Odsalanie wody morskiej nie jest tak dobrze znanym procesem w Polsce, jak w innych krajach, jednak często pojawia się między innymi przy temacie odwróconej osmozy. Jak można odsalać wodę morską? Po co taki proces się przeprowadza? Jakie urządzenia są potrzebne? Jak powinno wyglądać odsalanie wody morskiej?
Dlaczego proces odsalania staje się tak ważny?
W morzach i oceanach jest 97% całych zasobów wody świata. Wody słodkie stanowią zaledwie 3%. Dlaczego woda morska nie jest sama w sobie przeznaczona do picia? Zawiera wysokie stężenie jonów sodu, potasu, magnezu, wapnia. Niewielkie ilości słonej wody nie zaszkodzą pod względem zdrowotnym, jednak nie jest to woda przeznaczona do spożycia. Wypijanie dużych ilości słonej wody może doprowadzać do nagromadzenia soli w organizmie, odwodnienia organizmu, a nawet złego samopoczucia i problemów z układem pokarmowym. Im więcej takiej wody byśmy wypili, tym więcej utracilibyśmy z organizmu. O temacie odwodnienia znajdziecie informacje w artykule: Odwodnienie i nadmiar wody w organizmie – co musisz wiedzieć?
Z ciekawostek warto jeszcze dodać, że słona woda jest bogata w chlorki, natomiast w wodach słodkich przeważają węglany. Najbardziej zasolonym morzem jest Morze Czerwone. Na każdy litr wody przypada około 40 gram soli. W porównaniu z Morzem Bałtyckim to bardzo dużo, ponieważ w tym wypadku na każdy litr wody przypada jedynie 4 do 8 gram.
Odsalanie wody cieszy się coraz większym zainteresowaniem ze względu na stale wzrastające potrzeby związane z zaopatrzeniem ludności w wodę. Potrzeby przemysłu, rolnictwa, stale powiększająca się liczba ludności sprawiają, że na świecie coraz trudniej o wystarczające zasoby świeżej i bezpiecznej wody pitnej. Jednym ze źródeł ich pozyskiwania staje się więc proces odsalania. O problemach, które występują z wodą na świecie przeczytacie tutaj: Woda a zmiany klimatu – jaki mają ze sobą związek?
Ogólne informacje o odsalaniu wody
Odsalanie jest bardzo ogólnym pojęciem, określającym procesy redukcji soli oraz innych minerałów z wody morskiej. Celem podjęcia takiego działania jest uzyskanie słodkiej wody zdatnej do picia oraz nawadniania. Odsalanie wody morskiej jest bardzo popularnym procesem na jednostkach pływających. Takie pozyskiwanie wody pitnej cechuje duża wygoda. Na większą skalę proces jest stosowany na bogatych obszarach, które jednak są ubogie w zasoby wody. Wśród takich miejsc wymienić można: Arabię Saudyjską, Izrael, Karaiby. Oprócz tego jest to metoda stosowana oraz wprowadzana na znacznie większą skalę w Stanach Zjednoczonych, Chinach, Singapurze, Australii, Hiszpanii. Państwa widzą nadzieję w tej metodzie i tak Singapur ma zamiar uzyskiwać dzięki odsalaniu 30% zapotrzebowania na wodę do 2061 roku.
Największe na świecie zakłady przeznaczone do odsalania wody znajdują się w Jebel Ali w Zjednoczonych Emiratach Arabskich. W swojej rocznej działalności są w stanie pozyskać 300 milionów metrów sześciennych wody.
Historia odsalania wody morskiej
Odsalanie jest znane od setek lat. Nie wykorzystywało się go jednak na skalę przemysłową. O jego przebiegu pisał między innymi Arystoteles. Jest to też proces naturalnie występujący w przyrodzie. Woda paruje z oceanów, jednak skrapla się już w formie wody słodkiej. Zamrażanie wody morskiej również sprawia, że jest ona odsalana. W 2015 roku pracowało prawie 20 000 zakładów zajmujących się odsalaniem wody. Były one w stanie wyprodukować 86,8 miliona m3 wody na dobę
Metody służące odsalaniu wody
Istnieje kilka metod służących odsalaniu wody. Wśród najpopularniejszych wymienić można:
- Odwróconą osmozę
- Destylację
- Nanofiltrację
- Zamrażanie
Procesem stosowanym w zdecydowanie największej skali jest destylacja. Szczególnie mowa tu o destylacji próżniowej. W ostatnich latach można obserwować znaczny wzrost popularności metody opartej na odwróconej osmozie. Było to możliwe dzięki rozwojowi technologii membran półprzepuszczalnych oraz oszczędniejszych pomp wysokociśnieniowych.
