Suolanpoisto (desalinaatio): makean veden tuotanto, menetelmät ja käyttö

Suolanpoisto (desalinaatio): kattava opas makean veden tuotosta, menetelmistä (tislaus, käänteisosmoosi), käyttömahdollisuuksista ja kansainvälisistä esimerkeistä.

Suolanpoistolla tarkoitetaan prosessia, jossa vedestä poistetaan ylimääräinen suola ja muut mineraalit, jotta saadaan makeaa vettä, joka soveltuu eläinten ravinnoksi tai kasteluun. Useimmiten suolanpoisto tapahtuu tislaamalla. Osa tapahtuu käänteisosmoosilla tai muilla menetelmillä.

Päätarkoituksena on tuottaa vettä ihmisten käyttöön. Suola kuljetetaan yleensä pois suolavetenä, mutta joissakin paikoissa kiinteä suola otetaan talteen.

Murtoveden suolanpoistoa tehdään Yhdysvalloissa, jotta Meksikoon johdettavaa jokivettä koskevat sopimusvelvoitteet voidaan täyttää. Useilla Lähi-idän mailla on niin suuret energiavarat, että ne käyttävät suolanpoistovettä maataloudessa. Saudi-Arabian suolanpoistolaitosten osuus maailman kokonaiskapasiteetista on noin 24 prosenttia. Maailman suurin suolanpoistolaitos on Arabiemiirikunnissa sijaitseva Jebel Alin suolanpoistolaitos (vaihe 2). Laitoksessa käytetään monivaiheista välähdystislausta, kaksitoimista tislausta ja se pystyy tuottamaan 300 miljoonaa kuutiometriä vettä vuodessa.

Menetelmät ja miten ne toimivat

Suolanpoistossa käytetään pääsääntöisesti kahta perusperiaatetta: lämpö- tai paine- ja kalvotekniikkaa.

• Tislaus (lämpömenetelmät): Vesi höyrystetään ja tiivistetään uudelleen. Tavallisia tekniikoita ovat monivaiheinen välähdystislaus (MSF), moniefekti-tislaus (MED) ja höyrykompressioprosessit (vapour-compression). Nämä sopivat erityisesti rannikkokohteisiin, joissa on runsaasti lämpöenergiaa tai sen sivuvirtana saatavaa lämpöä.
• Käänteisosmoosi (RO): Paineella työnnetään suolavettä puoliläpäisevän kalvon läpi, joka pidättää suolan ja muut epäpuhtaudet. RO on yleisin menetelmä nykyään erityisesti murtoveden ja meriveden suolanpoistossa, koska sen energiantarve sähköenergiaksi muutettuna on usein alhaisempi kuin perinteisellä tislaamisella.
• Sähkökemialliset ja muut kalvomenetelmät: Näitä ovat esimerkiksi elektrodialyysi ja käänteisosmoosin variantit sekä uudemmat tekniikat kuten kalvo-tislaus (membrane distillation). Niitä käytetään erityisesti brackish- eli murtoveden käsittelyssä tai teollisuuden jätevesien puhdistuksessa.

Puhdistusprosessin vaiheet

• Pretreatment: Ennen varsinaista suolanpoistoa tarvitaan mekaanista suodatusta ja kemiallista esikäsittelyä, jotta poistetaan kiintoainetta, orgaanista ainesta ja estetään kalvojen tai lämmitysjärjestelmän skaalaantuminen ja fouling.
• Pääprosessi: Tislaus tai kalvojen läpi tapahtuva erotus (käänteisosmoosi jne.).
• Jälkikäsittely: Makean veden laatu säädetään juomakelpoiseksi tai käyttövedeksi lisäämällä tarvittaessa mineraaleja, säätämällä pH:ta ja desinfioimalla.

Käyttötarkoitukset ja kapasiteetti

Suolanpoistoa hyödynnetään laajasti:

• Kaupunkien juomavetenä alueilla, joilla makean veden lähteet ovat niukat.
• Teollisuudessa ja prosessiveden lähteenä.
• Maataloudessa ja kastelussa alueilla, joissa makeaa vettä ei ole riittävästi.
• Merellä tai etäisillä saarella, joissa vesihuolto riippuu tuotannosta.

