ZapingNews: Novo método de dessalinização promete transformar a gestão global da água

Os engenheiros da Columbia aplicam uma técnica pioneira para obter descarga zero com eficiência energética, a última fronteira da dessalinização, de salmoura de salinidade ultra alta.

A segurança da água está se tornando um desafio global urgente.

Centenas de milhões de pessoas vivem em regiões com escassez de água, e a ONU prevê que até 2030 cerca de metade da população mundial estará vivendo em áreas com imensa falta de água. Isso será uma crise mesmo para países desenvolvidos como os EUA, onde em 40 estados, se espera escassez de água doce nos próximos 10 anos. À medida que a população global e o PIB crescem, cresce também a necessidade de água doce. E, com o aumento contínuo das temperaturas globais, a escassez de água agravar-se-á.

Imagem//CHANHEE BOO / COLUMBIA ENGINEERING

Descoberta reserva gigante de água doce no fundo do mar na Nova Zelândia

Os processos de dessalinização são cada vez mais necessários para aumentar as reservas de água. De fato, a capacidade global de dessalinização deve dobrar entre 2016 e 2030. Mas esses processos são caros e podem ser prejudiciais ao meio ambiente. As salmouras de altíssima salinidade, subproduto da dessalinização, podem ter várias vezes mais salinidade que a água do mar e as opções para a sua gestão são especialmente desafiadoras para instalações de dessalinização no interior, como as do Arizona, Califórnia, Flórida e Texas.

Durante o ano passado, os investigadores da Columbia Engineering aprimoraram sua abordagem de dessalinização não convencional para salmoura hipersalina, extração por solvente com oscilação de temperatura (TSSE), que promete ser a solução para uso generalizado. O TSSE é radicalmente diferente dos métodos convencionais porque é uma técnica baseada em extração por solvente que não usa membranas e não é baseada em evaporação, é eficaz, eficiente, escalável e sustentável. Num novo artigo, publicado on-line em 23 de junho na Environmental Science & Technology , a equipe relata que seu método lhes permitiu obter descarga zero-líquida (ZLD) com eficiência energética de salmouras de salinidade ultra alta, a primeira demonstração do TSSE para dessalinização de ZLD de salmoura hipersalina.

"A descarga de líquido, zero é a última fronteira da dessalinização", diz Ngai Yin Yip, professor assistente de terra e engenharia ambiental que liderou o estudo. "Evaporar e condensar a água é a prática atual da ZLD, mas consome muita energia e é proibitivamente caro. Conseguimos alcançá-la sem ferver a água, este é um grande avanço para dessalinizar as salmouras de salinidade ultra-alta que demonstram como a nossa técnica TSSE pode ser uma tecnologia transformadora para a indústria global da água ".

O processo TSSE da Yip começa com a mistura de um solvente de baixa polaridade com a salmoura de alta salinidade. Em baixas temperaturas (a equipe usou 5 ° C), o solvente TSSE extrai a água da salmoura, mas não os sais ( presentes na salmoura como íons). Ao controlar a proporção de solvente para salmoura, a equipe pode extrair toda a água da salmoura para o solvente para induzir a precipitação de sais. Depois de toda a água ter sido "sugada" pelo solvente, os sais formam cristais sólidos e caem para o fundo, que pode ser facilmente peneirado.

Depois os investigadores separam os sais precipitados, e aquecem o solvente carregado com água a uma temperatura moderada de cerca de 70 ° C. A essa temperatura, a solubilidade do solvente em água diminui e a água é extraída do solvente, como uma esponja. A água separada forma uma camada abaixo do solvente e possui muito menos sal do que a salmoura inicial. Ele pode ser facilmente aspirado e o solvente que regenerado, pode ser reutilizado no próximo ciclo TSSE.

"Não esperávamos que o TSSE funcionasse assim tão bem", diz Yip. "De fato, quando estávamos discutindo seu potencial para a ZLD, pensamos exatamente o contrário, que o processo provavelmente pararia em algum momento quando houver muito sal para continuar funcionando. Portanto, na verdade, experimentamos e obtivemos ótimos resultados"

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Com uma alimentação de salmoura simulada (preparada em laboratório) de 292.500 partes por milhão de sólidos totais dissolvidos, o grupo de Yip conseguiu precipitar mais de 90% do sal na solução original. Além disso, os cientistas estimaram que o processo usasse apenas cerca de um quarto da energia necessária para a evaporação da água, uma economia de energia de 75% em comparação com a evaporação térmica da salmoura. Eles reutilizaram o solvente por vários ciclos sem perda percetível no desempenho, demonstrando que o solvente foi conservado e não gasto durante o processo.

Em seguida, para demonstrar a aplicabilidade prática da tecnologia, a equipe utilizou uma amostra de campo de salmoura de alta salinidade, o concentrado de água de drenagem de irrigação no Vale Central da Califórnia, onde a água de drenagem de irrigação é difícil e dispendiosa de tratar, e conseguiu o ZLD com TSSE .

Os métodos convencionais de destilação requerem vapor de alta qualidade e são frequentemente complementados com eletricidade para alimentar as bombas de vácuo. Como o TSSE requer apenas entradas de temperatura moderada, a energia térmica de baixa qualidade necessária pode vir de fontes mais sustentáveis, como calor industrial residual, geotérmica e coletores solares de baixa concentração.

"Com as condições adequadas de solvente e temperatura certa, podemos oferecer opções de gerenciamento de concentrado económicas e ambientalmente sustentáveis para instalações de dessalinização no interior, utilizando água subterrânea salobra", observa Yip.

Além de gerenciar os concentrados de dessalinização do interior, o TSSE também pode ser usado para outras salmouras de alta salinidade, incluindo retorno e água produzida da extração de petróleo e gás, fluxos de resíduos de centrais elétricas movidas a vapor, descargas de instalações de carvão para produtos químicos e aterro sanitário lixiviado. O grupo de Yip continua investigando os mecanismos fundamentais de trabalho do TSSE, para projetar novas melhorias em seu desempenho. Este trabalho inclui testes adicionais com amostras reais do campo, bem como a otimização do processo geral.