Χημική διαδικασία αφαλάτωσης

Αφαλάτωση, που ονομάζεται επίσης αφαλάτωση, απομάκρυνση των διαλυμένων αλάτων από το θαλασσινό νερό και σε ορισμένες περιπτώσεις από τα υφάλμυρα (ελαφρώς αλμυρά) νερά των εσωτερικών θαλασσών, τα υπόγεια ύδατα με υψηλή ορυκτότητα (π.χ. γεωθερμικές άλμες) και τα αστικά λύματα. Αυτή η διαδικασία καθιστά τέτοια διαφορετικά άχρηστα νερά κατάλληλα για ανθρώπινη κατανάλωση, άρδευση, βιομηχανικές εφαρμογές και διάφορους άλλους σκοπούς. Η υπάρχουσα τεχνολογία αφαλάτωσης απαιτεί σημαντική ποσότητα ενέργειας, συνήθως με τη μορφή ορυκτών καυσίμων, και έτσι η διαδικασία είναι δαπανηρή. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιείται γενικά μόνο όταν οι πηγές γλυκού νερού δεν είναι οικονομικά διαθέσιμες. Επιπλέον, η ποσότητα των εκπομπών αερίων θερμοκηπίου και των λυμάτων άλμης που παράγονται από μονάδες αφαλάτωσης δημιουργούν σημαντικές περιβαλλοντικές προκλήσεις.

Επιστήμες της Γης: Αφαλάτωση, παλιρροιακή δύναμη και μέταλλα από τη θάλασσα

Για αιώνες πηγή τροφής και κοινού αλατιού, η θάλασσα γίνεται όλο και περισσότερο πηγή νερού, χημικών και ενέργειας. Το 1967 Key West,

Η αφαλάτωση του θαλασσινού νερού είναι μια αρχαία έννοια. Ο Αριστοτέλης περιέγραψε μια μέθοδο εξάτμισης που χρησιμοποιούν οι Έλληνες ναυτικοί του 4ου αιώνα π.Χ. Ένας Άραβας συγγραφέας του 8ου αιώνα παρήγαγε μια πραγματεία για την απόσταξη. Τον 19ο αιώνα, η ανάπτυξη της ατμοπλοΐας ατμού δημιούργησε τη ζήτηση για μη διαβρωτικό νερό για λέβητες και το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για μια διαδικασία αφαλάτωσης χορηγήθηκε στην Αγγλία το 1869. Την ίδια χρονιά, η πρώτη μονάδα απόσταξης νερού κατασκευάστηκε από τη βρετανική κυβέρνηση στο Aden, για την προμήθεια πλοίων σταματώντας στο λιμάνι της Ερυθράς Θάλασσας Ο πρώτος μεγάλος ακόμη που παρέχει νερό για εμπορικούς σκοπούς χτίστηκε το 1930 στην Αρούμπα, κοντά στη Βενεζουέλα. Μέχρι το 2019, περίπου 18.000 μονάδες αφαλάτωσης παράγουν συνολικά περισσότερα από 95 εκατομμύρια κυβικά μέτρα (άνω των 3,4 δισεκατομμυρίων κυβικών ποδιών) πόσιμου νερού την ημέρα λειτουργούσαν σε όλο τον κόσμο.

Desalination processes

Desalination methods can utilize either thermal processes (involving heat transfer and a phase change) or membrane processes (using thin sheets of synthetic semipermeable materials to separate water from dissolved salt). Multistage flash distillation is a thermal process for desalting relatively large quantities of seawater. Based on the fact that the boiling temperature of water is lowered as air pressure drops, this process is carried out in a series of closed tanks (stages) set at progressively lower pressures. When preheated seawater enters the first stage, some of it rapidly boils (flashes), forming vapour that is condensed into fresh water on heat-exchange tubes. Fresh water is collected in trays as the remaining seawater flows into the next stage, where it also flashes, and the process is continued. One of the largest of these systems, located in Al-Jubayl, Saudi Arabia, can produce more than 750 million litres (200 million gallons) of desalted water per day.

In small communities where salt water and intense sunlight are both abundant, a simple thermal process called solar humidification can be used. The heat of the Sun partially vaporizes salt water under a transparent cover. On the underside of the cover, the vapour condenses and flows into a collecting trough. The principal difficulty in this process is that large land areas are required, and energy is needed for pumping the water. Another thermal process makes use of the fact that, when salt water is frozen, the ice crystals contain no salt. In practice, however, objectionable amounts of salt water remain trapped between the crystals, and the amount of fresh water needed to wash the salt water away is comparable to the amount of fresh water produced by melting the crystals.

Membrane processes for desalting include reverse osmosis and electrodialysis. Of the two, reverse osmosis is the more widely used, particularly for desalting brackish waters from inland seas. The salt content of brackish inland water, though undesirable, is considerably below that of seawater. Electrodialysis uses electrical potential to drive the positive and negative ions of dissolved salts through separate semipermeable synthetic membrane filters. This process leaves fresh water between the filters. In reverse osmosis salt water is forced against the membranes under high pressure; fresh water passes through while the concentrated mineral salts remain behind. To conserve space, the membranes are packaged in multiple layers in a collection of long tubes. One of the largest reverse-osmosis desalination plants now in operation is located in Sorek, Israel, and can produce some 627,000 cubic metres (22 million cubic feet) of desalted water per day.

Global production

In many areas of the world, particularly in densely populated arid regions, desalted water is the main source of municipal water supplies. Desalination is used in more than 120 countries, and about half of all desalted water is produced in the Middle East and North Africa. By 2019 the largest producers of desalinated water were Saudi Arabia, the United Arab Emirates, and Kuwait. The United States is another major producer, accounting for roughly 13 percent of the total output (mostly in Florida, Texas, and California). The majority of all desalination plants are reverse-osmosis systems, with multistage flash distillation being the second-ranking process.

In general, a population usually can afford to pay about 7–10 times as much for water for domestic purposes as it does for agricultural water. Large-scale desalination facilities promise to lower the cost of desalted water at the desalination sites to a level that most industries and some agricultural enterprises can afford. In the future it can be expected that the ocean will become an increasingly important source of fresh water. If production and transportation costs can be lowered sufficiently, it may be possible to produce fresh water to irrigate large areas that border the oceans in many parts of the world.