16. yüzyılda gemiler, acil bir durumda deniz suyunu kaynatmak için kullanılabilecek küçük damıtma tesisleri taşıyordu. Çağımızda yaşanacak en büyük sorunların başında su kıtlığını olduğu düşünülmektedir. Yüzyıllardır insanlar denizlerden tatlı su bulmaya çalışıyorlar. Ancak bunu büyük ölçekte yapmaya çalışmak, aynı derecede büyük ölçekli sorunları da beraberinde getirir. Frank Rogalla, “Bu bir enerji sorusu” diyor.
AB tarafından finanse edilen MIDES projesinde Rogalla, bakterilerin yardımıyla süreci daha da verimli hale getirme çabalarına öncülük etti. Bu mikroplar, tuz moleküllerinin bir zar boyunca taşınmasına yardımcı olmak için kullanıldı ve içilebilir su oluşturmak için gereken enerjiyi daha da azalttı. Rogalla, “Tuzdan arındırma için gereken enerji, tuz konsantrasyonuyla doğru orantılıdır, bu nedenle süreci mikrobiyal enerjiyle başlatabilirsek, gereken elektriği azaltırız” diyor.
MIDES Projesi Nedir?
Su kıtlığının üstesinden gelme girişiminde, Orta Doğu’daki son projelerin tesis başına 1.000.000 m3/gün kapasiteye ulaşmasıyla birlikte, ters ozmoz (RO) ile tuzdan arındırma büyüyen bir trend olmuştur. Ancak 4kwh/m3 civarında bir elektrik tüketimi ile bu tür tesisler, yalnızca yüksek basınç pompalarını çalıştırmak için tahsis edilmiş özel güç istasyonlarına ihtiyaç duyar.
AB tarafından finanse edilen MIDES projesi, mikrobiyal tuzdan arındırma hücrelerine (MDC’ler) dayalı devrim niteliğinde bir teknolojinin dünyanın ilk endüstriyel göstericisini geliştirerek ve çalıştırarak bu zorluğu ele aldı. RO için bir ön arıtma olarak MDC’leri kullanır, bu da tuz ayırma ve su arıtmanın aynı anda yapılmasını sağlar.
MDC’ler, atık suda bulunan organik maddede bulunan enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmek için Geobacter adı verilen spesifik biyoelektroaktif bakterileri kullanır. Elektrotlar arasında oluşturulan potansiyel fark, iyonik değişim membranları aracılığıyla tuzların ayrılmasına neden olarak, deniz suyunun ve acı suyun harici enerji olmadan tuzdan arındırılmasına izin verir. Böylece elektrik ihtiyacı, atık su arıtma (aktif çamur) ve tuzdan arındırma (RO) için geleneksel işlemlere kıyasla %92,3 oranında azaltılır.
Dünya Çapında Tatlı Su İhtiyacı
Tatlı su kaynaklarının kıtlığı ve ek su kaynaklarına duyulan ihtiyaç, dünyanın birçok kurak bölgesinde halihazırda kritik öneme sahiptir ve gelecekte önemi giderek artacaktır. Birçok kurak alan, nehirler ve göller gibi yüzey suyu şeklinde tatlı su kaynaklarına sahip değildir. Sadece sınırlı yeraltı su kaynaklarına sahip olabilirler, bazıları akiferlerden su çekilmesi devam ettikçe daha acı hale geliyor. Solar tuzdan arındırma buharlaşması, doğa tarafından dünyadaki ana tatlı su kaynağı olan yağmur üretmek için kullanılır.
Akifer Nedir?
Ekonomik olarak önemli miktarda suyu depolayabilen (yüksek permeabiliteli) ve yeterince hızlı taşıyabilen (iletken) geçirimli jeolojik birimlerdir. Akiferler, yer altı sularını tutması ve çekilebilmesi için, yüksek porozite (gözeneklilik) ve permeabiliteye (geçirgenlik) sahip olmalıdır. Pekişmemiş kumlar ve çakıllar, kum taşları, konglomeralar, kireç taşları, dolomitler, bazalt akıntıları, çatlaklı plütonik ve metamorfik kayaçlar akifer olarak nitelendirilen kayaçlardır.
“Suyu tuzdan arındırmak, diğer herhangi bir su kaynağından 10 kat daha fazla enerji gerektirir.” Tuzdan arındırma suyunun karbon ayak izi oldukça büyüktür. Suudi Arabistan’ın devasa Ras al-Khair’i gibi endüstriyel boyuttaki tuzdan arındırma tesislerinin tipik olarak kendi elektrik santrallerine ihtiyacı vardır.
