Hypersalin saltlösning - vatten som innehåller höga koncentrationer av lösta salter och vars saltlösning är högre än havsvatten - är ett växande miljöhänsyn runt om i världen. Mycket utmanande och kostsam att behandla, de härrör från vatten som produceras under olje- och gasproduktion, avsaltningskoncentrat i inlandet, lakvatten från deponier (ett stort problem för kommunala fasta avfallsdeponier), rökgasavsvavling avloppsvatten från fossilbränslekraftverk, och avlopp från industriella processer.

Om hypersalin saltlösning hanteras felaktigt, de kan förorena både yt- och grundvattenresurser. Men om det fanns en enkel, billigt sätt att avsalta saltlösningarna, stora mängder vatten skulle finnas tillgängligt för alla typer av användningsområden, från jordbruk till industriella tillämpningar, och möjligen även för mänsklig konsumtion.

Ett Columbia Engineering-team ledd av Ngai Yin Yip, biträdande professor i jord- och miljöteknik, rapporterar att de har utvecklat ett radikalt annorlunda avsaltningssätt - "temperatursvingande lösningsmedelsextraktion (TSSE)" - för hypersalin -saltlösning. Studien, publicerad online i Miljövetenskap och teknikbrev , visar att TSSE kan avsalta saltlösningar med mycket hög salthalt, upp till sju gånger koncentrationen av havsvatten. Detta är en hel del mer än omvänd osmos, guldstandarden för avsaltning av havsvatten, och kan hantera ungefär två gånger saltvattenkoncentrationer av havsvatten.

För närvarande, hypersaltlösningar avsaltas antingen genom membran (omvänd osmos) eller vattenavdunstning (destillation). Varje tillvägagångssätt har begränsningar. Metoder för omvänd osmos är ineffektiva för saltlösningar med hög saltlösning eftersom trycken som appliceras i omvänd osmos skala med mängden salt:saltlösningar med hypersaltlösning kräver oöverkomligt höga trycksättningar. Destillationsteknik, som förångar saltlaken, är mycket energikrävande.

Yip har arbetat med extraktion av lösningsmedel, en separationsmetod som används allmänt för kemiska tekniska processer. Den relativt billiga, enkel, och effektiv separationsteknik används i ett brett spektrum av industrier, inklusive produktion av fina organiska föreningar, rening av naturprodukter, och utvinning av värdefulla metallkomplex.

"Jag trodde att extraktion av lösningsmedel skulle kunna vara ett bra alternativt avsaltningssätt som är radikalt annorlunda än konventionella metoder eftersom det är membranfritt och inte baserat på evaporativ fasförändring, " Yip säger. "Våra resultat visar att TSSE kan vara en störande teknik – den är effektiv, effektiv, skalbar, och kan drivas på ett hållbart sätt. "

TSSE använder ett lösningsmedel med låg polaritet med temperaturberoende vattenlöslighet för selektiv extraktion av vatten över salt från saltlösning. Eftersom det är membranlöst och inte baserat på avdunstning av vatten, det kan kringgå de tekniska begränsningar som begränsar de mer traditionella metoderna. Viktigt, TSSE drivs av lågvärme ( <70 C) som är billigt och ibland till och med gratis. I studien, TSSE tog bort upp till 98,4% av saltet, vilket är jämförbart med omvänd osmos, guldstandarden för avsaltning av havsvatten. Resultaten visade också hög vattenåtervinning> 50% för de hypersaliner, också jämförbar med nuvarande avsaltning av havsvatten. Men, till skillnad från TSSE, Omvänd osmos kan inte hantera hypersalin saltlösning.

"Vi tror att TSSE kommer att vara transformerande för vattenindustrin, "tillägger han." Det kan förtränga den rådande praxisen med kostsam destillation för avsaltning av saltlösning med hög salthalt och hantera högre salthalter som RO inte kan hantera, "Tillägger Yip." Detta kommer att radikalt förbättra hållbarheten vid behandling av producerat vatten, avsaltningskoncentrat i inlandet, lakvatten från deponi, och andra hypersalinströmmar av framväxande betydelse. Vi kan eliminera föroreningsproblemen från dessa saltlösningar och skapa renare, mer användbart vatten för vår planet. "

Yips TSSE -tillvägagångssätt har en tydlig väg till kommersialisering. Värmetillförseln kan på ett hållbart sätt tillföras av lågvärdiga termiska källor såsom industriell spillvärme, geotermisk grund brunn, och solfångare med låg koncentration. Han arbetar nu med att ytterligare förfina hur TSSE fungerar som en avsaltningsmetod så att han kan konstruera ytterligare förbättringar av prestanda och testa det med verkliga prover i fält.

Studien har titeln "Membranfri och icke-evaporativ avsaltning av hypersaltlösningar genom temperatursvängande lösningsmedelsextraktion."