Processos térmicos
Este método evapora a água do mar aplicando uma fonte de calor e depois a condensa. Repita a operação várias vezes, em alguns casos adicionando ao processo elementos que ajudem a capturar qualquer substância presente na água impura que se deseja extrair. A fonte de calor é aplicada em cada uma das fases.[5].
Este método é semelhante ao anterior, mas a fonte primária de calor é aplicada apenas no primeiro estágio. Para a próxima etapa, é aproveitado o calor do vapor gerado na etapa anterior.
É um processo de recuperação de energia onde a energia é adicionada ao vapor de baixa pressão (geralmente vapor de água), comprimindo-o. O resultado é um volume menor de vapor a uma temperatura e pressão mais elevadas, que pode ser usado para realizar trabalhos úteis. Normalmente, o vapor comprimido pode ser usado para aquecer o licor-mãe para produzir vapor de baixa pressão.
Este método utiliza um espaço fechado exposto à luz solar, dentro do qual a água evapora e depois se condensa ao entrar em contato com a superfície mais fria que a separa do exterior. As gotas são carregadas por uma encosta até se acumularem na borda do espaço. Sua produção é de 1-4 l/dia/m².[5].
** Dessalinização com reatores nucleares **.
Os reatores nucleares também podem ser utilizados em processos de dessalinização, seja em configurações duplas, produzindo eletricidade e calor de processo, ou dedicados exclusivamente ao fornecimento de energia térmica. Esta tecnologia é considerada uma opção de baixo carbono para a produção de água doce em regiões com escassez de água.[6].
Tecnologias de membrana
A eletrodiálise foi proposta pela primeira vez em 1890 por Maigrot e Sabates, que construíram o primeiro dispositivo para dessalinização de xarope. Este dispositivo usava carbono como eletrodo e papel permanganato como membrana.[7].
O processo de eletrodiálise utilizado para dessalinização consiste na passagem de água salgada através de membranas carregadas que retêm os íons dissolvidos na água salgada com o objetivo de extrair e produzir água doce.[8].
Em resumo, quando uma corrente elétrica direta é aplicada, as membranas permitem seletivamente a passagem apenas de íons sódio (Na+) ou íons cloreto (Cl-). Isso faz com que os íons se movam e fiquem mais concentrados à medida que ficam retidos nessas membranas, obtendo assim água doce. A eficiência deste processo depende de vários fatores, como a intensidade da corrente e a permeabilidade das membranas utilizadas. Por outro lado, o custo do processo depende da concentração de sal na água, pois quanto mais íons precisam ser removidos e dependendo de suas propriedades eletroquímicas, mais energia elétrica é necessária.[9].
Em 1954, foi construída a primeira planta de dessalinização por eletrodiálise para a empresa Aramco (Arábia Saudita). A partir deste ano, foram construídas muitas outras usinas de dessalinização que operam com essa tecnologia.[7].
A osmose reversa (RO) é um processo no qual água doce é obtida a partir de água salgada. Osmose natural é um fenômeno que consiste em, se houver uma membrana semipermeável separando duas soluções com o mesmo solvente, o solvente passa por ela, mas não os sais dissolvidos, do lado onde a concentração de sais é menor para o maior, até que em ambos os lados da membrana as soluções tenham a mesma concentração. Este processo é realizado sem entrada de energia externa e é gerado pelo que é chamado de pressão osmótica.
A osmose reversa consiste em passar o solvente (no caso a água) pela membrana semipermeável do lado onde está a solução mais concentrada (água do mar, com sais dissolvidos), para o lado oposto, sem a passagem dos sais. Neste caso, é necessária energia, na forma de pressão, que será ligeiramente superior à pressão osmótica que faria o solvente de baixa concentração passar para o lado de alta concentração. A pressão necessária para atingir a osmose reversa depende da quantidade de sais dissolvidos e do grau de dessalinização desejado. Um aumento na entropia resulta do uso de energia no processo.
O mar é uma fonte praticamente ilimitada de água salgada. Uma planta de osmose reversa precisa processar um volume de água do mar até três vezes maior que a quantidade total de água dessalinizada que será obtida no final. Portanto, o projeto dos poços ou sistema coletor deve considerar este fator para sua capacidade.
A utilização de uma folha de grafeno com poros de 1,8 nm para substituir membranas no processo de osmose reversa para dessalinização de água está em fase de pesquisa (TRL2). De acordo com a investigação actual, seriam obtidas eficiências muito mais elevadas do que com as membranas actuais e haveria requisitos de energia mais baixos. No estado atual, a desvantagem é o custo das membranas de grafeno, mas espera-se que no futuro esses custos possam ser reduzidos.[10].
Geralmente, utiliza-se um grande tanque ou lagoa que é enchido por gravidade ao nível do mar, após filtragem grosseira. A água da lagoa é transportada por bombas de alimentação para o sistema de dessalinização. Um suplemento de produtos químicos chega à entrada das bombas de alimentação por meio de bombas dosadoras. É assim que a água é preparada para passar por quatro tipos de filtros que retêm partículas maiores que quatro mícrons. A principal etapa da produção de água é a separação do HO da mistura de sais e minerais presentes na água do mar. Esta etapa é realizada na etapa de osmose reversa, garantindo que os sais não atravessem as membranas dos módulos RO. Previamente deve-se garantir que as partículas de diatomáceas e microalgas não atinjam as membranas e para isso há três etapas prévias de filtração em areia antes da última etapa de microfiltração utilizando cartuchos de fibra sintética. O sucesso da filtração também depende da introdução adequada de coagulantes. Dependendo da qualidade da filtração, o ciclo de troca da membrana é gerado entre 2 e 5 anos. Dispersantes químicos introduzidos antes da microfiltração evitam a precipitação de minerais dentro das membranas.
Como todos os aspectos do processo são automatizados, o trabalho dos operadores é a supervisão e manutenção.
A salmoura rejeitada representa 55% da água bruta (embora dependa da tecnologia de dessalinização utilizada). Embora 45% da água obtida saia à pressão atmosférica, deve ser garantida uma contrapressão regulada no fluxo de rejeição. Este fluxo de rejeição sempre contém algo em torno de 55% (100% -% de ganho) da energia de pressão fornecida pelas bombas e é altamente desejável recuperar esta energia para obter um desempenho mais elevado. Parte da energia recuperada pode retornar ao mesmo ciclo de dessalinização e recuperação mais de uma vez.
Enquanto a planta está em modo de produção, a pressão de saída é controlada por uma válvula reguladora. São utilizados conversores 'Permutadores de Pressão' e com eles na troca de pressão até 95% da energia do fluxo de rejeição pode ser recuperada diretamente por meio de bombeamento utilizando deslocamento positivo. Esta bomba de recuperação de energia aumenta o fluxo de mais água bruta para a entrada das membranas. A planta usa unidades 'Trocadores de Pressão' perto de cada conjunto de tubos de elementos de osmose reversa.
A água de osmose ou o permeado dos módulos de osmose reversa devem ser condicionados para atender a determinadas características de alta qualidade, pois a água produzida possui pH ácido e baixo teor de carbonatos, o que a torna um produto altamente corrosivo. Isto requer a sua preparação antes da distribuição e consumo. O pH é ajustado com carbonato de cálcio para um valor de 7,7. Além disso, se exigido pela regulamentação municipal para o uso de água potável, também são adicionados fluoreto de sódio e hipoclorito.