Способы опреснения морской воды
На нашей планете примерно 96,5% воды приходится на океаны, 1,7% мировых запасов составляют грунтовые воды, ещё 1,7% — ледники и ледяные шапки Антарктиды и Гренландии, небольшая часть находится в реках, озёрах и болотах, и 0,001% в облаках (образуются из взвешенных в воздухе частиц льда и жидкой воды). Большая часть земной воды — солёная, непригодная для сельского хозяйства и питья. Доля пресной составляет около 2,5%, причём 98,8% этой воды находится в ледниках и грунтовых водах. Менее 0,3% всей пресной воды содержится в реках, озёрах и атмосфере.
Постоянный рост потребления пресной воды приводит к повышению нагрузки на существующие источники, мощность которых во многих регионах Земли уже истощена, что приводит к нехватке водных ресурсов.
В аспекте решения данной задачи все более актуальным становится внедрение методов получения пресной воды из вод мирового океана и других сильно минерализованных источников, использование воды из которых без специальной обработки невозможно.
Большие объемы воды мирового океана, легкая доступность (для прибрежных территорий), а иногда и безальтернативность источника, уже достаточно длительное время привлекают ученых и конструкторов для создания новых и улучшения существующих способов опреснения.
Все способы получения пресной воды из морской можно разделить на два основных направления:
1. Методы, связанные с изменением агрегатного состояния вещества:
- дистилляция
- замораживание
2. Методы, в которых агрегатного изменения состояния не происходит:
- химическое опреснение
- ионный обмен
- электродиализ
- прямой осмос
- обратный осмос
Далее рассмотрим эти методы более подробно. Начнем с методов, связанных с изменением агрегатного состояния вещества.
Дистилляция
В ходе дистилляции морская вода нагревается за счет различных видов энергии. Молекулы воды имеют большую подвижность, чем ионы растворенных солей, легче переходят в газовую фазу (испаряются), которая удаляется с последующим конденсированием из неё чистой воды.
В ходе данного процесса энергия затрачивается как на переход воды в газовую фазу, так и на переводы газовой фазы в жидкую.
Снижение необходимого для испарения количества подводимого тепла можно получить, используя метод вакуумной дистилляции, который отличается от классической схемы разряжением, создаваемым в испарителе. Температура закипания воды при понижении давления снижается, что обеспечивает снижение энергозатрат и повышение КПД установки в целом.
Для более полного использования тепловой энергии используют процесс многоступенчатой дистилляции (флеш дистилляции), в ходе которого испарение происходит в разряженной среде, а тепловая энергия используется максимально (утилизация тепла, уносимого потоком сконденсированной воды).
Данная технология позволяет более эффективно использовать энергию, т. к. при снижении давления газовой фазы над жидкой снижается температура кипения последней, а движение потоков продуктов противотоком позволяет минимизировать унос тепла как с очищенной водой, так и отводимым остатком.
Другим вариантом проведения процесса очистки при испарении/конденсации воды является термокомпрессионная дистилляция. При реализации данного метода очистки исходная вода переводится в газообразное состояние за счет энергии, выделяемой при конденсации воды очищенной. Для этого перешедшую в пар воду из испарителя откачивают специальным компрессором, который так же служит для создания повышенного давления пара в конденсаторе.
Благодаря разнице давлений в испарителе и конденсаторе выделяемой при конденсации (при повышенном давлении) энергии достаточно для перевода в газовую фазу исходной воды (при пониженном давлении) и практически не требуется расходовать стороннюю энергию для осуществления такого перехода.
Замораживание
Ещё одним направлением получения опресненной воды с использованием фазового перехода является процесс замораживания (вымораживания). Данный метод основан на процессе перехода пресной воды в твердую фазу с последующим плавлением полученного льда.
Разновидностью метода вымораживания можно считать метод опреснения с использованием газовых гидратов. Данный метод является разновидностью метода замораживания с использованием вторичного теплоносителя, в роли которого выступает газ, способный образовывать с водой соединения клатратного типа — газогидраты. В роли такого газа используют некоторые углеводороды (пропан, бутан и т.д.). Для получения опресненной воды полученные газогидраты сепарируют от рассола (отделяют) и подвергают плавлению, выделяемый при этом газ возвращается в процесс.
Следующие методы основаны на физико-химических методах без изменения агрегатного состояния вещества.
