تحويل نفايات تحلية المياه إلى مورد مفيد

ويمكن للعملية التي تم تطويرها في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن تحول المياه المالحة المركزة إلى مواد كيميائية مفيدة، مما يجعل تحلية المياه أكثر كفاءة.

ديفيد ل. تشاندلر | مكتب أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

استفسارات صحفية

التسميه التوضيحيه:

محطات تحلية المياه على شاطئ البحر مثل هذا عادة تفريغ كميات كبيرة من محلول ملحي مركزة مرة أخرى في البحر. وقد أظهر باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أنه بدلاً من ذلك، يمكن تحويل الكثير من هذه النفايات إلى مواد كيميائية مفيدة.

التسميه التوضيحيه:

يبين الرسم التوضيحي إمكانات العملية المقترحة. ويمكن معالجة مياه الصرف الملحية، التي يمكن الحصول عليها من تيار نفايات محطات تحلية التناضح العكسي، أو من المنشآت الصناعية أو عمليات تعدين الملح، لإنتاج مواد كيميائية مفيدة مثل هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) أو حمض الهيدروكلوريك (HCl).

الائتمانات:

توضيح مجاملة من الباحثين

الصورة السابقة الصورة التالية

تنتج صناعة تحلية المياه التي تنمو بسرعة المياه للشرب والزراعة في المناطق الساحلية القاحلة في العالم. ولكنها تترك وراءها كنفايات الكثير من المياه المالحة شديدة التركيز، والتي يتم التخلص منها عادة عن طريق رميها مرة أخرى في البحر، وهي عملية تتطلب أنظمة ضخ مكلفة ويجب إدارتها بعناية لمنع الضرر الذي يلحق بالنظم الإيكولوجية البحرية. الآن، يقول المهندسون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أنهم وجدوا طريقة أفضل.

وفي دراسة جديدة، تظهر هذه الدراسات أنه من خلال عملية بسيطة إلى حد ما يمكن تحويل النفايات إلى مواد كيميائية مفيدة - بما في ذلك المواد التي يمكن أن تجعل عملية تحلية المياه نفسها أكثر كفاءة.

ويمكن استخدام هذا النهج لإنتاج هيدروكسيد الصوديوم، من بين منتجات أخرى. والمعروف باسم الصودا الكاوية، يمكن استخدام هيدروكسيد الصوديوم للمعالجة المسبقة لمياه البحر الخوض في محطة تحلية المياه. وهذا يغير حموضة المياه، مما يساعد على منع قاذورات الأغشية المستخدمة لتصفية المياه المالحة - وهو سبب رئيسي للانقطاعات والأعطال في محطات تحلية مياه التناضح العكسي النموذجية.

يتم وصف المفهوم اليوم في مجلةالحفز الطبيعةوفي ورقتين أخريين من قبل الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أميت كومار، أستاذ الهندسة الميكانيكية جون. ه. لينهارد الخامس، وعدة أشخاص آخرين. ليناهارد هو أستاذ جميل للمياه والغذاء ومدير مختبر عبد اللطيف جميل للمياه ونظم الغذاء.

يقول كومار عن هيدروكسيد الصوديوم: "تستخدم صناعة تحلية المياه نفسها الكثير منها. "إنهم يشترونه، ينفقون المال عليه. حتى إذا كنت تستطيع أن تجعل من في الموقع في المصنع، التي يمكن أن تكون ميزة كبيرة. المبلغ المطلوب في النباتات نفسها هو أقل بكثير من المجموع الذي يمكن أن تنتج من محلول ملحي، لذلك هناك أيضا إمكانية أن يكون منتجا قابلا للبيع.

هيدروكسيد الصوديوم ليس المنتج الوحيد الذي يمكن صنعه من نفايات المياه المالحة: مادة كيميائية مهمة أخرى تستخدمها محطات تحلية المياه والعديد من العمليات الصناعية الأخرى هي حمض الهيدروكلوريك، الذي يمكن أيضا بسهولة أن يتم في الموقع من المياه المالحة النفايات باستخدام أساليب المعالجة الكيميائية المعمول بها. ويمكن استخدام المادة الكيميائية لتنظيف أجزاء من محطة تحلية المياه، ولكنها تستخدم أيضا على نطاق واسع في الإنتاج الكيميائي ومصدر للهيدروجين.

