Tuzdan arındırma, deniz suyunun tuzdan arındırılmasıyla tatlı su üretimidir. Su kaynaklarının kullanımını gerçekleştirmek için açık kaynaklı artımlı bir teknolojidir. Toplam tatlı su miktarını artırabilir ve zamandan, mekandan ve iklimden etkilenmez. Kıyı sakinleri için içme suyu için istikrarlı bir su temini ve endüstriyel kazanlar için su ikmali sağlayabilir.
Deniz suyundan tatlı su elde etme işlemine tuzdan arındırma denir. Kullanılan tuzdan arındırma yöntemleri arasında deniz suyunun dondurulması, elektrodiyaliz, damıtma, ters ozmoz ve amonyum karbonat iyon değişimi bulunur. Ters ozmoz membranı ve damıtma uygulaması pazarda ana akımdır.
Dünyada bir düzineden fazla ülkede 100'den fazla bilimsel araştırma kurumu tuzdan arındırma konusunda araştırma yapıyor ve farklı yapı ve kapasitelere sahip yüzlerce tuzdan arındırma tesisi faaliyette. Modern, büyük ölçekli bir tuzdan arındırma tesisi her gün binlerce, on binlerce hatta neredeyse bir milyon ton tatlı su üretebilir. Suyun maliyeti sürekli olarak düşüyor ve bazı ülkeler bunu musluk suyuna benzer bir fiyata düşürdü. Bazı bölgelerde tuzdan arındırılmış su miktarı ülkelerin ve şehirlerin su tedarik ölçeğine ulaştı.
Yaygın yöntemler
Dünyada ters ozmoz, düşük çok etkili, çok aşamalı flaş buharlaştırma, elektrodiyaliz, buhar damıtma, çiğ noktası buharlaştırma, hidroelektrik kojenerasyonu, termal membran kojenerasyonu ve nükleer enerji, güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, gelgit enerjisi vb. kullanan deniz suyu tuzdan arındırma teknolojisinin yanı sıra mikrofiltrasyon, ultrafiltrasyon ve nanofiltrasyon gibi çoklu ön arıtma ve son arıtma proseslerini de içeren 20'den fazla deniz suyu tuzdan arındırma teknolojisi bulunmaktadır.
Geniş bir sınıflandırma açısından bakıldığında, esas olarak iki kategoriye ayrılır: damıtma (termal yöntem) ve membran yöntemi. Bunlar arasında, düşük çok etkili damıtma, çok aşamalı flaş buharlaştırma ve ters ozmoz membran yöntemi dünyadaki ana akım teknolojilerdir. Genel olarak konuşursak, düşük çok etkili, enerji tasarrufu, düşük deniz suyu ön arıtma gereksinimleri ve yüksek tuzdan arındırılmış su kalitesi avantajlarına sahiptir; ters ozmoz membran yöntemi, düşük yatırım ve düşük enerji tüketimi avantajlarına sahiptir, ancak yüksek deniz suyu ön arıtma gereksinimleri; çok aşamalı flaş buharlaştırma yöntemi, olgun teknoloji, güvenilir çalışma ve büyük cihaz çıktısı avantajlarına sahiptir, ancak yüksek enerji tüketimi. Genellikle düşük çok etkili damıtma ve ters ozmoz membran yönteminin gelecekteki yön olduğuna inanılmaktadır. Ülkemizin 12. Beş Yıllık Plan döneminde deniz suyundan tuzdan arındırma kapasitesinin günlük 1,5-2 milyon tona, yani mevcut üretim kapasitesinin 3-4 katına çıkacağı, yatırım büyüklüğünün ise yaklaşık 20 milyar yuana ulaşacağı tahmin ediliyor.
