Le piante di declinazione sono diventate una linea di vita per le regioni di scarto d'acqua in tutto il mondo, trasformando l'acqua marina o le acque reflue brackish in acqua potabile fresca. Tuttavia per ogni litro di acqua dolce prodotta, un flusso concentrato di sali, minerali e residui chimici - noto come salamoia - è generato.

Comprendere la composizione e le sfide ambientali

Durante la disalizione, le membrane osmosi inversa (RO) o i processi di distillazione termica rifiutano i solidi disciolti, concentrandoli fino a due o tre volte la salinità dell'acqua sorgente.

Lo smaltimento delle brine di improper può avere un impatto significativo sugli ecosistemi marini. Quando è scaricato direttamente nell'oceano, il denso plume di salamoia affonda al fondo marino, riduce i livelli di ossigeno e aumenta la salinità negli habitat bentonici. Questo può uccidere i letti di erba marina, danneggiare le barriere coralline, e alterare il comportamento degli organismi marini.

Strategie innovative per la gestione delle sponde

Il passaggio da ′′sposal′′′ a ′′resource recovery′′ è ridefinire la gestione delle brine. Di seguito sono gli approcci più promettenti, dalle tecniche stabilite alle tecnologie emergenti.

1. Maggiore diluizione e scarico

Mentre la semplice diluizione prima della scarica dell'oceano rimane comune, i moderni progetti utilizzano diffusori progettati per raggiungere la rapida miscelazione e ridurre l'area di impatto. I diffusori multiporta installati sul fondo marino possono accelerare la dispersione delle onde, limitando le punte di salinità a pochi metri dall'uscita.

2. Estrazione minerale preziosa

I dati relativi all'estrazione di minerali e di minerali (in inglese) sono stati raccolti in un'unica fonte di dati.

3. Produzione di sale tramite l'evaporazione solare

In regioni con abbondante sole e terra disponibile, la salamoia può essere indirizzata in una serie di stagni di evaporazione poco profondi. Poiché l'acqua evapora, i sali cristallizzano in fasi: il carbonato di calcio prima, poi il gesso e infine il cloruro di sodio. Il liquore rimanente, noto come amaro, è ricco di magnesio, potassio e bromo e può essere ulteriormente elaborato.

4. Coltivazione dell'acquacoltura e dell'alofito

I sistemi di alimento e di alimento a base di alghe, che si combinano con i prodotti di alimento, possono essere irrigati con i prodotti di alimento, i prodotti di alimento e di alimento, irrigati con i prodotti di alimento, i prodotti di alimento, i prodotti di origine animale, i prodotti di origine vegetale, irrigati con la salamoia.

5. Scarico zero-liquido (ZLD) e scarico minimal-liquido (MLD)

I sistemi ZLDali mirano a recuperare quasi tutte le acque dalla salamoia, lasciando solo un residuo di rifiuti solidi. Questi sistemi combinano tipicamente processi a membrana (ad esempio, osmosi inversa, elettrodialisi inversa) con evaporatori termici e cristalli.

Tecnologie emergenti sull'orizzonte

Molte tecnologie avanzate si stanno muovendo dal laboratorio alla scala pilota, offrendo il potenziale per ridurre il volume e l'utilizzo di energia contemporaneamente.

Distillazione Membrana (MD)

MD è un processo azionato termicamente dove il vapore della salamoia calda trasferisce attraverso una membrana idrofobica, che viene poi condensata come acqua dolce. Il MD può utilizzare calore di scarto di bassa qualità dai processi industriali o dai collettori solari termici, rendendolo attraente per impianti di desalinizzazione co-located.

Osmosi in avanti (FO)

FO utilizza una soluzione di estrazione con alta pressione osmotica per tirare l'acqua dalla salamoia attraverso una membrana semipermeabile. La soluzione di diluita del diluito viene quindi separata per produrre acqua dolce e soluzione di diastrazione riconcentrata. FO può raggiungere alta concentrazione di salamoia senza pressione idraulica, riducendo la pressione della membrana e la domanda di energia.

