Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Natur

Sådan fungerer afsaltning

Omkring 70 procent af verden er vand, men så lidt kan faktisk bruges, fordi det meste er saltvand. Hemera/Thinkstock

At reducere saltvand til dets grundlæggende elementer-salt og vand-er så simpelt, at det er blevet en videnskabstime for førsteklasser. Faktisk, en "sol -still" kan omdanne saltvand til ferskvand på få dage. Du skal blot fylde en stor skål med saltvand og sætte et tomt glas i midten. Dæk derefter skålen - tomt glas og det hele - med plastfolie, der har et lille hul stukket i midten. Placer udstyret i direkte sollys, og se vandcyklussen på arbejde:Saltvandet fordamper, efterlader saltkrystaller, og skaber kondens, der stiger, samler sig på plastmembranen og drypper ned i det tomme glas. Det resulterende ferskvand er godt nok til at drikke [kilde:Williams].

Men hvorfor fjerne salt i første omgang? Viser sig, drikke saltvand kan dræbe dig. Indtagelse af salt signalerer dine celler til at skylle vandmolekyler for at fortynde mineralet. For meget salt, og denne proces kan forårsage en virkelig dårlig kædereaktion:Dine celler vil blive tømt for fugt, dine nyrer lukker ned, og din hjerne bliver beskadiget. Den eneste måde at opveje dette indre kaos er at urinere med større frekvens for at udvise alt det salt, et middel, der kun kunne fungere, hvis du har adgang til masser af fersk drikkevand [kilde:Thompson].

Mennesker-især dem i vandhungrede dele af verden-har i århundreder søgt efter ferskvandsløsninger. Det viser sig, at de samme mennesker, der byggede gigantiske sfinxer og kørte hestevogne, også tørstede efter rent, rent vand [kilde:Jesperson]. Selv i moderne tid, hele befolkninger kæmper med en grusom ironi; de er omgivet af saltvand, men mangler drikkevand. Knapheden skaber nogle gange dødelige konflikter. I 2009, tilskuere dræbte en familie i tørketrænet Indien for at have opsamlet vand fra en kommunal brønd, før det løb tør [kilde:Pacific Institute].

Men hvad nu hvis der kunne skabes rigeligt ferskvand fra saltvand? En stor afsaltningsoperation-ved hjælp af principper, der ligner et enkelt klasseværelsesprojekt-kan ændre verden. På den næste side, Vi vil undersøge, hvorfor det ikke altid er så let at gøre saltvand til drikkevand.

Indhold
  1. Afsaltning på arbejdspladsen
  2. Vandløsninger
  3. Fremtiden for afsaltning

Afsaltning på arbejdspladsen

Der er mere end én måde at adskille salt fra vand, men næsten 90 procent af tiden, kun én af to metoder bruges:flertrins -flash og omvendt osmose [kilde:WorldPumps.com].

Kan du huske, hvorfor det er så slemt at drikke saltvand? Når dine celler passerer vand gennem den ydre membran for at forhindre dig i at dehydrere, osmose forekommer. Ved at flytte vandet gennem membranen, cellen forsøger at udligne sin høje interne saltkoncentration med en lav ekstern saltkoncentration. Det kaldes osmose. Omvendt osmose sker når, for eksempel, du lægger saltvand på den ene side af en halvgennemtrængelig membran, og tryk flytter vandmolekylerne gennem filtreringsmembranen, da de større molekyler-herunder saltmolekyler-forbliver fanget bagved. Til salt hav- eller havvand, der kræves et betydeligt tryk for at føre vandet gennem et filter, hvor hver pore kun er en brøkdel af størrelsen på et menneskehår [kilde:American Chemical Society]. Det betyder, at en række pumper normalt er i spil, alt udøver pres på vandet [kilde:WorldPumps.com].

I modsætning til omvendt osmose, som er afhængig af en membran for at filtrere saltmolekyler ud, det flertrinsblitz metode bruger varme til at omdanne saltvand til ferskvand. Hvorfor sådan et usædvanligt navn? "Flash" refererer til hurtigt at bringe vandet i kog, og det sker flere gange, eller i etaper. Når saltvandet kommer ind i hvert trin i konverteringsenheden, den udsættes for eksternt tilført dampvarme og tryk. I hvert trin, vanddamp dannes og opsamles. Denne vanddamp er ferskvand, og det efterladte saltkoncentrat er kendt som saltlage. I flertrinsdestillation - som ved omvendt osmose - tilføjes normalt ikke kemikalier eller vandblødgøringsmidler [kilde:Organisation af amerikanske stater].

