odsolování: náš základní průvodce odsolováním a globální vodní krizí

odsolování: uhasení rostoucí žízně po celém světě

s více než 20 000 rostlinami, které jsou nyní uzavřeny po celém světě, umožňuje odsolování zemím zajistit bezpečnost vody pro budoucí generace uprostřed rostoucích obav o klima. Přeměnou slané vody, proces může nabídnout sladkou vodu v oblastech bez přirozené podzemní vody, nebo zásoby povrchové vody. Spolu s opětovným použitím vody může odsolování nabídnout řešení nedostatku vody a v některých zemích poskytuje více než 90 procent celkového zásobování vodou. Rychle rostoucí pokrok v opětovném použití vody, zejména přímé a nepřímé opětovné použití komunálních odpadních vod, využívá technologii odsolovací membrány. Jaké jsou procesy a technologie zapojené do odsolování? Jaký je rozdíl mezi tepelným ošetřením MED a MSF? Jaké jsou výhody a nevýhody odsolování? Náš základní průvodce se ponoří hlouběji do odsolování a procesů, které zahrnuje.

co je odsolování?

odsolování označuje proces, který zahrnuje vyjmutí soli z vody, aby byla pitná. Odsolování zahrnuje ošetření mořské nebo brakické vody s cílem vytvořit sladkou vodu. Za tímto účelem odsolovací zařízení zahrnují více technologií, od předúpravy po čerpadla a membrány.

podle nové příručky Mezinárodní Asociace pro odsolování vody (IDA) je celková celosvětová instalovaná odsolovací kapacita 97.4 miliony metrů krychlových denně (m3/den), zatímco celková globální kumulativní smluvní kapacita je 104,7 milionu m3 / d.

k 30. červnu 2018 bylo po celém světě uzavřeno více než 20 000 odsolovacích zařízení. Podle Mezinárodní Asociace pro vodu (IWA) odsolování stále poskytuje pouze jedno procento pitné vody na světě, ale to roste „meziročně“.Novinkou ve prospěch odsolování je, že světové oceány obsahují více než 97,2% vodních zdrojů planety ,jsou „odolné vůči suchu a jsou prakticky neomezené“.

proces odsolování se může zaměřit buď na brakickou vodu nebo na mořskou vodu. U brakické vody má voda obsah soli nižší než 10 000 mg/L. mezitím má mořská voda vyšší obsah slanosti v rozmezí 30 000 až 44 000 mg / L.

, stejně jako brakické a mořské vody, jiné zdroje mohou zahrnovat studny, povrch (řeky a potoky), odpadní vody a průmyslové krmné a procesní vody, podle Americké asociace membránových technologií (AMTA).

přibližně 44 procent celkové globální odsolovací kapacity se nachází na Blízkém východě a v Severní Americe, s očekávaným růstem v tempu sedmi až devíti procent ročně. IWA uvedla, že očekávaná „horká místa“ pro zrychlenou odsolovací činnost zahrnují Asii, USA a Latinskou Ameriku.

důležité je také odkazovat na průmyslový odsolovací trh. Jen v letech 2016-2017 tento trh podle agentury IDA vzrostl o 21 procent. Těžba ropy & v roce 2017 rovněž představovala podstatnou část sjednané průmyslové kapacity.

jen v první polovině roku 2018 došlo k těžbě přes 200 000 m3/den nové kapacity. Mikroelektronika je dalším žíznivým odvětvím, které vede k novým příležitostem pro odsolovací technologie, přičemž smluvní kapacita se v letech 2016-2017 více než zdvojnásobila.

jaké jsou odsolovací procesy?

existují dva hlavní typy odsolovacích procesů: membrána (reverzní osmóza (RO) a nanofiltrace (NF) a tepelná, která zahrnuje destilaci s více Účinky (MED), vícestupňovou destilaci s bleskem (MSF) a mechanickou kompresi par (MVC). Mezi další technologie a procesy patří elektrodialýza (ED), dopředná osmóza (FO) a membranedestilace (MD).

odsolování na bázi membrány nadále poskytuje drtivou většinu instalované odsolovací kapacity. Abychom to uvedli do perspektivy, v roce 2017 představovala membránová technologie 95,6% roční smluvní kapacity, zatímco tepelné procesy představují pouhých 4,4%.