وينتج العالم حالياً أكثر من 100 مليار لتر (حوالي 27 مليار جالون) يومياً من المياه من تحلية المياه، مما يترك كمية مماثلة من المياه المالحة المركزة. ويُضخ جزء كبير من ذلك إلى البحر، وتتطلب الأنظمة الحالية أنظمة باهظة الثمن لضمان تخفيف الأملاح بشكل كاف. وبالتالي فإن تحويل المياه المالحة يمكن أن يكون مفيداً اقتصادياً وإيكولوجياً، خاصة وأن تحلية المياه لا تزال تنمو بسرعة في جميع أنحاء العالم. "تصريف المياه المالحة آمنة بيئيا يمكن التحكم فيها مع التكنولوجيا الحالية، ولكن من الأفضل بكثير لاسترداد الموارد من محلول ملحي وتقليل كمية محلول ملحي صدر"، يقول لينهارد.

طريقة تحويل محلول ملحي إلى منتجات مفيدة يستخدم العمليات الكيميائية المعروفة والمعيارية، بما في ذلك الترشيح النانوي الأولي لإزالة المركبات غير المرغوب فيها، تليها واحدة أو أكثر من مراحل غسيل الكلى لإنتاج المنتج النهائي المطلوب. وفي حين أن العمليات المقترحة ليست جديدة، فقد حلل الباحثون إمكانية إنتاج مواد كيميائية مفيدة من محلول ملحي واقترحوا مجموعة محددة من المنتجات والعمليات الكيميائية التي يمكن تحويلها إلى عمليات تجارية لتعزيز الجدوى الاقتصادية لعملية تحلية المياه، مع تقليل تأثيرها البيئي.

يقول كومار: "يجب التعامل مع هذه المياه المالحة المركزة للغاية بعناية لحماية الحياة في المحيط، وهي مضيعة للموارد، وتكلف الطاقة لضخها مرة أخرى إلى البحر"، لذا فإن تحويلها إلى سلعة مفيدة هو مكسب للجانبين. وهيدروكسيد الصوديوم هو مادة كيميائية في كل مكان أن "كل مختبر في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لديه بعض"، كما يقول، لذلك لا ينبغي أن يكون العثور على الأسواق لذلك صعبا.

وقد ناقش الباحثون هذا المفهوم مع الشركات التي قد تكون مهتمة في الخطوة التالية من بناء نموذج أولي للمصنع للمساعدة في العمل على الاقتصاد في العالم الحقيقي للعملية. يقول كومار: "هناك تحدٍ كبير يتمثل في التكلفة ، سواء تكلفة الكهرباء أو تكلفة المعدات".

كما يواصل الفريق النظر في إمكانية استخراج مواد أخرى أقل تركيزًا من تيار المياه المالحة، كما يقول، بما في ذلك المعادن المختلفة والمواد الكيميائية الأخرى، مما قد يجعل معالجة المياه المالحة عملية أكثر جدوى من الناحية الاقتصادية.

"أحد الجوانب التي ذكرت ... وكان لي صدى قوي معي اقتراح لمثل هذه التكنولوجيات لدعم إنتاج أكثر "محلية" أو "لامركزية" من هذه المواد الكيميائية في نقطة الاستخدام"، يقول Jurg كيلر، أستاذ إدارة المياه في جامعة كوينزلاند في أستراليا، الذي لم يشارك في هذا العمل. "قد يكون لهذا بعض الفوائد الرئيسية للطاقة والتكلفة، لأن زيادة تركيز ونقل هذه المواد الكيميائية غالبا ما تضيف المزيد من التكاليف، بل والطلب على الطاقة أعلى من الإنتاج الفعلي لهذه في التركيزات التي تستخدم عادة."

كما ضم فريق البحث أيضاً كاثرين فيليبس، وجاني كاي، من جامعة ماساتشوستس للتكنولوجيا، وجاني كاي الجامعية، وأوي شرودر في جامعة براونشفايغ، في ألمانيا. وقد دعم العمل كاداجوا، وهي شركة تابعة لشركة Ferrovial، من خلال مبادرة الطاقة لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.