Dondurulmuş deniz suyu tuzdan arındırma yönteminin prensibi: Deniz suyunun üçlü noktası, deniz suyu buharının, sıvı ve katının üç fazının bir arada var olduğu ve dengeye ulaştığı özel bir noktadır. Basınç veya sıcaklık üçlü noktadan saparsa, denge bozulur ve üç faz otomatik olarak bir veya iki faza yönelir. Deniz suyunun vakumla dondurularak tuzdan arındırılması yöntemi, deniz suyunun üçlü nokta prensibinden yararlanan, suyun kendisini soğutucu olarak kullanan, deniz suyunun aynı anda buharlaşmasını ve donmasını sağlayan ve ardından buz kristallerini ayırıp yıkayarak tuzdan arındırılmış su elde eden düşük maliyetli bir tuzdan arındırma yöntemidir. Damıtma ve membran tuzdan arındırma ile karşılaştırıldığında, dondurulmuş deniz suyu tuzdan arındırma düşük enerji tüketimine, hafif korozyona ve kireçlenmeye, basit ön işleme, küçük ekipman yatırımına sahiptir ve yüksek tuz içeriğine sahip deniz suyunu işleyebilir. İdeal bir deniz suyu tuzdan arındırma yöntemidir.
Dondurma yöntemi
Dondurma yöntemi, yani deniz suyunu dondurmak için dondurma ve tuz ayrılırken sıvı deniz suyu katı buza dönüşür. Hem dondurma yöntemi hem de damıtma yönteminin üstesinden gelinmesi zor dezavantajları vardır. Damıtma yöntemi çok fazla enerji tüketir ve cihazda çok fazla kireç üretir, ancak elde edilen tatlı su çok fazla değildir; dondurma yöntemi de çok fazla enerji tüketir, ancak elde edilen tatlı suyun tadı kötüdür ve kullanımı zordur.
Dondurulmuş deniz suyu tuzdan arındırma işleminin ön soğutulması Gazdan arındırma işleminden sonra deniz suyu, buharlaştırma kristalizatöründen boşaltılan yoğun tuzlu su ve tuzdan arındırılmış suyla ısı alışverişinde bulunabilir ve deniz suyunun donma noktasına yakın bir noktaya kadar ön soğutulabilir. Dondurulmuş deniz suyu tuzdan arındırma işleminin gazdan arındırılması Çünkü deniz suyunda çözünen yoğuşmayan gazlar düşük basınç koşulları altında neredeyse tamamen serbest kalacak ve kondansatörde yoğuşmayacaktır. Bu, sistemin basıncını artıracak, buharlaştırma kristalizatöründeki basıncı iki fazlı nokta basıncından daha yüksek hale getirecek ve işlemi bozacaktır. Açıkçası, dekompresyon gazdan arındırma yöntemi bu sistem için uygundur.
Damıtma yöntemi
Deniz suyunun buharlaşma ve donma hızını etkileyen en önemli faktör tuzdan arındırmadır.
Deniz suyu tuzdan arındırma işleminde buzlu-tuzlu su katı-sıvı bir sistemdir. Sıradan ayırma yöntemleri buzlu-tuzlu suyu ayırabilir, ancak farklı ayırma yöntemleri elde edilen buz kristallerinde farklı tuz içeriklerine neden olur. Deneysel sonuçlar, vakum filtrasyon yöntemiyle elde edilen buz kristallerinin tuz içeriğinin normal basınç filtrasyon yöntemiyle elde edilen buz kristallerininkinden çok daha düşük olduğunu göstermektedir.
Tuzdan arındırma işleminde buhar yoğunlaşması Buharlaştırma kristalleştiricisinde, deniz suyundan buz kristallerinin çökelmesine ek olarak, büyük miktarda buhar da üretilecektir. Bu buharın, deniz suyunun buharlaşmasına ve sürekli donmasına izin vermek için zamanında uzaklaştırılması gerekir.
Ters ozmoz
Yaygın olarak ultrafiltrasyon olarak bilinen bu yöntem, yalnızca 1953'te benimsenen bir membran ayırma tuzdan arındırma yöntemidir. Bu yöntem, deniz suyunu tatlı sudan ayırmak için yalnızca çözücülerin geçmesine izin veren ancak çözünen maddelerin geçmesine izin vermeyen yarı geçirgen bir membran kullanır. Normal koşullar altında, tatlı su yarı geçirgen membrandan deniz suyu tarafına yayılır ve böylece deniz suyu tarafındaki sıvı seviyesi belirli bir yükseklikte durana kadar kademeli olarak yükselir. Bu işleme ozmoz denir. Bu sırada, deniz suyu tarafındaki su sütununun statik basıncına ozmotik basınç denir.
