海水淡化突破:从盐中拯救海洋

一位化学家找到了一种方法,可以减少超咸排放物和二氧化碳,因为中东地区越来越依赖海水淡化

desalinated drinking water

以色列IDE Technologies Sorek海水淡化厂的一杯饮用水。

法里德·本亚希亚希望一次性解决两个环境问题:大气中过量的二氧化碳和波斯湾(又名阿拉伯湾)中过量的盐。石油和天然气推动了该地区蓬勃发展的经济——因此产生了过量的二氧化碳——而海水淡化提供了绝大多数饮用水,这个过程产生了浓缩的盐水废料,通常被倾倒回海湾。

卡塔尔大学的化学工程师本亚希亚认为,他可能已经找到了一种巧妙有效的方法来解决这个问题。“目标是用一个聪明的解决方案解决两个棘手的环境问题,并产生有用的、可销售的产品,以部分抵消储存二氧化碳的成本,”他说。

秘诀是索尔维法的变体,这是一种拥有150年历史的七步化学转化方法,广泛用于生产工业用碳酸钠,许多化学家正在努力改进这种方法。本亚希亚简化了工艺,部分原因是他的目标是碳酸氢钠(小苏打)而不是碳酸钠,因此将所需的化学转化步骤减少到仅两步。在氨的存在下,他使纯二氧化碳与海水淡化的废盐水反应,生成固体小苏打和氯化铵溶液。在第二步中,他使氯化铵溶液与氧化钙反应,生成氯化钙溶液和氨气。回收氨气使他可以在第一步中重复使用它,从而降低工艺成本。


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本亚希亚的工艺与众不同之处在于,它将盐水处理的需求减少了近 100%,最终得到碳酸氢钠、氯化钙和氨气,以便在第一步中重复使用。它还使用纯二氧化碳,而其他类似工艺则使用来自发电厂的烟道气——烟道气中约含 10% 的二氧化碳和其他气体。使用烟道气会增加分离出纯二氧化碳的步骤,从而使工艺成本更高。卡塔尔已经有天然气处理厂在靠近盐水处理站的地方排放纯二氧化碳,这使得本亚希亚的解决方案可能具有成本效益,至少在基础设施相似的地方是这样。

在中东大部分地区,盐水处理是一个大问题。海湾以及红海和地中海正在变得更咸,这是由于海水淡化的副产品造成的——该地区是全球海水淡化的中心,阿拉伯联合酋长国、沙特阿拉伯、科威特、卡塔尔、巴林和阿曼占全球海水淡化能力的 45%。这种盐水通常比海水 咸两倍,先进的海水淡化厂每生产一立方米净水仍然会产生大约 两立方米的废盐水。

导致盐度增加的因素还包括地理位置——这些海域基本上是封闭的,水循环水平较低——以及来自幼发拉底河等河流的淡水输入减少,这是由于上游的大型水坝和改道造成的。海湾某些地区的 盐度在 1996 年至 2008 年间翻了一番,预计到 2050 年将再次翻一番以上。“我相信,如果海水淡化项目以今天的相同增长水平继续下去,那么 2050 年盐浓度的估计数字将会更大,”瑞典隆德大学的水资源工程师拉德·巴什蒂亚尔谢尔说,他专门研究海水淡化。海湾地区的海水淡化能力预计在 2012 年至 2030 年间将 几乎翻一番

海湾海岸线日益工业化,拥有石油和天然气生产综合体、发电厂和废水处理设施。这些设施使水变热,并用石油、化学品、营养物质和盐污染水。为棕榈岛和世界岛等迪拜海岸附近的房地产开发项目进行的疏浚是另一个压力源。综合起来,这些影响正在造成损失。2008-09 年有害藻类大量繁殖,导致大量鱼类死亡并破坏了硬珊瑚。其他地方的 研究表明,盐水排放会危害海洋生物,但海湾地区在这方面的研究很少。

盐水倾倒也威胁着未来的饮用水供应。“如果水更咸,就更难净化水,”巴什蒂亚尔谢尔说,并补充说,这样做需要更多的能源,并且更频繁地更换反渗透设备中的膜会增加成本。海湾地区已经看到从特定量的海水中产生的净水产量较低,而且成本更高。“我已经研究到 2050 年,包括目前所有计划中的工厂,”巴什蒂亚尔谢尔说。“如果他们在阿拉伯湾继续这样做,将很难继续下去。”

巴什蒂亚尔谢尔建议稀释作为解决污染问题的一种方法。这可以通过将盐水排放到更远的近海或将其与处理过的废水或发电厂冷却水混合以降低排放前的盐度来实现。他还建议沙特阿拉伯在其红海沿岸建造新工厂,红海沿岸尚未受到海湾地区那么严重的影响。他说他不熟悉本亚希亚的工作,但对索尔维法类型的工艺是否能够实现经济可行性持怀疑态度。

然而,本亚希亚对这种评估提出异议,他列举了经济效益,例如容易获得纯二氧化碳以及他的工艺产品的销售:小苏打和氯化钙。非营利组织卡塔尔基金会知识产权和技术转移办公室的詹姆斯·基廷表示,除了小苏打的许多众所周知的家庭应用外,它还用于调节废水处理中的 pH 值和去除油漆,以及在石油和天然气工业中。回收的液态氯化钙可用作罐装蔬菜和皮革鞣制工业的防腐剂。基廷说,该工艺旨在以低于当前供应商的价格生产这两种产品,从而在这些大型工业市场中找到用途。

“有了这个工艺,我们不需要碳税就能使其在经济上可行,”基廷说。他正在国际上推广这项技术,但他说,“它最适用于海水淡化非常普遍的地区,尤其是在海湾合作委员会 [海湾合作委员会] 和海洋生态系统非常脆弱的海水淡化盛行地区。”

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