Desalination: our essential guide to desalination and the global water crisis

Desalination: Quenching growing jano around the world

yli 20,000 plants now contracted around the world, suolanpoisto auttaa maita tarjoamaan vesiturvallisuutta tuleville sukupolville kasvavien ilmastohuolien keskellä. Suolaista vettä muuntamalla prosessi voi tarjota makeaa vettä alueilla, joilla ei ole luontaista pohjavettä tai pintavesiä. Yhdessä veden uudelleenkäytön kanssa suolanpoisto voi tarjota ratkaisuja veden niukkuuteen, ja joissakin maissa se tuottaa yli 90 prosenttia kokonaisvedensaannista. Veden uudelleenkäytön, erityisesti yhdyskuntajätevesien suoran ja epäsuoran juomakelpoisen uudelleenkäytön, nopeasti kasvava edistysaskel käyttää suolanpoistokalvotekniikkaa. Mitä prosesseja ja teknologioita suolanpoistoon liittyy? Mitä eroa on MED-ja MSF-lämpökäsittelyllä? Mitkä ovat suolanpoiston hyvät ja huonot puolet? Olennainen oppaamme sukeltaa syvemmälle suolanpoistoon ja sen sisältämiin prosesseihin.

mitä suolanpoisto on?

suolanpoisto tarkoittaa prosessia, jossa suola poistetaan vedestä, jotta se olisi juomakelpoista. Suolanpoisto tarkoittaa joko meri-tai murtoveden käsittelyä tavoitteena makean veden luominen. Tätä varten suolanpoistolaitoksissa käytetään useita tekniikoita esikäsittelystä pumppuihin ja kalvoihin.

uuden International Desalination Association (IDA) Water Security Handbook-käsikirjan mukaan kokonaiskapasiteetti on 97.4 miljoonaa kuutiometriä päivässä (m3/päivä), kun koko maailman kumulatiivinen sopimuskapasiteetti on 104,7 miljoonaa m3 / d.

30.kesäkuuta 2018 mennessä yli 20 000 suolanpoistolaitosta oli solmittu sopimuksia ympäri maailmaa. Kansainvälisen Vesijärjestön IWA: n mukaan suolanpoisto tuottaa edelleen vain prosentin maailman juomavedestä, mutta määrä kasvaa ”vuosi vuodelta”.Suolanpoistoa puoltava uutinen on, että maailman meret sisältävät yli 97,2 prosenttia planeetan vesivaroista, ovat ”kuivuuden kestäviä ja käytännössä rajattomia”.

suolanpoisto voi kohdistua joko murtoveteen tai meriveteen. Murtoveden suolapitoisuus on alle 10 000 mg/L. meriveden suolapitoisuus on kuitenkin suurempi, 30 000-44 000 mg/L.

murtoveden ja meriveden lisäksi muita lähteitä voivat olla kaivot, pinta (joet ja purot), jätevedet sekä teollisuuden rehu-ja prosessivedet American Membrane Technology Associationin (AMTA) mukaan.

noin 44 prosenttia maailman suolanpoistokapasiteetista sijaitsee Lähi-idässä ja Pohjois-Amerikassa, ja kasvun odotetaan olevan seitsemästä yhdeksään prosenttia vuodessa. IWA sanoi, että nopeutetun suolanpoistotoiminnan odotetut ”kuumat paikat” ovat Aasiassa, Yhdysvalloissa ja Latinalaisessa Amerikassa.

myös Teolliset suolanpoistomarkkinat ovat tärkeitä referenssin kannalta. Vuosina 2016-2017 pelkästään tämä markkina kasvoi IDA: n mukaan 21 prosenttia. Myös tuotantoketjun alku-ja loppupään öljy & kaasutoiminta muodosti merkittävän osan supistuneesta teollisuuskapasiteetista vuonna 2017.

