Analysis and Modelling of Desalination Brines

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Avsaltning av havsvatten utgör en viktig källa för vattenförsörjning till befolkningen som bor vid Persiska viken, Medelhavet och Röda havet. De tre regionerna utgör ca 11,8 % av världens landyta och hade omkring 9 % av världens befolkning under 1950 och 2008, samt lika mycket enligt prognos för år 2050. Dessa områden är hemvist för 62 %, 58% och 60% av världens avsaltningskapacitet för år 1996, 2008 respektive 2050. Utbytet av dricksvatten ur havsvatten har identifierats som en viktig faktor i denna studie. Under 1996 uppgick utbytet till cirka 30-35 % och år 2008 var det cirka 40-45 %, medan vissa avsaltningsanläggningar nådde upp till hela 50 %. Runt Persiska viken fanns och finns 50 %, 40 % och 45 % av världens totala avsaltningskapacitet i slutet av 1996, 2008 respektive 2050 (prognos). Alla länder i Mellanöstern lider av brist på vattenresurser samtidigt med en ökad efterfrågan av vatten på grund av den höga befolkningstillväxten. Avsaltning kan vara ett kostnadseffektivt sätt att producera färskvatten och möjligtvis också el. En lösning för Sinai och Gazaremsan föreslås som innebär att en gemensam kraft- och avsaltningsanläggning uppförs i Egypten nära gränsen till Gazaremsan. Detta gemensamma Egypten-Palestina projekt skulle öka vattenförsörjningen med 500 000 m3/d och kraftförsörjningen med 500 MW i regionen. Resultatet från fältarbete och två experiment i laboratorieskala redovisas. De kan även tillämpas för att utforma detta projekt. Massbalanser för vatten och salt för Döda havet modellerades genom att inkludera och exkludera vatten från ett föreslaget projekt att överföra vatten från Röda havet till Döda havet i en kanal (RSDSC). Nederbörd, avdunstning, ytvattenflöde, grundvattenflöden, samt uppgifter för tillflöde och avlopp från mineralutvinningsföretag runt Döda havet användes i modellen. Blandningstiden i Döda havet modellerades genom att använda två olika ekvationssystem, för väl omblandade respektive skiktade förhållanden. En effektiv metod för att påskynda utspädningen av det salta rejektvattnet från avsaltningengsverket i recipienten är att använda en vinklad utgångsstråle eller spridning med multipla utlopp. Två experimentella studier i laboratorieskala utfördes för att undersöka hur en tung/tät stråle fördelades i omgivande vatten. Den första studien gjordes med vinklade tunga/täta strålar för att studera betydelsen av utloppsstrålens vinkel, där lutningen ökade för de maximala nivåerna som funktion av denna vinkel. En utloppsvinkel på 60 grader ger snabbare inblandning än 30 eller 45 grader. En empirisk relation för effektiv inblandning togs fram som funktion av fem geometriska parametrar, vilken kan användas för framtida planering. Fältundersökningar har gjorts på Cypern av hur rejektplymer från Eastem Mediterranean Universitys avsaltningsanläggning fördelas lokalt i Medelhavet. Mätningarna visar att det behövs mer än ett utlopp (multipla utlopp) ut till havet för att undvika eller minimera miljöpåverkan längs kusten. Resultatet överensstämde väl med en enkel två-dimensionell matematiska modell för spridning om plymen antas vara normalfördelad. Den beräknade bottenlutningen i fält var låg, omkring 7,4 %, vilket delvis kan förklara varför smuts från avsaltningen syntes på stranden i närheten av utsläppspunkten. Ett andra laboratorieexperiment gjordes för att undersöka hur flödesfältet från tunga saltvattenplymer såg ut nära utloppet och i mellanzonen innan plymen fördelats ut i recipienten. Utspädningen längs plymen ökade med cirka 10 % och 40 % om botten lutade respektive om botten lutade och strålen riktades 30 grader upp från horisontalplanet. Resultat av denna studie kan användas för konstruktion av utlopp från avsaltningsverk för att minimera saltkoncentrationsskillnader och för att få plymen att spädas ut snabbare och mera i recipient. Mer än 16 % bottenlutning rekommenderas, liksom flera fältmätningar. En utloppsvinkel på 30 grader med 16 % bottenlutning ger mindre miljöpåverkan. De geometriska effekterna kan modelleras framgångsrikt i Matlab.