Graf odsolování a osmózy

  • Membránová odsolování
  • podle AMTA: Reverzní osmóza (RO) a nanofiltrace (NF) jsou hlavními membránovými procesy poháněnými tlakem. Membránové konfigurace zahrnují spirálovou ránu, duté vlákno, a list se spirálou je nejpoužívanější. Současné membrány zahrnují především polymerní materiály s acetátem celulózy, který se stále používá v mnohem menší míře. Jedním z pozoruhodných příkladů je tenkovrstvá kompozitní membrána (TFC), která obsahuje polyamid jako aktivní vrstvu. V závislosti na slanosti napájecí vody jsou provozní tlaky pro RO a NF v rozmezí 50 až 1 000 PSIG (3,4 až 68 bar, 345 až 6896 kPa). Ro mořské vody vyžaduje elektrický výkon 3,0 až 3,5 kWhr / m3.

  • Multi-effect destilace (MED)
  • nízkoteplotní tepelný proces, MED získává sladkou vodu získáváním páry vroucí mořské vody v sekvenci nádob, známých jako vícenásobné „účinky“. Pára uvařená v jedné nádobě pak může být použita k ohřevu další, protože teplota varu vody klesá současně s poklesem tlaku. Výsledkem je, že podle Sidema pouze první nádoba vyžaduje vnější zdroj tepla. Stručně řečeno: od první do poslední nádoby klesá tlak i teplota z horké na studenou. MED proces vyžaduje tepelný příkon a elektrický výkon 0,9 až 1,5 kWhr / m3.

  • vícestupňová flash destilace (MSF)
  • v komerčním použití od roku 1950, jako MED, vícestupňový flash (MSF) zahrnuje řadu fází. Mořská voda nebo recyklovaná solanka proudící uvnitř trubek je ohřívána párou vyčerpanou z turbín ve výměníku tepla, nazývaném Solankový ohřívač. Tato ohřátá mořská voda protéká ohřívačem solanky do stupňů výparníku, z nichž každý pracuje při nižší teplotě a tlaku. Výsledkem je, že solanka bliká a vytváří vodní páru, která kondenzuje na zkumavkách a shromažďuje se v každém stupni jako destilovaný produkt. Kondenzační vodní pára předehřívá slanou vodu proudící v trubkách a obnovuje teplo. Ve fázích rekuperace tepla se posledních několik fází MSF, vyfukování solanky a destilátu ochladí a zbývající teplo se odmítne v sekci odvádění tepla MSF. Proces MSF vyžaduje tepelný příkon a elektrický výkon 3,5 až 4 5 kWhr / m3.

  • mechanická komprese par (MVC)
  • v procesu MVC vstupuje mořská voda do předehřívací jednotky, kde vyměňuje tepelnou energii za koncentrát a odpadní vody produktu. Předehřátá mořská voda se stříká přes svazky trubek pro výměnu tepla, které mají vyšší teplotu než mořská voda. Zde se mořská voda částečně odpařuje. Vodní páry jsou stlačeny pomocí mechanického kompresoru a jsou čerpány uvnitř trubek svazků výměny tepla. Stlačená pára kondenzuje uvnitř hadičky a uvolňuje energii, která se přenáší do mořské vody nastříkané přes hadičku a způsobuje její odpařování.

  • procesy Elektrodialýzy (ED)
  • Elektrodialýzy (ED) a reverzace Elektrodialýzy (EDR) jsou řízeny stejnosměrným proudem (DC), ve kterém ionty protékají iontově selektivními membránami na elektrody s opačným nábojem, podle AMTA. To je opak ve srovnání s vodou v tlakově řízených procesech, jak je uvedeno výše. V systémech EDR je polarita elektrod periodicky obrácena. Iontově přenosové (perm-selektivní) anionty a kationtové membrány oddělují ionty v napájecí vodě. Tyto systémy se používají především ve vodách s nízkým obsahem rozpuštěných pevných látek (TDS).