Så hvis afsaltning er mulig, hvorfor slukker store anlæg ikke verdens tørst efter ferskvand? Kun omkring 15 milliarder gallon-to tiendedele af en procent af det ferskvand, der forbruges rundt om i verden hver dag-er afsaltet saltvand [kilde:Schirber]. På den næste side, vi vil undersøge, hvor den nyeste generation af saltvandskonvertere dukker op.

Afsaltning fra Aristoteles til den amerikanske flåde

Så tidligt som 350 f.Kr. den græske filosof Aristoteles tænkte meget over at fjerne salt fra vand ved hjælp af en række filtre [kilde:Aristoteles]. I 1700 -årene den amerikanske flåde brugte regelmæssigt solstiller til at skabe ferskvand, og de efterfølgende årtier så fremkomsten af ​​stillbilleder indbygget i skibsovne. Under Anden Verdenskrig, afsaltning tog endnu et spring:Den amerikanske flåde konstruerede en landbaseret destilleri på en ø i Stillehavet, der slog ud omkring 55, 000 liter ferskvand om dagen - mere end en fordobling af produktionen af ​​ethvert eksisterende destilleri i verden [kilde:U.S. Congress].

Vandløsninger

Vand dækker mindst 70 procent af verdens overflade. Men 97 procent af det er for salt til at drikke [kilde:Frederick]. Det her, kombineret med uligheder i vanddistribution og geografisk tilgængelighed, betyder vandmangel er en realitet for mange mennesker. Faktisk, mangel på vand påvirker fire ud af 10 mennesker i verden [kilde:Verdenssundhedsorganisationen]. Der kan være alvorlige sundhedsmæssige konsekvenser ved ikke at have nok vand. Nogle gange betyder det, at folk får deres vand fra forurenede kilder. Vand af dårlig kvalitet kan sprede sygdomme som kolera, tyfus eller salmonella [kilde:Verdenssundhedsorganisationen].

At omdanne brak eller saltvand til ferskvand kan påvirke både de sparsomme vandrationer og den stadigt stigende efterspørgsel. Dette gælder især for nogle kystsamfund i USA, der kæmper med ferskvandsmangel [kilde:California Ocean Resources Program]. Ud over, afsaltningsanlæg kan give en pålidelig vandkilde, selv når en tørke er i gang.

I 2009, der var mere end 1, 400 afsaltningsanlæg, der opererer i verden, producerer mere end 15 milliarder liter vand om dagen. Yderligere 244 anlæg er under opførelse, mange af dem i Mellemøsten [kilde:International Desalination Association]. Imidlertid, verdens største afsaltningsanlæg til omvendt osmose, som åbnede maj 2010, ligger på Israels middelhavskyst [kilde:Dow]. Og, byggeriet er i gang i Carlsbad, Californien, at skabe den vestlige halvkugles største afsaltningsanlæg, anslås at producere 50 millioner liter drikkevand hver dag [kilde:Poseidon].

Stadig, der er ofte en offentlig opfattelse af, at afsaltet vand ikke smager godt og ikke er godt for dig. I Israel, for eksempel, mange mennesker er i stigende grad tilbageholdende med at drikke afsaltet postevand på grund af sundhedsmæssige bekymringer [kilde:Mizroch]. Men afsaltet vand - lige fra hanen - er generelt sikkert at drikke. En undersøgelse i Saudi -Arabien, for eksempel, fandt ingen signifikante forskelle mellem afsaltet vand, der serveres på hane og flaskevand - bortset fra det faktum, at afsaltet postevand ikke efterlader tomme plastflasker bagved [kilde:Ahmad].

Men hvad nu hvis det var muligt at bære en bærbar afsaltningsanordning til at producere din egen personlige forsyning af fersk drikkevand? Ideen er måske ikke så langt ude, som du tror.

Salt og meget mere

Jo da, du kan forvente, at afsaltningsprocessen fjerner salt fra havvand. Men vidste du, at oprydningen ikke stopper der? Afsaltning - uanset metode - fjerner også organiske eller biologiske kemiske forbindelser, i sidste ende producerer drikkevand af høj kvalitet, der ikke overfører diarré eller andre sygdomme. Dette er vigtigt, fordi næsten 4, 000 børn dør hver dag i udviklingslande af sygdomme, der er forbundet med forurenet drikkevand [kilde:Hull].

Fremtiden for afsaltning

Efterhånden som antallet af afsaltningsanlæg på verdensplan fortsat vokser, det samme gør bekymringer om at udvikle ny teknologi til at drive værkerne. I øjeblikket, storstilt afsaltningsindsats kræver meget energi for at fungere og er ofte vedligeholdelsesanliggender, takket være masser af arbejdsdele som membraner, der har tendens til at fejle ofte [kilde:Schirber].

