La seguridad hídrica se está convirtiendo en un desafío global urgente. Cientos de millones de personas ya viven en regiones con escasez de agua, y la ONU proyecta que para 2030 aproximadamente la mitad de la población mundial vivirá en áreas con alto estrés hídrico.crisis incluso para países desarrollados como Estados Unidos, donde los administradores de agua en 40 estados esperan escasez de agua dulce en los próximos 10 años. A medida que la población mundial y el PIB crezcan, también lo hará la demanda de agua dulce. Y, con el continuo aumento de las temperaturas globales, el aguala escasez solo empeorará.
Los procesos de desalinización se utilizan cada vez más para aumentar los suministros de agua. De hecho, se prevé que la capacidad de desalinización global se duplique entre 2016 y 2030. Pero estos procesos son caros y pueden ser perjudiciales para el medio ambiente. Las salmueras de salinidad ultraalta que son el subproductode desalinización puede ser varias veces mayor que la salinidad del agua de mar y sus opciones de gestión son especialmente difíciles para las instalaciones de desalinización interior, como las de Arizona, California, Florida y Texas.
Durante el año pasado, los investigadores de Columbia Engineering han estado refinando su enfoque de desalinización no convencional para las salmueras hipersalinas, la extracción con solvente de oscilación de temperatura TSSE, que muestra una gran promesa para un uso generalizado. La TSSE es radicalmente diferente de los métodos convencionales porque es untécnica basada en extracción con solventes que no utiliza membranas y no se basa en el cambio de fase por evaporación: es efectiva, eficiente, escalable y sustentable. En un nuevo artículo, publicado en línea el 23 de junio en Ciencia y tecnología ambiental , el equipo informa que su método les ha permitido alcanzar una descarga de cero líquido ZLD energéticamente eficiente de salmueras de salinidad ultra alta - la primera demostración de TSSE para la desalinización de salmueras hipersalinas por ZLD.
"La descarga de cero líquidos es la última frontera de la desalinización", dice Ngai Yin Yip, profesor asistente de ingeniería de la tierra y el medio ambiente que dirigió el estudio. "Evaporar y condensar el agua es la práctica actual de ZLD pero requiere mucha energía".y prohibitivamente costoso. Pudimos lograr ZLD sin hervir el agua: este es un gran avance para desalinizar las salmueras de salinidad ultraalta que demuestra cómo nuestra técnica TSSE puede ser una tecnología transformadora para la industria mundial del agua ".
El proceso TSSE de Yip comienza con la mezcla de un solvente de baja polaridad con la salmuera de alta salinidad. A bajas temperaturas el equipo usó 5 ° C, el solvente TSSE extrae agua de la salmuera pero no sales que están presentes en la salmuera comoiones Al controlar la proporción de solvente a salmuera, el equipo puede extraer toda el agua de la salmuera en el solvente para inducir la precipitación de sales - después de que todo el agua es "succionada" en el solvente, las sales forman cristales sólidosy caer al fondo, que luego se puede tamizar fácilmente.
Después de que los investigadores separan las sales precipitadas, calientan el solvente cargado de agua a una temperatura moderada de alrededor de 70 ° C. A esta temperatura más alta, la solubilidad del solvente para el agua disminuye y el agua es expulsada del solvente, comouna esponja. El agua separada forma una capa debajo del solvente y tiene mucha menos sal que la salmuera inicial. Se puede extraer fácilmente y el solvente regenerado se puede reutilizar para el próximo ciclo de TSSE.
"No esperábamos que TSSE funcionara tan bien como lo hizo", dice Yip. "De hecho, cuando discutíamos su potencial para ZLD, pensamos todo lo contrario, que el proceso probablemente se daría en algún momento cuandohay demasiada sal para que siga funcionando. Así que fue una feliz sorpresa cuando convencí al investigador principal, Chanhee Boo, de intentarlo, por el gusto de hacerlo, un viernes por la tarde y obtuvimos excelentes resultados ".
Con una alimentación de salmuera simulada preparada en laboratorio de 292,500 partes por millón de sólidos disueltos totales, el grupo de Yip pudo precipitar más del 90% de la sal en la solución original. Además, los investigadores estimaron que el procesoutilizaron solo alrededor de una cuarta parte de la energía requerida para la evaporación del agua, un ahorro de energía del 75% en comparación con la evaporación térmica de la salmuera. Reutilizaron el disolvente durante varios ciclos sin pérdida notable en el rendimiento, lo que demuestra que el disolvente se conservó y no se gastó.durante el proceso.
Luego, para demostrar la aplicabilidad práctica de la tecnología, el equipo tomó una muestra de campo de salmuera de alta salinidad, el concentrado de agua de drenaje de riego en el Valle Central de California, donde el agua de drenaje de riego es difícil y costosa de tratar, y logró ZLDcon TSSE.
Los métodos de destilación convencionales requieren vapor de alto grado y con frecuencia se complementan con electricidad para alimentar las bombas de vacío. Debido a que TSSE solo requiere entradas de temperatura moderadas, la energía térmica de bajo grado necesaria puede provenir de fuentes más sostenibles, como el calor residual industrial, poco profundo-buenos colectores solares geotérmicos y de baja concentración.
"Con el solvente y las condiciones de temperatura adecuadas, podemos proporcionar opciones de manejo de concentrados rentables y ambientalmente sostenibles para las instalaciones de desalinización interior, utilizando agua subterránea salobre para aliviar el estrés hídrico actual y pendiente", señala Yip.
Además de gestionar los concentrados de desalinización en el interior, la TSSE también se puede utilizar para otras salmueras de alta salinidad, incluido el flujo de retorno y el agua producida a partir de la extracción de petróleo y gas, las corrientes de desechos de las centrales eléctricas de vapor, las descargas de las instalaciones de carbón a productos químicos,y el lixiviado de los vertederos. El grupo de Yip continúa investigando los mecanismos de trabajo fundamentales de TSSE, para diseñar mejoras adicionales en su rendimiento. Este trabajo incluye pruebas adicionales con muestras reales del campo, así como la optimización del proceso general.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia . Original escrito por Holly Evarts. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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