Dessalinització

De Viquipèdia
Salta a la navegació Salta a la cerca
Esquema de dessalinador flash multiestadi.

Dessalinització es refereix a qualsevol dels diferents procediments que treuen l'excés de sals (especialment clorur de sodi) i altres minerals de l'aigua. D'una manera més general la dessalinització pot referir-se a treure les sals i els minerals,[1] com el control de la salinitat dels sòls.[2][3]

L'aigua es dessalinitza per tal de convertir-la en aigua potable o no nociva pels sòls en cas de regadiu. De vegades el procés produeix clorur de sodi com a subproducte. Es fa servir en vaixells i submarins. La major part de l'interès modern en la dessalinització se centra a desenvolupar procediments de baix cost per a consum humà en zones on la disponibilitat d'aigua és limitada.

Plànol de planta dessaladora per osmosi inversa.

La dessalinització a gran escala habitualment utilitza grans quantitats d'energia i infraestructures especialitzades cares, cosa que fa que l'aigua obtinguda sigui molt cara comparada amb la proporcionada per rius o l'aigua subterrània. Al Pròxim Orient, que disposa de grans reserves de petroli i relativament poca aigua, fan servir dessalinitzadores des de fa molts anys i cap al 2007 disposaven del 75% de la capacitat dessalinitzadora mundial.[4]

La planta dessalinitzadora més gran del món es troba a Jebel Ali als Emirats Àrabs Units. Amb un sistema de destil·lació multiestadi flash pot produir 300 milions de metres cúbics d'aigua a l'any. A Espanya la primera planta potabilitzadora d'aigua de mar es va inaugurar a Lanzarote el 1965.

Tècniques experimentals i altres desenvolupaments[modifica]

S'han investigat moltes altres tècniques de dessalinització, amb diversos graus d'èxit. Un d'aquests processos es va comercialitzar per Modern Aigua PLC mitjançant osmosi cap endavant, amb un nombre de plantes reportats a estar en funcionament. El govern dels EUA està treballant per desenvolupar la dessalinització solar pràctica.

El procés Passarell utilitza la pressió atmosfèrica reduïda en lloc de calor per a la dessalinització evaporativa. El vapor d'aigua pura generada per destil·lació a continuació, es comprimeix i es condensa usant un compressor d'avançada. El procés de compressió millora l'eficiència de la destil·lació mitjançant la creació de la pressió reduïda a la cambra d'evaporació. El compressor centrifugadores el vapor d'aigua pura després que s'extreu a través d'un separador de partícules (l'eliminació d'impureses residuals) fent que es comprimeixi contra els tubs a la cambra de recollida. La compressió del vapor fa que la seva temperatura augmenti. La calor generada es transfereix a l'aigua d'entrada que cau en els tubs, fent que l'aigua en els tubs es vaporitzi. El vapor d'aigua es condensa en l'exterior dels tubs d'aigua com a producte. Mitjançant la combinació de diversos processos físics, Passarell permet a la major part de l'energia del sistema per a ser reciclat a través dels seus subprocessos, a saber, evaporació, exercit[Cal aclariment], el moviment de compressió, condensació, i vapor d'aigua dins del sistema.

L'energia geotèrmica pot conduir a la dessalinització. En la majoria dels llocs, la dessalinització geotèrmica batega amb escassa aigua subterrània o aigua superficial, ambiental i econòmicament.

Membranes de nanotubs poden demostrar ser eficaços per a la filtració d'aigua i processos de dessalinització que requeriria substancialment menys energia que l'osmosi inversa.

Membranes biomimètics són un altre enfocament.

El 23 de juny de 2008, Siemens Water Technologies va anunciar la tecnologia basada en l'aplicació de camps elèctrics que pretén dessalinitzar un metre cúbic d'aigua, mentre que l'ús de només 1,5 kWh d'energia. Si precisa, aquest procés seria consumir només la meitat de l'energia d'altres processos. Actualment, Oasis Water, que va desenvolupar la tecnologia, encara utilitza tres vegades aquesta quantitat d'energia.