Kaivoksellakin uutta kapasiteettia supistui yli 200 000 m3/vrk pelkästään vuoden 2018 ensimmäisellä puoliskolla. Mikroelektroniikka on toinen janoinen teollisuudenala, joka luo uusia mahdollisuuksia suolanpoistoteknologioille, ja supistettu kapasiteetti yli kaksinkertaistuu vuosina 2016-2017.

mitkä ovat suolanpoistoprosessit?

suolanpoistoprosesseja on kahta päätyyppiä: kalvo (käänteisosmoosi (ro) ja nanosuodatus (NF) ja lämpö, joka sisältää monitehotislauksen (MED), monivaiheisen flash-tislauksen (MSF) ja mekaanisen höyryn puristuksen (MVC). Muita teknologioita ja prosesseja ovat elektrodialyysi (ED), forward osmosis (fo) ja membranedistillation (MD).

Kalvopohjainen suolanpoisto tarjoaa edelleen valtaosan asennetusta suolanpoistokyvystä. Vuonna 2017 kalvoteknologian osuus vuotuisesta sopimuskapasiteetista oli 95,6 prosenttia, kun taas lämpöprosessien osuus oli vain 4,4 prosenttia.

suolanpoisto-Osmoosikäyrä

  • kalvojen suolanpoisto
  • AMTA: n mukaan: Käänteisosmoosi (RO) ja Nanosuodatus (NF) ovat johtavia painevetoisia kalvoprosesseja. Kalvo kokoonpanot ovat kierre haava, ontto kuitu, ja arkki kierre on yleisimmin käytetty. Nykyaikaiset kalvot sisältävät pääasiassa polymeerimateriaaleja, joissa selluloosa-asetaattia käytetään vielä paljon vähemmän. Yksi merkittävä esimerkki on ohutkalvokomposiittikalvo (TFC), joka sisältää polyamidin aktiivisena kerroksena. Rehuveden suolapitoisuudesta riippuen Ro: n ja NF: n käyttöpaineet ovat 50-1000 PSIG: tä (3,4-68 bar, 345-6896 kPa). Meriveden RO vaatii sähkötehoa 3,0-3,5 kWhr / m3.

  • Multi-effect distillation (MED)
  • matalan lämpötilan terminen prosessi, MED saa makeasta vedestä talteen kiehuvan meriveden höyryn astiasarjassa, joka tunnetaan nimellä multiple effects. Yhdessä astiassa keitettyä höyryä voidaan sitten käyttää seuraavan kuumentamiseen, sillä veden kiehumispiste laskee samaan aikaan kun paine laskee. Tämän vuoksi Sidemin mukaan vain ensimmäinen alus vaatii ulkoisen lämmönlähteen. Lyhyesti: ensimmäisestä viimeiseen astiaan sekä paine että lämpötila laskevat kuumasta kylmään. MED-prosessi vaatii lämpötuloa ja sähkötehoa 0,9-1,5 kWhr/m3.

  • monivaiheinen flash-tislaus (MSF)
  • kaupallisessa käytössä 1950-luvulta lähtien, kuten MED, monivaiheinen flash (MSF) käsittää useita vaiheita. Putkien sisällä virtaava merivesi tai kierrätetty suolavesi kuumennetaan turbiineista loppuneella höyryllä lämmönvaihtimessa, jota kutsutaan Suolalämmittimeksi. Tämä Lämmitetty merivesi virtaa suolaliuoksen lämmittimen läpi haihduttimen vaiheisiin, joista jokainen toimii alhaisemmassa lämpötilassa ja paineessa. Tämän seurauksena suolavesi vilkkuu tuottaa vesihöyryä, joka tiivistyy putkiin ja kerätään kussakin vaiheessa tislaustuotteena. Lauhdevesihöyry esilämmittää putkissa virtaavan meriveden suolaveden ja ottaa lämmön talteen. Lämmön talteenottovaiheissa MSF: n viimeiset vaiheet, suolaveden puhallus ja tisle jäähdytetään, ja jäljelle jäävä lämpö hylätään MSF: n lämmön hylkäysosassa. MSF-prosessi vaatii lämpötuloa ja sähkötehoa 3,5-4 5 kWhr / m3.

