Ters Ozmozdaki Atılım Şimdiye Kadarki En Enerji Tasarruflu Deniz Suyu Tuzdan Arındırma yol Açabilir

(Nanowerk Haberleri) Deniz suyundan tatlı su yapmak genellikle büyük miktarda enerji gerektirir. Tuzdan arındırma için en yaygın işleme, mineralleri çıkarmak için yüksek basınçta bir zar üzerinde deniz suyunun akmasıyla çalışan ters ozmoz denir.

Şimdi, Purdue Üniversitesi mühendisleri, daha iyi enerji verimliliği, daha uzun ömürlü ekipman ve çok daha yüksek tuzlulukta su işleme yeteneği vaat eden "parti ters ozmoz" adı verilen sürecin bir varyantını geliştirdiler. Dünya çapında su güvenliğinde fark yaratan bir şey olabilir.

Ters ozmos birçok ülkede kullanılır; Orta Doğu gibi kurak yerlerde, tatlı içme suyu kaynaklarının yarısından fazlası tuzdan arındırma tesislerinden gelmektedir. Ancak proses için gereken yüksek basınç seviyesini korumak için - atmosferik basıncın 70 katına kadar - bir tuzdan arındırma tesisi çok sayıda pompa ve diğer ekipman kullanmalıdır. Ve bu çok fazla enerji kullanır.

Purdue makine mühendisliği yardımcı doçenti David Warsinger, "Tuzdan arındırma tesisinin ömür boyu maliyetinin yaklaşık üçte biri enerjidir," dedi. "Süreçteki küçük iyileştirmeler bile - birkaç yüzdelik fark noktaları - yüz milyonlarca dolar tasarruf edebilir ve CO2'yi atmosferden uzak tutmaya yardımcı olabilir."

MIT'deki doktora çalışmaları sırasında Warsinger ilk olarak "parti ters ozmos" fikrini geliştirdi. Bu yüksek basınç seviyelerinde sürekli bir deniz suyu akışı tutmak yerine, bir parti işlemi aynı anda belirli miktarda su alır; işler; boşaltır; ve sonra işlemi bir sonraki toplu işle yineler.

Warsinger, "Her parti yaklaşık bir ila iki dakika çalışır." dedi. "Zaman içinde basıncı artırıyoruz, zaman içinde hacmi azaltıyoruz ve aynı miktarda tatlı su üretmek için çok daha az enerji kullanıyoruz."

Yüksek lisans öğrencileri Abhimanyu Das (solda) ve Akshay Rao, "çift etkili parti ters ozmoz" adı verilen yeni bir tuzdan arındırma işleminin kilit bileşeni olan bir piston tankını ayarlarlar. (Resim: Jared Pike, Purdue Üniversitesi)                

Bazı tuzdan arındırma tesisleri yarıbatch tekniklerini kullanmaya çalışsa da, hiçbiri tam bir toplu iş sistemi uygulamamıştır - kısmen partiler arasındaki zaman aralıkları nedeniyle.

Warsinger, "Her bir su grubunu dışarı pompalamak ve ardından bir sonraki su grubunu işleme için pompalamak zaman ve enerji gerektirir." dedi. "Bu zaman ve enerjinin harcanıyor olması genellikle toplu işlemi kullanarak elde edeceğiniz verimlilik kazançlarını iptal eder. Bu yüzden 'çift etkili parti ters ozmoz' adı verilen bir çözüm geliştirdik."

Çift görevli piston

Bu yeni işlem bir piston tankı kullanır - ortasında piston bulunan yüksek basınçlı bir kap. Pistonun bir tarafı deniz suyunu işleme döngüsüne ileri gönderirken, pistonun diğer tarafı aynı anda kuyruktaki bir sonraki deniz suyu grubuyla dolar. Bir parti işlemi sona erdiğinde, piston bir sonraki deniz suyunu sisteme sorunsuz bir şekilde enjekte ederken, diğer tarafını kuyruktaki bir sonraki deniz suyu grubuyla aynı anda doldurur ve işlem sürekli olarak tekrarlar.