Dessalinització per congelació descongelació val de la congelació per eliminar l'aigua fresca l'aigua de mar congelats.

El 2009, Lux Research estima que el subministrament d'aigua dessalada a tot el món es triplicarà entre 2008 i 2020.

Dessalinització través de l'evaporació i la condensació dels cultius[modifica]

L'hivernacle d'aigua de mar utilitza l'evaporació natural i els processos de condensació a l'interior d'un hivernacle s'utilitza l'energia solar per al cultiu en terra àrida costanera.

Dessalinització tèrmica de baixa temperatura[modifica]

Originalment derivat de la recerca oceànica tèrmica conversió d'energia, dessalinització tèrmica de baixa temperatura (LTTD) s'aprofita d'aigua bullent a baixes pressions, potencialment, fins i tot a temperatura ambient. El sistema utilitza les bombes de buit per crear un ambient de baixa pressió, de baixa temperatura a la qual l'aigua bull a un gradient de temperatura de 8 - 10 °C entre dos volums d'aigua. Aigua de mar de refrigeració se subministra des profunditats de fins a 600 m. Aquesta aigua freda es bomba a través de bobines per condensar el vapor d'aigua. El condensat resultant és aigua purificada. LTTD també pot aprofitar el gradient de temperatura disponibles a les centrals elèctriques, on grans quantitats d'aigües càlides procedents de la instal·lació, reduint el consum d'energia necessari per crear un gradient de temperatura.

Els experiments es van dur a terme als EUA i Japó per comprovar l'enfocament. Al Japó, un sistema d'evaporació d'aerosol-flash ha estat provat per la Universitat de Saga. A Hawaii, el Laboratori Nacional d'Energia provat una planta OTEC de cicle obert amb l'aigua dolça i la producció d'energia mitjançant una diferència de temperatura de 20 °C entre l'aigua superficial i l'aigua a una profunditat d'uns 500 m. LTTD va ser estudiada per l'Institut Nacional de Tecnologia Oceànica (NIOT) de l'Índia des de 2004. La seva primera planta LTTD va obrir les seves portes el 2005 a Kavaratti a les illes Lakshadweep. La capacitat de la planta és de 100.000 L/dia, amb un cost de 37.904.050 €. La planta utilitza l'aigua profunda a una temperatura de 7 a 15 °C. El 2007, va obrir una planta NIOT LTTD experimental, flotant a la costa de Chennai, amb una capacitat d'1.000.000 L/dia. Una planta més petita va ser establerta el 2009 a la Central del Nord Chennai tèrmica per provar l'aplicació LTTD on l'aigua de refredament de plantes està disponible.

Procés termoiònic[modifica]

L'octubre de 2009, Salines Technologies, una empresa canadenca, va anunciar un procés que utilitza calor solar tèrmica o un altre per conduir un corrent iònica que elimina tots els ions de sodi i clor de l'aigua utilitzant membranes d'intercanvi iònic.

Mètodes[modifica]

El procés tradicional que s'usa en aquestes operacions de destil·lació al buit és -essencialment l'ebullició de l'aigua a menys que la pressió atmosfèrica i per tant una temperatura molt més baixa del normal. Això és degut al fet que el punt d'ebullició d'un líquid es produeix quan la pressió de vapor és igual a la pressió ambient i la pressió de vapor augmenta amb la temperatura. Per tant, a causa de la temperatura reduïda, s'estalvia energia. Multietapes flaix de destil·lació, un mètode principal, va representar el 85% de la producció mundial el 2004.

Els processos principals competidors utilitzen membranes per dessalar, aplicant principalment la tecnologia d'osmosi inversa. Processos de membrana s'utilitzen membranes i la pressió per separar les sals de l'aigua semipermeables. Sistemes de membrana planta d'osmosi inversa típicament usen menys energia que la destil·lació tèrmica, el que ha portat a una reducció dels costos globals de dessalinització en l'última dècada. Dessalinització segueix sent intensiu d'energia, però, i els costos futurs continuarà depenent del preu de l'energia i la tecnologia de dessalinització.

