Die Entsalzung von Wasser (auch Entsalzung oder Entsalzung genannt ) ist ein Verfahren, bei dem das Süßwasser ( Trinkwasser oder selten aus Kostengründen, zur Bewässerung nutzbar ) aus Brackwasser oder Salzwasser (insbesondere Meerwasser ) gewonnen wird.
Ganz allgemein ist es einfacher und wirtschaftlicher, zu behandelnde Süßwasserquellen (Oberflächenwasser wie Seen und Flüsse oder Grundwasser) zu finden, als Meerwasser zu entsalzen.In vielen Regionen der Welt sind jedoch Süßwasserquellen sources Wasser fehlen oder werden im Hinblick auf das Bevölkerungswachstum oder die industrielle Produktion unzureichend.
Andererseits ist es oft rentabel, die Frischwasserproduktion mit einer anderen Aktivität (insbesondere der Energieerzeugung) zu kombinieren , da der am Ausgang der Turbinen verfügbare und in einer konventionellen Anlage verlorene Dampf in einer Anlage wiederverwendet werden kann sogenannte thermische Entsalzungsstation oder nach dem Verdampfungsprinzip arbeitend).
Meerwasser hat einen Salzgehalt von etwa 35 g / L , mit erheblichen regionalen Schwankungen ( 42 g / L im Persischen Golf). Zur Abtrennung des Salzes benötigt man rein theoretisch und ohne Energieverlust (isentrope Entsalzung) ca. 0,56 kWh/m 3 .
Entsalzungsanlagen zeichnen sich durch ihre Effizienz und den Gehalt an Restsalz ( Sole ) aus.
Weltweit produzieren wir im Jahr 2018 täglich 95 Millionen Kubikmeter Süßwasser und lehnen 141,5 Millionen m 3 Sole pro Tag ab, deren Auswirkungen auf die Einleitungsgebiete wissenschaftliche Experten der UN betrafen .
Entsalzungsanlagen zeichnen sich durch ihre Effizienz und den Gehalt an Restsalz ( Sole ) aus.
Die verwendeten Systeme sind:
Eine wichtige Klasse von thermischen Kraftwerken ist mit Entsalzungsanlagen verbunden; Diese findet man normalerweise in ariden Ländern mit großen Erdgasvorkommen. In diesen Fabriken sind die Produktion von Frischwasser und Strom ebenso wichtige Kuppelprodukte.
Auf jeden Fall entsteht bei der Entsalzung Sole, die entsorgt werden muss, was an der Küste mit starker Strömung kein Problem darstellt, aber im Landesinneren und in einigen Gebieten in Ökosystemen wie Lagunen , Buchten, Lagunen, Mangroven.
Weltweit werden im Jahr 2018 täglich 95 Millionen Kubikmeter Süßwasser durch Entsalzung produziert.
Die Entsalzung von Meerwasser ist ein wichtiges Thema für die Zukunft von Trockengebieten . Bei Produktionskosten, die bei neueren Projekten auf etwa 0,5 US-Dollar pro Kubikmeter sinken können (durch Umkehrosmose und alle Kosten inklusive: Betriebskosten, Amortisation der Anlage, Gewinn des Betreibers usw.), ist es möglich, die Probleme des Mangels zu lösen Trinkwasser in vielen Ländern. Bei der Verwendung für den menschlichen Gebrauch ist die Meerwasserentsalzung ein Verfahren, das heute zuverlässig und kostengünstiger ist als das als Abwasserrecycling bekannte Verfahren. Es wird sogar in entwickelten Ländern profitabel, in denen es in der Regel keinen Wassermangel gibt, in bestimmten Situationen (zB Touristeninseln).
Dadurch wächst diese Aktivität sehr stark. Die installierte Leistung steigt jedes Jahr im Durchschnitt um mehr als 10 % pro Jahr. Die sogenannten thermischen Techniken (durch Verdampfung) waren vor einigen Jahren noch die hauptsächlich verwendete Technik, aber die Umkehrosmose ermöglicht aufgrund der erhöhten Zuverlässigkeit und ihres geringen Stromverbrauchs (4 bis 5 kWh / m 3 ) sehr niedrige Kosten, was gibt ihm einen Marktanteil von 84 % im Jahr 2019.