  • mekaaninen höyrynpuristus (MVC)
  • MVC-prosessissa merivesi siirtyy esilämmittimeen, jossa se vaihtaa lämpöenergiaa konsentraatin ja tuotevesivesien kanssa. Esilämmitettyä merivettä suihkutetaan lämmönvaihtoputkien nippujen päälle, jotka ovat korkeammassa lämpötilassa kuin merivesi. Täällä merivesi haihtuu osittain. Vesihöyryt puristetaan mekaanisella kompressorilla, ja ne pumpataan lämmönvaihtokimppujen letkun sisään. Puristettu höyry tiivistyy letkun sisällä vapauttaen energiaa, joka siirtyy letkun päälle suihkutettuun meriveteen ja aiheuttaa sen haihtumisen.

  • Elektrodialyysi (ED)
  • Elektrodialyysi (ED) ja Elektrodialyysin kääntyminen (EDR) tapahtuu tasavirralla (DC), jossa ionit virtaavat AMTA: n mukaan ioniselektiivisten kalvojen läpi vastakkaisvarauksisiin elektrodeihin. Tämä on päinvastainen kuin vesi painevetoisissa prosesseissa, kuten edellä on kuvattu. EDR-järjestelmissä elektrodien napaisuus kumoutuu määräajoin. Ioninsiirto (permiselektiivinen) anioni ja kationikalvot erottavat ionit syöttövedessä. Näitä järjestelmiä käytetään pääasiassa vesissä, joissa liuenneiden kiintoaineiden kokonaismäärä on alhainen (tds).

  • eteen osmoosi (Fo)
  • verrattuna ro: hon, jossa suolavettä työnnetään kalvon läpi, sen sijaan eteenpäin osmoosi (fo) käyttää luonnon suolapitoisuusgradientistä syntynyttä osmoottista painetta kalvon läpi ajavana voimana. Tätä työtä varten toisella puolella on syöttövesi – usein merivesi – ja toisella puolella kalvo ja toisella puolella vetoratkaisu. AMTA sanoi tämän tarkoittavan sitä, että ilman ulkoista painetta syöttöliuoksen vesi siirtyy luonnollisesti kalvon läpi vetoliuokseen. Laimennettu liuos käsitellään sitten tuotteen erottamiseksi uudelleenkäytettävästä vetoliuoksesta.

suolanpoiston kustannukset

suolanpoiston kustannukset voidaan eritellä seuraaviin tekijöihin: kiinteät kustannukset (37 prosenttia), työvoima (4 prosenttia), kalvonvaihto (5 prosenttia), kunnossapito ja osat (7 prosenttia), kulutushyödykkeet(3 prosenttia) ja sähköenergia (44 prosenttia).

suolanpoisto on perinteisesti koettu kalliimmaksi vaihtoehdoksi verrattuna perinteiseen pinta-tai pohjavesien käsittelyyn, jonka hinta on noin US$1 kuutiometriltä ($/m3). Yksi viimeisimmistä suolanpoiston läpimurroista on kuitenkin ollut kokonaiskustannusten, mukaan lukien toimintamenot (OPEX), sekä alkuinvestointien (CAPEX) paraneminen. Viimeisten 20 vuoden aikana tämä on vähentynyt 80 prosenttia tekniikan ja laitteiden kehityksen ansiosta.

aivan äskettäin Abu Dhabissa, Saudi-Arabiassa ja Israelissa järjestetyissä projektitarjouksissa hinta on laskenut ensimmäistä kertaa alle 0,50 dollarin/m3. ”Vuosikymmen jälkeen, jolloin hinta ajautui ylöspäin korkeiden materiaalikustannusten ja korkeampien energiakustannusten vuoksi, tämä on erittäin hyvä uutinen. Itse asiassa odotamme vuoden 2019 olevan paras vuosi koskaan suolanpoistomarkkinoilla”, sanoi GWI: n julkaisija Christopher Gasson.

meriveden suolanpoiston ollessa 0,40 dollaria / m3, kustannukset lähestyvät epäsuoraa juomakelpoista uudelleenkäyttöä, ja hinnat ovat 0,30-0,40 dollaria.