  • dopředná osmóza (FO)
  • ve srovnání s RO, kde je slaná voda protlačována membránou, místo toho vpřed osmóza (FO) používá osmotický tlak generovaný přirozeným gradientem koncentrace soli jako hnací sílu membránou. Pro tuto práci je na jedné straně napájecí voda – často mořská voda-a membrána a na druhé straně pak tažné řešení. AMTA uvedla, že to znamená bez použití vnějšího tlaku, voda z podávacího roztoku bude přirozeně migrovat přes membránu do tažného roztoku. Zředěný roztok se poté zpracuje, aby se produkt oddělil od opakovaně použitelného tažného roztoku.

náklady na odsolování

náklady na odsolování lze rozdělit na následující prvky: fixní náklady (37%), práce (4%), Výměna membrán (5%), Údržba a díly (7%), spotřební materiál(3%) a elektrická energie (44%).

odsolování bylo historicky vnímáno jako dražší varianta ve srovnání s tradiční úpravou povrchových nebo podzemních vod, s cenami přibližně 1 USD za metr krychlový ($/m3). Jedním z nejnovějších průlomů v odsolování však bylo zlepšení celkových nákladů, včetně provozních výdajů (OPEX), jakož i počátečních kapitálových výdajů (CAPEX). Za posledních 20 let se to snížilo o 80 procent v důsledku pokroku v technologii a vybavení.

velmi nedávno došlo v nabídkách projektů v Abú Dhabí, Saúdské Arábii a Izraeli poprvé k poklesu ceny pod 0,50 usd / m3. „Po deseti letech, kdy cena stoupala v důsledku vysokých nákladů na materiál a vyšších nákladů na energii, je to velmi dobrá zpráva. Ve skutečnosti očekáváme, že rok 2019 bude nejlepším rokem na trhu odsolování, “ řekl Christopher Gasson, vydavatel GWI.

při odsolování mořské vody za 0,40 USD / m3 se cena blíží nepřímému opětovnému použití pitné vody s cenami v rozmezí 0,30-0,40 USD.

v příručce IDA Water Security Handbook, ve hře je několik faktorů, proč náklady na odsolování dosáhly v poslední době historicky nízké hodnoty. To zahrnuje „nákladově efektivní optimalizaci procesu výstavby“, navazující na zkušenosti dodavatelů po letech budování rozsáhlých projektů. To spolu s novými smluvními a finančními modely spolu s nižšími úrokovými sazbami ve finančním sektoru pomáhá „tlačit na snížení sazeb“.

snížení nákladů na odsolovací komponenty v důsledku nižších cen ropy také pomáhá tlačit cenu dolů.

„kromě toho byly úspory energie realizovány pokroky v membránách, které vyžadují menší vstupní tlak, energeticky účinná rekuperační zařízení a větší vlaky s reverzní osmózou s většími čerpadly a motory schopnými vyšší účinnosti,“ dodal Carlos Cosín, IDA a generální ředitel společnosti Almar Water Solutions.

jaké jsou největší odsolovací zařízení na světě?

jak uvádí společnost Aquatech Global Events, projekt Rabigh 3 nedávno oceněný v Saúdské Arábii byl považován za jeden z největších závodů na světě s kapacitou 600 000 m3 / den. Po celém světě jsou však v provozu mnohem větší odsolovací zařízení. Níže je uveden seznam pěti největších projektů na světě.

