淡水化プラント: 持続可能な水供給の未来

海水を淡水に変えるプロセスである脱塩は、小学 1 年生でもその重要性を理解できるほど基本的な概念です。

塩水を飲みすぎると健康に悪影響を与える可能性があるため、この理解は非常に重要です。私たちの体は、脱水症状や潜在的な臓器損傷を引き起こす可能性のある圧倒的な塩分と闘っています。

世界的に淡水源が不足する中、淡水化プラントはますます重要な役割を果たし、広大な海を飲用可能な埋蔵量に変えています。これらのプラントは海水から塩分を除去することで、高まるきれいな水への需要に応えます。これらの重要な施設の仕組みをさらに深く掘り下げてみましょう。

職場での淡水化

水は世界の表面の少なくとも 70 パーセントを覆っています。しかし、その97パーセントは塩辛すぎて飲めません[出典: ]。そこで登場するのが脱塩です。

水から塩を分離する方法は複数ありますが、ほぼ 90% の場合、逆浸透と多段階フラッシュの 2 つの方法のうちの 1 つだけが使用されます。両方を詳しく見てみましょう。

逆浸透

前述したように、塩水を飲むと細胞のバランスが崩れ、健康に悪影響を与える可能性があります。私たちの細胞内には、細胞内外の塩分濃度のバランスをとろうとする浸透と呼ばれる自然なプロセスが存在します。逆浸透はこの原理を水の浄化に応用したものです。

非常に細かいフィルターに似た特殊な膜を使用しており、水のみを通過させ、塩分をブロックします。塩水をこの膜に押し込むために、強力なポンプで圧力を加え、反対側からは純水だけが出て塩は残ります。このプロセスにより、逆浸透膜淡水化プラントで海水が新鮮な飲料水に効果的に変換されます。

多段フラッシュ

半透膜を使用して塩やその他の不純物を濾過する逆浸透とは異なり、この方法は熱と圧力の変化に依存して塩水を淡水に変換します。

「フラッシュ」という用語は、急激な圧力低下による急速な蒸発を指し、このプロセスがさまざまな段階で繰り返されるため、この名前が付けられました。

変換ユニットの各段階で、塩水は蒸気熱と減圧にさらされます。これにより、水の一部が急速に蒸発または「フラッシュ」して、本質的には淡水である水蒸気になります。残った塩溶液は「ブライン」と呼ばれます。

この方法は、逆浸透と同様、通常、化学薬品や柔軟剤を追加する必要がありません [出典: ]。しかし、淡水化の可能性にもかかわらず、大規模プラントは現在、世界の毎日の淡水消費量のほんの一部しか生産していません。

世界中の淡水化プラント

2022 年の時点で、その数は 20,000 を超え、毎日 9,500 万立方メートル以上の水を生産しています。中東は、水不足の問題とこの分野の技術の進歩を考慮して、淡水化の主要な拠点であり続けています。

2013 年に稼働を開始したイスラエルのこの施設は、かつては世界最大の海水逆浸透 (SWRO) 淡水化施設の 1 つでした。しかし、淡水化技術の急速な拡大により、世界各地でさらに大規模なプラントの建設が行われています。

淡水化プロセスは進歩し、より効率的になっていますが、一般の人々の認識は異なります。イスラエルのような場所では、脱塩水の味や健康への潜在的な影響について懸念が提起されています。

しかし、 を含む調査研究は、脱塩が正しく行われた場合、得られる水は消費しても安全であり、ボトル入りの水と同等の品質であることを示しています。ボトル入りの水よりも脱塩した水道水を使用することの注目すべき環境上の利点は、次のとおりです。

ポータブル脱塩の概念も発展しています。近年、緊急救援、ハイキング、個人使用向けに設計された、さまざまなポータブル淡水化装置が入手可能になりました。これらのツールは、塩分水または汚染された水源を飲料水に変換することができ、淡水へのアクセスが制限されている地域に革新的なソリューションを提供します。

塩など

確かに、脱塩プロセスでは海水から塩が除去されると期待するかもしれません。しかし、クリーンアップはそこで終わらないことをご存知ですか?脱塩は、どのような方法であっても、有機または生物学的化学化合物も除去し、最終的には下痢やその他の病気を伝染させない高品質の飲料水を生産します。

