Deniz Suyu Arıtmada Son Gelişme Yönü Nedir?

Tatlı su üretim maliyetini düşürmeyi amaçlayan son trendlerden biri de deniz suyu ters ozmoz (SWRO) sistemlerinin kullanılmasıdır. Bu sistemler, tuzdan arındırmanın genel geri kazanım oranını tipik %{0}}'dan %{1}}'e çıkarabilir.

Yüksek geri kazanımlı sistemlerin son kapsamlı testlerine dayanarak, SWRO sistemlerinin enerji tüketimi 2,1 kWh/m olarak bulundu³ve 2,9 kWh/m³Deniz suyu tuzluluğu sırasıyla 35,{1}} mg/L ve 43,{3}} mg/L'dir.

Bu enerji tüketimi, deniz suyunu geri kazanmak için basınç değiştiricileri kullanan geleneksel SWRO sistemleriyle kıyaslanabilir düzeydedir, ancak temel fark, yüksek geri kazanımlı sistemlerin sürdürülebilir geri kazanım aralığının %10-20 daha yüksek olmasıdır.

Su tesisi alım ve ön arıtma sistemlerinin daha yüksek geri kazanım oranlarına göre tasarlanması, yeni su tesisleri için önemli sermaye ve su üretim maliyetlerinden tasarruf sağlayabilir ve mevcut su tesislerinin tatlı su üretim kapasitesini nispeten düşük sermaye yatırımıyla artırabilir.
 

Tuzdan arındırma enerji tüketimini ve tatlı su üretim maliyetlerini azaltma arayışındaki son trend, mevcut geleneksel membran elemanlarından daha yüksek su geçirme verimliliğine sahip nanoyapılı (NST) ters ozmoz membranlarının geliştirilmesidir.

NST membranlar esasen, membranın polimer matrisine rastgele yerleştirilmiş bireysel doğrusal nano boyutlu kanallar (tüpler/partiküller) içeren RO membranlardır veya tamamen kümelenmiş nano boyutlu kanallardan (nanotüpler) yapılabilirler.

NST membran teknolojisi son 10 yılda hızla gelişmiş olup, son zamanlarda geliştirilen NST membranlar ya geleneksel membranların içine inorganik nanopartiküller katmakta ya da yoğun şekilde paketlenmiş nanotüp dizilerinden oluşan yüksek yapılı gözenekli membranlardan oluşmaktadır.

Bu NST membranların, neredeyse aynı yüksek red oranlarına sahip geleneksel RO membranlara kıyasla daha yüksek özgül geçirgenliklere sahip olduğu bildirilmektedir.

Ayrıca, NST membranlar aynı koşullar altında çalışan konvansiyonel ve RO membranlarla karşılaştırılabilir veya daha düşük kirlenme oranlarına sahiptir ve belirli iyonların tutulma seçiciliğini artıracak şekilde tasarlanabilir.

Döngüsel ekonomi, sürdürülebilir küresel ekonomik büyümenin tek yoludur. Örneğin, döngüsel ekonomi modelini uygulayarak, tuzdan arındırma tesisleri tarafından üretilen tuzlu su, kalsiyum, magnezyum ve sodyum klorür gibi yüksek değerli minerallerin kaynağı olarak kullanılabilir. Nadir toprak elementleri - lityum, stronsiyum, toryum ve rubidyum dahil - tuzlu sudan da çıkarılabilir.

Son zamanlarda, küresel nadir toprak elementi piyasası baskıları, nadir metal bulunabilirliğini ve tedarikini sürdürülebilir kalkınma tartışmalarının ve araştırma gündemlerinin ön saflarına taşıdı. Bu metaller, uçaklar, otomobiller, akıllı telefonlar ve biyomedikal cihazlar dahil olmak üzere birçok ürünün temel bileşenlerini üretmek için kullanılır.

Temiz enerji teknolojilerinin ve sürdürülebilir ürün, süreç ve üretimin geliştirilmesi ve yaygınlaştırılmasının, lityum, bakır, kobalt, gümüş ve altın gibi platin grubu metaller de dahil olmak üzere büyük miktarlarda nadir metaller ve değerli elementler gerektireceği giderek daha fazla kabul görmektedir.

En son teknoloji trendleri, magnezyumun otomotiv, bilgisayar ve cep telefonu endüstrilerinde alüminyumun yerini aldığını gösteriyor çünkü magnezyum %30'dan daha hafif. Dünyada sınırlı magnezyum kaynakları olmasına rağmen, deniz suyu büyük miktarda magnezyum içerir ve bu magnezyum, tuzdan arındırılmış tuzlu suda yoğunlaştırılıp daha sonra seçici adsorpsiyon yoluyla çıkarılarak geri kazanılabilir.
Son yıllarda tuzdan arındırma sektörü, tuzlu sudan ticari açıdan değerli ürünlerin üretilmesini sağlamak amacıyla çeşitli tuzlu su yoğunlaştırma ve mineral çıkarma teknolojileri geliştirmiştir.