Omkostninger er en anden bekymring:I løbet af de sidste fem årtier har offentlige og private investeringer i udvikling af afsaltningsteknologi har nået mere end en milliard dollars på verdensplan. Og selv med de fremskridt, der er sket, tanken om, at afsaltning ville gøre op med vandmangel, er langt fra virkeligheden. Og det er fordi det stadig virkelig er virkelig dyrt at planlægge, bygge og administrere afsaltningsanlæg [kilde:Water Science and Technology Board]. Faktisk, den gennemsnitlige pris for at vende en acre-foot-omkring 325, 000 gallon - saltvand til ferskvand varierer fra $ 800 til $ 1, 400 og kræver en betydelig mængde energi [kilde:American Chemical Society].

At producere ferskvand ved hjælp af omvendt osmose koster omkring en tredjedel mindre end flertrinsblitz, hovedsagelig på grund af omkostningerne ved den termiske energi, der blev brugt ved sidstnævnte metode i kogeprocessen [kilde:Water Science and Technology Board]. Desværre, begge processer - som med alle afsaltningsteknikker - skaber saltlage. Dette biprodukt af afsaltet vand indeholder høje koncentrationer af salt og, når den slippes tilbage i en naturlig vandmasse, kan forårsage skade på havlivet. Det er fordi saltlage, som normalt er tættere end det vand, det frigives i, sætter sig oven på lavtliggende sediment, hvor det nedbryder det omgivende iltvand [kilde:University of Texas i Austin].

Disse omkostnings- og miljøhensyn er alle en del af den næste omgang forbedringer i afsaltningsteknologi og -processer. Letvægts bærbare afsaltningsanordninger udvikles af forskere i Korea og ved Massachusetts Institute of Technology. Enhederne producerer nok ferskvand til at understøtte flere mennesker. Processen bruger tyngdekraften - hæld simpelthen saltvand i toppen af ​​enheden - for at fjerne salt og andre sedimenter ved hjælp af 1, 600 filtre [kilde:MIT].

Ligesom disse soldrevne bærbare enheder, store anlæg til omvendt osmose, selvom det stadig er i planlægningsfasen, kunne også i høj grad reducere afsaltningsanlægs afhængighed af fossile brændstoffer. Faktisk, National Science Foundation bevilgede $ 2,5 millioner til et team af eksperter ved University of Michigan, der studerede solenergiens indvirkning på afsaltningsteknologi [kilde:Richard]. Ud over statsfinansiering i USA og i udlandet, private finansieringskilder begynder at være opmærksomme på at udvikle en mere effektiv afsaltningsindsats. En ting er sikkert:Hvis afsaltningsprocessen forbedres, det kunne have potentiale til at ændre hele vandfattige regioner til det bedre.

Slut tørsten efter endnu mere information om vand ved at udforske linkene på den næste side.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

  • Sådan fungerer vand
  • Sådan fungerer salt
  • Sådan fungerer vandfiltre
  • Sådan fungerer afsaltningsapparater med omvendt osmose
  • Hvordan virker omvendt osmose?
  • Hvorfor kan vi ikke omdanne saltvand til drikkevand?
  • Hvor meget vand er der på Jorden?
  • Hvorfor kan vi ikke fremstille vand?
  • Præcis hvad sker der, hvis vi løber tør for vand?

