TEHNOLOGIJE

Pripremio: Jozef Baruhović

Desalinizacija morske vode

Preko vakuuma do pitke vode

Tri četvrtine Zemljine površine prekriveno je vodom. Od toga, na mora i okeane, tj. na slanu vodu otpada preko 97,5 %, a na slatkovodne rezerve tek 2,5%. Ako se tih 2,5% umanje za iznos slatkih voda koje se nalaze pod lednicima i pod snežnim pokrivačem, ostaje jedva 0,8% voda koje se neophodne za život na Zemlji

Već oko stotinu godina, zbog razvoja industrije i višestrukog porasta broja ljudi u svetu, prirodni vodeni resursi se troše preko svake mere. Krenulo se od eksploatacije površinskih vodotokova a zatim prešlo na eksploataciju podzemne voda. Sve zemlje sveta, a posebno zemlje Azije, da bi prehranile svoje brojno stanovnistvo, odvajale su za poljoprivredne potrebe sve veće količine vode iz svojih rečnih tokova.

Prekomerno trošenje nije mimoišlo ni podzemne vode. Primer opadanja podzemnih voda je Severna kineska ravnica, u okolini Pekinga, gde svake godine nivo podzemnih voda opada za 1-2m. Akvifer koji je 1950. bio na 5m ispod površine zemlje opao je 1993. za 50m! Ovakvo iscrpljivanje podzemnih voda ne može se nadoknaditi u skoroj budućnosti. Drugi primer je reka Jordan koja se uliva u Mrtvo more. Zbog prekomernog korišćenja reke za potrebe poljoprivrede, znatno je opao dotok slatke vode u Mrtvo more tako da nivo mora sada opada brzinom od 1 m godišnje. Dobar primer je i reka Kolorado, u SAD, čiji je tok pregrađen sa deset velikih brana, odakle se navodnjava 800.000ha poljoprivrednog zemljišta i namiruju potrebe za vodom za 21 milion ljudi; ta reka gotovo da ne stiže do svog ušća!

Ni Srbija se ne može pohvaliti bogatstvom svojih vodenih tokova. U budućnosti će morati da se sve više oslanja na “tranzitne” tokove kakvi su Sava, Dunav, Tisa...

Imajući u vidu ovakvo stanje, razumljivo je da se rešenje traži i u korišćenju neiscrpnog rezervoara vode - svetskih mora. Desalinizacija morske vode je jedan ali ne i jedini način da se reše nagomilani problemi vezani za slatku vodu. Isplativost postrojenja za desalinizaciju zavisi od mesta postrojenja, njegovog kapaciteta i udaljenosti na koju se transportuje slatka voda... Ohrabruje činjenica da se uvećava broj tehnoloških inovacija, što obećava niže cene u budućnosti; procene su da će sadašnje cene od oko 0,5 $/m3 u narednih deset godina pasti na 0,25 $/m3. Desalinizacija nije rešenje za siromašne zemlje sa prekomernom populacijom, gde su velike gradske sredine udaljene od morske obale i gde je potrebno vodu dostavljati dugim cevovodima i na veće nadmorske visine. Ionako skupa desalinizirana voda, ako je transportovana na udaljenost od preko 1000km i ako je podignuta na nadmorsku visinu od preko 1600m, skoro da je dvostruko skuplja. U takvim slučajevima isplativije je dovlačiti svežu vodu cevovodima i sa udaljenosti od 1000km - ako za to postoje prirodni uslovi.

Drugo rešenje je prerada otpadnih voda koje bi se koristile za potrebe poljoprivrede a siromašna prirodna izvorišta koristila bi se za humanu upotrebu. U takvim slučajevima značajno je prikupljanje atmosferskih padavina i racionalno korišćenje postojećih prirodnih resursa. Cena vode dobijene od otpadnih voda niža je do 50% od cene vode koja se dobija desalinizacijom. Pri tome su izbegnute kontaminacija i uništavanje morskog priobalja. Lužine koje ispuštaju postrojenja za desalinizaciju imaju visoku koncentraciju soli, hlora i drugih štetnih sastojaka za morski svet.

