发电厂吸收的淡水量比其他任何消费者都多，占全国淡水用量的50%以上，每天约5000亿加仑。为了帮助节约这些水，研究人员开发了一种用于发电厂冷却水的新型二氧化硅过滤器，通过增加冷却塔水可以重复使用和回收的次数来减少淡水发电厂的消耗量。发电厂吸收的淡水量比其他任何消费者都多，占全国淡水用量的50%以上，每天约5000亿加仑。为了帮助节约这些水，桑迪亚实验室的研究人员开发了一种用于发电厂冷却水的新型二氧化硅过滤器，通过增加冷却塔水可以重复使用和回收的次数来减少淡水发电厂的消耗量。
桑迪亚地球化学家帕特布拉迪说：“我们这个的水资源有限，用于从饮用水到饲养牲畜等所有用途，全球人口和需求正在增长。”“如果你可以回收发电厂使用的水，它可以为家庭和个人用水释放更多的水。”
虽然发电厂已经回收了淡水，但是一批水可以重复使用的次数受到每个循环积累的二氧化硅量的限制。二氧化硅是淡水中常见的天然物质，溶解度有限，易于在涡轮机，锅炉，热交换器，输送管道和其他设备上形成水垢。这种累积是有问题的，因为它可能破坏设备功能并且预防成本高。处理和回收发电厂用水的成本估计是淡水成本的1.5至2倍，这通常是因为目前二氧化硅去除方法的高价格。
“当你有二氧化硅堆积时，传热是一个问题，堵塞是一个问题，腐蚀是一个问题，”桑迪亚化学家Tina Nenoff说。“因此，我们的项目专注于寻找能源和成本效益的材料和工艺，以从工业用水中去除二氧化硅。”
Sandia实验室的研究人员，从左到右，Tina Nenoff和Pat Brady以及前博士后任命Koroush Sasan研究了水滑石如何从发电厂的冷却塔水中过滤出二氧化硅。
用特殊过滤器去除二氧化硅
Nenoff曾与水滑石(一种由氢氧化铝制成的分层材料)合作，从21世纪初开始研究低成本海水淡化方法时，他认为这种材料可以成为二氧化硅的有效过滤器。
在为期两年的实验室指导研究和开发项目中，Nenoff，Brady和他们的研究团队创建了特殊的过滤器，颗粒和由水滑石制成的粉末，以研究材料过滤二氧化硅的能力。正如废物过程工程杂志最近的一篇文章所述，他们发现水滑石可以去除再循环水中约90%的积聚二氧化硅，并可以重复使用五次或更多次循环。这种重复使用过滤器和回收冷却塔水的能力可以节省资金和自然资源。
“想象一下水滑石颗粒或像饮用水过滤器中发现的那种粉末，”Nenoff说。“在过滤过程中，水流过或流过物料，水中的二氧化硅结晶并留在过滤器中，同时清洁的水流出。”
研究小组设计了水滑石材料，用于过滤发电厂的冷却塔水。在冷却过程中，一些水蒸发，水中的矿物质，包括二氧化硅，在每个循环中积聚。
“当你加热水并且其中一些蒸发时，水中的二氧化硅和其他物质变得更加浓缩，”布拉迪说。“现在，你可以在水变得过于集中之前使用水几个循环，但我们的目标是10个或更多个循环，这样发电厂就可以减少用水量。”
除了研究材料及其有效性之外，该团队还想确定如何最好地扩大新的过滤材料，以便在发电厂进行大规模作业。新墨西哥大学土木工程系的学生在Kerry Howe教授的指导下，对材料进行了放大分析，桑迪亚位于加利福尼亚州利弗莫尔的研究人员进行了技术经济分析，以估算成本和能源为现实世界的应用节省。
“我们在这里进行的测量是在一个咖啡杯大小的烧杯中，但当你在像一个每天使用一百万加仑的发电厂这样的设施时，你想知道水滑石是否会在那个水平上有效，”布拉迪说。
研究团队使用多学科方法和分析来指导他们的实验，以找到最佳的水滑石处理成本和节能工业用途。
“很多行业已经有了二氧化硅去除工艺，但它可能效果不好，”Nenoff说。“作为这个项目的结果，我们将能够给他们一个估计的成本和能源节省，甚至可以节省水滑石可以提供的当前方法的寿命。这种建模和分析提供了更多的动力来采取实施新方法的风险。“