Maailmanlaajuinen tuotantokapasiteetti on kasvanut nopeasti viime vuosikymmeninä ja on nykyään kymmeniä miljoonia kuutiometrejä päivässä. Tietyillä mailla, kuten Saudi-Arabialla ja Arabiemiirikunnilla, on erittäin suuret osuudet maailman kapasiteetista, ja suurimmat laitokset tuottavat satoja miljoonia kuutiometrejä vettä vuodessa.

Energia, kustannukset ja tehokkuus

Suolanpoisto voi olla energiaintensiivistä. Energian tarve vaihtelee menetelmän, raakapitoisuuden ja laitoksen tehokkuuden mukaan. Yleisesti käänteisosmoosissa sähköenergiankulutus meriveden käsittelyssä on tyypillisesti alhaampi kuin lämpöperusteisissa prosesseissa, mutta tarkat luvut riippuvat laitoskokoonpanosta ja uusiutumattoman vs. uusiutuvan energian käytöstä.

Operointi- ja investointikustannukset vaihtelevat suuresti: pienemmät laitteet ja yksinkertaisemmat kohteet voivat olla edullisempia, kun taas suuret kaupunkilaitokset vaativat merkittäviä pääomia. Kustannuksiin vaikuttavat myös esikäsittelyn tarve, kemikaalien käyttö, huolto sekä jäteveden käsittelyyn liittyvät vaatimukset.

Ympäristövaikutukset ja jätehuolto

Suolanpoisto synnyttää keskeisen ympäristöhaasteen: pitoista suolavettä eli brineä syntyy aina. Brine on tiheämpää ja suolaisempaa kuin lähtiö, ja sen päästöt mereen voivat aiheuttaa paikallista hyperhalinitettä, vaikuttaa pohjaeläimistöön ja muuttaa veden kemiaa. Lisäksi joissakin laitoksissa käytetyt kemikaalit ja puhdistusaineiden jäämät voivat kuormittaa vastaanottavaa vesistöä.

Ratkaisuja ympäristöongelmiin ovat muun muassa:

• Brinen ohjaaminen laimennukseen tai pitkien hajautusputkien kautta syvemmälle mereen.
• Brinen hyödyntäminen prosesseissa tai suolan talteenotto, jolloin osa mineraaleista kerätään hyötykäyttöön.
• Uusien teknologioiden kehittäminen, jotka pienentävät hukkaenergiantarvetta ja minimoivat kemikaalien käyttöä.

Haasteet ja kehitys

• Kalvojen fouling ja skaalaantuminen: Kalvojen suorituskyky heikkenee ajan myötä, mikä vaatii säännöllistä puhdistusta ja vaihtoa.
• Energia ja päästöt: Tuotannon hiilijalanjälkeä pyritään pienentämään integroimalla uusiutuvaa energiaa, esimerkiksi aurinko- tai tuulivoimaa, sekä käyttämällä hukkalämpöä tai yhdistettyjä lämpö- ja sähköjärjestelmiä.
• Sääntely ja ympäristönsuojelu: Tiukentuvat ympäristövaatimukset edellyttävät parempia brine-käsittelyjä ja seurantaa.
• Kustannusten aleneminen ja teknologinen kehitys: Kalvo- ja energiatehokkuuden parannukset sekä skaalautuvat modulaariset ratkaisut tekevät suolanpoistosta yhä kilpailukykyisempää eri käyttökohteissa.

Yhteenvetona suolanpoisto on tärkeä työkalu vesivarojen hallinnassa, etenkin kuivilla alueilla ja saarikohteissa. Menetelmät kehittyvät jatkuvasti, mutta kestävä laajentaminen vaatii huomiota energiatehokkuuteen, ympäristövaikutuksiin ja jätehuoltoon.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä on suolanpoisto?

K: Miten suurin osa suolanpoistosta tehdään?

K: Mitä muita suolanpoistomenetelmiä on olemassa?

K: Mikä on suolanpoiston päätarkoitus?

K: Mitä suolalle tapahtuu suolanpoiston aikana?

K: Miksi murtoveden suolanpoistoa tehdään Yhdysvalloissa?

K: Missä maassa on eniten suolanpoistolaitoksia maailmassa?

Hae kirjaimella