Biến chất thải khử muối thành một nguồn tài nguyên hữu ích

Quá trình phát triển tại MIT có thể biến nước muối cô đặc thành hóa chất hữu ích, làm cho việc khử muối hiệu quả hơn.

David L. Chandler | Văn phòng tin tức MIT

YÊU CẦU BÁO CHÍ

Chú thích:

Các nhà máy khử muối ven biển như thế này thường xả một lượng lớn nước muối đậm đặc trở lại biển. Các nhà nghiên cứu của MIT đã chỉ ra rằng thay vào đó, phần lớn chất thải này có thể được biến thành hóa chất hữu ích.

Chú thích:

Minh họa mô tả tiềm năng của quá trình được đề xuất. Nước muối, có thể thu được từ dòng chất thải của các nhà máy khử muối thẩm thấu ngược (RO), hoặc từ các nhà máy công nghiệp hoặc hoạt động khai thác muối, có thể được xử lý để tạo ra các hóa chất hữu ích như natri hydroxit (NaOH) hoặc axit hydrochloric (HCl).

Tín dụng:

Hình minh họa lịch sự của các nhà nghiên cứu

Ảnh trước Ảnh tiếp theo

Ngành công nghiệp khử muối đang phát triển nhanh chóng sản xuất nước uống và cho nông nghiệp ở các khu vực ven biển khô cằn trên thế giới. Nhưng nó để lại như một sản phẩm chất thải rất nhiều nước muối tập trung cao độ, thường được xử lý bằng cách đổ nó trở lại biển, một quá trình đòi hỏi hệ thống bơm tốn kém và phải được quản lý cẩn thận để ngăn ngừa thiệt hại cho hệ sinh thái biển. Bây giờ, các kỹ sư tại MIT nói rằng họ đã tìm ra một cách tốt hơn.

Trong một nghiên cứu mới, họ chỉ ra rằng thông qua một quá trình khá đơn giản, vật liệu thải có thể được chuyển đổi thành các hóa chất hữu ích - bao gồm cả những hóa chất có thể làm cho quá trình khử muối hiệu quả hơn.

Cách tiếp cận có thể được sử dụng để sản xuất natri hydroxit, trong số các sản phẩm khác. Còn được gọi là xút ăn da, natri hydroxit có thể được sử dụng để xử lý trước nước biển đi vào nhà máy khử muối. Điều này làm thay đổi độ axit của nước, giúp ngăn ngừa bẩn màng được sử dụng để lọc nước mặn - một nguyên nhân chính gây gián đoạn và thất bại trong các nhà máy khử muối thẩm thấu ngược điển hình.

Khái niệm này được mô tả ngày nay trên tạp chíXúc tác tự nhiênvà trong hai bài báo khác của nhà khoa học nghiên cứu MIT Amit Kumar, giáo sư kỹ thuật cơ khí John. H. Lienhard V, và một số người khác. Lienhard là Giáo sư Jameel về Nước và Thực phẩm và là giám đốc của Phòng thí nghiệm Hệ thống Nước và Thực phẩm Abdul Latif Jameel.

"Bản thân ngành công nghiệp khử muối sử dụng khá nhiều trong số đó," Kumar nói về natri hydroxit. Họ đang mua nó, chi tiền cho nó. Vì vậy, nếu bạn có thể làm cho nó tại chỗ tại nhà máy, đó có thể là một lợi thế lớn. Số lượng cần thiết trong bản thân cây ít hơn nhiều so với tổng số có thể được sản xuất từ nước muối, vì vậy cũng có tiềm năng để nó trở thành một sản phẩm có thể bán được.

Natri hydroxit không phải là sản phẩm duy nhất có thể được làm từ nước muối thải: Một hóa chất quan trọng khác được sử dụng bởi các nhà máy khử muối và nhiều quy trình công nghiệp khác là axit hydrochloric, cũng có thể dễ dàng được thực hiện tại chỗ từ nước muối thải bằng cách sử dụng các phương pháp xử lý hóa học được thiết lập. Hóa chất có thể được sử dụng để làm sạch các bộ phận của nhà máy khử muối, nhưng cũng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất hóa chất và như một nguồn hydro.

