Tecnologia di desalinizzazione dell'acqua di mare: Applicazioni e progressi

   La desalinizzazione dell'acqua di mare, in quanto soluzione importante al problema globale della carenza idrica, ha attirato numerose istituzioni di ricerca e imprese a investire risorse significative in ricerca e sviluppo. Con il continuo progresso della tecnologia e la graduale riduzione dei costi, la tecnologia di desalinizzazione dell'acqua di mare si sta gradualmente spostando dal laboratorio all'applicazione industriale su larga scala. Questo articolo esplorerà lo stato attuale dell'applicazione tecnologica nella desalinizzazione dell'acqua di mare, i metodi principali e le loro tendenze di sviluppo. 

I. Panoramica della tecnologia di desalinizzazione 
La desalinizzazione dell'acqua di mare si riferisce a una tecnologia che rimuove il sale dall'acqua di mare attraverso una serie di processi, ottenendo così acqua dolce. Questa tecnologia non è influenzata dal tempo, dalla posizione o dal clima e può aumentare la quantità totale di acqua dolce, fornendo un forte supporto per risolvere il problema della scarsità d'acqua. A livello globale, più di cento istituzioni di ricerca in oltre dieci paesi sono dedicate alla ricerca sulla desalinizzazione dell'acqua di mare e hanno sviluppato vari tipi di impianti di desalinizzazione dell'acqua di mare con diverse strutture e capacità. Questi impianti sono ampiamente distribuiti nelle aree costiere, fornendo un approvvigionamento stabile di acqua dolce per i residenti locali e la produzione industriale. 

II. Tecnologie di desalinizzazione principali 
Al momento, le principali tecnologie di desalinizzazione sul mercato includono principalmente due categorie: metodo di distillazione e metodo a membrana. 
La distillazione è un metodo che prevede il riscaldamento dell'acqua di mare per farla evaporare, quindi la condensazione e la raccolta del vapore per ottenere acqua dolce. Questo metodo ha una lunga storia e una tecnologia matura, che include principalmente la distillazione a flash multistadio (MSF), il multi-effetto a bassa temperatura (LT-MED) e le tecnologie di distillazione a vapore a pressione (MVC). Le tecnologie di distillazione a flash multistadio e multi-effetto a bassa temperatura utilizzano principalmente il vapore come fonte di calore e sono spesso combinate con le centrali elettriche, estraendo il vapore di scarico dalle turbine per produrre acqua distillata. La tecnologia di distillazione a vapore a pressione utilizza la tecnologia di evaporazione a pompa di calore e utilizza solo energia elettrica, rendendola adatta alle regioni insulari senza fonti di calore. 
La tecnologia di desalinizzazione dell'acqua di mare basata su membrana è principalmente rappresentata dalla tecnologia a osmosi inversa (RO). Questa tecnologia utilizza membrane semipermeabili, consentendo all'acqua di attraversarle sotto pressione trattenendo sale e impurità. Con il continuo miglioramento dei materiali delle membrane e la riduzione dei costi di produzione, la tecnologia a osmosi inversa è diventata uno dei metodi principali per la desalinizzazione dell'acqua di mare. I moderni dispositivi a osmosi inversa utilizzano tipicamente elementi a membrana avvolti a spirale realizzati con materiali compositi polimerici, caratterizzati da un'elevata capacità di produzione di acqua, un basso consumo energetico e facilità di manutenzione. 

III. Innovazione tecnologica e sviluppo nella desalinizzazione dell'acqua di mare 
Negli ultimi anni, la tecnologia di desalinizzazione dell'acqua di mare ha fatto progressi significativi in aree come l'innovazione dei materiali, l'ottimizzazione dei processi e il funzionamento intelligente. 
In termini di innovazione dei materiali, lo sviluppo di nuovi metodi di adsorbimento composito e componenti selettivi per pompe ioniche ha fornito maggiori opzioni per la desalinizzazione dell'acqua di mare. Ad esempio, Israele ha fatto significativi progressi nel nuovo metodo di adsorbimento composito, con una speciale matrice di ossido di ferro - carbone attivo a struttura frattale in grado di formare un'adsorbimento altamente efficiente di ioni cloruro in condizioni di temperatura normale. Il progetto di acqua dolce dell'UE ha aumentato l'efficienza di desalinizzazione dell'acqua di mare del 45% attraverso lo sviluppo di componenti selettivi per pompe ioniche. 
In termini di ottimizzazione dei processi, l'applicazione di tecnologie innovative come il metodo a doppia membrana, la tecnologia di preriscaldamento dell'acqua residua e di integrazione dell'acqua e la tecnologia di distillazione a membrana ha ulteriormente migliorato l'efficienza e l'economicità della desalinizzazione dell'acqua di mare. Ad esempio, la tecnologia di preriscaldamento dell'acqua residua e di integrazione dell'acqua, pioniera della centrale elettrica di Suhar in Oman, ha ridotto il consumo specifico di energia dell'apparecchiatura di evaporazione a flash multistadio. Il team del MIT e dell'Università di Xiamen ha fatto nuovi progressi nella tecnologia di distillazione a membrana, rispettivamente, adottando membrane a gap d'aria in PTFE superidrofobico e utilizzando metodi di miglioramento turbolento con irradiazione ultrasonica per migliorare il flusso e le prestazioni di resistenza al sale dei componenti di distillazione a membrana. 
In termini di funzionamento intelligente, con l'applicazione di strumenti digitali e l'accumulo di esperienza ingegneristica, la gestione operativa e di manutenzione dei progetti di desalinizzazione dell'acqua di mare è diventata più raffinata ed efficiente. Ad esempio, un test pilota condotto da un team di ricerca nella provincia di Zhejiang sulla modalità di iniezione a impulsi di sostanze chimiche ha dimostrato che un metodo di pulizia periodica a tre frequenze potrebbe ridurre il deposito di impurità del 42%. Il sistema di controllo incrociato adottato da un impianto di desalinizzazione dell'acqua di mare a Quanzhou, in funzione da otto anni, ha ridotto significativamente i costi di manutenzione. 

IV. Prospettive future della tecnologia di desalinizzazione 
In futuro, la tecnologia di desalinizzazione dell'acqua di mare dovrebbe fare progressi sia nei dispositivi micro-portatili che nei nuovi sistemi di circolazione industriale per progetti su larga scala. I dispositivi micro-portatili sviluppati sulla base dei principi microfluidici possono soddisfare le esigenze di acqua dolce in aree remote e situazioni di emergenza. Allo stesso tempo, il miglioramento del nuovo sistema di circolazione industriale per progetti su larga scala promuoverà l'applicazione e la promozione della tecnologia di desalinizzazione dell'acqua di mare su una scala più ampia. 

    Inoltre, con l'intensificazione dei cambiamenti climatici e la crescente gravità dei problemi di scarsità d'acqua, la tecnologia di desalinizzazione diventerà un'opzione importante per un numero maggiore di paesi e regioni per affrontare i loro problemi di risorse idriche. I governi, le imprese e le istituzioni di ricerca dovrebbero rafforzare la cooperazione per promuovere congiuntamente la ricerca e l'applicazione della tecnologia di desalinizzazione e contribuire allo sviluppo sostenibile dell'umanità.