Często mówimy, że woda morska jest słona, ale jak naukowo zmierzyć tę „słoność”? Klucz leży we wskaźniku zwanym TDS.TDS, czyli „Total Dissolved Solids”, jak sama nazwa wskazuje, odnosi się do całkowitej ilości wszystkich minerałów, soli i niewielkiej ilości materii organicznej rozpuszczonej w wodzie.Substancje te pochodzą ze skał, gleby i działalności człowieka i występują w wodzie w postaci jonów. Mierzymy je w miligramach na litr (mg/l).
Można myśleć o TDS jako o „niewidzialnej zawartości stałej” w szklance wody. Woda mineralna, którą pijemy, ponieważ zawiera umiarkowaną ilość minerałów, zazwyczaj ma wartość TDS rzędu setek. Natomiast woda destylowana lub woda głęboko oczyszczona ma bardzo niską wartość TDS. Wyraźny słony smak wody morskiej wynika właśnie z jej wyjątkowo wysokiej wartości TDS, której głównym składnikiem jest znany chlorek sodu, znany również jako sól kuchenna.
► Naturalny podział na świeże i słone
Jedną z najbardziej podstawowych różnic między wodą słodką a wodą morską jest wartość TDS. Wartość TDS słodkiej wody z rzek i jezior mieści się zwykle w zakresie od niskiego do średniego i po konwencjonalnym oczyszczaniu może spełniać standardy picia lub użytkowania. Woda morska jest jednak zupełnie inna. Jego średnia wartość TDS jest niezwykle wysoka, dziesiątki, a nawet setki razy większa niż w przypadku zwykłej wody słodkiej. Ta ogromna różnica liczbowa jest główną przeszkodą, jaką musi pokonać odsalanie wody morskiej,-oddzielenie tak dużej ilości rozpuszczonych substancji stałych od wody nie jest łatwym zadaniem.
► Podstawowe wyzwanie związane z odsalaniem wody morskiej: wysoki poziom TDS
Obecnie dominującą technologią odsalania wody morskiej jest odwrócona osmoza.Mówiąc najprościej, jego zasada polega na użyciu ogromnego ciśnienia w celu przepuszczenia wody morskiej przez-półprzepuszczalną membranę, która przepuszcza jedynie cząsteczki wody, blokując w ten sposób sole i inne rozpuszczone substancje w celu wytworzenia słodkiej wody. Tutaj poziom TDS bezpośrednio określa trudność i koszt całego systemu.
Po pierwsze, im wyższa wartość TDS, tym większe „zasolenie” wody i silniejsze „ciśnienie osmotyczne”, które generuje, co przeciwdziała przepływowi słodkiej wody. Aby pokonać to ciśnienie, system odwróconej osmozy musi zużywać więcej energii elektrycznej do napędzania pomp-wysokociśnieniowych,co sprawia, że zużycie energii stanowi główną część kosztów odsalania.
Po drugie, wysoki TDS oznacza, że podczas procesu odsalania sole blokowane przez membranę będą silnie stężone w pobliżu powierzchni membrany. Może to łatwo prowadzić do krystalizacji i wytrącania soli, które przylegają do membrany niczym kamień. Zjawisko to nazywane jest „skalowaniem”.Zablokowanie membrany nie tylko zmniejsza wydajność produkcji wody, ale także znacznie skraca żywotność membrany, a wymiana elementów membrany wiąże się ze sporym wydatkiem.Dlatego też głównym celem przy projektowaniu i działaniu całościsystem odsalaniajest walka z problemami wysokiego ciśnienia i kamienia powodowanymi przez wysoki TDS.
► Rozwiązanie: Synergia technologii i systemów
W obliczu wyzwania, jakim jest woda morska o wysokim-TDS, poleganie wyłącznie na membranie odwróconej osmozy nie wystarczy; wymagana jest wyrafinowana i zintegrowana strategia.
Zanim woda morska dostanie się do elementów membrany rdzenia,musi zostać poddany wieloetapowej-obróbce wstępnej, takie jak filtracja i dozowanie środków chemicznych, w celu usunięcia zawieszonych ciał stałych, koloidów i innych substancji, które mogłyby zanieczyszczać membranę, zmniejszając w ten sposób obciążenie „głównej siły”. Aby złagodzić powstawanie kamienia, do układu dozuje się antyskalanty, które w sposób naukowy hamują tworzenie się i przyleganie kryształków soli.
Pod względemmateriały membranowe, oprócz typowych membran polimerowych,ceramiczna membrana odsalająca, który zapewnia silniejsze działanie przeciwporostowe-i dłuższą żywotność, cieszy się coraz większym zainteresowaniem i badaniami. Jest bardziej tolerancyjny na trudną jakość wody i procesy czyszczenia.
Ponadto, aby odzyskać energię i zmniejszyć jej zużycie,nowoczesne systemy o wysokiej-wydajności są wyposażone w urządzenia do odzyskiwania energii. Urządzenia te mogą odzyskiwać ciśnienie z-wysokociśnieniowego zrzutu solanki i wykorzystywać je do uzupełniania ciśnienia wody zasilającej, co znacznie zmniejsza zużycie energii elektrycznej. Oczywiście,regularne chemiczne czyszczenie membranprzywrócenie ich wydajności jest także nieodzowną częścią utrzymania-długoterminowego, stabilnego działania systemu.
Podsumowując, w przypadku odsalania wody morskiej wartość TDS to znacznie więcej niż tylko wskaźnik pomiaru jakości wody. Jest to podstawowy parametr determinujący podejście technologiczne, zużycie energii w systemie, koszty operacyjne i efektywność produkcji wody. Zrozumienie TDS oznacza zrozumienie, dlaczego technologia odsalania jest tak złożona, i ciągłe wprowadzanie innowacji-wykorzystujemy inteligencję i inżynierię, aby pokonać „barierę zasolenia” ustanowioną przez naturę, pozyskując w ten sposób cenne zasoby słodkiej wody z rozległego oceanu.