Im Jahr 2015 reichen 2 Kilowattstunden aus, um einen Kubikmeter Frischwasser zu produzieren, verglichen mit 12 kWh vor vierzig Jahren. Laut Jean-Louis Chaussade , Geschäftsführer von Suez, „in fünfzehn Jahren wurden die Kosten der Entsalzung durch zehn geteilt und wir können die Energiekosten dieser Technik weiter senken“ .
Es wurden pharaonische Projekte zur Entsalzung von Wasser für den landwirtschaftlichen Bedarf , insbesondere mit Kernkraftwerken , vorgeschlagen .
Entsalztes Wasser war 2005 für die meisten Pflanzen zu teuer; es war nur für ertragreiche Kulturen erschwinglich, insbesondere wenn Investitionen subventioniert werden. Da Brackwasser weniger salzhaltig ist als Meerwasser, wird es letzterem vorgezogen.
Ein anderer Weg zur kostengünstigeren Entsalzung ist die Meereisentsalzung ; tatsächlich liegt der Salzgehalt von Meereis zwischen 0,4% und 0,8% und liegt damit deutlich unter dem von Meerwasser, der zwischen 2,8% und 3,1% liegt; seine Entsalzung benötigt viel weniger Energie. Ein chinesisches Unternehmen, Beijing Huahaideyuan Technology Co. Ltd., wird dank einer im Januar 2014 mit der Universität Peking unterzeichneten Technologietransfer-Vereinbarung bald große Mengen Süßwasser durch Meereisentsalzung produzieren; das Unternehmen soll bis 2023 mindestens eine Milliarde Kubikmeter Frischwasser pro Jahr produzieren können; die Kosten für die Entsalzung sollen auf 4 Yuan pro Tonne (0,48 € / Tonne) sinken .
Die unkonventionellen Wasserquellen der Entsalzung und Wasserwiederverwendung für Länder mit begrenzten Süßwasserressourcen tragen dazu bei, die Kluft zwischen Süßwasserentnahme und nachhaltiger Versorgung zu verringern, tragen aber im Ansatz „ Wasser-Energie-Verbindung “ auch zu einem steigenden Energiebedarf im Wassersektor bei . Obwohl Entsalzung und Wasserwiederverwendung weniger als 1 % des weltweiten Wasserbedarfs ausmachen, machen diese Prozesse fast ein Viertel des gesamten Energieverbrauchs im Wassersektor aus. Bis 2040 sollen die beiden Quellen 4 % der Wasserversorgung, aber 60 % des Energieverbrauchs des Wassersektors ausmachen. Es wird erwartet, dass die Entsalzungskapazität im Nahen Osten deutlich zunehmen wird, und bis 2040 wird erwartet, dass die Entsalzung mehr als 10 % des gesamten Endenergieverbrauchs im Nahen Osten ausmacht.
Eine israelische Studie, die 2018 von der Bar-Ilan-Universität , der Clalit-Krankenkasse und dem Tel Hashomer-Krankenhaus durchgeführt wurde, kam zu dem Schluss, dass "Bewohner von Gebieten, die entsalztes Wasser verbrauchen, ein sechsmal höheres Risiko haben “ als in Gebieten, die kein entsalztes Wasser verbrauchen. Der Grund dafür ist, dass entsalztes Wasser im Gegensatz zu Grundwasser frei von Magnesium ist.
