NewsVoice är en nättidning för oberoende nyheter, debatt och analys. 
Genombrott för filter- och membranteknik. Världens första projekt för att utnyttja koncentrerat havsvatten som en resurs har nått testproduktion. För varje tre ton avfallskoncentrerat havsvatten som matas in i processen kan ett ton renat havsvatten med en koncentration på 120 g/liter samt två ton sötvatten produceras.
Det raffinerade koncentrerade havsvattnet transporteras direkt via rörledning till en sodafabrik (natriumkarbonat), där det ersätter det råsalt som tidigare importerades.
Tekniken utvecklas av företaget Tangshan Sanyou Lanhai Technology tillsammans med universitet och forskningsinstitutioner i Kina.
I företagets förbehandlingsanläggning passerar det koncentrerade havsvattnet genom flera lager av filtermedia som steg för steg fångar upp och avlägsnar olösliga fasta ämnen och föroreningar. Zhao Lin, som leder företagets forskningsteam, säger att den verkliga utmaningen ligger i tvåvärda joner såsom kalcium-, magnesium- och sulfatjoner.
I vanligt havsvatten är dessa joner ofarliga, men när havsvattnet koncentreras till en hög nivå fälls de snabbt ut, ungefär som kalkavlagringar i en vattenkokare, vilket täpper till rörledningar och skadar membranutrustningen. De är dessutom svårare att avlägsna än kalkavlagringar.
Att separera kalcium- och magnesiumjoner från natriumklorid i koncentrerat havsvatten är redan tekniskt svårt, och att göra det på ett ekonomiskt genomförbart sätt i industriell skala är ännu svårare, skriver Lu Zijian på Science and Technology Daily.
Teamet började med nanofiltrering, där man använde membran för att separera tvåvärda joner från envärda joner. De testade mer än tio olika typer av membranprodukter, och varje test tog minst 15 dagar och genomfördes i tre faser. Att de två första faserna förlöpte smidigt var dock ingen garanti för att den tredje fasen skulle fungera.
Teamet kom fram till den grundläggande orsaken: membranets funktionella skikt, tillverkat av polyamid, hade komprimerats. När det väl har komprimerats ökar dess densitet kraftigt, vilket leder till en drastisk försämring av separationsförmågan.
Efter att ha avlägsnat föroreningarna behövde teamet även höja koncentrationsdensiteten i det koncentrerade avfallsvattnet från 40–50 g/liter till 120 g/liter, vilket utgjorde ytterligare en utmaning.
Att använda konventionella metoder för detta skulle kräva utrustning med hög trycktålighet och förbruka för mycket el för att vanliga företag skulle kunna klara av det, sade Li.
Traditionell teknik för omvänd osmos står inför ett dilemma: ju högre koncentration, desto större osmotiskt tryck och desto större belastning på utrustningen. När trycket stiger utsätts membranet för fysisk deformation, samtidigt som elförbrukningen skjuter i höjden.
För att lösa detta problem införde teamet en fyrstegs-, tvåpasskoncentrationsteknik med omvänd osmos, den första i sitt slag. De fyra stegen utgjordes av fyra koncentrationssteg kopplade i serie, medan de två passen var ett omvänt osmossystem med två passager.
Teamet gick bortom den konventionella metoden att applicera tryck i ett enda steg. Den långa koncentrationsprocessen delades upp i fyra steg, förklarade Zhao.
”Varje steg pressar ut färskvatten och behåller saltet, men varje steg har olika egenskaper och kräver därför olika membranelement.”
Valet av membran är avgörande, men hur membranelementen kopplas i serie eller parallellt är ännu viktigare, säger Zhao. För detta införde de på ett innovativt sätt konceptet ”cirkulerande omvänd osmos”, vilket gör att en del av det koncentrerade havsvattnet flödar tillbaka till ett tidigare steg för vidare behandling, ungefär som kapillärerna och de stora artärerna samverkar.
I slutändan uppnådde systemet målkoncentrationen på 120 g/l.
Det svåraste var att välja rätt membranelement, säger Zhao. Parametrarna för membran från olika tillverkare varierar, och till och med membran från olika tillverkningssatser hos samma tillverkare kan uppvisa skillnader i prestanda. Dessutom kan ett membran som fungerar utomordentligt bra i laboratoriet kanske inte prestera lika bra i en industriell miljö.
År 2017 genomförde Tangshan Sanyou Chemical Industry, ett företag som Lanhai Technology tillhör, en pilotstudie som kombinerade nanofiltrering och elektrodialys och utvecklade en koncentrationsprocess med nanofiltrering och omvänd osmos. Teamet testade produkter från ledande membrantillverkare både i Kina och utomlands och lyckades slutligen sätta hela produktionslinjen i drift.
”Att använda renat koncentrerat havsvatten direkt som råvara för saltkemikalieindustrin är en viktig teknisk väg för att hantera de potentiella ekologiska riskerna som är förknippade med utsläpp av koncentrerad saltlake i havet vid källan”, säger Liu Lan, senioringenjör vid Institutet för marin utveckling vid Kinas havsuniversitet.
”Det finns för närvarande inget tidigare exempel på resursutnyttjande av koncentrerat havsvatten i så stor skala”, säger Liu.
Resursutnyttjandet av koncentrerat havsvatten som avfall har för första gången möjliggjort en sluten process i industriell skala som täcker hela kedjan.
Text: Lu Zijian, Waste-concentrated Seawater Becomes Resource, Science and Technology Daily | Översättning och sammanställning: NewsVoice