Elettrodialisi (ED) e Elettrodialisi Inversa (RED)

ED utilizza un campo elettrico per trasportare ioni attraverso membrane selettive, concentrando la salamoia da un lato e diluindo un altro flusso. È ben adatta per le brine di moderata-sanitarie e può essere integrata con RO per aumentare il recupero complessivo.

Deionizzazione capacitiva (CDI)

CDI rimuove gli ioni disciolti applicando un campo elettrico a bassa tensione, attirando gli ioni agli elettrodi di carbonio porosi. Viene utilizzato principalmente per l'acqua brackish, ma la ricerca recente ha esplorato il suo potenziale per la lucidatura delle brine.

Driver economici e Quadri politici

Il passaggio alla valorizzazione delle brine è accelerato da fattori economici e normativi. I costi di smaltimento variano ampiamente: l'estrazione dell'oceano permette di portare tasse, l'iniezione di pozzo profondo richiede complessi permessi di emissione, e gli stagni di evaporazione richiedono grandi aree terrestri. Nel frattempo, il mercato per il magnesio (≈$2,700 / ton), il carbonato di litio (≈$13,000 / ton a partire dal 2023), e le piante di brommina (scale approssimativo (0 $4 / ton) fornisce reali opportunità di reddito A

Il Piano d'azione dell'Unione Europea per l'Economia Circolare incoraggia il recupero delle materie prime critiche da flussi di rifiuti, tra cui la salamoia di desalinizzazione. Alcune nazioni del Medio Oriente ora mandano i tassi minimi di recupero dell'acqua e gli obiettivi di brine-reuse per le nuove installazioni di desalinizzazione.

Tuttavia, le barriere rimangono. L'alto costo di capitale di sistemi avanzati come cristallizzatori, la variabilità nella composizione delle mazzette, e la mancanza di protocolli di progettazione standardizzati ostacolano l'adozione diffusa. Molti approcci promettenti funzionano meglio solo per le specifiche chemistrie brine. Ad esempio, le alte concentrazioni di silice o calcio possono scalare membrane e scambiatori di calore, che richiedono un ulteriore pretrattamento.

Sistemi integrati: Approccio circolare

Piuttosto che trattare ogni tecnologia in isolamento, i progetti più previsionali combinano più processi per massimizzare il recupero delle risorse.

  1. Salinizzazione RO produce acqua dolce e salamoia.
  2. Una prima fase di recupero utilizzando NF o FO per estrarre la maggior parte dell'acqua e produrre un concentrato ricco di ioni divalenti.
  3. Reattori a precipitazione minerale per recuperare magnesio, calcio e stronzio come prodotti a base di carbonio o idrossido.
  4. Una seconda fase a membrana (ad esempio, MD o ED) per concentrare ulteriormente il flusso, producendo acqua dolce supplementare.
  5. Un evaporatore-cristallizzatore per produrre cloruro di sodio solido e altri sali, lasciando un minimo residuo di rifiuti.
  6. Smaltimento finale opzionale con scambio di ioni per catturare traccia di litio, bromo, o rubidio.

Tale sistema può raggiungere oltre il 98% di recupero dell'acqua, produrre più prodotti vendebili, e ridurre il volume di salamoia che richiede lo smaltimento al di sotto del 2% del flusso originale. L'energia per le fasi termiche può essere fornita da calore solare termico o di rifiuti dallo stesso impianto di desalinizzazione, abbassando l'impronta di carbonio.

Conclusioni

La gestione della salamoia dagli impianti di dissalazione non è più una questione di come liberarsi di essa, ma come sfruttare il suo potenziale. Dai progetti di diffusori potenziati che minimizzano l'impatto ecologico alle membrane all'avanguardia che estrae ogni goccia d'acqua e ogni grammo di minerale, la cassetta degli strumenti per la gestione delle brine si sta espandendo rapidamente.