Od osmoze do nosača aviona

Prvi pokušaj izrade postrojenja za dobijanja slatke vode iz morske učinjen je 1790. u SAD. Drugi postupak “osmoze “, tj. propuštanja slane vode kroz polupropusne membrane, još je stariji . Otkrio ga je francuski fizicar A. Nole, 1748. Ni jedan od ovih postupaka začetih pre gotovo dvesta godina nisu mogli da nađu komercijalnu upotrebu, sve do Drugog svetskog rata kada su napravljena postrojenja manjeg kapaciteta isključivo za ratne potrebe.

Tokom 1950/60. u SAD je izrađeno prvo postrojenje za desalinizaciju morske vode. Pušteno je u rad 1960. Kapacitet je bio 1 milon galona dnevno (jedan galon iznosi 4,545 l). Treba pomenuti i da veliki američki nosači aviona koriste nuklearnu toplotnu energiju za pokretanje svojih turbina i proizvodnju pijaće vode. Kapacitet ovih postrojenja iznosi 1.500.000 l vode na dan.

Savremeni postupci

Danas se koriste dva tehnološka postupka za dobijanje slatke vode.

Prvi koristi višestepenu vakuumsku destilaciju (VVD) morske vode. Morska voda se zagreva i propušta kroz više uzastopnih komora (obično 4) u kojima isparava u uslovima sniženog pritiska (vakuuma). Cilj višestepenih komora je da se smanji potrošnja energije potrebne za zagrevanje i isparavanje. Ovaj postupak destilacije tečnosti izvodi se u uslovima smanjenog atmosferskog pritiska da bi se snizila tačka ključanja tečnosti, tj. temperatura isparavanja tečnosti. Po metodi VVD izgrađeno je 85% postojećih postrojenja za desalinizaciju vode u svetu. Tokom ovog postupka troši se puno električne, odnosno toplotne energije. Potrebno je 23-27 kWh električne ili toplotne energije da bi se dobio 1m3 slatke vode.

Primenom postupka “kogeneracije” tj. korišćenjem otpadnih rashladnih voda iz termoelektrana, potrošnja energije u postrojenjima za desalinizaciju može se smanjiti do 75%! Podizanje ovakvih postrojenja isplativo je u zemljama koje raspolažu velikim prirodnim energetskim rezervama a koje oskudevaju u prirodnim vodenim resursima. Ova postrojenja podižu su pored velikih termoelektrana da bi se iskoristila otpadna rashladna voda. Stepen iskorišćenja ovih postrojenja je još uvek nizak i iznosi 15-20% ukupne morske vode koja prolazi kroz postrojenje.

Drugi postupak, “reverzibilna osmoza“ (RO) koristi se od 1970. Osmoza je proses po kojem vodeni rastvori niže gustine prodiru u vodene rastvore veće gustine preko poluprovodnih membrana.

U postupku RO prirodni fenomen se koristi u obrnutom smeru: slani vodeni rastvor, u ovom slučaju morska voda, pod pritiskom se propušta kroz poluprovodne membrane u rastvor veće gustine, tj. u lužinu koja predstavlja otpadnu vodu u procesu dobijanja slatke vode. Postupak RO znatno je energetski efikasniji u odnosu na VVD i troši oko 6 kWh za 1m3 proizvedene slatke vode. Pritisak koji se koristi da bi se morska voda propustila kroz poluprovodne membrane kreće se u granicana 40-70 bara. Primenjeni pritisak zavisi od saliniteta vode.

Osetljivi deo opreme RO su polupropusne membrane koje zadržavaju čestice veličine 0,1-5 nanoma (nanom odgovara 10 na-9 stepen metra). Stepen iskorišćenja postrojenja sa RO je znatno viši i kreće se u granicama 30%-50%, zavisno od veličine postrojenja.

Uticaj na okolinu

Uticaj postrojenja za desalinizaciju na život u moru nije zanemarljiv, naročito u “zatvorenim” morima gde je mešanje vode usporeno. Postrojenja za desalinizaciju ispuštaju lužinu koja ima povećanu koncentraciju soli, hlora i drugih minerala. Za primer mogu da posluže zemlje Persijskog zaliva koje iz svojih postrojenja za desalinizaciju - sada ih je 120 - svakog dana ispuštaju 24t hlora, 65t sredstava za čišćenje cevovoda od algi, 300kg bakra... Pošto je ispuštena lužina veće gustine i teža od morske vode, zadržava se na morskom dnu i uništava ekosistem priobalja.