によると、毎年400万人近くが「不適切な水の供給、衛生設備、衛生状態が原因で」亡くなっているため、これは重要である。

ルイス・カールスバッド海水淡水化プラント

クロード「バド」ルイス・カールスバッド淡水化プラントは、カリフォルニア州カールスバッドにあり、西半球にあります。

2015 年 12 月に開設されたこの工場は、逆浸透技術を利用して太平洋の海水を飲料水に変換します。 1 日あたり約 5,000 万ガロンの飲料水の生産能力があり、サンディエゴ郡の水供給量の約 10 パーセントを供給しています。

この海水淡水化プラントの建設は、度重なる干ばつと信頼性の高い、干ばつに強い水源の必要性への対応でした。このプロジェクトには、エネルギー消費を削減するためのエネルギー回収システムと、海洋生物を保護するための環境強化が含まれています。

これは水不足の解決策を提供しますが、エネルギー消費と環境への影響、特に塩水副産物の廃棄が懸念されます。それにもかかわらず、カールスバッド工場は、水不足に対処するために淡水化を検討している他の地域のモデルとして機能します。

淡水化の未来

世界中の淡水化プラントの数が増加し続けるにつれて、プラントに電力を供給するための新しい技術の開発に対する懸念も高まっています。現在、大規模な淡水化作業は運転に多くのエネルギーを必要とし、頻繁に汚れる傾向のある膜などの作動部品が多数あるため、メンテナンスに手間がかかることが多い[出典: ]。

コストも別の懸念事項です。過去 50 年間、淡水化技術の開発に対する官民の投資は世界中に及んでいます。そして、これまでの進歩にもかかわらず、淡水化によって水不足が解消されるという考えは現実からはほど遠い。

それは、海水淡水化プラントには依然として多額の費用がかかるためです。

実際、1 エーカーフィート (約 325,000 ガロン) の海水を真水に変えるのにかかる平均コストは、2,000 ドルから 3,000 ドルの範囲です (そして、かなりの量のエネルギーが必要です [出典: ]。海水を淡水に変える場合、前者の方が効率的です。

逆浸透では、多段フラッシュの場合と同じ量の真水を得るだけで済みます。これは、海水を工場に汲み上げて残留塩水を除去するために必要なエネルギーやその他のコストが少なくて済むことを意味します。

塩水の問題

残念なことに、すべての脱塩技術と同様に、どちらのプロセスでも塩水を生成します。脱塩水のこの副産物には高濃度の塩分が含まれており、自然の水域に放出されると、水生生態系に重大な脅威をもたらします。

塩水はその密度により海底上に沈降する傾向があり、酸素の循環を制限する層を形成します。これは酸素欠乏地帯をもたらし、海洋生物、特に底生生物の生息地に悪影響を与える可能性があります。 [ソース： ]。

科学者たちは、脱塩プロセスからの塩水が環境に与える影響を軽減するためのいくつかの方法を模索しています。彼らは、水の回収率を向上させ、その結果として生産される塩水の量を減らすために、電気透析や正浸透などの高度な技術を研究しています。

退院前に塩分濃度を下げる研究をしている人もいる。高塩分条件で生育する海洋野菜の一種である塩生植物の栽培も、別の可能性のある手段です。

ポータブルデバイス

ポータブル脱塩装置は、塩水を飲料水に変えるように調整された革新的なソリューションであり、孤立した環境や危機に見舞われた環境では特に重要です。 2022 年、MIT の研究者は、スーツケースのようにコンパクトなサイズの効率的なモデルを開発しました。エネルギー効率が最適化されているため、手頃な価格のソーラー パネルで駆動できます。

このデバイスはフィルターの必要性を回避するため、従来のモデルとは異なります。代わりに、水を浄化するために電力を利用し、維持費を大幅に削減します。

このような進歩により、離島、長期航海の船舶、自然災害の影響を受けた難民、遠隔地の軍事前哨基地の兵士などの地域にとって、この技術は非常に貴重なものとなっています。

「これはまさに、私と私のグループが歩んできた10年間の旅の集大成です。私たちは個々の淡水化プロセスの背後にある物理学の研究に何年も取り組んできましたが、それらの進歩をすべてボックスに詰め込み、システムを構築し、海洋で実証することは、私にとって本当に有意義でやりがいのある経験でした」と電気工学の教授は述べています。コンピューターサイエンスと生物工学の博士号を取得しており、エレクトロニクス研究所 (RLE) のメンバーです。

国内外に加え、民間資金源もより効率的な淡水化取り組みの開発に注目し始めています。 1 つ確かなことは、淡水化プロセスが改善されれば、水の乏しい地域全体をより良い方向に変える可能性があるということです。