Химическое опреснение
Химическое опреснение основано на переводе растворенных солей в процессе химических реакций в твердые осадки, которые в последующем отфильтровываются. В связи с большим количеством солей в морской воде расход реагентов может достигать 5% от массы опресняемой воды, что не позволяет применять данный метод в серьезных масштабах.
Метод ионного обмена
Электродиализ
При подаче электрического тока на электроды, помещенные в раствор солей в воде (в данном случае — морскую воду), можно наблюдать процесс электродиализа — перемещение зараженных частиц к соответствующим электродам: катионы направляются к отрицательному электроду — катоду, а анионы — к положительному — аноду. Между электродами со временем появляется область с пониженной концентрацией солей. Технически этот метод применен в электродиализаторах, в которых кроме катода и анода так же присутствуют камеры из катионообменных и анионообменных мембран, что позволяет значительно более эффективно вести процесс разделения.
Прямой осмос для получения пресной воды
Еще один физический процесс широко применяющийся для получения пресной воды — процесс осмоса — движение молекул растворителя через полупроницаемую (проницаемую только для молекул растворителя) мембрану в сторону более концентрированного раствора. Учитывая, что морская вода является достаточно насыщенным солями раствором изначально, процесс осмоса — прямой осмос, используется редко, т. к. для получения опресненной воды из морской необходимо использовать концентрированный раствор специального вещества, которое должно впоследствии достаточно легко удаляться — например, при изменении температуры разлагаться (карбонат аммония) или выпадать в осадок.
Полученная вода характеризуется меньшим содержанием примесей, чем исходная, и может быть в дальнейшем очищена с использованием данного метода и другого специального вещества (с более низкой концентрацией), так и с использованием другого метода опреснения. При применении метода прямого осмоса часть энергии, необходимой для опреснения воды можно использовать в виде низкопотенциальной энергии (тепловой, солнечной) имеющей более низкую стоимость (по сравнению с электрической). Это позволяет использовать менее энергозатратные способы очистки на финишной стадии.
Обратный осмос для опреснения морской воды
Наиболее широко распространенном методом опреснения морской воды в настоящее время стал метод обратного осмоса. Данный метод основан на ранее описанном явлении осмоса, но направление движение растворителя (чистой воды) изменено на обратное — от более соленого раствора в сторону более чистого (концентрированного) за счет создания давления со стороны более «разбавленного» раствора (исходной воды). Давление, требуемое для проведения процесса обратного осмоса зависит от минерализации исходной воды и при опреснении воды с соленостью 35 г/л (соленость мирового океана) рабочее давление достигает значений 70-80 бар.
Производительность оборудования опреснения морской воды методом обратного осмоса зависит от типа и количества стандартизованных мембранных элементов. Наша компания в своем модельном ряде поддерживает модели производительностью от 50 до 1000 л/ч (опреснительные установки СОМ О 50-60 — СОМ О 1000-60). Простота конструкции и большой выбор доступных комплектующих позволяют использовать опреснительные мембранные установки практически на любых объектах, где требуется решение задачи получения пресной воды из воды минерализованной в максимально удобном исполнении оборудования.
Такие установки применяются как для опреснения воды на катерах и яхтах, судах и буровых платформах, так и для обеспечения питьевой водой поселений с солеными источниками воды (соленые скважины, морское побережье).
Кроме рассмотренных выше существует еще ряд методов опреснения основанных на иных физических процессах, но в настоящее время они не получили широкого распространения или находятся в стадии экспериментальных моделей.
Учёные разработали два новых метода опреснения воды / Habr
Практически одновременно инженеры из Массачусетского технологического института (MIT) и Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (UIUC) предложили новые способы опреснения солёной воды. Метод MIT основан на ударных волнах, а UIUC использовали для отделения соли от воды пористый материал нанотолщины.
Если в кране нет воды
Потребление воды в мире постоянно возрастает, и в некоторых густонаселённых регионах планеты её начинает не хватать. Проблема нехватки пресной воды уже не является прерогативой африканских пустынь. Несмотря на то, что Мировой океан покрывает 70% поверхности нашей планеты, питьевой воды на ней крайне мало.
Обычными способами опреснения воды являются обратный осмос — проталкивание воды через мембрану, задерживающую частицы соли, перегонка — кипячение с последующим сбором и охлаждением пара, или электродиализ – изменении концентрации электролитов в растворе посредством электрического тока. Эти способы крайне энергозатратны.
Опреснение шоком
Работа инженеров MIT с необычным методом опреснения под руководством профессора Мартина Базанта [Martin Bazant] опубликована в журнале Environmental Science and Technology. «Это фундаментально новый процесс разделения, отличающийся от всех остальных,- утверждает Базант. – Он обеспечивает безмембранное разделение ионов и молекул воды».