  1. Ras Al Khair, Saúdská Arábie: 1 036 000 m3 / den
  2. masivní Ras Al-Khair, běžně považovaný za odsolovací těžkou váhu světa, je hybridní projekt, který využívá technologie termálního vícestupňového blesku (MSF) i reverzní osmózy (RO). Nachází se 75 km severozápadně od Jubailu a slouží Rijádu, místo má také podstatnou složku výroby energie s kapacitou 2 400 MW. Hlavním dodavatelem výstavby závodu byl Doosan a jeho konsorciální partner Saudi Archirodon, s Poyry působícím jako konzultant projektu.

  3. Taweelah, SAE-909,200 m3 / den
  4. společnost Emirates Water and Electricity Company a ACWA Power podepsaly smlouvu o koupi vody pro největší zařízení na odsolování mořské vody na světě, které má být postaveno v komplexu Taweelah Power and Water Complex, 50 km severně od Abu Dhabi. Společnost ACWA Power, která je hlavním vývojářem projektu a 40procentním akcionářem, potvrdila úspěšné finanční uzavření největšího závodu SWRO na světě za cenu 847 milionů USD, má tarif odsolené vody 49,05 centů / m3. Výstavba projektu byla zahájena v květnu 2019 s předpokládaným dokončením v říjnu 2022. Elektrárna by měla dodávat 909 200 metrů krychlových vody denně. Po dokončení se očekává, že rozvoj energie a vody Taweelah zvýší podíl odsolené vyrobené vody v emirátu o RO z dnešních 13 na 30 procent do roku 2022.

  5. Shuaiba 3, Saúdská Arábie-880,000 m3 / den
  6. konsorcium zahrnující německý Siemens pro elektrárnu a Doosan pro tepelnou odsolovací elektrárnu bylo vybráno společností ACWA Power za účelem zajištění projektového inženýrství, nákupu a výstavby závodu. Jedno rozšíření elektrárny bylo dokončeno a jedno rozšíření je ve finální fázi výstavby s celkovou přidanou kapacitou RO 400,000 m3/den, podle ACWA Power. Po dokončení Shuaiba nakonec předstihne Ras Al Khair jako největší provozní odsolovací zařízení s celkovou kapacitou 1 282 000 m3 / den.

  7. Sorek, Izrael-624,000 m3 / den
  8. Sorek by mohl být považován za těžký membránový závod světa v provozu s obrovskou kapacitou 624,000 m3/den. Projekt, který se nachází 15 km jižně od Tel Avivu v Izraeli a vyvinutý společností IDE Technologies, byl a je i nadále jedinečný v použití 16palcových membrán reverzní osmózy mořské vody, ale ve svislé formaci. Další rozvoj-technologie Sorek 2-IDE a banka Leumi vyhrály tendr izraelské vlády PPP na výstavbu a provoz odsolovací elektrárny Sorek 2. Společnost IDE nyní vyhrála čtyři z pěti tendrů na provoz odsolovacích zařízení v Izraeli. Nabídka s nebývalou cenou 0,41 USD za metr krychlový vody požaduje roční produkci 200 milionů metrů krychlových vody(nominální kapacita 548 000 m3 / den). Po dokončení bude Sorek 2 šestým odsolovacím zařízením, které bude v Izraeli fungovat vedle Hadery, Aškelonu, prvního Soreka, Palmachimu a Ašdodu.

  9. JUBAIL 3A IWP-600,000 m3 / den
  10. letos v dubnu 2020 byla 25letá smlouva o nákupu vody podepsána se Saúdskou Společností pro vodní partnerství (SWPC) konsorciem vedeným společností ACWA Power včetně Gulf Investment Corporation (GIC) a Al Bawani Water & Power Company (AWP). Podle podmínek partnerství, konsorcium vedené společností ACWA Power navrhne, postavit, pověřit, provozovat a udržovat odsolovací zařízení, jakož i související úložiště pitné vody a elektrická speciální zařízení. Konsorcium ACWA předložilo nejnižší cenu vody ve výši 0,41 USD za m3. S investiční hodnotou 650 milionů USD bude nezávislá vodní elektrárna Jubail 3A (IWP) generovat 600,000 m3 pitné vody/den. Projekt odsolování reverzní osmózy na zelené louce bude v Jubailu v Saúdské Arábii. Stavební zakázka na inženýrské zakázky byla zadána konsorciu složenému z Power China, SEPCO-III a Abengoa.