IDA: n Vesiturvallisuuskäsikirjassa esitetään useita tekijöitä, joiden vuoksi suolanpoiston kustannukset ovat viime aikoina olleet historiallisen alhaiset. Tähän sisältyy ”rakennusprosessin kustannustehokas optimointi”, joka perustuu urakoitsijoiden kokemukseen vuosien mittavien projektien rakentamisesta. Tämä yhdistettynä uusiin sopimus-ja rahoitusmalleihin sekä rahoitusalan matalampiin korkoihin auttaa ”painamaan tulleja alas”.

lisäksi öljynhinnan alenemisesta johtuva suolanpoistolaitosten osien kustannusten aleneminen auttaa painamaan hintaa alas.

”lisäksi energiansäästö on saavutettu kehittämällä kalvoja, jotka vaativat vähemmän imupainetta, energiatehokkaita talteenottolaitteita ja suurempia käänteisosmoosijunia suuremmilla pumpuilla ja moottoreilla, jotka kykenevät suurempaan tehokkuuteen”, lisäsi Carlos Cosín, IDA ja Almar Water Solutions-yhtiön toimitusjohtaja.

mitkä ovat maailman suurimmat suolanpoistolaitokset?

Aquatech Global Eventsin mukaan Saudi-Arabiassa hiljattain palkittua Rabigh 3-projektia pidettiin yhtenä maailman suurimmista voimaloista, jonka kapasiteetti oli 600 000 m3/vrk. Maailmalla on kuitenkin paljon suurempia suolanpoistolaitoksia toiminnassa. Alla on lista viidestä maailman suurimmasta hankkeesta.

  1. Ras Al Khair, Saudi-Arabia: 1,036,000 m3 / vrk
  2. yleisesti maailman suolanpoistoon keskittyvänä raskassarjalaisena pidetty massiivinen Ras Al-Khair on hybridiprojekti, joka käyttää sekä termistä monivaiheista flash (MSF) – että käänteisosmoositekniikkaa (ro). Se sijaitsee 75 km luoteeseen Jubailista ja palvelee Riadia, ja siellä on myös merkittävä sähköntuotantokomponentti, jonka kapasiteetti on 2 400 MW. Tehtaan rakentamisen pääurakoitsija oli Doosan ja sen yhteenliittymäkumppani Saudi Archirodon, poyryn toimiessa hankkeen konsulttina.

  3. TAWEELAH, UAE-909,200 m3 / vrk
  4. Emirates Water and Electricity Company ja ACWA Power ovat allekirjoittaneet veden hankintasopimuksen maailman suurimman meriveden käänteisosmoosin suolanpoistolaitoksen rakentamisesta Taweelah Power and Water Complexiin, 50 km Abu Dhabista pohjoiseen. ACWA Power, johtava kehittäjä hankkeen ja 40 prosentin osakkeenomistaja, vahvisti onnistuneen taloudellisen sulkemisen maailman suurin SWRO tehdas, kustannukset US$847m, on tariffi suolattoman veden 49,05 senttiä / m3. Hankkeen rakentaminen alkoi toukokuussa 2019 ja sen odotetaan valmistuvan lokakuussa 2022. Voimalan odotetaan toimittavan 909 200 kuutiometriä vettä päivässä. Kun taweelah power and water development on valmis, sen odotetaan nostavan RO: n tuottaman suolattoman veden osuuden nykyisestä 13 prosentista 30 prosenttiin vuoteen 2022 mennessä.

