TEHNOLOGIJA
Pripremio: Msc Jozef Baruhović
Desalinizacija morske vode
Postrojenja budućnosti
Potrebe za vodom za su sve veće a prirodni resursi sve manji. Jedni od razloga za takvo stanje su porast broja stanovnika, sve viši životni standard u pojedinim državama i povećane potrebe industrije. Koji je odgovor na te novonastale izazove? Rešenja uvek ima ali neizostavno pitanje je i koliko to košta? Jedno od rešenja je obrada upotrebljene vode iako je ta voda, posle obrade, nižeg kvaliteta. Mogućnosti njene ponovne upotrebe su ograničene i vezane uglavnom za poljoprivredu. Drugo rešenje je desalinizacija morske vode uz skuplju tehnologiju.
Zbog znatne potrošnje energije, troškovi dobijanja vode desalinizacijom veći su od troškova dobijanja vode iz rečnih tokova i bunara. Veći su i od troškova obrade otpadnih voda. Ali, pod određenim uslovima, posebno vezanim za nedostatak prirodnih izvora, postrojenja za desalinizaciju se grade, posebno u zemljama sa malo padavina: Australiji, zemljama Bliskog istoka, Persijskog zaliva, severne Afrike, itd.
Desalinizacija je tehnološki postupak kojim se iz morske vode i podzemnih zaslanjenih izvorišta izdvajaju soli i potom dobija voda za piće. Postupak je nezavisan od atmosferskih padavina i postrojenja su locirana pretežno pored morskih obala. Procenjuje se da je tokom 2011. u svetu izgrađeno oko 16. 000 fiksnih postrojenja za desalinizaciju. Ona su proizvodila dnevno preko 66 miliona m3 vode i snabdevale vodom 300 miliona stanovnika. Postrojenja velikih kapaciteta izgrađena su u Saudijskoj Arabiji , UAE i Izraelu.
Postrojenja u Saudijskoj Arabiji pokrivaju 50% lokalnih potreba u vodi. Najveće postrojenje proizvede milion m3 pijaće vode na dan. Trenutno najveće postrojenje za desalinizaciju je u Emiratima gde proizvodi oko 490.000 m3 pijaće vode dnevno. Izrael desalinizacijom pokriva 35 % svojih potreba. Jedno tamošnje postrojenje proizvodi nešto manje od 400.000 m3 pijaće vode na dan, što do kraja 2015. treba da sa 40 % zadovolji potrebe za slatkom vodom. I druge zemlje u svetu raspolažu postrojenjima za desalinuzaciju, ali su ona manjih kapaciteta. Pored fiksnih postrojenja u upotrebi su i brojna “pokretna” postrojenja. Ona se koriste u domaćinstvu, na vojnim objektima, na brodovima i podmornicama, privatnim jahtama itd.
Do sada je razvijeno preko dvadeset različitih metodologija za desalinizaciju, od kojih su neke u eksperimentalnoj fazi. One se zasnivaju na raznim tehnološko-tehničkim principima. Do sada je najveći broj postrojenja izgrađen primenom tehnologija vakumske destilacije (VD) i reverzibilne osmoze (RO).
Postupak vakuumske destilacije
VD se zasniva na principu zagrevanja vode, isparavanju i kondenzaciji. Kondenzuje se čista voda za pice, oslobođena od svih minerala i soli. Isparavanje se izvodi u posudama gde je pritisak ispod atmosferskog, tj. u vakuumu, kako bi se ostvarilo isparavanje morske vode pri nižim temperaturama . Cilj je ušteda energije potrebne za zagrevanje i isparavanje vode. Sa nižim temperaturama za isparavanje omogućena je upotreba “otpadne toplote “ tj. energije niže temperature koja se odbacuje iz elektrana i industrijskih postrojenja. Tako postupak upotrebe ”otpadne toplote“ tj. kogeneracije kod postrojenja za desalinizaciju tehnologijim VD dobija puni značaj. (Kogeneracija je postupak korišćenja otpadne toplotne energije iz elektrana ili otpadne toplote iz industrijskih postrojenja. Od posebnog je od interesa postupak sa dizel generatorima, gde postrojenja po tehnologiji VD koriste toplotu izduvnih gasove iz dizel motora.)
