Hypersaline-pekel - water dat hoge concentraties opgeloste zouten bevat en waarvan het zoutgehalte hoger is dan oceaanwater - is een groeiend milieuprobleem over de hele wereld. Zeer uitdagend en kostbaar om te behandelen, ze zijn het gevolg van water dat wordt geproduceerd tijdens de olie- en gasproductie, binnenlands ontziltingsconcentraat, percolaat van stortplaatsen (een groot probleem voor stortplaatsen voor vast stedelijk afval), rookgasontzwaveling afvalwater van fossiele energiecentrales, en afvalwater van industriële processen.

Als hypersaline-pekel onjuist wordt beheerd, ze kunnen zowel oppervlakte- als grondwaterbronnen vervuilen. Maar als er een simpele, goedkope manier om de pekel te ontzilten, enorme hoeveelheden water beschikbaar zouden zijn voor allerlei gebruik, van landbouw tot industriële toepassingen, en mogelijk zelfs voor menselijke consumptie.

Een Columbia Engineering-team onder leiding van Ngai Yin Yip, universitair docent aard- en milieutechniek, meldt dat ze een radicaal andere benadering van ontzilting hebben ontwikkeld - "temperatuur-swing oplosmiddelextractie (TSSE)" - voor hypersaline-pekel. De studie, online gepubliceerd in Brieven over milieuwetenschap en technologie , toont aan dat TSSE pekels met een zeer hoog zoutgehalte kan ontzilten, tot zeven keer de concentratie van zeewater. Dit is veel meer dan omgekeerde osmose, de gouden standaard voor ontzilting van zeewater, en kan ongeveer tweemaal zeewaterzoutconcentraties aan.

Momenteel, hypersaline pekels worden ontzout door membraan (omgekeerde osmose) of waterverdamping (destillatie). Elke benadering heeft beperkingen. Omgekeerde osmose-methoden zijn niet effectief voor zoutrijke pekels omdat de druk die wordt uitgeoefend in omgekeerde osmoseschaal met de hoeveelheid zout:hypersaline pekels vereisen onbetaalbaar hoge druk. distillatie technieken, die de pekel verdampen, zijn zeer energie-intensief.

Yip heeft gewerkt aan oplosmiddelextractie, een scheidingsmethode die veel wordt gebruikt voor chemische technische processen. De relatief goedkope, eenvoudig, en effectieve scheidingstechniek wordt gebruikt in een breed scala van industrieën, inclusief de productie van fijne organische verbindingen, zuivering van natuurlijke producten, en extractie van waardevolle metaalcomplexen.

"Ik dacht dat oplosmiddelextractie een goede alternatieve ontziltingsbenadering zou kunnen zijn die radicaal verschilt van conventionele methoden omdat het membraanloos is en niet gebaseerd is op verdampingsfaseverandering, " zegt Yip. "Onze resultaten laten zien dat TSSE een disruptieve technologie kan zijn - het is effectief, efficiënt, schaalbaar, en duurzaam kan worden aangedreven."

TSSE gebruikt een oplosmiddel met lage polariteit en temperatuurafhankelijke oplosbaarheid in water voor de selectieve extractie van water boven zout uit zoute voedingen. Omdat het membraanloos is en niet gebaseerd is op verdamping van water, het kan de technische beperkingen omzeilen die de meer traditionele methoden beperken. belangrijk, TSSE wordt aangedreven door laagwaardige warmte ( <70 C) dat is goedkoop en soms zelfs gratis. In de studie, TSSE verwijderde tot 98,4% van het zout, wat vergelijkbaar is met omgekeerde osmose, de gouden standaard voor ontzilting van zeewater. De bevindingen toonden ook een hoge waterterugwinning aan> 50% voor de hypersaline pekel, ook vergelijkbaar met de huidige ontziltingsoperaties van zeewater. Maar, in tegenstelling tot TSSE, omgekeerde osmose kan niet overweg met zoutoplossing.

"We denken dat TSSE een transformatie zal betekenen voor de waterindustrie, " voegt hij eraan toe. "Het kan de heersende praktijk van dure distillatie voor ontzilting van pekel met een hoog zoutgehalte verdringen en hogere zoutgehalten aanpakken die RO niet aankan, Yip vult aan. "Dit zal de duurzaamheid in de behandeling van geproduceerd water radicaal verbeteren, binnenlands ontziltingsconcentraat, percolaat van de stortplaats, en andere hypersalinestromen van opkomend belang. We kunnen de vervuilingsproblemen van deze pekel oplossen en schonere, meer bruikbaar water voor onze planeet."

Yip's TSSE-aanpak heeft een duidelijk pad naar commercialisering. De warmte-inbreng kan duurzaam worden geleverd door laagwaardige thermische bronnen zoals industriële restwarmte, ondiepe geothermische, en laaggeconcentreerde zonnecollectoren. Hij werkt nu aan het verder verfijnen van hoe TSSE werkt als een ontziltingsmethode, zodat hij verdere prestatieverbeteringen kan doorvoeren en testen met praktijkvoorbeelden in het veld.

De studie is getiteld "Membraanloze en niet-verdampende ontzilting van hypersaline-pekel door middel van extractie van oplosmiddelen met temperatuurschommelingen."