Deniz suyundan mineral çıkarmak, karada madencilik yapmaktan daha çevre dostu bir iştir.

Deniz suyu madenciliği, işleme için tatlı su gerektirmez ve bertaraf edilmesi gereken büyük miktarda kirli su veya atık üretmez.

Ayrıca, bu yeni tuzlu su yoğunlaştırma teknolojileri, okyanusa tuzlu su deşarjını önemli ölçüde azaltabilir veya tamamen ortadan kaldırabilir.

Tuzlu su kaynak teknolojisi geliştikçe, tuzlu sudan ticari olarak yüksek değerli minerallerin (magnezyum, lityum ve saf sodyum klorür gibi) çıkarılmasından elde edilen gelir, tuzdan arındırılmış su üretmenin maliyetini karşılayabilir ve böylece tuzdan arındırılmış su, en maliyetli sürdürülebilir tatlı su tedarik kaynağından en düşük maliyetli tatlı su tedarik kaynağına dönüştürülebilir.
Tuzlu su kaynaklarının geri kazanımı, tuzdan arındırmanın enerji sürdürülebilirliği zorluğunu çözmenin anahtarı da olabilir. Yeni nesil nükleer santraller, nükleer yakıt olarak uranyum yerine toryum ve rubidyum kullanacak.

10 ila 50 megavat gücündeki küçük nükleer santraller, büyük ve orta ölçekli tuzdan arındırma tesislerine elektrik sağlayabilir. Bu yeni enerji kaynağının başlıca avantajı, yeterli miktarda ham maddenin doğrudan tuzdan arındırma tesisinin tuzlu suyundan çıkarılabilmesidir. Tuzlu sudan kolayca çıkarılabilmesinin yanı sıra, bu nadir toprak elementlerinin bir diğer avantajı da nükleer silah yapımında kullanılamamasıdır, bu da tuzdan arındırma tuzlu suyunu atom enerjisinin barışçıl kullanımı için yeni bir ham madde haline getirir ve insanlığa daha fazla fayda sağlar.

Tuzlu ve deniz suyu ters ozmoz membranlarını temizlemek için kullanılan kimyasallar genellikle diş macunu, sabun ve ticari deterjanlarda kullanılan kimyasallarla aynıdır. Geri yıkama ve membran yıkama suyu genellikle deşarj için tuzdan arındırılmış konsantreye eklenmeden önce katıları veya diğer kirleticileri gidermek için işlenir. Modern tuzdan arındırma tesislerinde kullanılan son teknoloji tuzdan arındırma işlemleri çok sınırlı kimyasal kullanır.

Çeşitli tuzdan arındırma işlemleri sırasında eklenen tüm kimyasallar gıda sınıfındadır, biyolojik olarak parçalanabilir ve sucul yaşam için toksik olmayan şekilde özel olarak taranmıştır. Tuzdan arındırma tesisi deşarjları da toksik değildir ve deniz yaşamı için zararsızdır ve çevredeki deniz ekosisteminde kalıcı değişikliklere neden olmadan hızla parçalanacak şekilde tasarlanmıştır.

Son yıllarda tuzdan arındırma, kimyasal madde içermeyen tuzdan arındırma ve konsantreden değerli mineraller ile nadir metallerin geri kazanımına doğru kaymakta olup, tuzdan arındırmanın bu yüzyılın en çevre dostu ve sürdürülebilir su temin alternatiflerinden biri haline gelmesi beklenmektedir.

Son beş yılda, Avustralya, İspanya, Suudi Arabistan ve Orta Doğu'nun diğer bölgeleri gibi büyük tuzdan arındırma tesislerine sahip birçok ülke, tuzdan arındırma üretim sürecinde kullanılan kimyasalların miktarını ve çeşitliliğini azaltmayı amaçlayan kapsamlı yeşil tuzdan arındırma programları uygulamaya başladı. Bu planlar, tuzdan arındırma teknolojisindeki ve araştırmalarındaki en son gelişmelerden yararlanarak mevcut tüm tesisleri kimyasal içermeyen tuzdan arındırma tesislerine dönüştürecek.

Tuzdan arındırma tesisleri, giriş borularında ve ters ozmos membranlarında deniz organizmalarının büyümesini engellemek amacıyla gelen suyu klorlamak için tarihsel olarak sodyum hipoklorit kullanmıştır.

Tuzdan arındırma tesisi operatörlerinin çoğu bu uygulamayı yaklaşık on yıl önce bıraktı ve artık ayda bir veya iki kez, her seferinde 6 ila 8 saat süreyle klorlama uyguluyor.