Soleeinleitungen, die oft mit giftigen Schadstoffen belastet sind, werden auf etwa 141,5 Mio. m 3 / Tag geschätzt . Ein Anfang 2019 in der Zeitschrift Science of the total environment veröffentlichter Bericht von UN-Experten machte die Öffentlichkeit auf dieses Problem aufmerksam, das mit der Entwicklung von Entsalzungstechnologien mit großen Mengen an Einleitungen konfrontiert ist. Sehr abhängig von dieser Versorgungsform produzieren Saudi-Arabien, die Vereinigten Arabischen Emirate, Kuwait und Katar dank ihrer Erdölvorkommen 32 % des gesamten entsalzten Wassers, aber auch 55 % der Sole. In dieser trockenen Region der Erde erfolgt die Entsalzung von Wasser, das massiv aus dem Meer entnommen wird, durch Erhitzen, ein Verfahren, bei dem pro m 3 entsalztem Wasser viermal mehr Sole produziert wird als fortschrittlichere Technologien wie Membranfiltration, in den USA weit verbreitet. 80 % dieser Einleitungen erfolgen innerhalb von 10 km vor der Küste und reichern sich im Meeresboden an, was zu einer erhöhten Versalzung der Gewässer und Meeresökosysteme sowie zum Verschwinden von gelöstem Sauerstoff führt, die ihrer Flora und Fauna das Leben erschweren, wenn nicht sogar unmöglich machen.
Viele Regionen und Länder, die über wenig oder keine Süßwasserressourcen verfügen und in Küstengebieten liegen, sind für ihr Trinkwasser ganz oder teilweise auf diese Technologien angewiesen .
Die Herstellung der 15.900 Betriebs Entsalzungsanlagen im Jahr 2018 würde belaufen sich auf 95 Mm 3 (Millionen Kubikmeter) Frischwasser pro Tag, in 177 verschiedenen Ländern; 62,3% dieses Wassers würden für den menschlichen Gebrauch bestimmt, 30,2% für die Industrie und der Rest für Landwirtschaft und Energie.
Quelle | Anzahl der Einheiten | Kapazitäten (%) |
Naher Osten | 4826 | 45,3% |
Asien-Pazifik | 3505 | 17,5 % |
Nordamerika | 2341 | 11,3% |
Westeuropa | 2337 | 8,8% |
Andere | 2864 | 12,4% |
Datenquelle: Vereinte Nationen. |
Im Jahr 2008 wurden weltweit 13.869 Entsalzungsanlagen gebaut, hauptsächlich im Mittelmeerraum, am Persischen Golf und auf der Arabischen Halbinsel, an den Küsten Indiens, des Südens der Vereinigten Staaten, Chinas, Australiens und Japans, für eine Gesamtentnahme von 52 Millionen m³ pro Tag. Auf die Arabische Halbinsel (Entsalzung durch Destillation) entfallen mehr als ein Drittel der Rücknahmen, 13 % gehen in die USA und 8 % nach Spanien.
Das Saudi-Arabien (der größte Produzent der Welt, Pflanzen Jubail ), die Vereinigte Arabischen Emirate (14% der Weltproduktion, 2 e Platz hinter dem Saudi - Arabien , Werk Jebel Ali, die größten in der Welt mit einer Kapazität rund 900.000 m 3 / Tag , Fujairah- Pflanze , Umkehrosmose liefert 20% ihrer Produktion) usw. verfügen über bedeutende fossile Brennstoffressourcen. Im Jahr 2015 stammten in Katar 99 % des Wasserverbrauchs aus der Entsalzung.
Während Saudi-Arabien hauptsächlich das Verdampfungsverfahren verwendet, haben andere Länder die Umkehrosmose weiterentwickelt:
Das Algerien verfügt über 21 Entsalzungsanlagen im Jahr 2019 zusammen 14 Küsten Wilayas verteilt, 17% des im Land verbrauchten Wassers zur Verfügung stellend und Fütterung 6 Millionen Menschen; zwei weitere Fabriken sind in Planung. Das Land plant, die Zahl der Entsalzungsanlagen auf 43 zu erhöhen. Die größte Meerwasser-Entsalzungsanlage der Welt nach dem Umkehrosmose-Verfahren wurde am 10. November 2014 in El-Magtaâ in der Wilaya von Oran eingeweiht ; mit einer für Februar 2015 geplanten Kapazität von 268.000 m 3 / Tag werden bis 2017 500.000 m 3 / Tag erreicht . Im März 2021 scheint es nach wiederholten Störungen nie gelungen zu sein, die angekündigte maximale Leistung zu erreichen. Die Anlage wurde vom singapurischen Konzern Hyflux im Auftrag der Algerian Energy Company (AEC), einer Tochtergesellschaft von Sonatrach, gebaut .
