Förvandla avsaltningsavfall till en användbar resurs

Process utvecklad vid MIT kan göra koncentrerad saltlösning till användbara kemikalier, vilket gör avsaltning effektivare.

David L. Chandler | MIT:s nyhetskontor

PRESSFÖRFRÅGNINGAR

Bildtext:

Avsaltningsanläggningar vid havet som denna släpper vanligtvis ut stora mängder koncentrerad saltlösning tillbaka i havet. MIT-forskare har visat att mycket av detta avfall istället kan förvandlas till användbara kemikalier.

Bildtext:

Illustrationen visar potentialen i den föreslagna processen. Saltlake, som skulle kunna erhållas från avfallsströmmen av omvänd osmos (RO) avsaltningsanläggningar, eller från industrianläggningar eller saltbrytning, kan bearbetas för att ge användbara kemikalier som natriumhydroxid (NaOH) eller saltsyra (HCl).

Krediter:

Illustration med tillstånd av forskarna

Föregående bild Nästa bild

Den snabbt växande avsaltningsindustrin producerar dricksvatten och jordbruk i världens torra kustregioner. Men det lämnar efter sig som avfallsprodukt en hel del högkoncentrerad saltlake, som vanligtvis bortskaffas genom att dumpa den tillbaka i havet, en process som kräver kostsamma pumpsystem och som måste hanteras noggrant för att förhindra skador på marina ekosystem. Ingenjörer på MIT säger att de har hittat ett bättre sätt.

I en ny studie visar de att avfallsmaterialet genom en ganska enkel process kan omvandlas till användbara kemikalier – inklusive sådana som kan göra avsaltningsprocessen mer effektiv.

Tillvägagångssättet kan bland annat användas för att producera natriumhydroxid. Annars känd som kaustik soda, natriumhydroxid kan användas för att förbehandla havsvatten som går in i avsaltningsanläggningen. Detta förändrar vattnets surhet, vilket hjälper till att förhindra påväxt av de membran som används för att filtrera bort det salta vattnet - en viktig orsak till avbrott och misslyckanden i typiska omvända osmosavsaltningsanläggningar.

Konceptet beskrivs idag i tidskriftenNaturkatalysoch i två andra artiklar av MIT-forskaren Amit Kumar, professor i maskinteknik John. H. Lienhard V, och flera andra. Lienhard är Jameel professor i vatten och mat och chef för Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab.

" Avsaltningsindustrin själv använder en hel del av den", säger Kumar om natriumhydroxid. " De köper det, spenderar pengar på det. Så om du kan ta dig in på plats på anläggningen kan det vara en stor fördel. Det belopp som behövs i själva anläggningarna är mycket mindre än det totala som skulle kunna produceras från saltlösningen, så det finns också potential för att det blir en säljbar produkt.

Natriumhydroxid är inte den enda produkt som kan tillverkas av avfalls saltlösning: En annan viktig kemikalie som används av avsaltningsanläggningar och många andra industriella processer är saltsyra, som också lätt kan tillverkas på plats från avfalls saltlösningen med hjälp av etablerade kemiska bearbetningsmetoder. Kemikalien kan användas för rengöring av delar av avsaltningsanläggningen, men används också i stor utsträckning i kemisk produktion och som en källa till väte.

För närvarande producerar världen mer än 100 miljarder liter (cirka 27 miljarder gallon) per dag vatten från avsaltning, vilket lämnar en liknande volym koncentrerad saltlake. Mycket av detta pumpas tillbaka ut till havs, och nuvarande regler kräver kostsamma utfallssystem för att säkerställa tillräcklig utspädning av salterna. Att omvandla saltlaken kan därför vara både ekonomiskt och ekologiskt fördelaktigt, särskilt som avsaltningen fortsätter att växa snabbt runt om i världen. " Miljövänlig urladdning av saltlake är hanterbart med nuvarande teknik, men det är mycket bättre att återvinna resurser från saltlösningen och minska mängden saltlake som släpps ut", säger Lienhard.

Metoden att omvandla saltlaken till användbara produkter använder välkända och vanliga kemiska processer, inklusive initial nanofiltrering för att avlägsna oönskade föreningar, följt av ett eller flera elektrodialysstadier för att producera önskad slutprodukt. Även om de processer som föreslås inte är nya, har forskarna analyserat potentialen för produktion av användbara kemikalier från saltlake och föreslagit en specifik kombination av produkter och kemiska processer som kan förvandlas till kommersiell verksamhet för att förbättra avsaltningsprocessens ekonomiska bärkraft, samtidigt som dess miljöpåverkan minskar.

" Denna mycket koncentrerade saltlake måste hanteras noggrant för att skydda livet i havet, och det är ett resursavfall, och det kostar energi att pumpa ut den till havs igen", så att göra den till en användbar vara är en win-win, säger Kumar. Och natriumhydroxid är en sådan allestädes närvarande kemikalie att "varje labb på MIT har några", säger han, så att hitta marknader för det borde inte vara svårt.

Forskarna har diskuterat konceptet med företag som kan vara intresserade av nästa steg i att bygga en prototypanläggning för att hjälpa till att räkna ut processens verkliga ekonomi. " En stor utmaning är kostnaden – både elkostnader och utrustningskostnader", säger Kumar.

Teamet fortsätter också att titta på möjligheten att utvinna andra material med lägre koncentration från saltlakeströmmen, säger han, inklusive olika metaller och andra kemikalier, vilket skulle kunna göra saltlösningsbearbetningen till ett ännu mer ekonomiskt lönsamt företag.

"En aspekt som nämndes ... och starkt resonerade med mig var förslaget om sådan teknik för att stödja mer "lokaliserad" eller "decentraliserad" produktion av dessa kemikalier vid användningspunkten, säger Jurg Keller, professor i vattenförvaltning vid University of Queensland i Australien, som inte var involverad i detta arbete. " Detta kan ha vissa stora energi- och kostnadsfördelar, eftersom uppkoncentrationen och transporten av dessa kemikalier ofta ger mer kostnader och ännu högre energibehov än den faktiska produktionen av dessa vid de koncentrationer som vanligtvis används."

Forskargruppen inkluderade också MIT-postdoktorn Katherine Phillips och studenten Janny Cai och Uwe Schroder vid universitetet i Braunschweig i Tyskland. Arbetet stöddes av Cadagua, ett dotterbolag till Ferrovial, genom MIT Energy Initiative.