  5. Shuaiba 3, Saudi-Arabia-880 000 m3/vrk
  6. konsortio, johon kuuluivat saksalainen Siemens voimalaitosta varten ja Doosan termistä suolanpoistolaitosta varten, valittiin ACWA Power: n toimesta huolehtimaan laitoksen projektisuunnittelusta, hankinnasta ja rakentamisesta. Yksi laajennus tehtaaseen on valmistunut ja yksi laajennus on lopullisessa rakennusvaiheessa, ja ACWA Powerin mukaan ro-kapasiteettia on lisätty 400 000 m3 / vrk. Valmistuttuaan Shuaiba ohittaa lopulta Ras Al Khairin suurimpana toimivana suolanpoistolaitoksena, jonka kokonaiskapasiteetti on 1 282 000 m3/vrk.

  7. Sorek, Israel – 624 000 m3/vrk
  8. Sorekia voidaan pitää maailman raskassarjalaisena kalvolaitoksena, jonka kapasiteetti on valtava 624 000 m3/vrk. Projekti sijaitsee 15 km Tel Avivista etelään Israelissa ja sen on kehittänyt IDE Technologies, ja se on edelleen ainutlaatuinen 16-tuumaisten meriveden käänteisosmoosikalvojen käytössä, mutta pystysuorassa muodostelmassa. Jatkokehitys-Sorek 2-IDE Technologies ja Bank Leumi ovat voittaneet Israelin hallituksen PPP-tarjouskilpailun Sorek 2-veden suolanpoistolaitoksen rakentamiseksi ja käyttämiseksi. IDE on nyt voittanut neljä viidestä tarjouskilpailusta, jotka koskevat suolanpoistolaitosten toimintaa Israelissa. Tarjous, jonka ennennäkemätön hinta on 0,41 dollaria kuutiometriltä vettä, edellyttää 200 miljoonan kuutiometrin vuosituotantoa (nimelliskapasiteetti 548 000 m3/vrk). Valmistuttuaan Sorek 2 on kuudes suolanpoistolaitos, joka toimii Israelissa Haderan, Askelonin, ensimmäisen Sorekin, Palmakimin ja Ashdodin rinnalla.

  9. JUBAIL 3A IWP – 600,000 m3 / vrk
  10. tänä vuonna huhtikuussa 2020 Acwa Powerin johtama konsortio, johon kuuluvat Gulf Investment Corporation (GIC) ja Al Bawani Water & Power Company (AWP), allekirjoitti 25-vuotisen veden hankintasopimuksen Saudi Water Partnership Companyn (SWPC) kanssa. Kumppanuuden ehtojen mukaisesti ACWA Powerin johtama konsortio suunnittelee, rakentaa, teettää, käyttää ja ylläpitää suolanpoistolaitosta sekä siihen liittyviä juomaveden varastointi-ja sähkölaitoksia. ACWA-konsortio esitti alimmiksi tasoitetuiksi vesikustannuksiksi 0,41 Yhdysvaltain Dollaria / m3. Jubail 3a Independent Water Plant (IWP) tuottaa 650 miljoonan dollarin investointiarvolla 600 000 m3 juomavettä päivässä. Greenfield meriveden käänteisosmoosin suolanpoistoprojekti on Jubailissa, Saudi-Arabian kuningaskunnassa. Engineering Procurement-rakennusurakka on myönnetty konsortiolle, johon kuuluvat Power China, SEPCO-III ja Abengoa.

suolanpoiston hyvät ja huonot puolet

suolanpoiston haitat

yksi laajemmista suolanpoiston ympäristöhaasteista on suolaveden sivutuotteen-prosessin aikana syntyvän korkean suolapitoisuuden jätteen – käsittely.

