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反渗透方面的突破可能导致有史以来最节能的海水淡化
2021年05月16日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

从海水中提取淡水通常需要大量的能量。最广泛的脱盐过程称为反渗透,其作用是使海水在高压下流过膜,以去除矿物质。


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现在,普渡大学的工程师已经开发出一种称为“批量反渗透”的工艺变体,该工艺具有更高的能效,更耐用的设备以及能够处理更高盐度的水的能力中国化工网okmart.com。它最终可能会在世界范围内的水安全领域产生重大影响。


许多国家都使用反渗透技术。在中东等干旱地区,淡水供应中有一半以上来自淡化设施。但是,要维持该过程所需的高压力(最高为大气压的70倍),海水淡化厂必须使用大量的泵和其他设备。这会消耗大量能量。


普渡大学机械工程学助理教授戴维?沃辛格(David Warsinger)说:“海水淡化厂终生成本的三分之一左右是能源。” “即使对该过程进行很小的改进(相差几个百分点),也可以节省数亿美元,并有助于将CO 2排除在大气之外。”


在麻省理工学院(MIT)博士期间,沃辛格(Warsinger)首先提出了“批量反渗透”的思想。批量处理不是一次在那么高的压力下保持恒定的海水流量,而是一次吸收了一定数量的水。处理它;释放它;然后对下一批重复该过程。


Warsinger说:“每批运行大约一到两分钟。” “随着时间的推移,我们会逐渐增加压力,随着时间的推移而减少体积,最终我们会消耗更少的能量来生产同样数量的淡水。”


尽管一些海水淡化厂已尝试使用半间歇式技术,但都没有实施完整的间歇式系统-部分原因是间歇之间存在时间间隔。


Warsinger说:“抽出每批水,然后抽出下一批水进行处理需要时间和精力。” “花费时间和精力通常会抵消使用批处理过程所获得的效率提高。这就是为什么我们开发了一种称为“双作用批量反渗透”的解决方案的原因。”


双作用活塞


这种新工艺使用了一个活塞罐-高压容器,中间有一个活塞。当活塞的一侧将海水向前送入处理回路时,活塞的另一侧同时充满了队列中的下一批海水。当一批过程结束时,活塞将下一批海水无缝注入到系统中,同时在队列的另一侧同时填充另一批海水,并且该过程不断重复。


沃辛格说:“我们不是每次都完全排空活塞,也不用其他液体或气体对活塞加压,而是用下一批海水填充它。” “因此,我们不是利用活塞的一侧基本上是死空间,而是利用海水本身来使活塞发挥双重作用,因此几乎没有停机时间。


“根据我们的模型,该提议的系统为海水淡化提供了最低的能耗。这是同类最佳的里程碑。”


他们的研究已发表在《海水淡化》中。


“停机确实是要避免的事情,”普渡大学机械工程专业的学生,??该论文的第一作者桑德拉·科尔多巴(Sandra Cordoba)说。“如果必须在每个周期后对系统进行维护,则会损失所有能效。减少或消除停机时间是使批量反渗透可行的关键。”


科尔多瓦还开发了本文中使用的理论水力模型。


科尔多瓦说:“反渗透是一个复杂的过程。” “要衡量其成功,您必须跟踪许多变量:水压,体积,盐度,回收率,时间和能量。使用这些模型,我们能够确定随时间变化的正确压力量,以使用最佳压力来获得最佳结果。最少的能量。”


活塞箱有多大?这取决于系统的大小。


Warsinger说:“反渗透在广泛的范围内起作用。” “印度的家庭通常在自己的房屋中装有微型反渗透系统,您可以将其握在手中。在我们的实验中,我们建立了一个模型系统,其中活塞箱的尺寸约为灭火器的大小。在一个完整的工厂,可能长一百英尺,但是它的优点在于它不是复杂的设备;它实际上是一条管道,中间有一个不漏水的活塞。但是,活塞箱改变了一切。”


Warsinger的实验室已使用这种双作用批量生产技术来推动海水淡化领域的一些新进展。普渡大学博士Abhimanyu Das 机械工程专业的学生发表了研究,描述了一种称为“批量逆流反渗透”工艺的变体。通过在膜的两面上循环一定浓度的水,Das工艺被证明是高盐度水最节能的脱盐工艺,同时所需的成分更少。


普渡大学硕士生迈克尔·罗根堡(Michael Roggenburg)发表的研究表明,批量反渗透和可再生能源相结合,可以将淡水输送到美国和墨西哥之间的整个1,954英里边界。


沃辛格说:“水安全在世界范围内是一个巨大的问题,我在整个职业生涯中一直在努力。” “这些批量反渗透的结果确实令人兴奋。如果将成本降低一点,那么淡化将成为更多地方的可行选择。这可能是变革性的。”


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