 Postrojenja za desalinizaciju mogu biti izgrađena i sa namenom da primarna funkcija bude proizvodnja toplotne energije za postupak desalinizacije a sekundarna proizvodnja električne energija koja se može isporučiti na javnu elektro mrežu. Postupak VD omogućava znatne uštede i skoro da je nezaobilazan u proizvodnji pijaće vode. Pri primeni postupka kogeneracije, otpadna toplota praktično je besplatna. Tako je, na primer, za VD potrebno utrošiti 1,3-2,5 kWh/m3 električne energije plus 5-8,5 kWh/m3 toplotne, što ukupno čini 6,5-11,0 kWh/m3 ukoliko nije na raspolaganju otpadna toplotna energija. Uz metodologiju kogeneracije ta cena je dvostruko manja.
Kao izvor toplotne energije koriste se i nuklearni reaktori, posebno za velika postrojenja. Za primer može da posluži Japan gde se u upotrebi nalazi osam nuklearnih reaktora. Današnji trend izgradnje postrojenja za desalinizaciju su i hibridne tehnologije, tj. kombinacija RO i VD kombinovan sa korišćenjem otpadne toplote iz termo-elektrana i industrijskih postrojenja. Trenutno se grade fiksna postrojenja za desalinizaciju kapaciteta do 400.000 m3 na dan i znatno manja za specijalne namene. Na primer, nosač aviona vojske SAD koristi energiju iz nuklearnog reaktora da bi proizveo 1.500.000 l destilisane vode dnevno.
Postupak reverzibilne osmoze
Pri primeni postupka RO, morska voda se pod pritiskom utiskuje u polupropusne membrane izrađene od materijale sa mikroskopskim otvorima, veličine 0,1-5.000 nm. Membrane su nepropusne za molekule soli i ostale minerale. Na membranama se vrši izdvajanje soli i drugih minerala iz morske vode. Na drugom kraju membrane dobija se čista obrađena voda za piće a kao sporedni proizvod - voda povećanog saliniteta. Tehnologija RO može izdvojiti više vrsta molekula i jona iz rastvora tako da se može koristitii za pročišćavanje industrijskih voda i za desalinizaciju zaslanjenih voda iz bunara. Posebno je interesantna za demineralizaciju voda koje se koriste u kotlovskim postrojenjima elektrane, gde je potrebna izuzetna čistoća vode. RO se može koristiti i za pročišćavanje otpadnih voda, vode za upotrebu u domaćinstvu i za kuvanje. Danas se proizvode uređaji kapaciteta 600-190.000 l na dan.
 Postrojenja na principu RO mogu biti fiksna i prenosna. Prenosna postrojenja su interesantna za vojnu upotrebu, prilagođena su terenskim uslovima i vodama raznog stepena zaprljanosti. Pritisak pod kojim se voda utiskuje u membrane iznosi 40-82 bara, a za zaslanjene bunarske vode pritisak je 15-17 bara. RO za desalinizaciju ne troši toplotnu energiju. Sam postupak RO odvija se u nekoliko faza i u pojedinim blokovima u samom postrojenju. Tipično postrojenje za RO sastoji se iz: predobrade ulazne morske vode, pumpi visokog pritiska, sklopa sa membranama, sklopa za ponovno unošenje mineralnih sastojaka u slatku vodu i popravku pH faktora i sklopa za dezinfekciju slatke vode.