vuonna 2019 Yhdistyneet kansakunnat (YK) tuki tutkielmaa ”the state of desalination and brine production: a global outlook”.

lehti kutsui suolavettä ”suolapitoiseksi ongelmaksi”, sillä suolanpoistolaitokset eri puolilla maailmaa päästävät yhteisesti 142 miljoonaa kuutiometriä hypersaliiniliuosta päivässä.

neljän Lähi – idän maan – Saudi-Arabian, Kuwaitin, UAE: n ja Qatarin-todettiin olevan vastuussa yli puolesta maailman suolavedestä, ja raportin laatijoiden mukaan Lähi-idän tehtaat tuottivat ”neljä kertaa enemmän suolavettä kuutiometrissä puhdasta vettä kuin laitokset, joissa jokien vesikalvon prosessit hallitsevat”. On kuitenkin huomattava, että jokivedessä ei ole yhtä paljon suolaa kuin merivedessä, joten vertailu ei tässä ole yhtä suuri.

toinen huolenaihe on avomeren suolanpoistolaitosten avomerialtaiden toimintaan liittyvät mahdolliset impingement and entraining (i&E) – vaikutukset.

törmäys voi tapahtua, kun eliöt, jotka ovat riittävän suuria välttääkseen läpimenon, jäävät niitä vasten virtaavan lähdeveden voimalla EPA: n mukaan.

samaan aikaan jää kiinni, kun meren eliöt pääsevät suolanpoistolaitoksen sisään, kulkeutuvat sisäänottojärjestelmään ja kulkeutuvat käsittelylaitosten läpi.

meriveden saantiin suoraan vaikuttavien ja takertuvien ympäristövaikutusten taso meren eliöille on kuitenkin Water Reuse Associationin mukaan paikkasidonnainen. Se voi vaihdella huomattavasti hankkeesta toiseen ja uudenaikaisemmissa ympäristönormeja noudattavissa laitoksissa on erittäin alhainen I& E.

Suolanpoistoprosentti

maailmanlaajuisesti yli 300 miljoonaa ihmistä käyttää suolatonta vettä päivittäisiin tarpeisiinsa tai kaikkiin niihin. Suolanpoistoa harjoitetaan yhteensä 150 maassa ympäri maailmaa, ja nyt siihen on tehty 20 516 suolanpoistolaitosta.

tulevaisuudessa makean veden kysyntä kasvaa samalla, kun maailman väestö kasvaa. Makean veden varastot ovat kuitenkin vähäiset ja huonosti jakautuneet.

ilmastonmuutoksen voimistaessa kuivuutta ja tulvia suolanpoisto voi tarjota taatun juomaveden lähteen merivedestä, jotta Vesihuolto vastaa riittävästi vedentarvetta.

veden uudelleenkäytön ohella suolanpoisto on luotettava ratkaisu, jonka avulla maat voivat tarvittaessa lisätä olemassa olevia vesivarantojaan ja hankkia lisäkapasiteettia ”vakuutuksena”.

IDA: n mukaan suolanpoisto ja veden uudelleenkäyttö ovat kiertovesitalouden mukaisia ympäristöystävällisiä vesihuoltoratkaisuja, jotka tarjoavat ratkaisuja veden niukkuuteen.

kehitys kiihtyy myös suolanpoistoprosessien kytkemisessä uusiutuvaan energiaan, kuten aurinkosähköön. Uusiutuvia ja suolanpoistoteknologioita voidaan yhdistää suolanpoiston hiilijalanjäljen pienentämiseksi lähiaikoina. Lisäksi akkuteknologian kehitystä pidetään keskeisenä, jotta saavutetaan 24/7 itsenäisesti toimiva suolanpoistolaitos. Vuosien 2020-2025 tavoitteeksi on asetettu, että 20 prosenttia uusista laitoksista saa energiansa uusiutuvista energialähteistä Global Clean Water Desalination Alliancen toimesta.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.