Es poden utilitzar els següents mètodes:

  • Processos tèrmics
    • Destil·lació multietapa (MSF)
    • Destil·lació multiefecte (MED)
    • Compressió mecànica de vapor (MVC)
    • Destil·lació solar
  • Tecnologies de membranes
    • Electrodiàlisi (ED)
    • Micro, nano i ultra filtració
    • Osmosis inversa (RO)

Destil·lació per evaporació instantània multi-etapa[modifica]

La destil·lació per evaporació instantània multi-etapa és un procés de dessalinització d’aigua que destil·la aigua de mar en diverses etapes, convertint una part de l’aigua en vapor. Les etapes són essencialment intercanviadors de calor a contracorrent.

Cada etapa conté un intercanviador de calor i un col·lector de condensats. El procés té un extrem on la temperatura és la més baixa de totes, que és on s’alimenta l’aigua de mar, i un altre on la temperatura és la més alta. Totes les etapes que hi ha entremig d’aquests dos extrems, tenen temperatures d’operació intermèdies i diferents pressions que coincideixen amb la pressió d’ebullició de l’aigua a la temperatura de l’etapa. Després del final calent hi ha un recipient anomenat escalfador de salmorra.

Les plantes de destil·lació instantània de diverses etapes produeixen al voltant del 26% de tota l’aigua dessalada del món. Actualment, degut a l’elevat cost energètic d’aquest procés les plantes de nova construcció utilitzen osmosi inversa, que té un consum energètic més baix.[5]

La planta dessalinitzadora del Prat de Llobregat[modifica]

Planta dessalinitzadora del riu Llobregat.
Article principal: Dessalinitzadora del Prat

Aquesta instal·lació es va inaugurar el 20 de juliol de 2009 i en aquell moment era la més gran d'Europa per abastiment urbà. Dona servei al 60% de la població de Catalunya, aconseguint a més que el sistema Ter-Llobregat no depengui exclusivament de l'aigua dels embassaments. La capacitat d'aquesta dessalinitzadora és de 200 milions de litres d'aigua al dia o, cosa que és equivalent, 60 hm³ d'aigua a l'any. El sistema que es fa servir és d'osmosi inversa i inmissors submarins de 2.200 m de longitud. El cost energètic en aquesta planta és 5 vegades inferior al de les plantes de la dècada de 1980. L'índex de conversió és del 45%, és a dir, de cada 100 litres d'aigua de mar captada se n'obtenen 45 litres d'aigua dessalinitzada.

Història moderna (Era industrial - Segle XX)[modifica]

Dessalinització solar[modifica]

Era industrial[modifica]

A partir del 1800, com a conseqüència de l’aparició de la màquina de vapor i de l’anomenada era del vapor, el desenvolupament d'un coneixement de la termodinàmica dels processos de vapor i la necessitat d'una font d'aigua pura per al seu ús en calderes, va generar un efecte positiu en els sistemes de destil·lació.

El 1852, Alphonse René le Mire de Normandy va obtenir la patent britànica per a una unitat de destil·lació d'aigua de mar de tub vertical: simplicitat i construcció fàcil. Els EUA en va comprar 3 i els va col·locar a les illes de Key West i Tortugas seca. Produïen 21000 gal / dia.

Després, el 1870 es va donar la primera patent nord-americana sobre destil·lació solar a Wheeler i Evans.[6] La patent, basada en treballs experimentals, era molt detallada. En aquesta patent es va descriure pràcticament tot el que sabíen sobre el funcionament bàsic dels fotogrames solars i els corresponents problemes de corrosió. Els inventors van descriure l’efecte hivernacle, van analitzar detalladament la condensació i la reevaporació de la coberta, van discutir l’absorció de la superfície fosca i la possibilitat de problemes de corrosió. Es van reclamar altes temperatures de funcionament, així com mitjans per fer girar l’alambí per tal de seguir la radiació incident solar.

