Установка для опреснения воды, главная поставщица питьевой воды в сухих областях, может сократить объем выбрасываемых отходов при помощи электричества и современных мембран. созданных в Мичиганском университете.
Мембраны могут помочь опреснительным установкам сократить или полностью устранить образование отходов рассола, возникающего при преобразовании морской воды в питьевую. В настоящее время жидкие отходы рассола хранятся в прудах до полного испарения воды, оставляя после себя твердую соль или концентрированный рассол, который может быть подвергнут переработке. Однако для испарения рассолу требуется время, что может загрязнять грунтовые воды.
Проблема также в пространстве: на каждый литр питьевой воды, произведенной на опреснительной установке, приходится 1,5 литра рассола. По данным ООН, ежесуточно образуется более 170 миллиардов литров рассола. При недостатке места для испарительных прудов установки закачивают рассол в землю или сбрасывают в океан. Увеличение концентрации соли рядом с опреснительными установками может нанести ущерб морским экосистемам.
«В сфере очистки воды остро стоит задача поиска более эффективного решения», — заявляет Йован Камчев, автор исследования. опубликованного в журнале Nature Chemical EngineeringТехнология позволяет сделать опреснители устойчивее, сократив отходы и потребление энергии.
Инженеры опреснительных установок стремятся концентрировать соль из отходов рассола для ее кристаллизации в промышленных чанах вместо прудов, занимающих большие площади. Отдельная вода могла бы использоваться для питья или сельского хозяйства, а твердая соль — для получения полезных продуктов. В морской воде кроме поваренной соли содержатся ценные металлы: литий для аккумуляторов, магний для легких сплавов и калий для удобрений.
Опреснительные установки могут концентрировать рассол нагреванием и испарением воды, что энергозатратно, или с помощью обратного осмоса, эффективный при низкой солености. Электродиализ — перспективная альтернатива: он работает при высокой концентрации соли и не требует много энергии. В процессе электричество концентрирует соль, существующую в воде в виде заряженных атомов и молекул, называемых ионами.
Вода перемещается по каналам, разделяемым мембранами с противоположными электрическими зарядами. Электроды размещены по бокам потока. Положительные ионы соли направляются к отрицательному электроду и останавливаются на положительно заряженной мембране. Отрицательные ионы движутся к положительному электроду и останавливаются на отрицательно заряженной мембране. В результате формируются два типа каналов: один, из которого выходят положительные и отрицательные ионы, и другой, куда входят ионы. Это приводит к образованию потоков очищенной воды и концентрированного рассола.
Электродиализ ограничен по солености: при увеличении концентрации солей ионы начинают просачиваться через мембраны. Существуют мембраны, устойчивые к утечкам, но переносят ионы слишком медленно, что делает требования к мощности неприемлемыми для рассолов, более чем в 6 раз солёных морской воды.
Ученые обошли это ограничение, разместив в мембрану максимальное количество заряженных молекул. Это повысило ионоотталкивающую способность и проводимость — следовательно, возможно перемещать больше соли при меньшем потреблении мощности. Так учёные могут создавать мембраны, на 10 раз более электропроводные, чем относительно герметичные мембраны, доступные на рынке сегодня.
Высокая плотность заряда притягивает много молекул воды, что затрудняет работу стандартных электродиализных мембран: те разбухают при поглощении воды, а заряд размывается. В новых мембранах углеродные связующие элементы предотвращают набухание, удерживая заряженные молекулы вместе. На уровень ограничения можно воздействовать для регулирования герметичности и проводимости.
Специалисты считают, что вода – важный ресурс и опреснение может стать устойчивым решением для глобального водного кризиса.
[Фото: ru.123rf.com]