Lấy nước sạch từ nước thải

Các kỹ sư tại trường Đại học California, Riverside đã phát triển một phương pháp mới để thu hồi gần 100 phần trăm nước từ các dung dịch muối có độ tập trung cao. Hệ thống sẽ làm giảm bớt tình trạng thiếu nước ở các vùng khô cằn và giảm bớt mối lo ngại về việc xử lý nước muối có độ mặn cao như chất thải fracturing thủy lực.

Nghiên cứu liên quan đến sự phát triển của một bộ phận làm nóng nano cacbon giúp cải thiện đáng kể lượng nước ngọt trong quá trình chưng cất màng, được công bố trên tạp chí Nature Nanotechnology . David Jassby, trợ lý giáo sư về kỹ thuật hóa học và môi trường thuộc trường Cao đẳng Kỹ thuật Bourns của UCR, đã dẫn đầu dự án.

bai133

Nước nóng được sử dụng trong các hệ thống chưng cất màng truyền thống có tính ăn mòn cao làm cho các bộ trao đổi nhiệt và các yếu tố khác của hệ thống tốn kém hơn, và hạn chế việc thu hồi nước (a). Để cải thiện điều này, các nhà nghiên cứu của UCR đã phát triển một màng nano cacbon tự sưởi ấm chỉ nóng lên bề mặt màng tế bào (b), nơi lớp nano cacbon xốp hoạt động như một máy nung nóng Joule (c). Nguồn: UC Riverside

Trong khi phương pháp thẩm thấu ngược là phương pháp loại bỏ muối thông thường nhất từ ​​nước biển, nước thải và nước lợ, nó không có khả năng xử lý các dung dịch muối tập trung. Các giải pháp như vậy, được gọi là nước muối, được tạo ra với khối lượng lớn trong quá trình thẩm thấu ngược (như các sản phẩm thải) và vỡ nứt thủy lực (như nước sinh ra) và phải được xử lý đúng cách để tránh thiệt hại về môi trường. Trong trường hợp vỡ bằng thủy lực, nước sản xuất thường được xử lý dưới đất trong giếng tiêm, nhưng một số nghiên cứu cho thấy việc thực hành này có thể dẫn đến sự gia tăng các trận động đất địa phương.

Một cách để điều trị nước muối là chưng cất màng, một công nghệ khử mùi nhiệt, trong đó nhiệt dẫn hơi nước qua màng, cho phép thu hồi nước tiếp theo trong khi muối ở phía sau. Tuy nhiên, nước nóng nóng có tính ăn mòn cao, làm cho bộ trao đổi nhiệt và các yếu tố hệ thống khác đắt hơn trong các hệ thống chưng cất màng truyền thống. Hơn nữa, do quá trình này phụ thuộc vào khả năng nhiệt của nước nên việc phục hồi một lần khá thấp (ít hơn 10%), dẫn đến các yêu cầu quản lý nhiệt phức tạp.

Jassby cho biết: “Trong một kịch bản lý tưởng, việc khử muối nhiệt sẽ cho phép thu hồi tất cả nước từ nước muối, để lại một lượng nhỏ muối tinh thể rắn chắc, có thể được sử dụng hoặc xử lý. “Thật không may, quá trình chưng cất màng tế bào hiện tại dựa vào thức ăn nóng chảy liên tục của nước muối trên màng, hạn chế khả năng thu hồi nước qua màng đến khoảng 6%”.

Để cải thiện điều này, các nhà nghiên cứu phát triển một màng nano cacbon tự sưởi ấm mà chỉ làm nóng nước muối ở bề mặt màng. Hệ thống mới làm giảm nhiệt cần thiết trong quá trình này và tăng năng suất của nước thu hồi gần 100%.

Bên cạnh hiệu suất khử muối được cải thiện đáng kể, nhóm nghiên cứu cũng đã nghiên cứu cách áp dụng dòng điện xoay chiều vào thành phần làm nóng màng tế bào có thể ngăn ngừa sự xuống cấp của các ống nano cacbon trong môi trường nước mặn. Cụ thể, một ngưỡng tần số đã được xác định khi quá trình oxy hóa hóa học của ống nano đã được ngăn chặn, cho phép các màng ống nano hoạt động trong thời gian đáng kể mà không làm giảm hiệu suất. Các thông tin chi tiết được cung cấp bởi công trình này sẽ cho phép các bộ phận làm nóng carbon dựa trên ống nano được sử dụng trong các ứng dụng khác mà ổn định điện hóa của các ống nano là một mối quan tâm.