Das 1974 von der Regierung Saudi-Arabiens gegründete börsennotierte Unternehmen Saline Water Conversion Corporation (SWCC) produziert dank seiner 28 Entsalzungsanlagen 4.600.000 m 3 / Tag oder 69% der Produktion des Königreichs, die selbst sogar 22% der Welt sichert Wassergewinnung durch Entsalzung im Jahr 2015.
Nach der Inbetriebnahme im Juni 2018 der Anlage Barka 4, der größten Meerwasserentsalzungsanlage im Sultanat Oman (281.000 m 3 / Tag ), sind im Sultanat 14 Entsalzungsanlagen in Betrieb oder im Bau und Ausschreibungen werden 2019 gestartet launched für drei Fabriken mit insgesamt 600.000 m 3 / Tag .
Bei der Filtration von Brackwasser stehen die Vereinigten Staaten hinter dem Nahen Osten an zweiter Stelle. Ein Meerwasserentsalzungsanlage Im Jahr 1993 in Tampa Bay , Florida , den Wassermangel zu begegnen. Eine Umkehrosmoseanlage mit 200.000 m 3 / Tag wird in Carlsbad, nördlich von San Diego , Kalifornien, gebaut , um 7 % des Bedarfs des Countys ab 2016 zu decken, zu Kosten von 1,1 $ / m³ (80 c € / m³) gegenüber 0,60 $ / m³ (43 c € / m³) für Wasser aus Colorado; Entlang der kalifornischen Küste sind 17 Entsalzungsanlagenprojekte im Gange.
Im September 2016 erhielt Suez einen Auftrag über den Bau und Betrieb einer Entsalzungsanlage in Playas de Rosarito im Bundesstaat Baja California für 37 Jahre ; Ihre Kapazität soll 2020 190.000 m 3 Trinkwasser pro Tag erreichen, am Ende eines zweiten Bauabschnitts dann 380.000 m 3 im Jahr 2024, was sie zur größten Meerwasserentsalzungsanlage Amerikas macht.
In Europa befindet sich die größte Entsalzungsanlage in Spanien, in El Prat de Llobregat , in der Nähe von Barcelona. Es wurde im August 2009 eröffnet. Es produziert 60 Millionen Kubikmeter pro Jahr. Sie trägt dazu bei, knapp 4,5 Millionen Menschen mit Trinkwasser zu versorgen.
In Malta wurden im Jahr 2017 von den 33.250.732 m 3 verteiltem Trinkwasser 18.890.081 m 3 durch Entsalzung in vier Kläranlagen gewonnen, was 57 % der maltesischen Trinkwasserproduktion ausmacht. Die Entsalzung erfolgt in vier Anlagen im Umkehrosmoseverfahren. Der Energieverbrauch wird auf 4,76 kWh / m 3 geschätzt (2016 4,85 kWh / m 3 ). Die Produktionskosten schwanken zwischen 0,3 und 0,7 Euro / m 3 .
Einige französische überseeische Departements und Territorien wie Mayotte verfügen über kleine Entsalzungsanlagen.
Nach der Schaffung einer mächtigen Wasserbehörde im Jahr 2007 startete Israel ein umfangreiches Programm zum Bau von fünf Umkehrosmose-Entsalzungsanlagen, die bis Ende 2015 voraussichtlich 70 % liefern werden. Der Haushaltsverbrauch in Israel wurde gleichzeitig gesenkt um 20 % in einem Jahrzehnt. Israel ist damit weltweit führend in der Entsalzung, wobei bereits im Mai 2015 die Hälfte des Verbrauchs von Haushalten, Landwirtschaft und Industrie durch künstlich erzeugtes Wasser (Entsalzung und Recycling) gedeckt wird.
