海水淡化突破:從鹽中拯救海洋

一位化學家找到了一種方法,可以減少超鹹排放物和二氧化碳,因為中東地區越來越依賴海水淡化

desalinated drinking water

以色列IDE Technologies Sorek海水淡化廠的一杯飲用水。

法裡德·本亞希亞希望一次性解決兩個環境問題:大氣中過量的二氧化碳和波斯灣(又名阿拉伯灣)中過量的鹽。石油和天然氣推動了該地區蓬勃發展的經濟——因此產生了過量的二氧化碳——而海水淡化提供了絕大多數飲用水,這個過程產生了濃縮的鹽水廢料,通常被傾倒回海灣。

卡達大學的化學工程師本亞希亞認為,他可能已經找到了一種巧妙有效的方法來解決這個問題。“目標是用一個聰明的解決方案解決兩個棘手的環境問題,併產生有用的、可銷售的產品,以部分抵消儲存二氧化碳的成本,”他說。

秘訣是索爾維法的變體,這是一種擁有150年曆史的七步化學轉化方法,廣泛用於生產工業用碳酸鈉,許多化學家正在努力改進這種方法。本亞希亞簡化了工藝,部分原因是他的目標是碳酸氫鈉(小蘇打)而不是碳酸鈉,因此將所需的化學轉化步驟減少到僅兩步。在氨的存在下,他使純二氧化碳與海水淡化的廢鹽水反應,生成固體小蘇打和氯化銨溶液。在第二步中,他使氯化銨溶液與氧化鈣反應,生成氯化鈣溶液和氨氣。回收氨氣使他可以在第一步中重複使用它,從而降低工藝成本。


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本亞希亞的工藝與眾不同之處在於,它將鹽水處理的需求減少了近 100%,最終得到碳酸氫鈉、氯化鈣和氨氣,以便在第一步中重複使用。它還使用純二氧化碳,而其他類似工藝則使用來自發電廠的煙道氣——煙道氣中約含 10% 的二氧化碳和其他氣體。使用煙道氣會增加分離出純二氧化碳的步驟,從而使工藝成本更高。卡達已經有天然氣處理廠在靠近鹽水處理站的地方排放純二氧化碳,這使得本亞希亞的解決方案可能具有成本效益,至少在基礎設施相似的地方是這樣。

在中東大部分地區,鹽水處理是一個大問題。海灣以及紅海和地中海正在變得更鹹,這是由於海水淡化的副產品造成的——該地區是全球海水淡化的中心,阿拉伯聯合大公國、沙烏地阿拉伯、科威特、卡達、巴林和阿曼佔全球海水淡化能力的 45%。這種鹽水通常比海水 鹹兩倍,先進的海水淡化廠每生產一立方米淨水仍然會產生大約 兩立方米的廢鹽水。

導致鹽度增加的因素還包括地理位置——這些海域基本上是封閉的,水迴圈水平較低——以及來自幼發拉底河等河流的淡水輸入減少,這是由於上游的大型水壩和改道造成的。海灣某些地區的 鹽度在 1996 年至 2008 年間翻了一番,預計到 2050 年將再次翻一番以上。“我相信,如果海水淡化專案以今天的相同增長水平繼續下去,那麼 2050 年鹽濃度的估計數字將會更大,”瑞典隆德大學的水資源工程師拉德·巴什蒂亞爾謝爾說,他專門研究海水淡化。海灣地區的海水淡化能力預計在 2012 年至 2030 年間將 幾乎翻一番

海灣海岸線日益工業化,擁有石油和天然氣生產綜合體、發電廠和廢水處理設施。這些設施使水變熱,並用石油、化學品、營養物質和鹽汙染水。為棕櫚島和世界島等迪拜海岸附近的房地產開發專案進行的疏浚是另一個壓力源。綜合起來,這些影響正在造成損失。2008-09 年有害藻類大量繁殖,導致大量魚類死亡並破壞了硬珊瑚。其他地方的 研究表明,鹽水排放會危害海洋生物,但海灣地區在這方面的研究很少。

鹽水傾倒也威脅著未來的飲用水供應。“如果水更鹹,就更難淨化水,”巴什蒂亞爾謝爾說,並補充說,這樣做需要更多的能源,並且更頻繁地更換反滲透裝置中的膜會增加成本。海灣地區已經看到從特定量的海水中產生的淨水產量較低,而且成本更高。“我已經研究到 2050 年,包括目前所有計劃中的工廠,”巴什蒂亞爾謝爾說。“如果他們在阿拉伯灣繼續這樣做,將很難繼續下去。”

巴什蒂亞爾謝爾建議稀釋作為解決汙染問題的一種方法。這可以透過將鹽水排放到更遠的近海或將其與處理過的廢水或發電廠冷卻水混合以降低排放前的鹽度來實現。他還建議沙烏地阿拉伯在其紅海沿岸建造新工廠,紅海沿岸尚未受到海灣地區那麼嚴重的影響。他說他不熟悉本亞希亞的工作,但對索爾維法型別的工藝是否能夠實現經濟可行性持懷疑態度。

然而,本亞希亞對這種評估提出異議,他列舉了經濟效益,例如容易獲得純二氧化碳以及他的工藝產品的銷售:小蘇打和氯化鈣。非營利組織卡達基金會智慧財產權和技術轉移辦公室的詹姆斯·基廷表示,除了小蘇打的許多眾所周知的家庭應用外,它還用於調節廢水處理中的 pH 值和去除油漆,以及在石油和天然氣工業中。回收的液態氯化鈣可用作罐裝蔬菜和皮革鞣製工業的防腐劑。基廷說,該工藝旨在以低於當前供應商的價格生產這兩種產品,從而在這些大型工業市場中找到用途。

“有了這個工藝,我們不需要碳稅就能使其在經濟上可行,”基廷說。他正在國際上推廣這項技術,但他說,“它最適用於海水淡化非常普遍的地區,尤其是在海灣合作委員會 [海灣合作委員會] 和海洋生態系統非常脆弱的海水淡化盛行地區。”

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