¿Por qué
Destilación?
Actualmente desalinización por ósmosis inversa es la tecnología de desalinización predominante taquillera $ 15,48 mil millones en inversiones de desalinización 2011 hasta 2015, mientras que de “desalinización de efectos múltiples” asegurado $ 4.04 mil millones en inversiones durante el mismo período de tiempo. La ósmosis inversa es la tecnología más favorecida debido a los avances en la tecnología de membranas y su fiabilidad a gran escala. Sin embargo, la energía que se necesita para crear una planta eficiente de desalinización RO suficientemente grande como para apoyar este proyecto requeriría una cantidad significativa de energía, y el costo de ejecutar toda la operación sería desfavorable . Estudios previos han calculado el costo de agua por metro cúbico de destilación multi-efecto es de entre $ 0,55 y $ 0,7, y $ 0,5 a $ 1,20 para la ósmosis inversa . Este costo por metro cúbico de agua de destilación multi-efecto equivale a $ 1.50 a $ 2.00 por Ccf. Sin embargo, nuestros cálculos han llegado a la conclusión de que el costo de nuestro proyecto tendrá un promedio de $ 14.00 por Ccf. El coste de inversión de una planta de ósmosis inversa es también más alto, con un promedio de $ 1600 /m ^ 3/día. El menor coste de inversión de US $ 1.100 / m ^ 3 / día hace opción MED y más atractivo para la desalinización .
El múltiple escenario de Flash (MSF) proceso evaporador consta de tres cámaras consecutivas con la disminución de las presiones a lo largo de la primera etapa del calor al frío. El agua de mar fluye a través de los tubos del intercambiador de calor, que luego es calentado por la condensación del vapor producido. La temperatura aumenta entonces de la temperatura del mar a la entrada de la temperatura. El agua de mar fluye a través del calentador de salmuera, que es donde se recibe suficiente calor para el proceso de MSF que se produzca. El agua de mar es, por tanto sobrecalentado en comparación con la temperatura y presión de la etapa 1 y parpadea inmediatamente, que es cuando se libera el calor y el vapor llega a un equilibrio con las condiciones de la etapa. Este vapor se condensa por lo tanto en agua dulce y capturado en el intercambiador tubular en la parte superior de la célula. El proceso entonces se repite cuando el agua fluye en la siguiente etapa. El agua fresca destilado producido se extrae de la última etapa, así como el flujo de salmuera de agua de mar poco concentrada.
Una desventaja de utilizar el método RO incluye requisitos de recambio de membrana. Estos no son necesarios para MED. El cloro es un producto químico usado a menudo en el proceso de RO de limpiar y desinfectar el agua y aguas residuales. Sin embargo, cloro hace que las membranas a degradarse a un ritmo más rápido, que requiere las membranas ser sustituidos periódicamente, y por lo tanto aumenta el coste de funcionamiento. Otra ventaja de MED incluye la capacidad de procesar el agua de casi cualquier salinidad con poco pre-tratamiento, mientras que los costes mencionados anteriormente para una planta de SWRO no incluyen el proceso de pre-tratamiento.
Corto- plazo y costo a largo plazo: su impacto
Los ingenieros están explorando nuevas posibilidades para reducir el costo total de la desalación de agua de mar. Los cambios en la capacidad de la planta, los materiales utilizados, el diseño del sistema, el uso de energía y la implementación de sistemas híbridos han demostrado la capacidad de ayudar a reducir el costo y hace el agua más asequibles para los consumidores. Se espera que estos cambios a crecer en los próximos diez a veinte años como avanza la tecnología. Costes de la desalinización en general han disminuido como los nuevos avances que se descubren. El método MED y los métodos de ósmosis inversa se han convertido en opciones asequibles para la desalinización necesidad de hoy, con el costo de ambos reducido en la última década. Sin embargo, los expertos de desalinización no esperan que el costo para disminuir aún más en el futuro. Hay algunas razones para esta hipótesis. 1) El precio del crudo es probable que aumente en el futuro como el agotamiento continúa, lo que aumentará el costo de la energía necesaria para una planta de desalinización. 2) La inflación y las fluctuaciones de la moneda. 3) Se espera que los precios de membrana, químicos y equipos para aumentar en el futuro debido a los avances tecnológicos y la competencia entre los fabricantes que pueden afectar significativamente los costos de operación. 4) Aumento de los costos de envío. 5) El aumento de las regulaciones ambientales aumentarán el costo de los permisos que se pueden obtener.
