Технология опреснения морской воды: применение и достижения

   Опреснение морской воды, как важное решение проблемы глобальной нехватки воды, привлекло множество исследовательских институтов и предприятий к инвестированию значительных ресурсов в исследования и разработки. С непрерывным развитием технологий и постепенным снижением затрат, технология опреснения морской воды постепенно переходит из лаборатории к крупномасштабному промышленному применению. В этой статье будет рассмотрено текущее состояние применения технологий в опреснении морской воды, основные методы и тенденции их развития. 

I. Обзор технологии опреснения 
Опреснение морской воды относится к технологии, которая удаляет соль из морской воды с помощью ряда процессов, тем самым получая пресную воду. Эта технология не зависит от времени, местоположения или климата и может увеличить общее количество пресной воды, обеспечивая сильную поддержку в решении проблемы нехватки воды. Во всем мире более ста исследовательских институтов в более чем десяти странах посвятили себя исследованиям в области опреснения морской воды и разработали различные типы опреснительных установок с разными структурами и мощностями. Эти установки широко распространены в прибрежных районах, обеспечивая стабильное снабжение пресной водой местных жителей и промышленного производства. 

II. Основные технологии опреснения 
В настоящее время основные технологии опреснения на рынке в основном включают две категории: метод дистилляции и мембранный метод. 
Дистилляция - это метод, который включает нагревание морской воды, чтобы вызвать ее испарение, а затем конденсацию и сбор пара для получения пресной воды. Этот метод имеет долгую историю и зрелую технологию, в основном включающую многоступенчатую флэш-дистилляцию (MSF), низкотемпературную многоэффектную дистилляцию (LT-MED) и дистилляцию с паровым давлением (MVC). Многоступенчатая флэш-дистилляция и низкотемпературная многоэффектная дистилляция в основном используют пар в качестве источника тепла и часто сочетаются с электростанциями, извлекая отработанный пар из турбин для производства дистиллированной воды. Технология дистилляции с паровым давлением использует технологию теплового насоса и использует только электрическую энергию, что делает ее подходящей для островных регионов без источников тепла. 
Мембранная технология опреснения морской воды в основном представлена технологией обратного осмоса (RO). Эта технология использует полупроницаемые мембраны, позволяющие воде проходить под давлением, сохраняя при этом соль и примеси. С постоянным улучшением мембранных материалов и снижением производственных затрат технология обратного осмоса стала одним из основных методов опреснения морской воды. Современные устройства обратного осмоса обычно используют спирально намотанные мембранные элементы, изготовленные из полимерных композитных материалов, отличающиеся высокой производительностью по воде, низким энергопотреблением и простотой обслуживания. 

III. Технологические инновации и развитие в опреснении морской воды 
В последние годы технология опреснения морской воды добилась значительного прогресса в таких областях, как инновации в материалах, оптимизация процессов и интеллектуальная эксплуатация. 
С точки зрения инноваций в материалах, разработка новых композитных адсорбционных методов и селективных ионных насосных компонентов предоставила больше возможностей для опреснения морской воды. Например, Израиль добился значительных прорывов в новом композитном адсорбционном методе, с особой фрактальной структурой оксида железа - матрицей активированного угля, способной образовывать высокоэффективную адсорбцию ионов хлорида при нормальных температурных условиях. Проект ЕС по пресной воде увеличил эффективность опреснения морской воды на 45% за счет разработки селективных ионных насосных компонентов. 
С точки зрения оптимизации процессов, применение инновационных технологий, таких как метод двойной мембраны, технология предварительного нагрева остаточной воды и добавления воды, а также технология мембранной дистилляции, еще больше повысило эффективность и экономичность опреснения морской воды. Например, технология предварительного нагрева остаточной воды и добавления воды, разработанная электростанцией Сухар в Омане, снизила удельное энергопотребление оборудования многоступенчатого флэш-испарения. Команда из Массачусетского технологического института и Сямэньского университета добилась нового прогресса в технологии мембранной дистилляции, соответственно, путем применения супергидрофобных мембран PTFE с воздушным зазором и использования методов турбулентного усиления с ультразвуковым облучением для улучшения потока и солестойкости компонентов мембранной дистилляции. 
С точки зрения интеллектуальной эксплуатации, с применением цифровых инструментов и накоплением опыта проектирования, эксплуатация и техническое обслуживание проектов опреснения морской воды стали более совершенными и эффективными. Например, пилотное испытание, проведенное исследовательской группой в провинции Чжэцзян по режиму импульсной инъекции химикатов, показало, что трехчастотный периодический метод очистки может снизить отложение примесей на 42%. Система перекрестной проверки, принятая опреснительной установкой в Цюаньчжоу, которая находится в эксплуатации восемь лет, значительно снизила затраты на техническое обслуживание. 

IV. Будущие перспективы технологии опреснения 
В будущем ожидается, что технология опреснения морской воды совершит прорывы как в микро-портативных устройствах, так и в новых системах промышленной циркуляции для крупномасштабных проектов. Микро-портативные устройства, разработанные на основе микрофлюидных принципов, могут удовлетворить потребности в пресной воде в отдаленных районах и в чрезвычайных ситуациях. В то же время совершенствование новой системы промышленной циркуляции для крупномасштабных проектов будет способствовать применению и продвижению технологии опреснения морской воды в большем масштабе. 

    Кроме того, с усилением изменения климата и растущей остротой проблем нехватки воды, технология опреснения станет важным вариантом для большего числа стран и регионов для решения проблем водных ресурсов. Правительства, предприятия и исследовательские институты должны укреплять сотрудничество для совместного продвижения исследований и применения технологии опреснения и внести вклад в устойчивое развитие человечества.