Deniz suyu tarafına deniz suyunun ozmotik basıncından daha büyük bir dış basınç uygulanırsa, deniz suyundaki saf su ters ozmozla tatlı suya dönüşecektir. Ters ozmozun en büyük avantajı enerji tasarrufudur. Enerji tüketimi elektrodiyalizinkinin sadece 1/2'si ve damıtmanınkinin 1/40'ıdır. Bu nedenle, 1974'ten beri, Amerika Birleşik Devletleri ve Japonya gibi gelişmiş ülkeler, geliştirme odaklarını art arda ters ozmoza kaydırmışlardır.
Ters ozmoz deniz suyu tuzdan arındırma teknolojisi hızla gelişmiştir ve proje maliyeti ve işletme maliyeti azalmaya devam etmiştir. Ana geliştirme eğilimleri, ters ozmoz membranlarının işletme basıncını düşürmek, ters ozmoz sistemlerinin geri kazanım oranını iyileştirmek, ucuz ve etkili ön işlem teknolojisi ve sistemin kirlilik önleme yeteneğini artırmaktır.
Güneş enerjisi yöntemi
İnsanlar ilk zamanlarda deniz suyunu tuzdan arındırmak için güneş enerjisini kullandılar, esas olarak damıtma için güneş enerjisini kullandılar, bu yüzden erken güneş tuzdan arındırma cihazlarına genellikle güneş damıtıcısı denirdi. Pasif güneş damıtma sisteminin bir örneği, yaklaşık 150 yıldır kullanılan disk güneş damıtıcısıdır. Basit yapısı ve kolay malzeme edinimi nedeniyle hala yaygın olarak kullanılmaktadır.
Disk güneş damıtıcısı üzerine yapılan araştırmalar, esas olarak malzeme seçimi, çeşitli termal özelliklerin iyileştirilmesi ve çeşitli güneş kollektörleriyle birlikte kullanılması üzerine odaklanmaktadır. Geleneksel güç kaynakları ve ısı kaynaklarıyla karşılaştırıldığında, güneş enerjisinin güvenlik ve çevre koruma avantajları vardır. Güneş enerjisi toplama işlemini tuzdan arındırma işlemiyle birleştirmek, sürdürülebilir bir tuzdan arındırma teknolojisidir.
Güneş enerjisiyle tuzdan arındırma teknolojisi, geleneksel enerji tüketmemesi, kirlilik yaratmaması ve yüksek saflıkta tatlı su sağlaması gibi avantajları nedeniyle giderek insanların dikkatini çekmeye başlamıştır. Güneş enerjisiyle damıtma yöntemi basit bir güneş damıtıcısı kullanır. Damıtıcı, su tankında yüzen bir deliğe sahip siyah gözenekli keçe çekirdekli bir su tankından oluşur. Tankın üstü şeffaf, kenarları kapatılmış bir cam kapakla kaplıdır. Güneş ışığı şeffaf kapaktan geçer ve tankın siyah yalıtımlı tabanına yansıtılır ve burada ısı enerjisine dönüştürülür. Bu nedenle, plastik çekirdekteki su yüzey sıcaklığı her zaman şeffaf kapak tabakasının altındaki sıcaklıktan daha yüksektir. Su keçe çekirdekten buharlaşır ve buhar, sıvıya dönüşmek için kapak tabakasına yayılır ve opak damıtma tankına boşaltılır.
Düşük sıcaklıkta damıtma
Düşük sıcaklıklı çok etkili deniz suyu tuzdan arındırma teknolojisi, tuzlu suyun en yüksek buharlaşma sıcaklığının 70 derecenin altında olduğu damıtma tuzdan arındırma teknolojisini ifade eder. Özellikleri, bir dizi yatay tüplü sprey düşen film buharlaştırıcısının seri olarak bağlanması, ilk etkiye belirli miktarda buhar girilmesi ve bir sonraki etkinin buharlaşma sıcaklığının bir öncekinden daha düşük olmasıdır. Daha sonra, çoklu buharlaştırmalar ve yoğuşmalar yoluyla, buhar miktarının birkaç katı olan damıtılmış suyun tuzdan arındırma işlemi elde edilir.