Si bien las mejoras están permitiendo que los métodos de desalinización para ser más sostenibles, no se esperan avances y tecnologías renovables para disminuir significativamente los costos en el futuro cercano. Nuevos métodos híbridos y renovables finalmente traerán costo de producción en el futuro, pero estos métodos tendrán dificultades para competir con procesos comunes y conocidas como MED y SWRO en un futuro próximo. Sin embargo, la elección de un método MED sobre un método de ósmosis inversa para nuestro proyecto de desalinización puede ayudar a minimizar algunos de estos futuros costos de capital y operativos previstos, minimizar los costos futuros de agua, y muestra el potencial de rendimiento prometedor para la seguridad futura. El uso de métodos solares reducirá los costos de energía necesaria para esta planta de captura y almacenamiento de energía libre. Además, no habrá necesidad de comprar equipos de la membrana, lo que minimiza los costos de reposición y mantenimiento. Las nuevas tecnologías MED y menores costos de producción han permitido que el proceso para ser más fiable y productivo que otros métodos de destilación como MSF, y nos pueden ayudar a combatir la crisis del agua en Arizona por un futuro mejor y más saludable.
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Desde una perspectiva social / cultural, antropológico había muchas razones para poner en práctica las plantas de destilación aquí en Arizona:
- La generación de empleos para ciudadanos de Arizona
- Aguas subterráneas perdido será reemplazado constantemente.
- Trabajos agrícolas pueden continuar y asegurar el crecimiento económico de Arizona.
- Arizona será el ejemplo para la tecnología de vanguardia de destilación en los Estados Unidos.
- Arizona no tendrá que depender de California y Colorado por el agua como en la actualidad estamos en el río Colorado Contrato.
- Arizona no esta tan densamente como Nueva York. Tenemos la tierra disponible para las tecnologías de destilación, mientras se utiliza el sol como un recurso renovable.
- Arizona es tectónicamente estable (en contraste a California)
Hay importantes fallas en el plan original de R/O desde un punto de vista cultural / social:
- Habría empleos creados para la población mexicana - mientras que esto es muy bueno, se crea más problemas en la forma de la legislación, el transporte, el medio ambiente y la educación.
- México no tiene tanta legislación vigente como hace Estados Unidos y que era una preocupación para nuestra clase Capstone.
- Hay un estuario en la bahía de Puerto Peñasco que estar contaminados y / o dañado desde la salida de los residuos de salmuera a través de puntos de liberación bajo el agua.
- Simplemente era demasiado caro / muchos recursos para transportar el volumen de agua que necesitamos para mover a Arizona.
- Rocky Point está sujeto a fallas geológicas, como los terremotos, huracanes e incluso el posible tsunami que destruiría la planta R/O y permitir que los residuos de salmuera contamine los alrededores.
- El sector del turismo en Puerto Peñasco por sí sola nunca permitiría que una planta desalinizadora que se construirá.
- Los pescadores y las mujeres se ganan la vida gracias a la bahía de Puerto Peñasco. Los efectos ecológicos que se derivarían serían devastadoras para la manera de los pescadores de la vida.
¿Por qué ultrafiltración?
La ultrafiltración es un sistema de filtración de alta eficiencia que utiliza un proceso de separación de flujo cruzado para eliminar los contaminantes tales como materiales coloidales junto con moléculas poliméricas inorgánicas y orgánicas, y cualquier otra cosa con un peso molecular elevado. La membrana utilizada para UF tiene poros que van 0,1 a 0,001 micras.