Warsinger, "Pistonun her seferinde tamamen boşaltıldığında veya pistona basınç vermek için başka bir sıvı veya gaz kullanmak yerine, bir sonraki deniz suyu grubuyla dolduruyoruz." dedi. "Bu nedenle, pistonun bir tarafının esasen ölü alan olması yerine, bu pistondan çift görevli çıkmak için deniz suyunun kendisini kullanıyoruz, bu yüzden neredeyse hiç kesinti yok.

"Modellerimize göre, önerilen bu sistem deniz suyu tuzdan arındırma için şimdiye kadarki en düşük enerji tüketimini sunuyor. Sınıfının en iyisi bir kilometre taşı."

AraştırmalarıArıtma("Sınıfının en iyisi verimlilik ve düşük duruş süresi için çift etkili parti ters ozmos yapılandırması").

Purdue makine mühendisliği yüksek lisans öğrencisi ve makalenin ilk yazarı Sandra Cordoba, "Kapalı kalma süresi gerçekten kaçınmak istediğiniz bir şey," dedi. "Her döngüden sonra sisteme hizmet vermek zorundaysanız, tüm enerji verimliliğinizi kaybedersiniz. Bu duruş süresini azaltmak veya ortadan kaldırmak, parti ters ozmos'un mümkün kılan en önemli şeydir."

Cordoba ayrıca kağıtta kullanılan teorik hidrolik modelleri de geliştirdi.

Cordoba, "Ters ozmoz karmaşık bir süreçtir." dedi. "Başarısını ölçmek için birçok değişkeni izlemeniz gerekir: su basıncı, hacim, tuzluluk, geri kazanım oranı, zaman ve enerji. Bu modellerle, minimum enerji miktarını kullanarak en iyi sonuçları elde etmek için zaman içinde doğru miktarda basınç belirleyebildik."

Piston tankı ne kadar büyük? Sistemin boyutuna bağlıdır.

Warsinger, "Ters ozmos çok çeşitli ölçeklerde çalışır", dedi. "Hindistan'daki haneler genellikle kendi evleri için mikro ters ozmos sistemine sahiptir ve burada elinizde tutabilirsiniz. Deneylerimiz için piston tankının yangın söndürücü büyüklüğünde olduğu bir model sistemi kurduk. Tam ölçekli bir bitkide, 30 metre uzunluğunda olabilir. Ama İşin güzeli, karmaşık bir ekipman parçası olmaması; Aslında ortada su geçirmez pistonlu bir boru. Ama o piston tankı her şeyi değiştiriyor."

Warsinger'ın laboratuvarı, tuzdan arındırmada birkaç yeni ilerlemeyi körüklemek için bu çift etkili parti geliştirmeyi kullandı. Makine mühendisliğinde Purdue doktora öğrencisi olan Abhimanyu Das, sürecin "toplu ters akım ters ozmoz" adı verilen bir varyantını açıklayan bir araştırma yayınladı. Membran her iki tarafında belirli su konsantrasyonlarını sirkülasyon yaparak, Das'ın prosesi, daha az bileşen gerektirirken, yüksek tuzlu su için en enerji tasarruflu tuzdan arındırma işlemi olarak gösterilmiştir. Purdue yüksek lisans öğrencisi Michael Roggenburg, ters ozmoz ve yenilenebilir enerjinin bir kombinasyonunun ABD ve Meksika arasındaki 1.954 millik sınırın tamamına tatlı su sağlayabileceğini gösteren bir araştırma yayınladı.

Warsinger, "Su güvenliği, tüm kariyerimi üzerinde çalışarak geçirdiğim dünya çapında büyük bir sorun." dedi. "Toplu ters ozmoz ile elde eden bu sonuçlar gerçekten heyecan verici. Maliyeti biraz düşürürsek, tuzdan arındırma daha fazla yer için uygun bir seçenek haline gelir. Dönüştürücü olabilir."