El 1872, la primera gran planta de dessalinització solar[7] es va construir a Las Salinas, Xile, sota la direcció de Carlos Wilson. Produïa 22,7 m3 / dia. La planta es va construir per proporcionar aigua dolça als treballadors i les seves famílies d’una mina de plata propera. Van utilitzar els efluents de la mina de salitre, de salinitat molt alta (140 g / kg o 140.000 ppm), com a aigua d’alimentació dels alambins. La planta es va construir amb un entramat de fusta i cobert amb una làmina de vidre. Constava de 64 badies amb una superfície total de 4450 m2 i una superfície total de 7896 m2. Produïa 22,70 m3 d’aigua dolça al dia.

Segle XX[modifica]

Abans de la Segona Guerra Mundial, Mouchot, 1930 i a la URSS es feien algunes investigacions sobre la destil·lació solar.

Mentrestant, durant els anys 1930-1940, la sequedat a Califòrnia va despertar un nou interès per la dessalinització de l'aigua salina en general. Es van iniciar alguns projectes, però l'economia deprimida en aquell moment no permetia cap investigació ni cap aplicació.

Un equip del MIT dirigit per Maria Telkes va fer experiments amb fotogrames solars, l'any 1943. Es van desenvolupar moltes patents de dessaladors solars per a necessitats militars al mar, com la Marina dels Estats Units durant la guerra. Telkes va continuar investigant diverses configuracions de fotogrames solars, vidres coberts i fotogrames solars d’efecte múltiple.

L'explosió de la població urbana i l'enorme expansió de la indústria després de la Segona Guerra Mundial, van tornar a posar en relleu el problema de l'aigua dolça de bona qualitat. Als Estats Units, el creixent problema de l’aigua dels anys quaranta va iniciar diverses lleis legislatives del Congrés dels Estats Units per abordar els problemes de l’aigua. El president Truman va prendre nota del problema el 1950.

El juliol de 1952 es va fundar l'Oficina d'Aigües Salines (OSW). El seu objectiu: finançar la investigació bàsica sobre dessalinització. Informes de progrés en R+D, construcció de 5 plantes de demostració, proves de molts tipus i configuracions de fotogrames solars. Planta de destil·lació solar a Daytona Beach on es van provar molts tipus de fotogrames solars.

A l'Índia (National Physical Laboratory) i Austràlia (CSIRO) es van dur a terme diversos estudis sobre destil·lació solar.

Osmosis inversa[modifica]

L’osmosi inversa és un procés per eliminar la sal i altres contaminants de l’aigua salada / salobre fent passar aigua salada a través d’una membrana amb milers de porus microscòpics. Quan l’aigua flueix a la membrana, la sal i altres contaminants queden atrapats als porus, cosa que fa neta l’aigua que passava pels porus.

Jean-Antoine Nollet va observar per primera vegada un procés d’osmosi a través de membranes semipermeables el 1748. Durant els 200 anys següents, l’osmosi només va ser un fenomen observat al laboratori. Nollet va ser capaç de replicar el procés osmòtic utilitzant la bufeta d’un porc com a membrana per demostrar que les molècules dissolvents de l’aigua amb poc solut podien fluir a través de la paret de la bufeta fins a una concentració més alta de solut feta d’alcohol. Va demostrar que un dissolvent podia passar selectivament a través d’una membrana semipermeable mitjançant el procés de pressió osmòtica natural i el dissolvent entraria contínuament a través de la membrana cel·lular fins que s’arribés a l’equilibri dinàmic a banda i banda de la bufeta.

Durant la Segona Guerra Mundial, es va reconèixer el potencial que podria tenir en el camp de la dessalinització, ja que calia proveir a les tropes militars d'aigua potable a les zones on prevalia l'escassetat; Després del conflicte, es va iniciar la instal·lació de les primeres dessalinitzadores a països propers al mar però amb escassetat d’aigua dolça com Kuwait i l’Aràbia Saudita.

A la dècada de 1950, les instal·lacions de dessalinització industrial tenien una naturalesa tèrmica i es va destacar la destil·lació instantània en diverses etapes (MSF).

El desenvolupament de MSF va augmentar ràpidament en termes de capacitat instal·lada, especialment als països de l'Orient Mitjà, gràcies a la disponibilitat i el cost del petroli.