Los pros de ultra filtración es que es una producción constante de agua de alta calidad garantizada, el procedimiento se adapta automáticamente a la calidad del agua cruda, sin productos químicos, no hay riesgo de subproductos peligrosos, la baja inversión y costos de operación y de su medio ambiente.
La ultrafiltración (UF) es un proceso de separación de flujo cruzado que utiliza una membrana con tamaños de poro en el intervalo de desde 0,1 hasta 0,001 micras para separar las partículas en el agua. El líquido o agua que llega a través de la membrana se denomina permeado. La otra corriente de líquido se llama concentrado y se concentró progresivamente en aquellas especies eliminadas por la membrana. En la separación de flujo cruzado, por lo tanto, la membrana en sí mismo no actúa como un colector de iones, moléculas, o coloides sino simplemente como una barrera para estas especies. Membranas de UF pueden eliminar sustancias de alto peso molecular, tales como materiales coloidales, y moléculas poliméricas orgánicas e inorgánicas. Presiones aplicadas bajas se utilizan para lograr altas tasas de flujo de la membrana UF. El flujo de una membrana es la cantidad de permeado producido por unidad de área de superficie de la membrana por unidad de tiempo. El flujo se expresa como galones por pie cuadrado por día (DGA) o metros cúbicos por metros cuadrados por día. Flujos de membrana de UF varían entre 50 y 200 GFD a una presión de funcionamiento de alrededor de 50 psig. En comparación con membranas de ósmosis inversa, que sólo producen entre 10 a 30 GFD de 200 a 400 psi.
El funcionamiento del sistema de ultrafiltración y el mantenimiento deben incluir registros diarios de alimentación y permeado de flujo, presión de alimentación y la temperatura, y la caída de presión en el sistema. Flujo de alimentación es crítico para el funcionamiento de los sistemas de ultrafiltración. Las membranas deben limpiarse cuando el sistema permeado desciende la tasa de un 10% o más. La recuperación de un sistema de ultrafiltración se define como el porcentaje de agua de alimentación que se convierte en el permeado, o: R = PF × 100 Donde: R es la recuperación, P es en volumen de permeado, F es volumen de alimentación.
¿Por qué lagunas
de evaporación?
¿Por qué la energía eólica y solar?
Las instalaciones para generar energía del viento y sol requieren una gran cantidad de tierra, lo que limita en el que puedan estar instalados, y ambos funcionan de forma intermitente. La tecnología eólica tiene una ventaja sobre solar, ya que puede funcionar en la noche. Las turbinas son grandes y su eficiencia aumenta con el tamaño. Al mismo tiempo, muchas personas no les gustan debido a su apariencia, el ruido y otros aspectos.
La tecnología solar es diversa y cada tipo tiene sus ventajas y desventajas a considerar importantes. Los paneles fotovoltaicos, Concentración Solar Torres y parabólicos Comederos fueron investigados y considerados para este proyecto. La energía solar es atractiva porque es a la vez abundante y omnipresente, pero no es consistente en todas partes. Arizona es un lugar ideal para que, sin embargo, debido a la alta concentración de la radiación solar que recibimos casi todos los días del año (Desarrollo Programático de Energía Solar 2014).
Principales ventajas de paneles fotovoltaicos 'más de los otros métodos de generación de energía solar es que no requiere de agua para enfriar el sistema, ya que funciona ni requiere tanta tierra como CSP. De lo contrario, hacer mucha menos energía a un ritmo más lento, dejar fuera de una gran cantidad de calor residual, y tienen una eficiencia de conversión pobres. También, que se construyen en un solo eje, lo que significa que su capacidad para reunir la energía solar está limitado por su ángulo permanente una vez instalado. Energía solar concentrada se especializa en la acumulación de energía a gran escala. Ambos canales parabólicos y torres de energía solar tienen la capacidad de alcanzar temperaturas mucho más altas que PV y se construyen sobre un doble eje que les permite rastrear el sol, lo que maximiza su ingesta diaria. Los canales parabólicos han sido la tecnología CSP de elección durante años, pero han llegado a un punto en el que se puede hacer poco más progreso. El sistema en sí no alcanza temperaturas muy altas, por lo tanto sufren un poco de pérdida de energía durante el transporte, lo que hace que sea muy ineficiente. Fuera de todas las formas de CSP, colectores cilindro-parabólicos requieren la mayor cantidad de agua para la refrigeración y la tierra para el funcionamiento (Zhang 2013).