Ayrıca bazı tuzdan arındırma tesisi yöneticileri, gelen deniz suyunda herhangi bir dezenfektan kullanmazlar çünkü biyolojik kirliliği kontrol etmek için kimyasallar yerine tuzdan arındırma tesisi ön arıtma sistemini kullanmayı tercih ederler.

Ferrik klorür ve ferrik sülfat şu anda deniz suyu ön arıtımında en yaygın kullanılan pıhtılaştırıcılardır. Geçmişte bu kimyasallar sabit bir oranda ve nispeten yüksek miktarlarda ekleniyordu.

Tuzdan arındırma sektörü, deniz suyundaki katı madde içeriğinin otomatik olarak izlenmesini benimsemiş olup, koagülant dozajını suda bulunan gerçek askıda katı madde içeriğine orantılı olarak otomatik olarak ayarlamaktadır.

Dünya genelindeki tesislerin çoğu son 10 yılda bu çalışma stratejisini benimsedi ve bu sayede koagülan kullanımı eskiden olduğu gibi yarıdan da azalıyor.

On yıl öncesine kadar birçok tuzdan arındırma tesisi, su arıtma kimyasını optimize etmek için asit ve flokülantlar kullanıyordu.

Günümüzde en gelişmiş tuzdan arındırma tesisleri ve deneyimli mühendisler artık ön arıtma için asit ve flokülantlar kullanmıyor, bunun yerine su arıtma kimyasını yönetmek için optimize edilmiş ön arıtma sistemlerine ve operasyonlarına güveniyor.

2010'a kadar, birçok tuzdan arındırma tesisinde, esas olarak tuzdan arındırılmış sudan borun uzaklaştırılmasından kaynaklanan kireçlenmeyi önlemek için, kireç önleyiciler ve sodyum hidroksit yaygın olarak kullanılıyordu. 2011'de, Dünya Sağlık Örgütü içme suyundaki bor için kılavuz sınırını 0,5 mg/L'den 2,4 mg/L'ye çıkardı ve o zamandan beri, çoğu tuzdan arındırma tesisi sodyum hidroksit ve kireç önleyiciler eklemeyi bıraktı.

Kimyasal içermeyen ve yenilenebilir enerjiye dayalı yeni teknolojilerin benimsenmesindeki bir sonraki adım, kireç gibi ticari olarak satılan kalsiyum bileşiklerini kullanmak yerine, tuzlu sudan elde edilen kalsiyumu kullanarak tuzdan arındırılmış suyu sonradan arıtmaktır.

Tuzun deniz suyundan ayrılması, ters ozmos membranında doğal olarak oluşan ozmotik basıncın üstesinden gelmek için büyük miktarda enerji gerektirir. Tuzdan arındırılmış sudan içme suyu üretmenin karbon ayak izi, geleneksel tatlı su kaynaklarından içme suyu üretmekten daha yüksek olsa da, yiyecekleri soğutmak, banyo suyunu ısıtmak, özel araba kullanmak veya uçakla uçmak gibi yaşam kalitesini artıran diğer insan faaliyetlerinden daha düşüktür.

Günümüzde, çoğu tuzdan arındırma tesisi elektrik üretmek için fosil yakıtlar kullanmaktadır. Ancak, Avustralya'daki son birkaç rüzgar enerjisi projesi, tuzdan arındırma tesislerinin kullandığı kadar elektrik üreten SWRO tuzdan arındırma tesislerinde uygulanmıştır. Birkaç Orta Doğu ve Kuzey Afrika ülkesi, tuzdan arındırma için elektrik sağlamak üzere güçlü bir yenilenebilir enerji santralleri portföyü geliştirme inisiyatifi almıştır.

ABD, Suudi Arabistan ve Avrupa'daki dünya lideri araştırma merkezleri, yenilenebilir enerji alternatiflerini araştırırken, tuzdan arındırma işleminin toplam enerji tüketimini 2,45 kWh/m'nin altına düşürmeyi amaçlayan yeni nesil enerji geri kazanım cihazları, yüksek basınç pompaları ve membranlar geliştiriyor.³ve ters ozmoz tuzdan arındırmanın enerji talebini 1,8 kWh/m'nin altına düşürmek³Bu gelişmeler, tuzdan arındırma tesislerinin toplam enerji tüketimini ve karbon ayak izini %30'dan fazla azaltacaktır.

2001'de ilk basınç değiştiricinin tanıtılmasından bu yana, bu çığır açan teknoloji tuzdan arındırma enerji geri kazanım verimliliğini %75'ten %96'ya çıkardı. Ancak, enerji geri kazanımını teorik maksimum olan %99'a çıkarma fırsatı hala var.