Hiện tại, thế giới sản xuất hơn 100 tỷ lít (khoảng 27 tỷ gallon) mỗi ngày nước từ khử muối, để lại một khối lượng nước muối đậm đặc tương tự. Phần lớn trong số đó được bơm trở lại biển, và các quy định hiện hành đòi hỏi các hệ thống thoát nước tốn kém để đảm bảo pha loãng đầy đủ các muối. Do đó, chuyển đổi nước muối có thể mang lại lợi ích cả về kinh tế và sinh thái, đặc biệt là khi khử muối tiếp tục phát triển nhanh chóng trên toàn thế giới. "Xả nước muối an toàn với môi trường có thể quản lý được với công nghệ hiện tại, nhưng tốt hơn hết là thu hồi tài nguyên từ nước muối và giảm lượng nước muối được giải phóng," Lienhard nói.

Phương pháp chuyển đổi nước muối thành các sản phẩm hữu ích sử dụng các quy trình hóa học nổi tiếng và tiêu chuẩn, bao gồm lọc nano ban đầu để loại bỏ các hợp chất không mong muốn, tiếp theo là một hoặc nhiều giai đoạn điện phân để sản xuất sản phẩm cuối cùng mong muốn. Mặc dù các quy trình được đề xuất không phải là mới, các nhà nghiên cứu đã phân tích tiềm năng sản xuất hóa chất hữu ích từ nước muối và đề xuất một sự kết hợp cụ thể của các sản phẩm và quy trình hóa học có thể biến thành hoạt động thương mại để tăng cường khả năng tồn tại kinh tế của quá trình khử muối, đồng thời giảm tác động môi trường của nó.

Kumar nói: "Nước muối rất tập trung này phải được xử lý cẩn thận để bảo vệ sự sống trong đại dương, và đó là một chất thải tài nguyên, và nó tốn năng lượng để bơm nó trở lại biển, vì vậy biến nó thành một mặt hàng hữu ích là một đôi bên cùng có lợi, Kumar nói. Và natri hydroxit là một hóa chất phổ biến đến mức "mọi phòng thí nghiệm tại MIT đều có một số", ông nói, vì vậy việc tìm kiếm thị trường cho nó không nên khó khăn.

Các nhà nghiên cứu đã thảo luận về khái niệm này với các công ty có thể quan tâm đến bước tiếp theo của việc xây dựng một nhà máy nguyên mẫu để giúp tìm ra kinh tế thực tế của quá trình này. Kumar nói: "Một thách thức lớn là chi phí - cả chi phí điện và chi phí thiết bị. "

Nhóm nghiên cứu cũng tiếp tục xem xét khả năng chiết xuất các vật liệu khác, nồng độ thấp hơn từ dòng nước muối, ông nói, bao gồm các kim loại khác nhau và các hóa chất khác, có thể làm cho việc xử lý nước muối trở thành một công việc thậm chí còn khả thi hơn về mặt kinh tế.

"Một khía cạnh đã được đề cập ... và cộng hưởng mạnh mẽ với tôi là đề xuất về các công nghệ như vậy để hỗ trợ sản xuất 'cục bộ' hoặc 'phi tập trung' hơn các hóa chất này tại thời điểm sử dụng," Jurg Keller, giáo sư quản lý nước tại Đại học Queensland ở Úc, người không tham gia vào công việc này cho biết. Điều này có thể có một số lợi ích lớn về năng lượng và chi phí, vì việc tăng nồng độ và vận chuyển các hóa chất này thường làm tăng thêm chi phí và nhu cầu năng lượng thậm chí cao hơn so với sản xuất thực tế của chúng ở nồng độ thường được sử dụng.

Nhóm nghiên cứu cũng bao gồm MIT postdoc Katherine Phillips và đại học Janny Cai, và Uwe Schroder tại Đại học Braunschweig, Đức. Công việc được hỗ trợ bởi Cadagua, một công ty con của Ferrovial, thông qua Sáng kiến Năng lượng MIT.