L’aparició de multiples crisis del petroli va limitar el nombre de plantes dessalinitzadores mitjançant mètodes tèrmics i va permetre que altres mètodes de dessalinització d’aigües salobres s’estenguessin per tot el món. Això va conduir a la millora dels processos de membrana.

Va ser un objectiu marcat per l’administració Kennedy ajudar a desenvolupar solucions d’escassetat d’aigua pel país.

El 1950, la Universitat de Califòrnia a Los Ángeles va investigar per primera vegada la dessalinització de l'aigua de mar mitjançant membranes semipermeables. Investigadors de la Universitat de Califòrnia i la Universitat de Florida van produir amb èxit aigua dolça a partir d’aigua de mar a mitjans dels anys cinquanta, però el flux era massa baix per ser comercialment viable.

El 1959, dos investigadors de UCLA, Sidney Loeb i Srinivasa Sourirajan, van aconseguir produir una membrana d'osmosis inversa sintètica funcional a partir de polímer d'acetat de cel·lulosa. En les seves proves, es va forçar a pressió un cos d’aigua altament solut a través de la membrana dissenyada, que actuava com un filtre que permetia passar només molècules d’aigua tot rebutjant NaCl. El cabal d’aigua dolça filtrada es va considerar com a decent i la membrana era realment resistent i podia funcionar sota pressió. Atès que aquesta nova tecnologia va funcionar al revés del procés osmòtic natural, aviat es va conèixer com a osmosi inversa.

La primera planta d'osmosis inversa comercial del món es va construir a Coalinga, Califòrnia, amb l’ajut i la direcció de Joseph W. McCutchan i Sidney Loeb i el 1965 el seu programa pilot va cridar l’atenció d’enginyers i governs de tot el món. Aquest increïble somni, que un dia la humanitat pogués dessalar l'aigua del mar a gran escala i de manera assequible, finalment es va fer realitat. Aquesta planta produïa aigua pura a partir d’aigua salobre, fins a 6.000 galons diaris.

John Cadotte, de FilmTec Corporation, va descobrir que les membranes amb un flux particularment alt i un baix pas de sal es podrien fer mitjançant la polimerització interfacial de m-fenile diamina i clorur de trimesoyl. La patent de Cadotte sobre aquest procés va ser objecte de litigis i des de llavors ha caducat. Gairebé totes les membranes d’osmosi inversa comercials es fan actualment seguint aquest mètode.

Vegeu també[modifica]

Referències[modifica]

  1. «"Desalination" (definició)». Houghton Mifflin Company, via dictionary.com. The American Heritage Science Dictionary. [Consulta: 19 agost 2007].
  2. «Austràlia ajuda la Xina en un projecte sobre l'aigua.» (en anglès). People's Daily Online, 08-03-2001. [Consulta: 19 agost 2007].
  3. Hi ha una nova solució amb els productes de tecnologia solar. HelioTech company ltd. Takashi, Kume, Amaya Takao, and Mitsuno Tooru. "L'efecte de la dessalinització del sòl en el districte Hetao, Mongòlia interior, Xina." Arxivat 2009-06-05 a Wayback Machine. Transactions of the Japanese Society of Irrigation, Drainage and Reclamation Engineering, No. 223, p. 133-139, 2003, resum a través de sciencelinks.jp. Retrieved on 2007-08-19.
  4. Fischetti, Mark «Fresh from the Sea». Scientific American. Scientific American, Inc., 297, 3, setembre 2007, p. 118–119 [Consulta: 3 agost 2008]. Note: only the first two paragraphs are available on-line for no charge.
  5. Ghaffour, Noreddine; Missimer, Thomas M.; Amy, Gary L. «Technical review and evaluation of the economics of water desalination: Current and future challenges for better water supply sustainability» (en anglès). Desalination, 309, 2013-01, pàg. 197–207. DOI: 10.1016/j.desal.2012.10.015.
  6. «Improvement in evaporating and distilling by solar heat» (en anglès). [Consulta: 30 maig 2021].
  7. Delyannis «Historic background of desalination and renewable energies». Historic background of desalination and renewable energies, 07-08-2003, pàg. 10.

Enllaços externs[modifica]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Dessalinització