При обычном электродиализе в сосуде для разделения делают перегородки из полупроницаемых мембран. Фильтрующие мембраны пропускают воду и задерживают более крупные частицы соли. Эти мембраны расположены поочередно и разделяют общий объем на множество полостей. Через ванну с раствором пропускают постоянный электрический ток, который приводит ионы растворенных солей в движение.
Противоположно заряженные ионы движутся в противоположные стороны, но из-за того, что ванна заполнена препятствующими движению ионов мембранами, ионы задерживаются на ближайшей мембране, соответствующей их заряду, и остаются в полости между двумя мембранами. В результате между одной парой мембран происходит повышение концентрации ионов (эту воду сливают обратно в море), а между другой – понижение, то есть получается пресная вода.
В новом процессе, получившем название шоковый электродиализ, вода течёт через фритту – пористый керамический материал. С обеих сторон масса материала ограничена электродами. Достаточно сильный постоянный ток, протекающий между электродами, приводит к тому, что в потоке возникает ударная волна, чётко разделяющая поток на две части – в одной из которых течёт чрезвычайно солёная, а в другой — пресная вода. Остаётся только разделить потоки простой перегородкой.
В этом процессе не используются мембраны, ничего не засоряется и не требует очистки, при этом обеспечивается постоянный поток воды через недорогой в производстве материал. Эффект, лежащий в основе процесса, был открыт несколько лет назад учёными из Стэнфордского университета.
Специалисты из MIT утверждают, что процесс можно использовать не только для опреснения, но и для очистки воды. Например, в процессе проведения работ по гидравлическому разрыву пластов образуется много солёной и загрязнённой химикатами воды, которую можно было бы очищать подобным образом. К тому же, по утверждению учёных, электрический ток, необходимый для организации процесса, достаточно сильный для того, чтобы убивать бактерии и стерилизовать воду.
Тонкий подход к опреснению
Инженеры из Иллинойса, тем не менее, предлагают свой вариант опреснения воды путём фильтрации её через мембрану. Однако их мембрана из дисульфида молибдена имеет толщину всего в несколько нанометров. Инженеры из UIUC утверждают, что их фильтр энергетически гораздо более выгоден, чем обычные фильтры для обратного осмоса, которые требуют больших энергетических затрат.
Для опреснения воды через фильтры обычно требуется создавать большое давление, а мембраны быстро засоряются и требуют очистки или замены. Но по утверждению инженеров, давление, необходимое для опреснения воды, пропорционально толщине мембраны. Многие учёные даже пытались использовать для фильтрации воды графен, но столкнулись со специфическими трудностями при взаимодействии его с водой.
Инженеры из UIUC взяли дисульфид молибдена, поскольку в нём молибден находится в окружении двух атомов серы. В результате у тонкого «листа» MoS2 снаружи находится сера, а молибден – внутри. Если в таком листе сделать отверстие, вокруг него будет кольцо из атомов молибдена.
«Преимущества фильтра из MoS2 в том, что молибден притягивает воду, а сера – отталкивает, что обеспечивает высокую скорость прохождения воды через отверстие,- говорит Мухаммед Хейраньян [Mohammad Heiranian], автор работы. – Это свойство химически заложено в MoS2, поэтому его не нужно специально подготавливать или каким-то образом дорабатывать, в отличие от графена, где такая подготовка является очень сложным процессом».
Как будем опреснять?
Прогресс не стоит на месте, и новые технологии появляются очень быстро. Время покажет, какая из упомянутых идей пройдёт проверку реальностью. Возможно, что для повышения эффективности различные технологии будут использоваться вместе. Главное, чтобы в результате они дали много пресной воды как для питья, так и для пищи – ведь основными потребителями пресной воды являются фермерские хозяйства.
Опреснение морской воды
Одной из глобальных проблем современной цивилизации является нехватка пресной воды. Запасы мирового океана неисчерпаемы, однако такую воду нельзя употреблять ни для областей экономики, ни для нужд человека. Ежегодно от нехватки пресной воды страдают миллионы людей. Морская вода имеет высокую концентрацию различных примесей и считается соленой. Ее употребление в чистом виде просто невозможно. Но развитие технологий не стоит на месте, и ученые находят все новые и новые способы для опреснения морской воды. Пример системы опреснения морской воды, произведенной нашей компанией, установленной в г. Геленджик Краснодарского края.
