Nanotechnologie zwiększające wydajność odsalania
Obecnie każdego dnia w 14 000 instalacji na całym świecie odsalane są 63 miliony metrów sześciennych wody. W instalacjach tych wykorzystywany jest głównie proces odwróconej osmozy (RO), w którym przez polimerową membranę o dużej gęstości przepuszczane są tylko molekuły wody. Jednak odsalanie metodą odwróconej osmozy nie jest przyjazne dla środowiska, dlatego też w ramach projektu NAWADES zdecydowano się podjąć prace nad usprawnieniem tego procesu. Do opracowania nowych rozwiązań w tym zakresie wykorzystano nanotechnologie. Wg Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) obecnie już 33% ludzi na świecie ma utrudniony dostęp do wody, zaś do roku 2050 ta liczba wzrośnie do 60%. Niektóre kraje już pracują nad pokryciem zapotrzebowania na wodę poprzez odsalanie wody morskiej; przykładowo w Izraelu ponad 40%, a w Arabii Saudyjskiej aż 70% wody doprowadzanej do miast pochodzi z odsalania – procesu pozyskiwania świeżej wody pitnej z wody morskiej. W Europie odbywa się około 10% światowej produkcji wody odsalanej, przy czym prym wiedzie tu Hiszpania posiadająca ponad 700 zakładów zajmujących się odsalaniem. Nawet w Londynie w Wielkiej Brytanii powstała już pierwsza instalacja do odsalania wody morskiej. Jednak używane obecnie technologie nie są pozbawione wad. Jedną z nich jest duża ilość odpadów powstająca podczas odsalania metodą odwróconej osmozy. Odpady z solanki oraz dodane środki chemiczne są zwykle odprowadzane do morza. Sam proces pochłania też niezwykle dużo energii. Uzyskanie optymalnej wydajności odsalania w przypadku korzystania z membran do odwróconej osmozy nie jest możliwe z powodu osadzania się na nich dużej ilości soli mineralnych (tzw. kamienia) i zanieczyszczenia bakteriami, co często prowadzi do skrócenia trwałości eksploatacyjnej membrany. „W celu zmniejszenia ilości osadów mineralnych i organicznych oraz ograniczenia konieczności kosztownej wymiany membran opracowaliśmy system ciągłego dozowania środków przeciwdziałąjących osadzaniu się kamienia oraz odpowiednie strategie chlorowania i odchlorowywania wody” – wyjaśniła Christiane Chaumette z Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology, koordynator projektu NAWADES. Zadaniem stworzonego w ramach projektu NAWADES europejskiego konsorcjum, złożonego z producentów i użytkowników membran, było przeprowadzenie badań w zakresie usprawnienia procesu odsalania wody morskiej, zaczynając od podstawowego elementu: membrany, z uwzględnieniem całego procesu – od pobrania wody morskiej po odprowadzanie ścieków. Wykorzystane przez konsorcjum technologie obejmowały plazmową modyfikację powierzchni membrany oraz wbudowane rozwiązania do naświetlania promieniami UV wspomagające usuwanie biologicznych zanieczyszczeń z membrany. Zaprojektowano nowe urządzenie odsalające z funkcją samoczyszczenia i dodatkową, giętą obudową z diodami LED. Diody te dostarczają światło aktywujące katalizator w postaci dwutlenku tytanu (TiO2) obecny w membranach z polifluorku winylidenu (PVDF) lub tlenku aluminium. W ramach projektu prowadzono również prace nad systemem do monitorowania osadzania się zanieczyszczeń mineralnych i organicznych na podstawie porównania impedancji elektrycznej. Demonstracyjne prototypy membran LED i membran samoczyszczących zostały przetestowane w instalacji pilotażowej zbudowanej na potrzeby projektu NAWADES w zakładzie odsalającym El Prat de Llobregat w hiszpańskiej Barcelonie. Na etapie prezentacji do testów w warunkach ograniczonego przepływu oraz przepływu krzyżowego użyto czterech różnych wersji membran do ultrafiltracji, z naświetlaniem LED-UV lub bez niego. „Udział w całym procesie twórczym NAWADES, od testów laboratoryjnych poprzez prezentację po opracowanie różnych koncepcji rynkowych to niesamowite doświadczenie. Jestem bardzo wdzięczna partnerom biznesowym za możliwość opublikowania w odpowiednim czasie niektórych wyników badań” – powiedziała Chaumette. Partnerzy projektu NAWADES złożyli 2 wnioski patentowe, z których jeden został już rozpatrzony pozytywnie. Podpisali również umowę komercjalizacyjną, umożliwiającą wykorzystywanie technologii NAWADES i dalszy rozwój technologii pokrewnych w ramach partnerstw dwu- i trójstronnych.
Słowa kluczowe
NAWADES, odsalanie, system membranowy, woda morska, odwrócona osmoza, osad śluzowaty, powstawanie kamienia
