Nova tecnologia de tratamento de água pode ajudar a reciclar até águas supersalgadas

Pesquisadores descobrem que o design teórico pode ser a maneira mais acessível de transformar águas salgadas em água potável

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Pesquisadores descobrem que o design teórico pode ser a maneira mais acessível de transformar águas salgadas em água potável

Enquanto as mudanças climáticas provocam uma megaseca no sudoeste dos Estados Unidos, o país está atingindo alguns recordes preocupantes. O nível da água do Lago Mead, que fornece água para milhões de pessoas, está próximo do nível mais baixo de todos os tempos. E, em alguns lugares, o encolhimento do rio Colorado, que irriga cerca de 5 milhões de acres de terras agrícolas e sacia a sede de mais de 40 milhões de pessoas, é apenas deserto e poeira.

Enquanto isso, a partir de 2018, cerca de 80% das águas residuais do país – incluindo água usada na agricultura, usinas de energia e minas – são despejadas de volta no mundo, sem tratamento e inutilizáveis, uma oportunidade desperdiçada. E embora as tecnologias de purificação atuais, que usam um processo chamado osmose reversa, ainda sejam a maneira mais econômica e eficiente em termos de energia para tratar a água do mar e as águas subterrâneas salgadas, a osmose reversa convencional não pode lidar com águas supersalgadas - aquelas que contêm o dobro do teor de sal do oceano. À medida que o abastecimento de água dos EUA diminui (e fica mais salgado), o país não pode mais se dar ao luxo de despejar no mundo nem mesmo as fontes mais salgadas.

Agora, em um novo estudo publicado na Dessalination, membros do consórcio de pesquisa National Alliance for Water Innovation (NAWI) analisaram uma forma emergente de osmose reversa, chamada osmose reversa de baixa rejeição de sal. Esses novos sistemas podem tratar até mesmo água altamente salgada. Mas o design é tão novo que ainda é teórico.

Então, para saber como essas tecnologias podem competir com outras opções de tratamento de água, a equipe de pesquisa do NAWI desenvolveu um modelo matemático que poderia, com a ajuda de um supercomputador, avaliar rapidamente o custo, a produção de água limpa e o consumo de energia de mais de 130.000 sistemas potenciais. projetos. Seus resultados mostram que, em muitos casos, a osmose reversa de baixa rejeição de sal pode ser a escolha mais econômica, reduzindo potencialmente o custo total de produção de água limpa em até 63%.

"O objetivo final desta pesquisa é realizar uma avaliação técnico-econômica completa de uma nova tecnologia que ainda não foi testada no mundo real, mas tem potencial para permitir a dessalinização de alta recuperação de água", disse Adam Atia, um engenheiro sênior do Laboratório Nacional de Tecnologia de Energia e principal autor do artigo.

Embora alguns estudos tenham avaliado o custo potencial e a eficiência dos sistemas de osmose reversa com baixa rejeição de sal, este estudo oferece uma análise mais abrangente de seu projeto, operação e desempenho. Para entender melhor a promessa potencial desses sistemas teóricos, a equipe usou um supercomputador para aprimorar os designs mais otimizados e econômicos. Eles então exploraram como esses projetos podem funcionar em centenas de milhares de cenários (em oposição a apenas um punhado).

Como os sistemas de osmose reversa com baixa rejeição de sal permitem que mais sal passe por cada membrana, eles exigem menos força – e, portanto, menos energia – para empurrar a água. Mas, se mais sal puder se espremer, a água resultante será, sem surpresa, ainda muito salgada para beber. Para produzir água potável, essa água ainda muito salgada é reciclada de volta aos estágios anteriores da membrana. Uma vez que o teor de sal é baixo o suficiente, a osmose reversa padrão pode cuidar do resto, gerando água potável de alta qualidade.

Toda essa reciclagem aumenta a complexidade do sistema. Então, a equipe precisava descobrir: quantos estágios de membrana são ideais? Quantos ciclos de reciclagem são necessários? E quanto custo e energia esses loops adicionam? Para responder a essas perguntas, os pesquisadores poderiam calcular, individualmente, quanta água limpa cada projeto poderia produzir a partir de águas com diferentes concentrações de sal.

“Isso levaria muito, muito, muito tempo para eles resolverem”, disse Ethan Young, pesquisador do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) e autor do estudo. "Conseguimos fazer isso em poucos minutos com computação de alto desempenho."