ZLD/MLD 処理トレインのプロセス フロー図。 TEA および LCA をモデルにした治療トレイン。トレイン 0 は、従来の廃棄オプションを表すベースライン処理トレインです。トレイン 1 ～ 6 は、この研究で評価された 6 つの ZLD/MLD 治療トレインです。トレイン 0 で RO を使用すると、追加の水を回収するという要件が満たされます。トレイン 3 ～ 6 では、NF は二価が豊富なブラインを生成し、廃棄に送られるか (トレイン 3 および 4)、LSRRO 透過水とともに主要な RO 透過水と混合されて有益な二価イオンを供給します (トレイン 5 および 6)。緑色のボックス内のストリームは、コストとエネルギーの計算に「使用可能な水」として定義されたフローを示します。晶析装置なし、および固体塩の収率が 50%、70%、および 90% である晶析装置の操作を含むバリエーションが検討されました。破線は、晶析装置を使用するための処理トレインの変更を示しています。 HX、熱交換。 EP、蒸発池。クレジット： 自然の水 （2024年）。 DOI: 10.1038/s44221-024-00327-1
気候変動により水が不足しています。この問題に対処する有望な方法は、海水を利用できるため、淡水化技術です。
淡水化には可能性がありますが、環境への影響、コスト、アクセスのしやすさといったリスクも伴います。ゼロ液体排出 (ZLD) 技術は、脱塩塩水からより多くの水を絞り出すことにより、脱塩からの水の回収率を高めることを目的としています。 ZLD は水不足と海水淡水化プラントからの廃棄物の削減に役立ちますが、コストが増加し、場合によっては海水淡水化による環境への影響も増大します。
ノースウェスタン・エンジニアリング社のジェニファー・ダン率いるチームによる新たな最適化モデルを用いた新たな分析では、研究者らはZLDを淡水化プラントに組み込むことが将来の水不足と戦うための貴重な方法であると結論付けた。しかし、このプロセスは、エネルギー使用、塩分を含む水の処理、低所得地域のコストに関して、顕著なトレードオフをもたらします。
研究というのは、 出版された 日記で 自然の水。
脱塩では、海水を膜でろ過して塩分を除去し、淡水と塩分を含む塩水を残します。 ZLD は、このブラインからの水の回収量を増やし、その体積を減らすことができるため、脱塩廃棄物の流れをより管理しやすくなります。イスラエル、オーストラリア、サウジアラビアなど水不足が深刻な国には脱塩施設が豊富にありますが、大規模な脱塩に必要なエネルギーは環境面で大きなハードルとなっています。
水を膜に押し込むのに必要な圧力のため、高いエネルギー需要が脱塩と ZLD にとって大きな障害となります。この需要は複雑なサイクルを引き起こします。エネルギー生産には多くの場合水が必要ですが、現在、淡水化による水の生産には大量のエネルギーが必要です。
「大きな課題は、液体排出をゼロにして水を脱塩し、水の生産量を増やすには多量のエネルギーが必要なことだ」とダン氏は語った。 「特に化石燃料が主なエネルギー源である場合、そのエネルギーには高い環境コストがかかります。再生可能エネルギーはよりクリーンな電源として研究されていますが、場所や利用可能なインフラによっては、これらの選択肢はまだ限られています。」
ダンは、マコーミック工学部の化学および生物工学の教授です。彼女は、「液体排出ゼロおよび最小限の脱塩技術のエネルギー、水、土地、およびコストへの影響の分析」と題された研究でその結果を報告しました。ダンはエンジニアリングの持続可能性と回復力のためのセンターを所長しており、ノースウェスタン アルゴンヌ科学技術研究所の副所長を務めています。
論文の中で、ダン氏らは ZLD をより効率的にする方法を評価しました。彼らは、処理トレインの 7 つの異なるオプションを含む、脱塩処理トレイン (連携して機能する複数のテクノロジー) の設計を支援する新しい最適化モデルを使用してこれを実現しました。これには、プロセストレイン (液体の排出をゼロにする一連のステップ) に含まれる各テクノロジーに関する広範な研究が必要でした。このモデルである WaterTap は、National Alliance for Water Innovation によって主導されています。
「ZLD と最小限の液体排出プロセスにより、より多くの水が得られます。これは水不足地域では非常に重要ですが、エネルギーとコストが増加します」とダン氏は述べています。 「各工場では、特定の場所と利用可能なリソースに基づいて決定を下す必要があります。すべてはトレードオフです。」
塩水の廃棄も環境問題を引き起こします。沿岸淡水化プラントでは、塩水をポンプで海に戻すことがよくあります。ただし、その実践による長期的な影響はまだわかっていません。懸念されるのは、塩水には海水よりも塩分が多く含まれており、敏感な地域の海洋生物に影響を与える可能性があることです。
ダン氏は、淡水化がさらに普及するにつれ、塩水処理の監視が不可欠になると強調した。
「高塩分濃度の塩水が海洋生態系に及ぼす影響については十分なデータがありません」とダン氏は言う。 「一部の地域では被害は最小限に抑えられるかもしれないが、他の地域では破壊的になる可能性がある。私たちはそれらのギャップを埋めるために取り組んでいる。」
淡水化には費用がかかり、水へのアクセスに最大の問題を抱えている低所得地域にとっては問題が生じています。淡水化プラントは建設、運転、維持に費用がかかり、大量のエネルギーを必要とします。一部の国では、脱塩水に対して補助金を提供しています。残念ながら、それらは不十分である可能性があります。
「淡水化が唯一の解決策ではありません」とダン氏は言う。 「一部の地域ではそれが不可欠ですが、より広範な水管理戦略の一部でなければなりません。」
ダン氏は、いくつかの国が水不足に対処するために、淡水化と水のリサイクル、雨水の貯留、保全対策などの方法を組み合わせて多面的なアプローチをとっていると指摘した。この技術の組み合わせには明らかな利点があり、予測不可能なリソースと増加する需要に対してコミュニティをより適切に準備できます。
「特定の地域では淡水化が不可欠だが、それだけが水不足への唯一の解決策ではない」とダン氏は語った。 「真の進歩を遂げるためには、各地域の固有のニーズと制約に適応した、より広範で持続可能な水管理戦略の一部としてこれを捉える必要があります。」
詳細情報:
Margaret G. O’Connell 他、液体排出ゼロおよび最小限の淡水化技術のエネルギー、水、土地、およびコストへの影響の分析、 自然の水 （2024年）。 DOI: 10.1038/s44221-024-00327-1
引用: モデリングと分析により、淡水化からの水回収量を増やすための技術的、環境的課題が明らかに (2024 年 11 月 18 日)、2024 年 11 月 19 日に取得
この文書は著作権の対象です。個人的な研究や研究を目的とした公正な取引を除き、書面による許可なしにいかなる部分も複製することはできません。コンテンツは情報提供のみを目的として提供されています。
#モデリングと分析により淡水化からの水回収量を増やすための技術的環境的課題が明らかになります