НОВИНИ


ОБЕЗСОЛЯВАНЕ НА ВОДА ЧРЕЗ НОВ МЕТОД - ШОКОВА ЕЛЕКТРОДИАЛИЗА
04.12.2015

Снимка: Inhabitat

Екип от MIT са разработили иновативен подход, който за разлика от повечето традиционни системи за обезсоляване, разделя йоните от водните молекули чрез електрически импулс.
 
Един от начините да разделим солта от водата е посредством дестилация, която по същество изисква разтвора да се загрее така, че водата да се изпари, а водните пари след това да се охладят и кондензират до чиста вода. Този метод доказано работи, но има ли друг начин да се раздели солта от водата? От Масачузетския технологичен институт (MIT) имат точния отговор на това: шокова електродиализа. Те всъщност са открили начин да отделят солта от водата чрез електрически импулс. Процесът е лесен, ефективен и доста евтин. Достъпността до чиста питейна вода се превръща във все по-сериозен проблем в много части на света и затова учените търсят нови начини да обработват солените, *бракични и замърсените води. Сега екип от MIT са разработили иновативен подход, който за разлика от повечето традиционни системи за обезсоляване, не разделя йоните от водните молекули чрез филтри, които могат да се затлачат или чрез дестилация, която консумира прекалено големи количества енергия. Вместо това системата използва електрически шок в рамките на воден поток, който избутва солената вода в единия край на потока и чистата сладка вода в другия край, което позволява лесното разделяне на двата потока. Новият метод е описан в списанието Environmental Science and Technology Letters от Мартин Базант (Martin Bazant), професор по математика и инженерство в MIT и екипа му: дипломанта Свен Шлумпбергер (Sven Schlumpberger), студентката Нанси Лу (Nancy Lu) и бившия постдок Матю Сус (Matthew Suss). За разлика от други методи за обезсоляване и пречистване на вода, тази методика включва "безмебранно разделяне" на йони и частици. Мембраните в традиционните системи за обезсоляване, като тези, които използват обратна осмоза или електродиализа са "селективни бариери", както обяснява Базант: Те позволяват на молекулите на водата да преминават, но блокират по-големите атоми натрии и хлор на солта. В сравнение с конвенционалната електродиализа, "процесът изглежда сходен, но всъщност е фундаментално различен," твърди той. Въпреки че системата използва мембрани от двете страни на порестия материал, водата преминава напречно на тези мембрани, а не през тях. Това означава че те не са податливи на запушване от натрупване на филтриран материал или разрушаване вследствие на повишеното налягане на водата, което е основен недостатък на традиционните методи за обезсоляване с мембрана, включително и обикновената електродиализа. "Не се налага водата да преминава през нищо," обяснява Базант. Заредените солеви частици или йони "просто преминават от едната страна." Става дума за нов процес, наречен шокова електродиализа, който Базант определя като "фундаментално нова и различна система за разделяне", при която водата преминава през порест материал наречен фрит, който е съставен от миниатюрни стъклени частички. Електроди се прикрепят от двете страни на фрита, което кара електрическото напрежение да протича през фрита във водата. При достигането на определено ниво на напрежението се генерира шокова вълна между тези две зони, която фактически разделя водата на две части - високо-концентрирана солена част и част със чиста вода с много ниска солна концентрация. Разделянето на двата потока позволява те да се разделят чрез проста физична преграда в центъра на потока, което означава че електрическото напрежение реално избутва встрани солевите частици във водата. "Това генерира много силен градиент", обяснява Базант.
 


Диаграмата на новия метод показва как се генерира шоковата вълна (червената линия) в солената вода преминаваща през порестия материал, като напрежението се прилага върху мембраните (зелено) от двете страни на съда. Шоковата вълна избутва солевите йони към едната страна на потока, оставяйки чистата вода от другата страна, при което двата потока лесно могат да бъдат разделени

Феноменът свързан с образуването на шокови вълни в солевия концентрат е открит преди няколко години от научния екип на Хуан Сантиаго (Juan Santiago) от Станфордския университет. Но при това откритие, свързано с експерименти с микрофлуидно устройство и без воден поток, не е извършвано отделяне на сол от вода, разяснява Базант.

Една от възможните употреби ще бъде при пречистване на големи количества отпадна вода генерирана при хидравличното разцепване, наречено още фракинг. Тези замърсени води обикновено са солени и понякога съдържат малки количества токсични йони, така че откриването на практичен и евтин начин за пречистването е изключително важно. Тази система премахва не само солта, но също и богат набор от други замърсители - а поради високото електрическо напрежение което преминава през водата, методът може да стерилизира потока. "Електрическите напрежения са сравнително високи, така че при това може и да убиваме бактериите," смята Шлумпбергер
 

Учените твърдят че новият метод за обезсоляването може да е полезен при пречистването на води генерирани при хидравлично разцепване (фракинг) използвано за добив на природен газ и фосилни горива. На картинката е показан басейн, съхраняващ вода от фракинг.
Източник: MIT News

При изследването в лабораторни условия са демонстрирани, както самия процес в действие, така и теоретичен анализ, обясняващ механизма на процеса. Следващият етап, според Базант, е разработването на система в по-голям мащаб, която може да се тества в по-близки до реалните условия.

Поне в началото, този процес няма да е конкурентен на методи като обратна осмоза за високомащабно обезсоляване на морска вода. Но Шлумпбергер отбелязва, че той може да намери други употреби, като например пречистване на замърсени води.

Цялата система изисква много ограничена инфраструктура, така че той може да се използва при портативни системи, за използване в отдалечени райони или при спешни ситуации, при които водните запаси са поразени от буря или земетресение.

Маартен Бишойвел (Maarten Biesheuvel), учен от холандския водно-технологичен институт, който не е участвал в изследването смята, че "то е от изключителна важност в сферата на обезсоляването на води. Това отваря нови възможности за обезсоляване на води, както на морски и *бракични водни ресурси, така и за подпочвени води." Методът може да се използва за отделяне на чистата вода от всички тези замърсители по много евтин и ефективен начин.

Бишойвел смята, че "това откритие ще стане голям хит сред академичните среди. Ще бъде интересно да се види дали повишаването на мащаба на приложение на технологията, от единична клетка до хиляди клетки, може да се постигне без неочаквани проблеми."


*Бракичен водоем - водоем със соленост от 1 до 30 ‰ (по-ниска от тази на океана).

 
източник: offnews.bg

 


 
503251