海水淡化技術(shù)使用二氧化碳作為替代淡水源利用城市廢水

將城市廢水轉(zhuǎn)化為可用淡水是環(huán)境方面的勝利。

將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為更節(jié)能，使一個(gè)好主意變得更好。

使用溫室氣體——二氧化碳——為這個(gè)過程提供動(dòng)力?

Arup SenGupta是世界知名的研究人員、教育家、作家和發(fā)明家，他將自己 35 多年的職業(yè)生涯致力于開發(fā)解決與缺乏安全飲用水相關(guān)的問題的解決方案，他認(rèn)為這是一種具有潛在變革性的方法。

“由于氣候變化的不利影響，加上全球大都市人口逐漸增加，天然淡水資源——湖泊、河流、地下水——面臨著嚴(yán)重的壓力，”土木與環(huán)境工程以及化學(xué)和生物分子工程教授 SenGupta 說在利哈伊大學(xué)的 PC Rossin 工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院。“大城市的市政污水處理廠不受氣候變化的負(fù)面影響，如果有適當(dāng)?shù)目沙掷m(xù)和具有成本效益的技術(shù)，經(jīng)過處理的污水可以作為潛在的水源。”

2019 年，SenGupta 和他在 Lehigh 的博士生因其創(chuàng)新的 CO2驅(qū)動(dòng)的離子交換脫鹽工藝 HIX-Desal獲得美國專利，他稱之為“將廢水轉(zhuǎn)化為可用水的合法候選人”。

現(xiàn)有的廢水淡化系統(tǒng)，例如加利福尼亞州奧蘭治縣水區(qū)和圣地亞哥市采用的那些系統(tǒng)，使用需要單獨(dú)的電力和/或機(jī)械能源的半透反滲透 (RO) 膜工藝。生產(chǎn) 1000 升(264 加侖)處理過的水需要大約 1 到 1.5 kWh 的能量，或者略高于三個(gè)美國人每天在家使用的平均水量。

HIX-Desal 利用 CO2的獨(dú)特化學(xué)性質(zhì)來替代能源需求。而且，SenGupta 說，當(dāng)與現(xiàn)有的二氧化碳發(fā)生器(如水泥廠和厭氧廢物消化過程)配合使用時(shí)，該過程可以有效地實(shí)現(xiàn)碳負(fù)排放。

“二氧化碳處理安全且無害，可以在單個(gè)脫鹽過程中同時(shí)用作弱酸和弱堿，”他說，“避免了對能源密集型 RO 膜工藝的需要。”該系統(tǒng)還減少了在反滲透設(shè)置中保護(hù)膜所需的水預(yù)處理，從而節(jié)省了成本。

HIX-Desal 的初步研究是與賓夕法尼亞州伯利恒市合作在 Lehigh 家門口進(jìn)行的。SenGupta 的團(tuán)隊(duì)，包括研究環(huán)境工程的 PC Rossin 博士研究員陳浩和本科研究學(xué)者尼克多納托，將通過與利哈伊縣管理局的新合作，對該技術(shù)的能源優(yōu)勢和可擴(kuò)展性有新的認(rèn)識。鄰近阿倫敦的污水處理計(jì)劃。

這個(gè)為期兩年的項(xiàng)目最近由美國內(nèi)政部下屬的聯(lián)邦機(jī)構(gòu)美國墾務(wù)局資助，作為對22 個(gè)實(shí)驗(yàn)室和中試規(guī)模的海水淡化研究項(xiàng)目投資 580 萬美元的一部分，以實(shí)現(xiàn)更廣泛的海水淡化和海水淡化部署。再生水技術(shù)。

SenGupta 說，位于阿倫敦的 Kline's Island 工廠每天處理近 3500 萬加侖的污水，正在進(jìn)行的調(diào)查表明，HIX-Desal 工藝可以將處理過的廢水的鹽度降低 60% 以上，而無需任何反滲透。他解釋說，如果成功地使用來自設(shè)施厭氧消化器的二氧化碳進(jìn)行部署，該技術(shù)每天可以節(jié)省大約 100 萬千瓦時(shí)(或大約足夠?yàn)?94 個(gè)美國家庭供電一年)。

此外，最近的測試證實(shí)了另一個(gè)潛在的好處：2021 年 7 月，SenGupta 的團(tuán)隊(duì)從工廠收集了處理過的廢水樣本，并完成了第一個(gè)循環(huán)過程。他說，結(jié)果表明，植物廢水中存在的磷酸鹽(負(fù)責(zé)藻類生長和富營養(yǎng)化)可以被選擇性地去除、濃縮和回收，作為一種潛在的純肥料，準(zhǔn)備直接現(xiàn)場應(yīng)用。

總的來說，SenGupta 看到了驗(yàn)證廢物二氧化碳的巨大潛力，無論是來自垃圾填埋場還是燃?xì)廨啓C(jī)廢氣，都可用于淡化城市廢水和其他受損來源的水(例如用于發(fā)電廠或工業(yè)設(shè)施冷卻應(yīng)用的水)。

“這個(gè)概念構(gòu)成了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，其中一個(gè)過程產(chǎn)生的廢物是另一個(gè)過程中的潛在資源，”他說。“這是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)，但也令人興奮。”

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