Как производить питьевую воду даже в засушливых районах?

Неравномерно распределенная на Земле пресная вода также часто используется не по назначению. Существуют процессы для устранения этих трудностей с доступом, дающие многообещающие результаты, как, например, в Сенегале.

Вода на нашей голубой планете на 97,2% состоит из соли; встречается в океанах, морях, а также в некоторых подземных водах. Пресная вода составляет всего 2,8% от общего количества воды в мире. Полярные ледники содержат 2,1%.

Что касается доступной пресной воды, то она составляет всего 0,7% от общего количества, которое должно быть распределено. между сельским хозяйством, его крупнейшим потребителем (~70% забираемой воды), промышленностью (~20%) и бытовым использованием (~10%).

Пресная вода не только географически плохо распределена на Земле, но и часто очень плохо используется.

Эта проблема, серьезная в наших странах с умеренным климатом, становится чрезвычайно серьезной в других местах, где отсутствуют финансовые и/или технологические средства: 11% населения мира таким образом, не имеет доступа к питьевой воде и почти 30% этого населения не имеют доступа к безопасной питьевой воде в своих домах.

Унаследованные или инновационные процессы очистки воды

Превращение воды, которая изначально не была пригодной для питья, в питьевую воду стало детской забавой… или почти. Технологии, некоторые из которых были вдохновлены наследственными процессами (дистилляция, слой адсорбентов и т. д.), а другие очень новаторские, стали обычным явлением, предлагая множество решений, которые можно адаптировать практически ко всем ситуациям.

Здесь можно выделить два основных семейства технологий: технологии, основанные на дистилляции, которые, следовательно, потребляют тепло; те, которые используют мембраны и работают в основном с электрической энергией. Мы будем говорить, например, о «многоступенчатой ​​перегонке», «перегонке с компрессией пара» для первого семейства; «обратный осмос», «нанофильтрация», «электродиализ» для второго.

Основным недостатком этих методов является то, что они очень сложны и требуют больших инвестиций, которые страны не могут обеспечить без значительных финансовых или технических средств, связанных с надежной и хорошо разветвленной распределительной инфраструктурой.

Можно ли предложить менее дорогие решения в этой области?

Пример фторсодержащей воды

Фтор — это микроэлемент, присутствующий в организме человека в очень малых количествах (~ 2 грамма). В малых дозах очень полезен для профилактики кариеса; он помогает в минерализации костей так же, как кальций и фосфор.

Но когда доза фтора становится большой, это может вызвать флюороз зубов; и, в очень высоких дозах, флюороз скелета. Эти два заболевания распространены в Африке, где питьевая вода поступает из грунтовых вод с высоким содержанием фтора (более 1,5 мг F-/л при флюорозе зубов и более 4 мгF-/л при флюорозе костей).

При флюорозе зубов на зубах появляются белые пятна; с возрастом они становятся коричневыми, что может даже привести к кальцификации зубов. Костной флюороз, характеризующийся массивной фиксацией фтора в костях, часто гидротеллурического происхождения, приводит к закупорке суставов вплоть до тяжелых двигательных нарушений.

Дефторирование подземных вод в Сенегале

В Сенегале очень старый метод, недавно пересмотренный в рамках проекта по улучшению и укреплению источников воды в арахисовом бассейне, состоит в фиксации ионов фтора путем адсорбции на кальцинированных костях.

Подземные воды в этом бассейне (Каолак, Диурбель и Фатик) действительно известны своим высоким содержанием фтора, часто превышающим 5 мг F-/л. Этот проект привел к разработке и производству семейных дефтораторов.

Кости животных, собранные на утвержденных бойнях, прокаливают, дробят, просеивают и укладывают в виде столба, соединяя другие виды материалов (гравий, уголь). Колодезная вода, богатая фтором, затем проходит через эту колонку, которая фиксирует значительную часть фтора путем адсорбции на мелких зернах кальцинированной кости.

Этот метод позволяет обрабатывать большой объем воды (концентрация фтора <1,5 мгF-/л) по цене от 780 до 2500 франков КФА/м.³ очищенной воды (т.е. 1,20 евро/м³ по 3,80 евро/м³).

Однако его широкое использование оказалось невозможным из-за проблем со вкусом и запахом, наблюдаемых во время обработки.

Это метод обратного осмоса, который до сих пор продвигается местными властями с некоторыми стационарными установками в крупнейших городах. По общему признанию, этот метод позволяет получать воду лучшего качества, но по очень высокой цене, около 8 €/м.³ ; это очень дорого обходится населению.

Многообещающий новый процесс

в Парижско-Восточный институт химии и материалов, мы разработали другую технику. Это очень простой мембранный метод, доступный и гораздо менее опасный с точки зрения здоровья, но с себестоимостью, очень сравнимой с ценой адсорбции на кальцинированных костях.

Этот метод, описанный на рисунке напротив, называется кросс-ионным диализом. Используется анионообменная мембрана (МЭА), которая пропускает только отрицательные ионы. Он состоит из листа специального полимера толщиной ~150 мкм, помещенного между двумя отсеками; один (обозначенный F) снабжен водой для обработки, другой (обозначенный C) содержит раствор, состоящий из той же воды, обогащенной поваренной солью (NaCl) в концентрации 5 г NaCl/л.

Под влиянием разности их концентраций ионы Cl- пересекают МЭА. Поскольку положительные ионы натрия не могут пройти через МЭА, эквивалентное количество анионов F- должно пройти из отсека F в отсек С, чтобы сбалансировать электрические заряды.

Таким образом, вода обедняется F- и обогащается Cl-, анионом, хорошо переносимым организмом, если его концентрация в питьевой воде не превышает ~250 мгCl-/л (Европейская директива 98/83 от 3 ноября 1998 г.). ).

Для циркуляции с очень низкой скоростью растворов отсеков F и C здесь достаточно небольшого количества маломощного электричества, чтобы активировать аквариумные насосы. При отсутствии электрической сети эти насосы, работающие на постоянном токе, могут питаться от фотоэлектрических панелей. Мы также можем просто использовать гравитацию, чтобы вода, подлежащая очистке, текла в отделение F.

Тридцать литров воды каждую ночь

Лабораторные испытания с использованием восстановленной воды оказались очень убедительными и позволили оптимизировать параметры процесса. Эти тесты подтверждены тестами с настоящей водой на пилоте формата А4.

Такой формат позволяет производить за ночь количество воды, достаточное для ежедневного потребления семьи из десяти человек, т.е. около тридцати литров за ночь. Себестоимость остается достаточно низкой, так как нет значительных энергозатрат, а используемая мембрана доказала свою эффективность.

Однако, как и любая другая установка, ионный диализатор требует обслуживания раз в две недели. Это предполагает промывание достаточно разбавленными растворами лимонной кислоты или уксуса с последующим промыванием содой или известью.

Полностью готовый на техническом уровне проект в настоящее время ожидает финансирования для распространения этих ионных диализаторов среди пользователей.

---

Ласад Даммак, профессор материаловедения и технологической инженерии, Университет Париж-Восток Кретей-Валь-де-Марн (UPEC)

Эта статья переиздана с Беседа под лицензией Creative Commons. Прочитайтеоригинальная статья.