klady a zápory odsolování

nevýhody odsolování

jednou z širších environmentálních výzev spojených s odsolováním je řízení vedlejšího produktu solanky-odpadu s vysokou slaností produkovaného během procesu.

v roce 2019 Organizace spojených národů (OSN) podpořila dokument nazvaný „stav odsolování a produkce solanky: globální výhled“.

papír označil solanku jako „slané dilema“, kdy odsolovací zařízení po celém světě kolektivně vypouštějí 142 milionů metrů krychlových hypersalinního solanky denně.

čtyři blízkovýchodní národy-Saúdská Arábie, Kuvajt, Spojené arabské emiráty a Katar – byly shledány odpovědnými za více než polovinu celosvětové produkce solanky, přičemž autoři zprávy uvádějí, že rostliny na Středním východě produkovaly „čtyřikrát tolik solanky na metr krychlový čisté vody než rostliny, kde dominují membránové procesy říční vody“. Je však třeba poznamenat, že říční voda neobsahuje hladiny soli jako mořská voda, takže srovnání zde není stejné.

dalším problémem jsou potenciální dopady nárazu a strhávání (I&E) spojené s provozem otevřených oceánských přívodů pro zařízení na odsolování mořské vody.

k nárazu může podle EPA dojít, když jsou organismy dostatečně velké, aby se vyhnuly průchodu sítěmi, zachyceny proti nim silou tekoucí zdrojové vody.

mezitím dochází k strhávání, když mořské organismy vstupují do odsolovacího zařízení, jsou vtaženy do sacího systému a procházejí zpracovatelskými zařízeními.

podle sdružení pro opětovné použití vody je však úroveň dopadů na životní prostředí na mořské organismy způsobená přímo nárazem a strháváním příjmu mořské vody specifická pro konkrétní místo. Může se výrazně lišit od jednoho projektu k druhému a modernější rostliny, které dodržují environmentální standardy, mají extrémně nízkou úroveň I&e.

Pros of desalination

celosvětově se více než 300 milionů lidí spoléhá na odsolenou vodu pro některé nebo všechny své každodenní potřeby. Celkově se odsolování provádí ve 150 zemích po celém světě s celkem 20 516 odsolovacími zařízeními.

v budoucnu se poptávka po sladké vodě zvýší v tandemu s rozšiřujícími se populacemi světa. Dostupné zásoby sladké vody jsou však v omezené nabídce a špatně distribuovány.

vzhledem k tomu, že změna klimatu zesiluje sucha a povodně, může odsolování poskytnout zaručený zdroj pitné vody z mořské vody, aby bylo zajištěno, že zásobování vodou dostatečně uspokojí poptávku po vodě.

spolu s opětovným použitím vody poskytuje odsolování spolehlivé řešení pro země, aby rozšířily své stávající zásoby vody a měly dodatečnou kapacitu, která by fungovala jako „pojistka“, pokud by ji potřebovaly.

„odsolování a opětovné použití vody jsou nekonvenční, ekologicky šetrná řešení zásobování vodou v souladu s oběhovým hospodařením s vodou a nabízejí řešení nedostatku vody,“ uvádí IDA.

vývoj se také zrychluje ve spojení odsolovacích procesů s obnovitelnou energií, jako je solární fotovoltaika. Obnovitelné a odsolovací technologie lze kombinovat, aby se v blízké budoucnosti snížila uhlíková stopa odsolování. Kromě toho je vývoj technologie baterií považován za klíčový pro dosažení ohlašovaného zařízení na odsolování 24/7 nezávisle napájeného. Globální aliance pro odsolování čisté vody stanovila cíl 2020-2025, aby 20 procent nových elektráren bylo poháněno obnovitelnými zdroji.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.