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脱盐工艺新进展:脱除海水中的盐
来源:bob最新官网下载    发布时间:2024-07-04 10:22:01
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  由于中东对海水淡化的依赖日益增加,一位化学家找到了减少极咸物质和二氧化碳排放的方法Farid Benyahia想要同时解决两个环境问题:大气中过量的二氧化碳和波斯湾(Persian Gulf,又称阿拉伯湾)中过量的盐。石油和天然气驱动了这个地区爆炸式的经济发展——同时也带来了过量的二氧化碳。脱盐工艺为人们提供大部分的饮用水,这样的一个过程会产生富集的废弃盐水,而且通常这些废水会排放回到波斯湾中。卡塔尔大学(Qatar University)的化学工程师Benyahia认为,他找到了一种巧妙而高效的方法来处理问题。他说,“我们的目标是要通过一种明智的方法解决两个麻烦的环境问题,并生产有用的、有市场的产品,以部分抵消封存二氧化碳的成本。”其奥秘就是改进的氨碱法(Solvay process),氨碱法是一种通过七步化学转化反应以生产工业用碳酸钠的方法,有着150年的历史并被大范围的应用,许多化学家也致力于改进这套方法。Benyahia部分简化了这个流程,得到碳酸氢钠(小苏打)而不是碳酸钠,因此将必需的化学转化步骤减少到仅仅两步。在氨的环境下,他将纯的二氧化碳与脱盐后产生的废盐水反应,生成固态小苏打和氯化铵溶液。然后他将氯化铵溶液与氧化钙反应,生成氯化钙溶液和氨气。氨回收后可以在第一步反应中重复使用,减少了流程了成本。Benyahia的流程特殊之处在于它几乎完全消除了废盐水处理需求,最终产物包括碳酸氢钠、氯化钙和可在第一步中重复利用的氨。它也利用了二氧化碳,其他类似的流程中使用的是发电装置的烟道气——只有约10%的二氧化碳并含有其他气体。用这种烟道气反而要增加提纯二氧化碳这个步骤,会使流程的费用更高。在卡塔尔,海水处理厂旁边就有天然气处理厂,其会排放纯的二氧化碳,这使得Benyahia的方法具有经济潜力,至少是在有类似基础设施的地方。废盐水处理对于大部分中东地区来说都是一个大问题。波斯湾、红海和地中海正被脱盐的副产物弄得越来越咸,而这片地区正是世界海水淡化的中心,阿拉伯联合酋长国、沙特阿拉伯、科威特、卡塔尔、巴林和阿曼的海水淡化产能占全球总量的45%。这些盐水的咸度是正常海水的两倍,而且即使是先进的脱盐装置在生产每立方米清洁淡水的同时也要产生约两立方米废盐水。地理环境也造成盐度一直上升——这些海域特别大程度上是封闭的,水循环非常少——还有因为大规模的水坝和上游河流改道引起的来自包括幼发拉底河等河流的新鲜水流入减少。在波斯湾的一些地方,1996年至2008年间盐度增加了一倍,而到了2050年,预计至少要再增加一倍。海水淡化领域的专家,瑞典隆德大学(Lund University)的水资源工程师Raed Bashitialshaaer说,“我相信如果这些海水淡化项目持续着现在的上涨的速度,预计2050年的盐浓度会更高。”波斯湾地区的海水淡化产能预计在2012年至2030年间会几乎翻倍。波斯湾的海岸线地区正在持续的工业化,包括油气生产建筑群,发电装置和废污水处理设施。这些会使水体升温,并使得石油、化学品、营养的东西和盐污染水体。迪拜海岸附近地区房地产商的发展——如棕榈岛(the Palm)和世界岛(the World)——所必须的挖泥工程则是另一个刺激源。这些行为造成的恶果最终由人类来吞下。2008-2009年间一次水藻爆发导致了大量的鱼类死亡,损害了不少硬珊瑚。别的地方的研究表明,废盐水的排放对海洋生物造成了危害,但这类型的调查在波斯湾很少有。废盐水的排弃也威胁到了未来的饮用水供应。 Bashitialshaaer说,“如果水变咸了,它就更难净化了,”同时这需要更加多的能源,反渗透装置也需要更频繁地更换其中的膜,这回导致成本上升。对于一定量的海水,波斯湾已经需要更高的成本来淡化,而且只有更低的收率。“我统计了到2050年时的所有装置,包括现在正在规划的,”Bashitialshaaer说,“如果在阿拉伯湾这个情况不改变,这个产业很难继续下去。”Bashitialshaaer认为稀释是解决污染问题的一个方法。这能够最终靠在更加远离海岸线的地方排放废盐水,或者将其与处理过的废水或发电厂的冷却水混合以减少排放水的盐度来实现。他也建议沙特阿拉伯在其红海的海岸边建造新厂,因为这一个地区受到的影响暂时还没有波斯湾那么严重。他说他并不熟悉Benyahia的工作,但他对类似于氨碱法的工艺流程的经济可行性表示怀疑。但是,Benyahia对这一评论作出了反驳,他列举了一些经济效益,如容易获得纯二氧化碳,还可以出售该流程中的产物(小苏打和氯化钙)。James Keating说,除了众所周知的家庭用途外,,小苏打还被用于废水净化处理中的控制pH以及除去油漆,在油气工业中也有应用。James Keating正在向非营利的卡塔尔基金会知识产权和技术转让办公室推销这项技术。以液相回收的氯化钙可以用作罐头蔬菜中的防腐剂和皮革鞣制加工工业中。Keating说,这个流程旨在以相比现有工艺来说更便宜的生产方式生产这两种产品,并因此在这些巨大的工业市场中找到应用。“有了这样的解决方法,我们不需要交碳税,就能使得它经济可行,”Keating说。他在国际上推广技术,但他说,“在大量应用脱盐工业的地区它最有应用价值,特别是在海湾合作委员会(Gulf Cooperation Council, GCC)地区和那些海水淡化盛行,但海洋ECO非常脆弱的地区。”

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