Çok etkili buharlaştırma, ısıtılmış deniz suyunu seri haldeki birden fazla buharlaştırıcıda buharlaştırmak ve önceki buharlaştırıcıdan buharlaştırılan buharın bir sonraki buharlaştırıcının ısı kaynağı olarak kullanılması ve tatlı suya yoğunlaştırılmasıdır. Bunlar arasında, düşük sıcaklıklı çok etkili damıtma, damıtmada en fazla enerji tasarrufu sağlayan yöntemlerden biridir. Enerji tasarrufu faktörü nedeniyle, düşük sıcaklıklı çok etkili damıtma teknolojisi hızla gelişmiş, cihazın ölçeği genişlemiş ve maliyeti düşmüştür. Ana geliştirme eğilimi, ilk etki sıcaklığını ve cihazın su yapma kapasitesini artırmaktır; mühendislik maliyetlerini düşürmek, çalışma sıcaklıklarını artırmak ve ısı transfer verimliliğini iyileştirmek için ucuz malzemeler kullanın. Düşük sıcaklıklı çok etkili damıtma deniz suyu tuzdan arındırma ekipmanı, bir buhar besleme sistemi, bir su dağıtım sistemi, bir buharlaştırıcı, bir tatlı su tankı ve bir yoğunlaştırılmış su tankından oluşur, burada buhar besleme sisteminin ham buhar girişi, ara etkili buharlaştırıcıya yerleştirilir. Çalışma yöntemi şu şekildedir: (1) su dağıtım sistemi deniz suyu püskürtür; (2) ham buhar, ara etkili buharlaştırıcının buharlaşma borusuna girer; (3) buhar, buharlaşma borusunda yoğunlaşır ve ısıyı aktarır ve buharlaşma borusunun dışı, buharlaşmayı üretmek için ısıyı emer; (4) yeni buhar, her iki tarafındaki buharlaşma borularına taşınır. Borunun dışı ısıyı emer ve buharlaşmayı üretir; (6) her etkili buharlaştırıcı, buharlaşma ve yoğunlaşma sürecini tekrarlar; (7) damıtılmış su, tatlı su tankına girer; (8) konsantre tuzlu su, konsantre su tankına girer.
Çok aşamalı flaş buharlaştırma
Flaş buharlaştırma, belirli bir sıcaklıktaki deniz suyunun bir kısmının, basınçta ani bir düşüş olması durumunda hızla buharlaşması olgusunu ifade eder. Çok aşamalı flaş buharlaştırma deniz suyu tuzdan arındırma, ısıtılmış deniz suyunun, sırayla kademeli olarak azalan basınçlarla birden fazla flaş odasında buharlaştırılması ve tatlı su elde etmek için buharın yoğunlaştırılmasıdır. Küresel deniz suyu tuzdan arındırma cihazı hala en büyük çıktıya ve en olgun teknolojiye, çok aşamalı flaş buharlaştırma yöntemi ile yüksek işletme güvenliğine ve esnekliğe sahiptir. Esas olarak termik santrallerle birlikte inşa edilir ve büyük ve süper büyük tuzdan arındırma cihazları için uygundur. Esas olarak Körfez ülkelerinde kullanılır. Çok aşamalı flaş buharlaştırma teknolojisi olgundur ve işletimde güvenilirdir. Ana geliştirme eğilimi, cihazın tek bir ünitesinin su üretim kapasitesini iyileştirmek, ünite güç tüketimini azaltmak ve ısı transfer verimliliğini artırmaktır.
Elektrodiyaliz yöntemi
Bu yöntemin teknik anahtarı yeni bir iyon değişim membranının geliştirilmesidir. İyon değişim membranı, seçici geçirgenliğine göre pozitif iyon değişim membranı (katyon membranı) ve negatif iyon değişim membranı (anyon membranı) olarak ikiye ayrılan, {{0}.5-1.0mm kalınlığında fonksiyonel bir membrandır. Elektrodiyaliz, seçici geçirgen katyon membranı ve anyon membranını, deniz suyunun tuzdan arındırıldığı, bitişik bölmelerin yoğunlaştırıldığı ve tatlı su ile yoğunlaştırılmış suyun ayrıldığı birden fazla bağımsız bölme oluşturacak şekilde dönüşümlü olarak düzenlemektir. Elektrodiyaliz sadece deniz suyunu tuzdan arındırmakla kalmaz, aynı zamanda kanalizasyonun yeniden kullanımına katkıda bulunmak için su kalitesi arıtma aracı olarak da kullanılabilir. Ayrıca, bu yöntem kimyasal, ilaç, gıda ve diğer endüstrilerin yoğunlaştırılması, ayrılması ve saflaştırılmasında da giderek daha fazla kullanılmaktadır.