Stale poszukiwane są metody tańsze w stosowaniu. Z tego względu rośnie zainteresowanie wykorzystania energii pochodzącej z odnawialnych źródeł, jak panele słoneczne. Często można spotkać się z procesem destylacji na bazie promieni słonecznych. Każdy odsolony metr sześcienny wody za pomocą tej metody to koszt około 50 centów.
Odwrócona osmoza
Osmoza jest procesem, w którym płyn przechodzi przez półprzepuszczalną membranę. Cząsteczki kierują się z roztworu o mniejszym stężeniu do roztworu o większym stężeniu. To proces naturalny, w którym nie ma potrzeby angażowania dodatkowej energii. Urządzenia wykorzystujące odwróconą osmozę działają w sposób odwrotny. Zmuszają wodę do przepływu z roztworu o wyższym stężeniu do roztworu o niższym stężeniu. Ten proces wytłumaczyłem dokładnie w artykule: Odwrócona osmoza jako proces, a informacje o tym, jak wyglądają przemysłowe odwrócone osmozy znajdziecie w artykule: Przemysłowa odwrócona osmoza o dużych wydajnościach
Można mówić o dwóch rodzajach projektów związanych z zakładami odsalania wody morskiej, działających z zastosowaniem odwróconej osmozy. W najprostszym woda jest podawana na membranę filtracyjną przy zastosowaniu pomp. Na sicie zatrzymywane są większe zanieczyszczenia , a dalej na membranie po stronie zewnętrznej. Jedną rurą doprowadzana jest odsolona woda pitna, natomiast drugą odprowadzana jest solanka. Po odwróconej osmozie woda jest jeszcze dodatkowo mineralizowana.
Drugi rodzaj zakładów reprezentuje chociażby zakład odsalania w Tampa Bay przy elektrowni atomowej. Tu odsalana jest woda morska pierwotnie wykorzystywana do chłodzenia reaktora. Dodatkowo woda jest wstępnie oczyszczana z zanieczyszczeń mechanicznych, a także organicznych.
Odwrócona osmoza jest uznawana za metodę mocno kosztochłonną. Wytworzenie odsolonej wody wymaga wiele energii. Niektórzy piszą nawet o tym, że obecnie takie zakłady pochłaniają 0,4% dobowej globalnej produkcji prądu. Z tego względu stale szuka się nowych rozwiązań, a jednym z nich jest zastosowanie energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych – w tym także ze słońca.
Obecnie firmy tworzą rozwiązania, w których wykorzystywane są panele fotowoltaiczne, bardzo przyjazne środowisku, ale również pozwalające na oszczędzanie energii. Niektóre sprawiają, że zużycie jest o 75% mniejsze, a liczba potrzebnych paneli także jest kilkukrotnie mniejsza. Ogólne koszty odwróconej osmozy spadają, przez co ta metoda bardzo wypiera destylację.
Odwrócona osmoza do odsalania wody morskiej a do wody słodkiej
Są pewne różnice pomiędzy odwróconą osmozą stosowaną do odsalania wody morskiej, a do wody słodkiej. Przede wszystkim należy brać pod uwagę, że woda słona jest bardzo korozyjna. Z tego względu system odwróconej osmozy do odsalania wody morskiej musi być tworzony z innych, odpornych na korozję materiałów, które często są po prostu droższe. Do tworzenia komponentów wykorzystywane są stal nierdzewna oraz tworzywa sztuczne.
Kolejną kwestię stanowiącą różnicę między odwróconymi osmozami są membrany osmotyczne. W przypadku odwróconej osmozy przeznaczonej do odsalania wody morskiej niezbędne jest znacznie wyższe ciśnienie. Wymagane jest to o wysokości około 60 bar. W związku z tym niezbędna jest o wiele lepsza konstrukcja, wydajniejsza pompa niż do uzdatniania wody słodkiej. One też muszą być wykonane z tworzywa odpornego na korozję. Ponadto pompa musi być skonstruowana w taki sposób, aby wytrzymywać tak wysokie ciśnienie oraz aby praca była przeprowadzana w prawidłowy sposób.
Do odsalania wody morskiej wykorzystuje się znacznie większą ilość membran osmotycznych niż przy wodzie słodkiej. Większa jest także ich wydajność. To oczywiście przekłada się na koszt komponentów i różnicę kosztu inwestycji. Producenci tworzą specjalne membrany osmotyczne dedykowane tylko i wyłącznie procesowi odsalania wody morskiej.
W ostatecznym rozrachunku, poprzez potrzebę wykorzystania w budowie stacji uzdatniania wody dedykowanych komponentów do odsalania wody morskiej, różnica w kosztach między standardową odwróconą osmozą do uzdatniania wody słodkiej, a taką do odsalania wody morskiej może być kilku- kilkunastokrotnie większa.
