaria. El método de ósmosis inversa no requiere una fuente de calor, solo requiere electricidad para impulsar una bomba de alta presión giratoria de alta velocidad para presurizar el agua de mar. Actualmente, van surgiendo nuevos materiales uno tras otro. Con materiales de membrana más ideales, este método de desalinización sería más eficiente y menos costoso.
La electrodiálisis también es una tecnología que utiliza una membrana para separar el agua y la sal, pero esta membrana tiene la capacidad de desalar bajo la acción de un campo eléctrico. Inserte la membrana de intercambio aniónico y el separador en el tanque de electrodiálisis, inyecte agua de mar y aplique un campo eléctrico de CC. El electrolito en el agua de mar se electrolizará y los aniones y cationes del interior escaparán a través de la membrana de intercambio respectivamente, sin dejar sal en el. agua. Separada por tabiques, una celda de electrodiálisis puede equiparse con múltiples conjuntos de membranas. El material de la membrana también es un material polimérico: poliestireno ácido sulfónico y poliestireno amonio cuaternario. El consumo de energía de la electrodiálisis es proporcional a la concentración de agua de mar, por lo que este método se utiliza mejor en la desalinización de agua salobre subterránea de baja concentración. Si se utiliza para desalinizar agua de mar, el efecto de desalinización de primer nivel no es bueno y se requiere una desalinización de múltiples niveles, lo cual es costoso. En 1981, mi país construyó una estación desalinizadora por electrodiálisis con una producción diaria de 200 toneladas de agua dulce en la isla Yongxing en las islas Xisha, y ha estado en funcionamiento hasta ahora.
El agua tiene una propiedad muy especial: no desprende solutos cuando se vaporiza y no desprende solutos cuando se congela. Aprovechando esta propiedad, el agua de mar se puede desalinizar congelándola en lugar de evaporándola, a diferencia de la destilación. El calor necesario para derretir el hielo y convertirlo en agua es sólo el 13% del calor necesario para evaporar el agua y convertirlo en vapor, lo que puede ahorrar mucha energía. Además, la corrosión de los contenedores por la sal a bajas temperaturas no es tan grave como a altas temperaturas, por lo que es posible que en el futuro se desarrollen métodos de congelación. Si imitamos el método de destilación de efectos múltiples y combinamos congelación y evaporación, podremos utilizar el calor de manera más eficiente.
El verdadero problema de la desalinización ahora es el alto coste. El proceso inicial de desalinización implicaba quemar 1 tonelada de petróleo para intercambiarlo por 1 tonelada de agua, lo que era peor que transportar agua dulce. A menos que fuera absolutamente necesario, nadie podía permitirse el lujo de agua desalinizada. Las cosas han mejorado mucho desde las nuevas tecnologías mencionadas anteriormente. A finales de 2006, la capacidad diaria de desalinización de agua de mar de mi país era cercana a 6,5438+5 millones de toneladas, y el costo de la desalinización de agua de mar ha disminuido gradualmente, acercándose a 5 yuanes/m3. Para que la desalinización del agua de mar sea más práctica, debemos continuar desarrollando nuevas tecnologías, desarrollar membranas más eficientes y duraderas y utilizar hábilmente métodos de múltiples etapas y múltiples efectos para hacer un uso más efectivo de la energía, como la energía solar, la energía eólica y la geotérmica. La energía y la energía oceánica pueden esperar a que lleguen las energías renovables como energía.
Icebergs
En la plataforma continental hay muchos ríos antiguos, que quedaron sumergidos por el agua del mar cuando el nivel del mar subió. Hay mucha agua dulce en la arena debajo de estos ríos antiguos. Aunque en algunos lugares no existen canales fluviales antiguos, en los estratos del fondo marino hay agua subterránea, que también es una importante fuente de agua dulce. La teledetección por satélite se puede utilizar para descubrir dónde se almacena el agua dulce en el fondo marino, y luego se pueden utilizar perfiladores estratigráficos poco profundos para explorar los estratos del fondo marino e investigar en detalle la distribución del agua dulce en los sedimentos. Puede utilizar directamente una bomba sumergible para bombear agua dulce en el afloramiento, encontrar estructuras acuíferas en los estratos sin afloramientos y luego perforar pozos para bombear agua dulce. Esta fuente de agua puede ser más económica que la desalinización. El desarrollo del agua dulce submarina en Estados Unidos ha resuelto el problema del abastecimiento de agua urbana en Hawaii. Grecia ha desarrollado con éxito manantiales submarinos en el Mar Egeo con una producción diaria de más de 10.000 metros cúbicos de agua dulce, irrigando 30.000 hectáreas de terreno seco. tierra a lo largo de la costa. El antiguo cauce del estuario del río Yangtze en mi país contiene abundante agua dulce en el lecho marino. El recurso ahora ha sido estudiado minuciosamente y ha comenzado su desarrollo en las islas Shengsi frente al estuario del río Yangtze. El desarrollo integral de este recurso de agua dulce en el futuro resolverá el problema del suministro de agua dulce de las islas Zhoushan.
La mayor parte del agua dulce de la Tierra está congelada en las capas de hielo de las islas árticas como la Antártida y Groenlandia. Los bordes de las capas de hielo continúan rompiéndose en icebergs y a la deriva. La cantidad de agua dulce en la capa de hielo global equivale a 3,35 veces la cantidad total de agua superficial y subterránea. ¿Se pueden remolcar los icebergs mediante remolcadores hasta puertos costeros que carecen de agua y se funden en agua dulce para su uso? Alguien ha hecho este tipo de experimento, arrastrando icebergs cerca de la Antártida hasta América del Sur. Se encontraron muchas dificultades al utilizar el agua dulce de los icebergs. Los icebergs irregulares presentan una gran resistencia al ser remolcados. Después de ser arrastrado hasta el destino, es difícil derretirse y no es fácil recolectar el agua derretida. Cuando se derriten, absorben grandes cantidades de calor, cambiando el clima y dañando la ecología local.
Aunque existen tantos métodos e ideas para obtener agua dulce del océano, todavía no hemos encontrado un método perfecto, eficaz y económico. Este problema sólo podrá solucionarse más tarde.