Kilder

  • Ahmed, Maqbool. "Kvalitetssammenligning af postevand mod flaskevand i industribyen Yanbu." Miljøovervågning og vurderinger. December 2009. (18. juni, 2010) http://www.springerlink.com/content/e17638g87182326k/
  • American Chemical Society. "Globale udfordringer/kemiløsninger." ACS.org. (18. juni, 2010) http://portal.acs.org/portal/acs/corg/content?_nfpb=true&pageLabel=PP_SUPERARTICLE&node_id=2100&use_sec=false&sec_url_var=region1
  • Aristoteles. "Meteorologi." Internet Classics Arkiv. (18. juni, 2010) http://classics.mit.edu/Aristotle/meteorology.2.ii.html
  • California Ocean Resources Program. "Afsaltning:Fremstilling af drikkevand." California Natural Resources Agency. (18. juni, 2010) http://resources.ca.gov/ocean/97Agenda/Chap5Desal.html
  • Dow. "Verdens største afsaltningsanlæg påbegynder operationer i Hadera, Stolende på Dows teknologi til omvendt osmose. "Dow.com. 22. juni, 2010.http://news.dow.com/dow_news/prodbus/2010/20100622a.htm
  • Frederick, Kenneth. "Amerikas vandforsyning:Status og fremtidsudsigter." Konsekvenser, 1, 1. Forår 1995. (18. juni, 2010) http://www.gcrio.org/CONSEQUENCES/spring95/Water.html
  • Skrog, Jeff. "Vandafsaltning:Svaret på verdens tørst?" Hurtigt selskab. 1. februar kl. 2009. (23. juni, 2010) http://www.fastcompany.com/magazine/132/water-water-everywhere.html
  • International Desalination Association. "Havvandssaltning fører til reaktion på global vandkrise, 'Som en flod, der flyder baglæns fra havet.' "IdaDesal.org. 8. november, 2009. (18. juni, 2010) http://www.idadesal.org/images/state%20of%20desalination_final_nov_09.pdf
  • Jesperson, Kathy. "Søg efter rent vand fortsætter." Nationalt miljøcenter. (18. juni, 2010) http://www.nesc.wvu.edu/old_website/ndwc/ndwc_DWH_1.html
  • Massachusetts Tekniske Institut. "Ny tilgang til afsaltning af vand kan føre til små, Bærbare enheder til katastrofer eller fjerntliggende steder. "Science Daily. 23. marts, 2010. (23. juni, kl. 2010) http://www.sciencedaily.com /releases/2010/03/100323161505.htm
  • Merriam-Webster. "Osmose." Merriam-Webster.com. (18. juni, 2010) http://www.merriam-webster.com/dictionary/osmosis
  • Mizroch, Amir. "Israelere ramte flasken." Jerusalem Post. 12. juni kl. 2008. (18. juni, 2010) http://www.jpost.com/Home/Article.aspx?id=104232
  • Organisation af amerikanske stater. "Afsaltning ved destillation." Oas.org. (18. juni, 2010) http://www.oas.org/DSD/publications/Unit/oea59e/ch21.htm
  • Pacific Institute. "Liste over vandkonflikter kronologi." WorldWater.org. (18. juni, 2010) http://www.worldwater.org/conflict/list/
  • Poseidon ressourcer. "Carlsbad afsaltningsprojekt." Carlsbad-Desal.com. (18. juni, 2010) http://www.carlsbad-desal.com/
  • Richard, Michael Graham. "Ottowa-studerende kunne gøre vandafsaltning 600-700% mere effektiv." Treehugger.com. 27. juni kl. 2008. (18. juni, 2010) http://www.treehugger.com/files/2008/06/water-desalination-ottawa-student.php
  • Schirber, Michael. "Hvorfor afsaltning ikke virker (endnu)." LiveScience.com. 25. juni kl. 2007. (18. juni, 2010) http://www.livescience.com/environment/070625_desalination_membranes.html
  • Lige Dope. "Hvad ville der ske med dig, hvis du drak havvand?" StraightDope.com. 11. november kl. 2003. (18. juni, 2010) http://www.straightdope.com/columns/read/2131/what-would-happen-to-you-if-you-drank-seawater
  • Thompson, Andrea. "Hvorfor kan vi ikke drikke saltvand?" LiveScience.com. (18. juni, 2010) http://www.livescience.com/mysteries/071217-salt-water.html
  • University of Texas i Austin. "Skæbnen med afsaltning af saltlage i Texas kystbugter og flodmundinger." National Science Foundation. (18. juni, 2010) http://www.ce.utexas.edu/prof/hodges/site2006/project_pages/project_desalination_brine.htm
  • Den amerikanske kongres, Office of Technology Assessment. "Brug af afsaltningsteknologier til vandbehandling." US Government Printing Office. Marts 1988 (18. juni, 2010) http://www.princeton.edu/~ota/disk2/1988/8842/8842.PDF
  • Vandvidenskabelig og teknologisk bestyrelse. "Afsaltning:Et nationalt perspektiv." National Academies Press. 2008. (18. juni, 2010) http://www.nap.edu/openbook.php?record_id=12184&page=147
  • Williams, Julie. "Gør saltvand til drikkevand." Education.com. (18. juni, 2010) http://www.education.com/activity/article/Take_salt_out_of_salt_water/
  • Verdens Sundhedsorganisation. "Internationalt tiår for handling:Vand for livet 2005-2015." Hvem. Ikke. (18. juni, 2010) http://www.who.int/water_sanitation_health/decade2005_2015/da/index.html
  • Verdenspumper. "Fokus på ... Havvandssaltning." WorldPumps.com. 26. marts 2009. (18. juni, 2010) http://www.worldpumps.com/view/924/focus-on-sea-water-desalination