Buhar damıtma
Damıtma yöntemi, deniz suyunu kaynatıp buharlaştırmak ve ardından buharı tatlı suya yoğunlaştırmak için kullanılan bir yöntemdir. Deniz suyu tuzdan arındırma teknolojisinin damıtma yöntemi, endüstriyel uygulamaya konulan en eski tuzdan arındırma teknolojisidir. Ciddi şekilde kirlenmiş ve biyolojik olarak oldukça aktif deniz suyu ortamlarında bile uygulanabilir olmasıyla karakterize edilir ve üretilen su yüksek saflıktadır. Membran deniz suyu tuzdan arındırma teknolojisiyle karşılaştırıldığında, damıtma yönteminin elektrik santrallerinden ve diğer fabrikalardan gelen düşük kaliteli ısıyı kullanabilme, ham deniz suyu kalitesi için düşük gereksinimlere sahip olma ve cihazın büyük bir üretim kapasitesine sahip olma avantajları vardır. Şu anda deniz suyu tuzdan arındırma için ana akım teknolojilerden biridir.
Çiy noktası buharlaşması
Çiğ noktası buharlaştırma tuzdan arındırma teknolojisi, acı su ve deniz suyunun tuzdan arındırılması için yeni bir yöntemdir. Taşıyıcı gaz nemlendirme ve nem alma ilkesine dayanırken, yoğuşma ve nem alma ısısını geri kazanır ve ısı transfer verimliliği, karışık gaz tarafındaki ısı transferi ile kontrol edilir. Çiğ noktası buharlaştırma tuzdan arındırma teknolojisi, taşıyıcı olarak havayı kullanır ve deniz suyu veya acı su ile nemlendirerek ve nemini alarak tatlı su üretir ve nem alma işlemini ısı transferi yoluyla nemlendirme işlemiyle birleştirir, böylece yoğuşmanın gizli ısısı doğrudan buharlaşma odasına aktarılır ve tuzlu suyun buharlaşması için buharlaşmanın gizli ısısını sağlayarak işlemin termal verimliliğini artırır. 9,6 m2 ve 2,75 m2'lik etkili ısı transfer alanlarına sahip iki nemlendirme/nem alma birleştirilmiş çiğ noktası buharlaştırma tuzdan arındırma ekipmanı kuruldu. İlgili deneysel ekipman ve bilgisayar veri toplama sistemi kuruldu. Çiğ noktası buharlaştırma tuzdan arındırma temel proses ve parametre korelasyon deneyi ve geliştirilmiş ısı transferi/kütle transferi tuzdan arındırma deneyi başarıyla tamamlandı.
Vakum dondurma
Vakum dondurma deniz suyu tuzdan arındırma işlemi gaz giderme, ön soğutma, buharlaştırma kristalizasyonu, buz kristali yıkama, buhar yoğuşması ve diğer adımları içerir. Tuzdan arındırılmış deniz suyu ürünleri ulusal içme suyu standartlarını karşılayabilir ve ideal bir deniz suyu tuzdan arındırma yöntemidir.
Yeni adsorpsiyon yöntemi-Basınçsız ozmotik adsorpsiyon
Basınçsız adsorpsiyon ozmotik tuzdan arındırma veya "ileri ozmoz", suyun gözenekli bir zardan süper emici bir çözeltiye veya katıya geçmesine izin verir. Tuz konsantrasyonu deniz suyundan bile daha yüksektir, ancak çözeltideki özel tuzlar kolayca buharlaşır. Katı tuz ve sıvı tuz yönlerine ayrılır. Katı tuz desorpsiyonu daha az enerji tüketir.
Diğer iki yöntemde ise film yapısında yenilikler ve iyileştirmeler bulunmaktadır:
Karbon nanotüp filmi, karbon nanotüplerden yapılmış küçük deliklere sahip bir filmdir ve geçirgenlik için başka bir filmdir.
Protein zar, canlı hücrelerin hücre zarından su moleküllerini geçiren, gözenekleri proteinlerden oluşan bir tabakadır.