По состоянию на 2018 год около 80% сточных вод развитых стран, включая воду, используемую в сельском хозяйстве, шахтах, электростанциях, сбрасываются обратно в природную среду без очистки, что является упущенной возможностью для человечества. И хотя современные технологии очистки, в которых используется обратный осмос, по-прежнему являются наиболее экономичным и энергоэффективным способом очистки морской и соленой грунтовой воды, обычный обратный осмос не может справиться с очень соленой водой, с другими технологическими примесями.
Поскольку запасы воды в США и многих европейских странах сокращаются (и становятся все более солеными), правительства больше не могут позволить себе сбрасывать обратно в мир даже самые соленые вторичные воды. Долгая засуха на юго-западе США бьет тревожные рекорды. Уровень воды в озере Мид, обеспечивающем водой миллионы людей, близок к самому низкому уровню за всю историю. А в некоторых местах исчезающая река Колорадо, орошающая около 5 миллионов акров сельскохозяйственных угодий и утоляющая жажду более 40 миллионов человек, представляет собой просто пустыню и пыль.
Теперь, в новом исследовании, опубликованном в Desalination , исследователи Национального альянса за водные инновации (NAWI) проанализировали новую форму обратного осмоса, называемую обратным осмосом с низким содержанием соли. Эти новые системы могут очищать даже очень соленую воду. Но проект настолько новый, что он все еще теоретический.
Итак, чтобы узнать, как эти технологии могут конкурировать с другими вариантами очистки воды, исследовательская группа NAWI разработала математическую модель, которая могла бы с помощью суперкомпьютера быстро оценить стоимость, выход чистой воды и потребление энергии более чем 130 000 потенциальных систем. конструкции. Их результаты показывают, что во многих случаях обратный осмос с низким содержанием солей может быть наиболее рентабельным выбором, потенциально снижая общую стоимость производства чистой воды до 63%.
«Новое слово нашего исследования заключается в вычислительной мощности, которую мы применили к этому анализу», — добавил Бернард (Бен) Кнювен, коллега-исследователь и автор NREL. По словам Янга, без суперкомпьютера все эти расчеты заняли бы около 88 дней вместо одного часа или даже нескольких минут. Конечно, суперкомпьютер также нуждался в математической подготовке авторов, чтобы быстро и точно решать эти сложные задачи проектирования.
С помощью всей этой быстрой математики команда обнаружила, что обратный осмос с низким содержанием соли может превзойти своих конкурентов как по стоимости, так и по потреблению энергии — по крайней мере, для воды, содержащей менее 125 граммов соли на литр. Но модель группы может также помочь другим исследовательским группам определить, построить и протестировать наиболее многообещающие конструкции систем.