¿Por qué hemos elegido la energía solar de las Torres?
Tecnología de energía solar concentrada (CSP) se está convirtiendo rápidamente en un gran competidor con Fotovoltaica. Se predice para convertirse en altamente competitivo para la carga masiva en 2020 y de carga de base en 2025 [13]. CSP se destaca de PV porque algunas tecnologías son capaces de almacenar un suministro de copia de seguridad.
Torres de energía solar (SPT) son de gran atractivo debido a su capacidad para almacenar grandes cantidades de energía, la diversidad en la forma, y el potencial de crecimiento [13]. El conjunto general de un tubo sin soldadura consta de una torre central rodeada de helióstatos equipados con eje doble proporcionándoles la capacidad de seguir el sol de manera más eficiente. Esto da SPTs una ventaja ya que son capaces de alcanzar temperaturas más altas, lo que significa una mayor eficiencia [13]. Un componente clave de esta función es el número de helióstatos que rodean el SPT. Se proyecta que para el año 2020, SPTs será la más asequible de todas las tecnologías CSP y requiere la menor cantidad de tierra:
- Fluid Calefacción Transferencia (HFT) = transferencia de calor más alto, más eficiente
- Es igual a menos de agua de refrigeración necesaria más eficiencia
- temps más altos significan costos inferiores de almacenamiento
- Tubería centralizada en el centro de la planta, menos material y pérdida de energía
- SPT mantiene la más alta eficiencia de todo CSP
- Almacenamiento de Energía (TES) es en la actualidad el 99% de eficiencia
Hay desventajas a SPTs equipados con TES, si no se mantiene correctamente. Los TES más exitosos actualmente en uso es de sales fundidas. Dependiendo de la mezcla de sales, una vez que la temperatura del sistema de almacenamiento se reduce a un cierto punto de la sal comenzará a cristalizar. Si la temperatura sigue disminuyendo éste solidifica. Su rango de operación óptima es de entre 260 ° C y 621 ° C [13]. También, SPTs requieren agua para enfriar el sistema para evitar el sobrecalentamiento y plantas construidas con TES requieren más tierras para helióstatos adicionales a fin de reunir el suficiente calor para la generación de energía de la noche.
La imagen superior a la derecha muestra los espejos helióstatos captura el calor solar del sol y transferirlo al receptor solar en la parte superior de la torre, que luego se convierte la turbina y se almacena en una instalación de almacenamiento.
Demanda de Energía RO 30.000 MWh / día
Demanda de energía por Destilación 15.000 MWh / día
Como se muestra en la tabla, Viento y el Gas Natural son los costos más bajos anuales, por los costos iniciales, pero la disponibilidad de tierras para la generación de energía eólica es difícil de cumplir, y Gas Natural no cumple con el requisito del equipo para la energía verde para un proyecto de este tamaño. Solar es la fuente de energía de la opción, a pesar de que los costos anuales son más altos. El reto será reducir la demanda de energía con tecnologías innovadoras. Concentrated Solar Power es una tecnología prometedora que debe considerarse para la producción de esta magnitud. CSP tiene el beneficio adicional de almacenamiento de energía por hasta 10 horas después de que el sol se pone.
Con una requerido 4,5 MAF / año de agua dulce, los cálculos para la producción de energía depende del tipo de tratamiento, y la eficiencia.
Nuestros cálculos de energía requerida se basan en el equilibrio de diversas fuentes como sigue:
¿Por qué utilizar admisión abierta?
Referencias
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