Erken tuzdan arındırma tesisleri tuzlu suyu kaynatmaya dayalı olmasına rağmen, 1970’lerdeki bir enerji krizi, tuzlu suyu bir zardan geçirmek için yüksek basınçlar kullanan ve tuzu bir tarafta hapsedilmiş halde bırakan ters ozmoz tesislerinin yükselişini hızlandırdı. Bu, suyu kaynatmanın yaklaşık yarısı kadar enerji kullanır, ancak yine de bir metreküp içme suyu üretmek için yaklaşık 4 kWh gerektirir.
Deniz Suyunu Dönüştürmede Ters Ozmoz Yöntemi
Tuzlu suyun tuzdan arındırılmasının bir başka yolu da “ters ozmoz” prosedürüdür. En basit ifadeyle, çözünmüş tuz molekülleri içeren su, daha büyük tuz moleküllerinin zar deliklerinden geçmediği, ancak daha küçük su moleküllerinin geçtiği yarı geçirgen bir zardan (esas olarak bir filtre) geçmeye zorlanır.
Ters ozmoz, tuzlu suyu tuzdan arındırmak için etkili bir yöntemdir, ancak diğer yöntemlerden daha pahalıdır. Gelecekte fiyatlar düştükçe, büyük miktarlardaki tuzlu suyu tuzdan arındırmak için ters ozmoz tesislerinin kullanımı daha yaygın hale gelecektir.
Damıtma tuzdan arındırma, insanlığın en eski su arıtma biçimlerinden biridir ve bugün dünya çapında hala popüler bir arıtma çözümüdür. Antik çağda birçok uygarlık deniz suyunu içme suyuna dönüştürmek için gemilerinde bu işlemi kullandı. Günümüzde deniz suyunu gemilerde ve dünyanın birçok kurak bölgesinde içme suyuna dönüştürmek ve doğal ve doğal olmayan kirleticilerle kirlenen diğer alanlardaki suları arıtmak için tuzdan arındırma tesisleri kullanılmaktadır. Damıtma, belki de en geniş içme suyu kirleticileri yelpazesini tamamen azaltan tek su arıtma teknolojisidir.
Doğada, bu temel süreç su (hidrolojik) döngüsünden sorumludur. Güneş, göller, okyanuslar ve akarsular gibi yüzey kaynaklarından suyun buharlaşmasına neden olan enerji sağlar. Su buharı sonunda daha soğuk hava ile temas eder ve burada yeniden yoğunlaşarak çiy veya yağmur oluşturur. Bu süreç, alternatif ısıtma ve soğutma kaynakları kullanılarak yapay olarak ve doğadakinden daha hızlı bir şekilde taklit edilebilir.
Bu, su tasarrufu ve yeniden kullanım gibi kuraklıktan etkilenen topluluklar için diğer stratejileri çok daha pragmatik hale getiriyor. Rogalla, “Tuzdan arındırılmış su çoğu kullanım durumu için çok pahalı” diye ekliyor. “Altyapı ve enerji maliyetleri açısından pahalı, bu yüzden son çare.” İspanya’da inşa edilen tuzdan arındırma tesislerinin, çiftçiler ürettikleri suyun yüksek maliyetini ödemeyi reddettiğinde kullanım dışı kaldığını söylüyor.
Ancak, tuzlu suyu daha lezzetli hale getirebilecek bazı püf noktaları var. Birincisi, okyanuslardan kaçınmaktır. Rogalla, “Deniz suyu yerine, tuzdan arındırma tipik olarak bir başlangıç noktası olarak acı su kullanır,” diye açıklıyor. Bu, arıtılmamış veya nehir ağzı kaynaklarından kullanılamayacak kadar tuzlu olduğu düşünülen akiferlerden gelebilir. Bu deniz suyundan daha az tuzludur, bu nedenle tuzdan arındırmak için daha az enerji gerektirir.
Tuzdan arındırma tesislerinin ürettiği her litre tatlı su için, artık iki katı tuzlu olan bir litre su kalıyor. Rogalla bunu bir fırsat olarak görüyor: “Suda, normalde elde edilmesi çok pahalı olan kalsiyum ve magnezyum gibi güzel tuzlar var.” Ekibi, bu atık tuzlu suda çözülmüş çeşitli mineralleri ticari kullanım için çıkarmanın yollarını araştırıyor.
Peki, artan su kıtlığı ile birlikte Rogalla tuzdan arındırmayı gelecek olarak mı görüyor? “Bu bir acil durum önlemi ve çözümün yalnızca bir parçası” diyor. “Önce kullanımı en aza indirmelisiniz, ardından mümkün olduğunda suyu yeniden kullanmalısınız. Tuzdan arındırma yalnızca en yüksek ihtiyaç içindir. Bu diğer eylemler olmadan sürdürülebilir değildir.”
Kaynak: techxplore