Israel : Fabriken in Ashkelon , Palmachim, Hadera, Sorek, dann Ende 2015 in Ashdod; 2016 sollen laut dem öffentlichen Wasserunternehmen Mekorot 75 % des israelischen Trinkwassers aus der Meerwasserentsalzung stammen, gegenüber 30 % im Jahr 2010. Sorek, die weltweit größte Anlage zur Meerwasserentsalzung, produziert allein 20 %; es hat seit 2013 624.000 m 3 / Tag produziert ;
Die Anlage in Ashkelon , Israel, produziert 320.000 m 3 / Tag oder bei einem geschätzten Verbrauch von 250 Litern pro Kopf und Tag den Trinkwasserbedarf von mehr als einer Million Menschen. Dieses Land verfolgt das Ziel, die durch die Entsalzung erzeugte Trinkwassermenge um 25 % pro Jahr oder 57 Millionen zusätzliche Kubikmeter zu erhöhen, um die Marke von 300 Millionen m 3 entsalztem Trinkwasser bis Ende 2010 zu überschreiten .
Im Jahr 2019 stellte ein Bericht des israelischen Energieministeriums fest, dass das Werk Sorek den Chloridgehalt vor der Probennahme manipuliert hatte und dass Mitarbeiter des Werks in Palmachim Berichte gefälscht hatten. 18 Monate lang haben diese beiden Fabriken südlich von Tel Aviv an der Mittelmeerküste „die Regierung getäuscht“. Das Werk Sorek, das größte des Landes und eines der größten weltweit, das eine Umkehrosmoseanlage betreibt , hatte den Chloridgehalt viermal höher belassen als im Franchisevertrag festgelegt, um umgerechnet 10 Millionen Euro einzusparen.
Im Jahr 2019 werden in fünf Fabriken des Landes rund 585 Millionen Kubikmeter entsalztes Wasser pro Jahr produziert, was fast 80 % des Trinkwassers des Landes ausmacht.
Israel plant den Bau einer neuen Anlage in der Nähe der Anlage in Sorek, die 200 Millionen Kubikmeter Süßwasser pro Jahr produzieren und ein Viertel des Bedarfs des Landes decken soll. Es wird als „das weltweit größte Unternehmen seiner Art“ angepriesen. "
Die Geschichte der Entsalzung in Kuwait reicht bis ins Jahr 1951 zurück, als die erste Destillationsanlage in Betrieb genommen wurde. Im Jahr 2001 betrug die Entsalzungskapazität 1,65 Mio. m 3 / d , davon wurden 1,47 Mio. m 3 / d durch mehrstufige Flash-Destillation ( Mehrstufige Flash-Destillation (en) - MSF) und 0,17 Mio. m 3 / d durch Umkehrosmose .
Turing-Membranen : Turing- Strukturen treten im Nanometerbereich auf , wenn Ungleichgewichte in den Diffusionsgeschwindigkeiten ein stabiles oder quasi-stationäres System empfindlich gegenüber sehr schwachen und heterogenen Störungen machen, beispielsweise während bestimmter chemischer Reaktionen, wenn ein sich schnell bewegender Inhibitor die Bewegung von a . steuert sich langsamer bewegender Aktivator. Im Jahr 2018 haben Tan et al. schlug eine neue Art von Polyamidmembranen vor , die durch Grenzflächenpolymerisation hergestellt werden (Polymerisationsmodus, bei dem Reaktionen an einer Öl-Wasser-Grenzfläche stattfinden); die Zugabe von Polyvinylalkohol zur wässrigen Phase verringerte die Diffusion des Monomers und erzeugte komplexere Membranen (mit mehr Erhebungen, Hohlräumen und Inseln); Durch die Kontrolle der Reaktionsbedingungen an der Grenzfläche ist es experimentell gelungen, "Membranen mit Blasen- oder Röhrenstruktur" zu schaffen, die für Wasser, aber nicht für Salz hoch durchlässig sind.
Dies ist eine der neuen Anwendungsmöglichkeiten von Turing-Strukturen, von denen weitere Anwendungen in Chemie und Biologie erhofft werden.