Технология по опреснению морской воды
В настоящее время изучено множество способов очистки морской воды от солей с помощью химических, физических и биологических методов. Современные компании по водоочистке предлагают 5 основных способов опреснения воды.
Дистилляция. Принцип данного метода основан на выпаривание воды. На специальных установках по опреснению морской воды в процессе нагревания происходит разделение объема исходной воды на пар (дистиллят) и концентрированный раствор, в котором остались все примеси. Такой способ имеет ряд недостатков, которые ограничивают его использование. В условиях гигантского промышленного производства это высокие энергетические затраты для выпаривания больших объемов воды, размеры оборудования, которые занимают много места, дополнительная система утилизации концентрированного остатка.
Ионный обмен. Основным показателем солености воды является содержание NaCl. Для очистки воды от поваренной соли применяются фильтры с ионообменной смолой. Ионы Na + заменяются ионами водорода H + , а ионы Cl — на OH — . Такой процесс опреснения морской воды применяется в условиях низкой концентрации соли до 2,5 г/л. Еще одним недостатком фильтров по очистке морской воды является большой расход реагентов, которые используются в фильтрах.
Замораживание, в т.ч. газогидратный метод. Процесс опреснения из морской воды основан на естественном вымораживании пресной воды в природных условиях. В первую очередь образуется лед из чистой воды, через который далее прогоняют специальный газ. Он помогает очистить воду оставшегося соленого раствора. Однако для широкого использования этот метод очистки соленой воды не походит, по причине дорогостоящего оборудования огромных масштабов.
Статьи по теме (кликните, чтобы посмотреть)
Электродиализ. Поток воды прогоняется через заряженные мембраны, которые изготовлены из ионообменных смол. С одной стороны расположен катод (отрицательно заряженный), к которому движутся катионы. На противоположной стороне — анод (положительно заряженный), для притягивания анионов. Внутри специальной камеры катионитовые мембраны пропускают только катионы, а анионитовые соответственно анионы. Под действием электрического тока в итоге получается деионизованная вода и 2 потока концентрированного раствора. Ионообменные мембраны имеют высокую селективность и долгий срок эксплуатации. Однако энергозатраты установки опреснения морской воды путем электродиализа варьируются прямо пропорционально содержанию в воде солей (чем выше минерализация воды, тем требуется больше энергии для ее очистки). Такие станции опреснения морской воды предназначены для маленькой производительности при содержании солей не более 10 г/л.
Проблема обессоливания морской воды
Многие страны не имеют доступ к ледникам, в которых сосредоточена большая часть пресной воды. Загрязнение подземных источников водоснабжения уменьшают количество ресурсов для их возможного потребления. Поэтому единственным решением для их проблемы является опреснение морской и использованной воды.
Где необходима установка для опреснения морской воды
В процессе опреснения соленой воды происходит удаление солей до необходимого уровня. Обессоленную воду можно применять в питьевых и технологических целях.
Основные направления, где используют установки по опреснению морской воды:
- Промышленные предприятия, для технологического процесса которых требуются большие объемы пресной воды;
- В аграрном хозяйстве, где для полива растений, содержания животноводческого комплекса и приготовления раствора для удобрений необходимо использование чистой пресной воды;
- Для получения пресной воды на нефтяных платформах в мировом океане. Постоянное снабжение работников и оборудования водой с континента невозможно в сложных условиях морей и океанов;
- Для кораблей дальнего плавания и подводных лодок. Для обеспечения моряков всем необходимым в условиях длительных командировок в открытое море важно учитывать необходимость в чистой воде для питья, приготовления пищи и хозяйственно-бытовых нужд. Также обессоленная вода применяется в парогенераторах и для охлаждения двигателей.
- Гостиницы, санатории и пансионаты на морских курортах. Например, наиболее актуально опреснение морской воды в Крыму, на Черноморском побережье (Сочи, Геленджик, Новороссийск, Анапа, Туапсе и пр.).
- Очистка соленой воды из скважины. Очень часто в регионах, находящихся на морском побережье или прилегающих к нему (Ставропольский край, Ростовская обл. и другие) даже из скважин идет соленая вода. Необходимо устанавливать фильтры очистки соленой воды для получения питьевой воды в доме или на предприятии.
Большинство развитых стран, которые шагают в ногу с научным прогрессом, используют для своих промышленных предприятий целые станции по опреснению морской воды. Россия находится на первом месте по запасам пресной воды, однако основные источники сосредоточены в северной части страны. Южные районы, где 90% территории занято в аграрном комплексе, страдают от дефицита воды, пригодной для сельского хозяйства.