Da bi se smanjio štetan uticaj ispuštene lužine, ona se meša sa otpadnim vodama iz urbanih sredina i rashladnim vodama iz termolektrana tako da se, sa stanovišta očuvanja morske flore i faune, primenjuju klasične mere: čuvanje prirodnih slatkovodnih izvorišta i racionalno trošenje vode. Ako su izvorišta vrlo ograničena, isplativije je vršiti obradu otpadnih voda za potrebe navodnjavanja i poljoprivrede a za ljude koristiti vodu iz postrojenja za desalinizaciju.

Nove tehnologije

U proteklom periodu bilo je dosta tehnoloških inovacija vezanih za desalinizaciju morske vode. Neke su otpala, neke su ugrađena u postrojenja a neke su u fazi ispitivanja i razvoja.

Inovacije na principu poluprovodnih membrana i osmoze obećavaju bolju primenu RO. Poluprovodne membrane na principu “nanocevčica“ mogu da se pokažu daleko efikasnijim sa stanovišta filtracije i utroška energije. Proučavaju se korišćenje Sunčeve energije u procesu desalinizacije i upotreba geotermalnih voda.

“Simens” razvija postupak direktnog delovanja električnog polja na morsku vodu. Specifična potrošnja električne energije, prema toj tehnologiji, trebalo bi da bude 1,5kWh/m3 vode. Ta potrošnja je više nego upola manja od najekonomičnijih savremenih postrojenja za desalinizaciu.

Pitka voda se može dobiti i postupkom zamrzavanja morske vode, kao što se to dešava na polovima. Napori u pravcu snižavanja troškova svakako su razumljivi kada se ima u vidu procena da će se potrebe za svežom vodom koja se može dobiti desalinizacijom utrostručiti u periodu od 2008. do 2020.

Jedna kanadska firma obelodanila je postupak primene solarne energije i drugih toplotnih izvora, pri čemu se stvara “jonska struja“ i izvlače svi joni soli i hlora iz morske vode. Zanimljiv postupak razvio je Indijski nacionalni institut, pod nazivom “Nisko-temperaturna termička desalinizacija” koji se već primenjuje u Indiji. Postupak se sastoji u dovođenju slane vode u komore, gde se formira vakuum. U uslovima vakuuma voda isparava na nižoj temperaturi, tj. na temperaturi okoline. Kroz cevne izmenjivače dovodi se rashladna voda koja kondenzuje paru i pretvara je u pitku vodu. Rashladna voda se dovodi iz mora, sa dubine od oko 600 m, gde temperatura vode iznosi 7-10 stepeni celzijusa.

Postojeća postrojenja u svetu

Procenjuje se da trenutno u svetu radi oko 13.000 postrojenja za desalinizaciju morske vode. Ona dnevno proizvode oko 12 milijardi galona slatke vode (1 galon iznosi 4,54 l). Većina postrojenja nalaze se u Persijskom zalivu, na teritoriji Arapskih emirata i Saudijskoj Arabiji. Slede mediteranske zemlje i južni delovi SAD.

Najveće postrojenje na svetu nalazi se u Ujedinjenim arapskim emiratima i ima kapacitet od 300 miliona m3 vode godišnje. Radi po postupku VVD. Drugo postrojenje po veličini u svetu radi po postupku RO i nalazi se u Izraelu. Ima kapacitet od 129 miliona m3 vode godišnje.

U izgradnji su još tri postrojenja u emiratima. Jedno od njih treba da dostigne kapacitet od 177 miliona m3 vode godišnje. Druga dva u izgradnji nalaze se u Izraelu. Prvo je u Ašdodu i treba da bude pušteno u rad 2012, kapaciteta 100-155 miliona m3 vode, a drugo je postrojenje Sorek koje treba da bude pusteno u rad 2013. kapaciteta 150 miliona m3, uz mogućnost proširenja na 300 miliona m3.

Jozef Baruhović