Illustration décrivant la production d'eau douce à partir de saumures hypersalines par extraction par solvant à variation de température. Crédit :Chanhee Boo/Columbia Engineering
Les saumures hypersalines, c'est-à-dire l'eau qui contient de fortes concentrations de sels dissous et dont les niveaux de salinité sont plus élevés que l'eau de mer, sont une préoccupation environnementale croissante dans le monde. Très difficile et coûteux à traiter, ils résultent de l'eau produite lors de la production de pétrole et de gaz, concentré de dessalement intérieur, lixiviat de décharge (un problème majeur pour les décharges municipales de déchets solides), la désulfuration des fumées des eaux usées des centrales électriques à combustibles fossiles, et les effluents des procédés industriels.
Si les saumures hypersalines sont mal gérées, ils peuvent polluer à la fois les ressources en eaux de surface et souterraines. Mais s'il y avait un simple, moyen peu coûteux de dessaler les saumures, de grandes quantités d'eau seraient disponibles pour toutes sortes d'usages, de l'agriculture aux applications industrielles, et peut-être même pour la consommation humaine.
Une équipe d'ingénierie de Columbia dirigée par Ngai Yin Yip, professeur assistant en génie de la terre et de l'environnement, rapporte qu'ils ont développé une approche de dessalement radicalement différente - "l'extraction par solvant à variation de température (TSSE)" - pour les saumures hypersalines. L'étude, publié en ligne dans Lettres sur les sciences et technologies de l'environnement , démontre que TSSE peut dessaler des saumures à très haute salinité, jusqu'à sept fois la concentration de l'eau de mer. C'est bien plus que l'osmose inverse, l'étalon-or pour le dessalement de l'eau de mer, et peut contenir environ deux fois les concentrations de sel d'eau de mer.
Actuellement, les saumures hypersalines sont dessalées soit par membrane (osmose inverse) soit par évaporation d'eau (distillation). Chaque approche a ses limites. Les méthodes d'osmose inverse sont inefficaces pour les saumures à haute salinité car les pressions appliquées en osmose inverse dépendent de la quantité de sel :les saumures hypersalines nécessitent des pressurisations excessivement élevées. Techniques de distillation, qui évaporent la saumure, sont très énergivores.
Yip a travaillé sur l'extraction par solvant, une méthode de séparation largement utilisée pour les procédés de génie chimique. Le relativement bon marché, Facile, et une technique de séparation efficace est utilisée dans un large éventail d'industries, y compris la production de composés organiques fins, purification de produits naturels, et l'extraction de complexes métalliques de valeur.
"Je pensais que l'extraction par solvant pourrait être une bonne approche alternative de dessalement qui est radicalement différente des méthodes conventionnelles car elle est sans membrane et non basée sur un changement de phase par évaporation, " déclare Yip. " Nos résultats montrent que TSSE pourrait être une technologie perturbatrice - c'est efficace, efficace, évolutif, et peut être alimenté de manière durable."
TSSE utilise un solvant à faible polarité avec une solubilité dans l'eau dépendante de la température pour l'extraction sélective de l'eau par rapport au sel des aliments salins. Parce qu'il est sans membrane et non basé sur l'évaporation de l'eau, il permet de contourner les contraintes techniques qui limitent les méthodes plus traditionnelles. Surtout, TSSE est alimenté par de la chaleur de faible qualité ( <70 C) qui est peu coûteux et parfois même gratuit. Dans l'étude, TSSE a éliminé jusqu'à 98,4 % du sel, qui est comparable à l'osmose inverse, l'étalon-or pour le dessalement de l'eau de mer. Les résultats ont également démontré une récupération d'eau élevée> 50% pour les saumures hypersalines, également comparable aux opérations actuelles de dessalement d'eau de mer. Mais, contrairement à TSSE, l'osmose inverse ne peut pas gérer les saumures hypersalines.
Solvants aminés (phase supérieure) extrayant l'eau des saumures hypersalines (phase inférieure). Crédit :Robert Winton et Ngai Yin Yip/Columbia Engineering
"Nous pensons que TSSE sera transformationnel pour l'industrie de l'eau, " ajoute-t-il. " Cela peut remplacer la pratique courante de la distillation coûteuse pour le dessalement des saumures à haute salinité et s'attaquer à des salinités plus élevées que l'OI ne peut pas gérer, " Yip ajoute. " Cela améliorera radicalement la durabilité dans le traitement de l'eau produite, concentré de dessalement intérieur, Lixiviat d'enfouissement, et d'autres flux hypersalins d'importance émergente. Nous pouvons éliminer les problèmes de pollution de ces saumures et créer plus propre, plus d'eau utilisable pour notre planète."
L'approche TSSE de Yip a une voie claire vers la commercialisation. L'apport de chaleur peut être fourni de manière durable par des sources thermiques de faible qualité telles que la chaleur résiduelle industrielle, géothermie de puits peu profonds, et des capteurs solaires à faible concentration. Il travaille maintenant à affiner davantage le fonctionnement du TSSE en tant que méthode de dessalement afin de pouvoir concevoir de nouvelles améliorations des performances et le tester avec des échantillons du monde réel sur le terrain.
L'étude s'intitule "Desalement sans membrane et sans évaporation des saumures hypersalines par extraction par solvant à variation de température".