Почему выбирают осмос для морской воды
Основным преимуществом установок обратного осмоса для опреснения морской воды является его соотношение цены и качества:
- Возможно применение для опреснения больших объемов воды в непрерывном режиме;
- Небольшие затраты на энергетические расходы в системах опреснения морской воды;
- Установки обессоливания морской воды полностью автоматизированы и не требуют вмешательства со стороны человека;
- Высокий процент очистки до 97-99% и хорошее качество опреснения морской воды.
Компания Diasel Enginering — надёжный партнер в области опреснения морской воды! У нас работают только лучшие специалисты и мы можем предложить оптимальный цены опреснения морской воды. Мы знаем все о методах опреснения воды осмосом. Мы устанавливаем фильтры для очистки солёной воды во всех регионах (Крым, Сочи, Новороссийск, Мурманск, Калининград, Владивосток и тд.).
Способы опреснения морской воды
На нашей планете примерно 96,5% воды приходится на океаны, 1,7% мировых запасов составляют грунтовые воды, ещё 1,7% — ледники и ледяные шапки Антарктиды и Гренландии, небольшая часть находится в реках, озёрах и болотах, и 0,001% в облаках (образуются из взвешенных в воздухе частиц льда и жидкой воды). Большая часть земной воды — солёная, непригодная для сельского хозяйства и питья. Доля пресной составляет около 2,5%, причём 98,8% этой воды находится в ледниках и грунтовых водах. Менее 0,3% всей пресной воды содержится в реках, озёрах и атмосфере.
Постоянный рост потребления пресной воды приводит к повышению нагрузки на существующие источники, мощность которых во многих регионах Земли уже истощена, что приводит к нехватке водных ресурсов.
В аспекте решения данной задачи все более актуальным становится внедрение методов получения пресной воды из вод мирового океана и других сильно минерализованных источников, использование воды из которых без специальной обработки невозможно.
Большие объемы воды мирового океана, легкая доступность (для прибрежных территорий), а иногда и безальтернативность источника, уже достаточно длительное время привлекают ученых и конструкторов для создания новых и улучшения существующих способов опреснения.
Все способы получения пресной воды из морской можно разделить на два основных направления:
1. Методы, связанные с изменением агрегатного состояния вещества:
2. Методы, в которых агрегатного изменения состояния не происходит:
- химическое опреснение
- ионный обмен
- электродиализ
- прямой осмос
- обратный осмос
Далее рассмотрим эти методы более подробно. Начнем с методов, связанных с изменением агрегатного состояния вещества.
Дистилляция
В ходе дистилляции морская вода нагревается за счет различных видов энергии. Молекулы воды имеют большую подвижность, чем ионы растворенных солей, легче переходят в газовую фазу (испаряются), которая удаляется с последующим конденсированием из неё чистой воды.
В ходе данного процесса энергия затрачивается как на переход воды в газовую фазу, так и на переводы газовой фазы в жидкую.
Снижение необходимого для испарения количества подводимого тепла можно получить, используя метод вакуумной дистилляции, который отличается от классической схемы разряжением, создаваемым в испарителе. Температура закипания воды при понижении давления снижается, что обеспечивает снижение энергозатрат и повышение КПД установки в целом.
Для более полного использования тепловой энергии используют процесс многоступенчатой дистилляции (флеш дистилляции), в ходе которого испарение происходит в разряженной среде, а тепловая энергия используется максимально (утилизация тепла, уносимого потоком сконденсированной воды).
Данная технология позволяет более эффективно использовать энергию, т. к. при снижении давления газовой фазы над жидкой снижается температура кипения последней, а движение потоков продуктов противотоком позволяет минимизировать унос тепла как с очищенной водой, так и отводимым остатком.
Другим вариантом проведения процесса очистки при испарении/конденсации воды является термокомпрессионная дистилляция. При реализации данного метода очистки исходная вода переводится в газообразное состояние за счет энергии, выделяемой при конденсации воды очищенной. Для этого перешедшую в пар воду из испарителя откачивают специальным компрессором, который так же служит для создания повышенного давления пара в конденсаторе.
Благодаря разнице давлений в испарителе и конденсаторе выделяемой при конденсации (при повышенном давлении) энергии достаточно для перевода в газовую фазу исходной воды (при пониженном давлении) и практически не требуется расходовать стороннюю энергию для осуществления такого перехода.
