Vì sao chúng ta không thể đun sôi nước muối để lấy nước ngọt?

Tại sao chúng ta không thể đun sôi nước muối để lấy nước ngọt?

Theo Science ABC, cung cấp nước ngọt sạch cho con người là một thử thách thực sự trong những năm qua. Nguyên nhân là do nhu cầu về nước ngọt gia tăng khi dân số tăng. Nước ngọt chỉ chiếm khoảng 3% tổng lượng nước trên thế giới nhưng hành tinh của chúng ta vẫn còn một lượng nước khá dồi dào, đó chính là các đại dương. Chúng ta có rất nhiều nước, với số lượng lớn như vậy, tại sao chúng ta không chuyển đổi tất cả chúng thành nước ngọt? Vâng, đây không phải là một việc làm đơn giản, đặc biệt là khi đề cập đến quy trình tiến hành và ý nghĩa của "kỳ tích" này. Trước tiên, hãy giải quyết các phương pháp có thể được sử dụng để chuyển đổi nước mặn thành nước ngọt.

Nhu cầu về nước ngọt gia tăng khi dân số tăng.

Chưng cất nhiệt

Quá trình tách muối nổi tiếng và lâu đời nhất (tạo ra nước tinh khiết nhất) là truyền nhiệt qua nước (chưng cất). Mặc dù có rất nhiều hình thức chưng cất nhưng ở đây chúng ta chỉ xét đến quá trình chưng cất nhiệt lý tưởng. Để hiểu hơn về quá trình này, chúng ta hãy xét đến điểm sôi đầu tiên. Điểm sôi của chất lỏng có thể được mô tả là nhiệt độ tại đó áp suất hơi của chất lỏng bằng với không khí xung quanh. Bây giờ, để thu nhỏ một nhà máy khử muối đến chức năng thô sơ hơn của nó, chúng ta thấy quá trình chưng cất được dạy ở môn hóa học trong các trường phổ thông. Thí nghiệm chưng cất bắt đầu bằng việc đun sôi nước, dẫn đến sự thay đổi nước thành trạng thái hơi. Hơi nước chuyển từ cốc này sang cốc khác với sự trợ giúp của ống. Trong hành trình này, nước ngưng tụ và kết tủa. Điều độc đáo của quá trình chưng cất là chỉ có nước biến thành hơi, các tạp chất khác bị giữ lại và do đó cuối cùng chúng ta thu được nước tinh khiết.

Quá trình chưng cất nước.

Mặc dù thí nghiệm này chỉ ở quy mô nhỏ nhưng nó chứng minh rằng đây là một phương pháp có thể được mở rộng để giúp đỡ thế giới. Năng lượng và công nghệ khử nước muối đều tốn kém, nghĩa là việc khử muối ở quy mô lớn sẽ tiêu tốn khá nhiều tiền bạc.

Thẩm thấu ngược

Reverse Osmosis hay RO – nó được biết đến như là một trong những phương pháp lọc nước phổ biến nhất hiện có trên thị trường. Nó liên quan đến việc sử dụng một phần màng thấm để lọc nước. Màng bán thấm là một loại màng sẽ cho phép một số nguyên tử hoặc phân tử đi qua, Một ví dụ đơn giản là màn hình, cho phép các phân tử không khí đi qua, nhưng ngăn chặn sâu bệnh hoặc bất cứ thứ gì khác đi qua các lỗ trên màn hình. Các lỗ chân lông đủ lớn để cho hơi nước đi qua, nhưng đủ nhỏ để ngăn nước lỏng thẩm thấu vào. Để hiểu được quá trình thẩm thấu ngược, trước tiên, hãy tìm hiểu xem thẩm thấu là gì?

Khi thẩm thấu ngược, áp suất được áp dụng để giữ nước khỏi di chuyển sang dung dịch có nồng độ cao.

Thẩm thấu là một hiện tượng xảy ra tự nhiên trong đó dung dịch có nồng độ chất tan (muối) thấp hơn sẽ có xu hướng di chuyển đến dung dịch có nồng độ chất tan cao hơn. Chúng ta có thể hiểu điều này một cách trực quan hơn bằng sơ đồ ở trên. Trong sơ đồ trên, có 2 dung dịch khác nhau, một dung dịch có hàm lượng muối thấp (nước ngọt) và một dung dịch có hàm lượng muối cao hơn. Cả 2 dung dịch này được phân cách với nhau bằng một màng thấm. Bạn sẽ quan sát thấy dung dịch có nồng độ muối thấp hơn sẽ di chuyển hoặc có xu hướng di chuyển về phía dung dịch có nồng độ chất hòa tan cao hơn.

Thẩm thấu ngược có thể hiểu là sự đảo ngược của quá trình này. Khi thẩm thấu ngược, áp suất được áp dụng để giữ nước khỏi di chuyển sang dung dịch có nồng độ cao. Khi nước được đẩy sang dung dịch có nồng độ thấp hơn và đi qua một lớp màng được đục lỗ, chất tan được tách ra khỏi dung dịch và chỉ có nước nguyên chất đi qua được lớp màng bán thấm.

Nhược điểm

Việc ước tính số tiền cụ thể để áp dụng quy trình này vào lọc nước biển là rất khó khăn vì tỷ lệ năng lượng thay đổi theo từng nơi. Một số yếu tố ảnh hưởng đến chi phí như giá lao động, năng lượng, giá đất, thỏa thuận tài chính và nồng độ muối trong nước biển. Tại Hoa Kỳ, chi phí để thực hiện việc này khoảng từ 1 đến 2 USD mỗi một mét khối nước biển. Một mét khối nước biển có thể được hình dung là 264 gallon hoặc 999 lít. Mặc dù chi phí thoạt đầu nghe có vẻ thấp nhưng nếu chúng ta so sánh với nước sông hoặc nước ngầm thì lọc nước biển vẫn có giá quá cao (chi phí lọc nước sông, nước ngầm chỉ khoảng 10-20 cent cho mỗi mét khối). Vì vậy, việc khai thác nước ngọt tự nhiên có chi phí rẻ hơn rất nhiều so với lọc nước biển.

Tiền bạc và đại dương thủy sản

Có những vấn đề môi trường liên quan đến khử mặn nước. Các sự sống trong nước biển có thể bị hút vào những nhà máy khử muối. Quá trình lọc sẽ giết chết các sinh vật đại dương nhỏ, bao gồm cả cá nhỏ và sinh vật phù du, do đó làm đảo lộn chuỗi thức ăn. Ngoài ra, việc phải làm gì với muối tách ra cũng là một vấn đề không nhỏ. Việc bơm lượng nước cực kỳ mặn này trở lại đại dương có thể gây hại cho đời sống của các sinh vật biển địa phương. Giảm các tác động này là có thể, nhưng nó làm tăng thêm chi phí chung.

Thêm vào đó, máy RO gia dụng không hiệu quả như máy quy mô công nghiệp và lượng nước thải mà chúng tạo ra cao hơn đáng kể. Nước thải từ máy RO gia dụng không thể được tái sử dụng cho các tiện nghi trong gia đình. Về tỷ lệ, đối với hầu hết các máy RO gia đình để sản xuất 19 L nước ngọt, phải loại bỏ gần 76-135L nước. Như chúng ta có thể thấy, khử mặn nước biển để biến nó thành nguồn cung cấp nước ngọt chính cho con người là không khả thi, cả về kinh tế lẫn yếu tố môi trường.