p A segurança da água está se tornando um desafio global urgente. Centenas de milhões de pessoas já vivem em regiões com escassez de água, e a ONU projeta que até 2030 cerca de metade da população mundial estará vivendo em áreas com grande escassez de água. Esta será uma crise até mesmo para países desenvolvidos como os EUA, onde gestores de água em 40 estados esperam escassez de água doce nos próximos 10 anos. À medida que a população global e o PIB crescem, o mesmo acontecerá com a demanda por água doce. E, com o aumento contínuo das temperaturas globais, a escassez de água só vai piorar. p Os processos de dessalinização estão cada vez mais sendo usados ​​para aumentar o abastecimento de água. Na verdade, A capacidade global de dessalinização deve dobrar entre 2016 e 2030. Mas esses processos são caros e podem ser prejudiciais ao meio ambiente. As salmouras de salinidade ultra-alta que são o subproduto da dessalinização podem ser várias vezes maiores que a salinidade da água do mar e suas opções de gerenciamento são especialmente desafiadoras para instalações de dessalinização no interior, como as do Arizona, Califórnia, Flórida, e Texas.

p Durante o ano passado, Os pesquisadores da Columbia Engineering vêm refinando sua abordagem de dessalinização não convencional para salmouras hipersalinas - extração por solvente com variação de temperatura (TSSE) - que mostra uma grande promessa para uso generalizado. TSSE é radicalmente diferente dos métodos convencionais porque é uma técnica baseada em extração de solvente que não usa membranas e não é baseada na mudança de fase evaporativa:é eficaz, eficiente, escalável, e alimentado de forma sustentável. Em um novo jornal, publicado online em 23 de junho em Ciência e Tecnologia Ambiental , a equipe relata que seu método lhes permitiu obter descarga de líquido zero (ZLD) com eficiência energética de salmouras de salinidade ultra-alta - a primeira demonstração de TSSE para dessalinização de ZLD de salmouras hipersalinas.

p "A descarga de líquido zero é a última fronteira da dessalinização, "diz Ngai Yin Yip, um professor assistente de engenharia terrestre e ambiental que conduziu o estudo. "Evaporando e condensando a água é a prática atual para ZLD, mas consome muita energia e é proibitivamente caro. Conseguimos atingir ZLD sem ferver a água - este é um grande avanço para dessalinizar as salmouras de salinidade ultra-alta que demonstra como nossa técnica TSSE pode ser uma tecnologia transformadora para a indústria global de água. "

p O processo de TSSE de Yip começa com a mistura de um solvente de baixa polaridade com a salmoura de alta salinidade. Em baixas temperaturas (a equipe usou 5 ° C), o solvente TSSE extrai água da salmoura, mas não sais (que estão presentes na salmoura como íons). Ao controlar a proporção de solvente para salmoura, a equipe pode extrair toda a água da salmoura para o solvente para induzir a precipitação dos sais - depois que toda a água for "sugada" para o solvente, os sais formam cristais sólidos e caem no fundo, que pode então ser facilmente peneirado.

p Depois que os pesquisadores separam os sais precipitados, eles aquecem o solvente carregado de água a uma temperatura moderada de cerca de 70 ° C. Nesta temperatura mais alta, a solubilidade do solvente para água diminui e a água é extraída do solvente, como uma esponja. A água separada forma uma camada abaixo do solvente e tem muito menos sal do que a salmoura inicial. Ele pode ser facilmente removido por sifão e o solvente regenerado pode então ser reutilizado para o próximo ciclo de TSSE.

p "Não esperávamos que o TSSE funcionasse tão bem como funcionou, "Yip diz." Na verdade, quando estávamos discutindo seu potencial para ZLD, pensamos exatamente o oposto, que o processo provavelmente acabaria em algum ponto quando houvesse sal demais para continuar funcionando. Então, foi uma surpresa feliz quando convenci o pesquisador líder Chanhee Boo a tentar, pelo amor de Deus, em uma tarde de sexta-feira e obtivemos ótimos resultados. "

p Com uma alimentação de salmoura simulada (preparada em laboratório) de 292, 500 partes por milhão de sólidos dissolvidos totais, O grupo de Yip foi capaz de precipitar mais de 90% do sal da solução original. Além disso, os pesquisadores estimaram que o processo usou apenas cerca de um quarto da energia necessária para a evaporação da água - uma economia de energia de 75% em comparação com a evaporação térmica da salmoura. Eles reutilizaram o solvente por vários ciclos sem perda perceptível de desempenho, demonstrando que o solvente foi conservado e não gasto durante o processo.

p Então, para demonstrar a aplicabilidade prática da tecnologia, a equipe coletou uma amostra de campo de salmoura de alta salinidade, o concentrado de água de drenagem de irrigação no Vale Central da Califórnia, onde a água de drenagem de irrigação é difícil e cara de tratar, e alcançou ZLD com TSSE.

p Os métodos convencionais de destilação requerem vapor de alta qualidade e são frequentemente complementados com eletricidade para alimentar bombas de vácuo. Como o TSSE requer apenas entradas de temperatura moderada, a energia térmica de baixo grau necessária pode vir de fontes mais sustentáveis, como calor residual industrial, raso-poço geotérmico, e coletores solares de baixa concentração.

p "Com o solvente certo e as condições de temperatura certas, podemos fornecer opções econômicas e ambientalmente sustentáveis ​​de gerenciamento de concentrado para instalações de dessalinização no interior, utilizando água subterrânea salobra para aliviar o estresse hídrico atual e pendente, "Yip notas.

p Além de gerenciar concentrados de dessalinização no interior, TSSE também pode ser usado para outras salmouras de alta salinidade, incluindo refluxo e água produzida a partir da extração de petróleo e gás, fluxos de resíduos de estações de energia elétrica movidas a vapor, descargas de instalações de carvão para produtos químicos, e lixiviado de aterro. O grupo de Yip continua investigando os mecanismos fundamentais de trabalho do TSSE, para projetar melhorias adicionais em seu desempenho. Este trabalho inclui mais testes com amostras reais de campo, as well as optimization of the overall process.

p The study is titled "Zero Liquid Discharge of Ultrahigh Salinity Brines with Temperature Swing Solvent Extraction."