Morske vode se na ulazu čisti. Izdvajaju se svi čvrsti predmeti. Zatim se voda pod pritiskom dovodi i propušta kroz poluprovodne membrane. U velikim postrojenjima procenat pretvaranja morske u slatku vodi iznosi 40%. Kod manjih postrojenja taj procenat iznosi 20% i zavisi od primenjene tehnologije i saliniteta vode. Salinitet morske vode kreće se u granicama 2-4,5%. Kod obrade slankastih voda, salinitet je niži i procenat dobijanja slatke vode iznosi 80%. U tehnologiji RO, otpadna voda je lužina povećanog saliniteta. Završna faza obrade je unošenje minerala koji su uklonjeni postupkom desalinizacije i, po potrebi, dezinfekcija vode na patogene bakterije. Količina pročišćene vode zavisi od veličine membrana, veličine otvora na membranama, temperature i radnog pritiska u pumpama.
Utrošak energije i cena
Tehnologijom RO troši se manje energije u poređenju sa VD tako da je do masovnijeg uvođenje postrojenja sa RO tehnologijom došlo i zbog nižih proizvodnih cena.
Cena proizvedene vode tehnologijom RO kreće u granicama cene 3 kWh/m3 -5,5kWh/m3. Cena može biti i niža od 3 kWh/m3 i zavisi od uslova na terenu. To je i cena vode koja se dobija iz prirodnih izvora i dovodi cevovodima u urbane sredine. Sveža voda koja je na licu mesta ima niže troškove proizvodnje i podrazumeva 0,2 kWh/m3. Prema podacima Međunarodne asocijacije za desalinizaciju, tokom 2011. 66% postrojenja izgrađeno je u tehnologiji RO (44,5 ukupne svetske proizvodnje), tj. 67,4 mm3/dan. Po tehnologiji RO, u proseku , nešto manje od 50% pretvara se u čistu pijaću vodu. Ostatak se odbacije u vidu lužine tj. morske vode povećanog saliniteta. Kod zaslanjenih voda iz bunara, čak 80% voda moguće je pretvoriti u čistu slatku vodu, uz znatno manji utrošak energije.
Cena vode dobijene desalinizacijom zavisi od: veličine postrojenja za desalinizaciju, lokacije postrojenja, prilaza napojnoj vodi, ceni radne snage, ceni energije… Od uticaja je i dnevna potrošnja vode po glavi stanovnika. Primera radi, potrošnja vode po glavi stanovnika u SAD iznosi oko 380 l na dan pri ceni od 0,29 dolara, dok za evropske zemlje, pri potrosnji od 190 l na dan po glavi stanovnika ta cena iznosi 0,14 dolara. Za afričke zemlje, pri potrošnji od 60 l poglavi stanovnika, cena iznosi 0,05 dolara na dan.
Alternativa desalinizaciji
Desalinizacija je energetski intenzivan postupak. Masovnija upotreba zavisi od tehnološkog napretka, posebno pri izradi polupropusnih membrana, i cene energije. Cena pijaće vode dobijene desalinizacijom je znatno viša od cene sveže vode dobijene iz izvora sa reka, ispumpavanjem iz bunara ili one dobijene obradom otpadnih voda i skupljanjem kišnice.
Postrojenja za desalinizaciju tokom rada ispuštaju znatne količine vode povećanog saliniteta , koja je je gušća od morske vode pa pada na morsko dno. Ova lužina može biti štetna za morsko priobalje i može oštetiti ekološki sistem tako da je potrebno preduzeti mere da se ti nepovoljni uticaji smanje ili izbegnu. U te mere spadaju odvođenje lužina dalje od obale i mešanje sa otpadnim vodama iz elektrana koje imaju nizak salinitet.
Nove tehnologije
Imajući u vidu nepovoljan uticaj lužine kod postupka RO, od interesa je staro-novi postupak desalinizacije isparavanjem, uz pomoć sunčeve energije (tzv. solarna desalinizacija) gde sva morska voda isparava u prostranim bazenima. Kao sporedni proizvod dobijaju se znatne količine morske soli.
“Simens” je 2008. pokrenuo tehnologiju zasnovanu na primeni električnog polja, gde je za proizvodnji 1 m3 desalinizovane vode potrebno 1,5 kWh električne energije, što je upola manje nego u dosad primenjenim postupcima.
Msc Jozef Baruhović
Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"
|
