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麻省理工学院研究人员将海水淡化废物转化为新资源

不断发展的海水淡化工业为世界干旱的沿海地区生产饮用水和农业用水。但它也产生了大量高浓度盐水废弃物,常见的解决方案是将这些废弃物倾倒回大海中进行处置,这一过程需要昂贵的泵送系统,并且必须小心管理以防止破坏海洋生态系统。现在,麻省理工学院的工程师说他们找到了更好的方法。

这项新的研究表明,通过一个相当简单的过程,废物可以转化为有用的化学物质,包括可以使海水淡化过程本身更有效的化学物质。

该方法可用于生产氢氧化钠等产品,氢氧化钠(又称苛性钠)可用于对进入海水淡化厂的海水进行预处理。改变水的酸度有助于防止含盐水对过滤膜的污染,这是造成很多反渗透海水淡化厂运行中断和发生故障的主要原因。

在JournalNature Catalysis发表的论文和另外两篇论文中,麻省理工学院科学家Amit Kumar、机械工程学教授John. H. Lienhard V以及其他几位科学家对这个概念进行了阐述。Lienhard是水和食品科学教授,也是Abdul Latif Jameel水和食品系统实验室的主任。

Kumar谈到氢氧化钠说:“海水淡化行业本身会使用了很多氢氧化钠,工厂需要花钱购买这种化学品。因此,如果可以在海水淡化工厂就地生产,就可能是一个很大的优势。“工厂本身所需的量远远少于盐水可以产生的总量,所以它也可以成为一种可销售的产品。

利用废盐水不仅可以生产氢氧化钠,还可以通过适合的化学处理方法生产盐酸。盐酸是海水淡化厂和许多其他工业生产过程常用的另一种重要化学品,其可用于海水淡化厂部件的清洗,也可广泛用于化学品的生产和作为一种氢源。

麻省理工学院研究人员将海水淡化废物转化为新资源(图1)

现在,世界上每天通过海水淡化可以生产超过1000亿升(约270亿加仑)的水,同时也会产生几乎相同量的浓盐水,其中大部分被排放回到海水中。按照目前的法规要求,工厂需要安装昂贵的排污系统以确保盐充分稀释后才能排放到海水中。因此,转化盐水在经济上和生态上都是有益的,特别是当脱盐市场规模在世界范围内继续快速增长的时候。“使用现有技术可以控制盐水排放,确保环境安全,但能够从盐水中回收资源并减少盐水的排放量就更好了,”Lienhard说。

这种将盐水转化成有用的产品的方法使用众所周知的标准的化学方法,包括先使用纳滤去除不良化合物,接下来使用一级或多级电渗析生产所需的终端产品。尽管提出的这种工艺并不新颖,但研究者已经分析了利用这种工艺从盐水中生产有用化学品的可能性,并提出了可以转化为商业运营的专用的产品生产方式,以提高海水淡化工艺的经济可行性,同时减少对环境的影响。

Kumar介绍说:“将这种浓盐水转化为有用的商品是双赢的,因为这种极浓的盐水必须小心处理,以保护海洋中的生物,将其排放到海水中需要耗费能源,更是一种资源浪费。氢氧化钠是一种无处不在的化学物质,麻省理工学院的每个实验室都有一些,所以找到它的市场并不困难。”

研究人员已经与可能感兴趣建设这样一个样版工厂的公司探讨了这一概念,以帮助他们核算该生产工艺的经济可行性。Kumar表示,“一个巨大的挑战是成本,包括电力成本和设备成本”。

他说,该团队还在继续研究从盐水中提取其他低浓度物质的可能性,包括各种金属和其他化学物质,这些物质可以使盐水处理成为一项更加经济可行的工作。

澳大利亚昆士兰大学水处理教授Jurg Keller说:“这种继续进行深入研究的做法和我的想法不谋而合,我们的目的就是建议开发这样的技术以支持更多终端用户进行'本地化'或'分散式'的生产这些化学品,这样做的优势是可以降低能源消耗和生产运营成本,因为这些化学品的高浓度和运输往往会增加运营成本,甚至比实际生产常用浓度的这些产品需要更高的能耗。”


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