Замораживание
Ещё одним направлением получения опресненной воды с использованием фазового перехода является процесс замораживания (вымораживания). Данный метод основан на процессе перехода пресной воды в твердую фазу с последующим плавлением полученного льда.
Разновидностью метода вымораживания можно считать метод опреснения с использованием газовых гидратов. Данный метод является разновидностью метода замораживания с использованием вторичного теплоносителя, в роли которого выступает газ, способный образовывать с водой соединения клатратного типа — газогидраты. В роли такого газа используют некоторые углеводороды (пропан, бутан и т.д.). Для получения опресненной воды полученные газогидраты сепарируют от рассола (отделяют) и подвергают плавлению, выделяемый при этом газ возвращается в процесс.
Следующие методы основаны на физико-химических методах без изменения агрегатного состояния вещества.
Химическое опреснение
Химическое опреснение основано на переводе растворенных солей в процессе химических реакций в твердые осадки, которые в последующем отфильтровываются. В связи с большим количеством солей в морской воде расход реагентов может достигать 5% от массы опресняемой воды, что не позволяет применять данный метод в серьезных масштабах.
Метод ионного обмена
Метод ионного обмена основан на использовании ионитов для удаления содержащихся в воде катионов (используются H-катионты) и анионов (используются ОН-аниониты). В ходе ионного обмена емкость ионитов (ионообменных смол) исчерпывается и для продолжения процесса очистки требуется проведение регенерации материала: раствором кислоты для катионита и раствором щелочи для анионита. Высокий расход агрессивных реагентов обуславливает узкое применение данного метода.
Электродиализ
При подаче электрического тока на электроды, помещенные в раствор солей в воде (в данном случае — морскую воду), можно наблюдать процесс электродиализа — перемещение зараженных частиц к соответствующим электродам: катионы направляются к отрицательному электроду — катоду, а анионы — к положительному — аноду. Между электродами со временем появляется область с пониженной концентрацией солей. Технически этот метод применен в электродиализаторах, в которых кроме катода и анода так же присутствуют камеры из катионообменных и анионообменных мембран, что позволяет значительно более эффективно вести процесс разделения.
Прямой осмос для получения пресной воды
Еще один физический процесс широко применяющийся для получения пресной воды — процесс осмоса — движение молекул растворителя через полупроницаемую (проницаемую только для молекул растворителя) мембрану в сторону более концентрированного раствора. Учитывая, что морская вода является достаточно насыщенным солями раствором изначально, процесс осмоса — прямой осмос, используется редко, т. к. для получения опресненной воды из морской необходимо использовать концентрированный раствор специального вещества, которое должно впоследствии достаточно легко удаляться — например, при изменении температуры разлагаться (карбонат аммония) или выпадать в осадок.
Полученная вода характеризуется меньшим содержанием примесей, чем исходная, и может быть в дальнейшем очищена с использованием данного метода и другого специального вещества (с более низкой концентрацией), так и с использованием другого метода опреснения. При применении метода прямого осмоса часть энергии, необходимой для опреснения воды можно использовать в виде низкопотенциальной энергии (тепловой, солнечной) имеющей более низкую стоимость (по сравнению с электрической). Это позволяет использовать менее энергозатратные способы очистки на финишной стадии.
Обратный осмос для опреснения морской воды
Такие установки применяются как для опреснения воды на катерах и яхтах, судах и буровых платформах, так и для обеспечения питьевой водой поселений с солеными источниками воды (соленые скважины, морское побережье).
Кроме рассмотренных выше существует еще ряд методов опреснения основанных на иных физических процессах, но в настоящее время они не получили широкого распространения или находятся в стадии экспериментальных моделей.
»
Отличная статья 0
Способы и методы опреснения воды
Необходимость в пресной воде на земле обуславливается большим ее дефицитом. Хотя на земле предостаточно воды, но в большинстве своем она соленая. И чтобы получить воду, годную в пищу, придется потрудиться. Да и для работы в различных конфигурациях бытовых систем такая вода не подойдет. Приборы будут слишком быстро обрастать осадками, и придется приборы снова и снова чистить. Спасти ситуацию могут только специальные способы и методы опреснения воды.
Применение химического метода опреснения в промышленности
Казалось бы, зачем промышленности пресная вода? Но и соленая, ей точно не нужна. Как известно, один излишек солей жесткости приносит невероятное количество проблем промышленному оборудованию. К поломке может привести любой излишек любой соли. Потому и для оборудования воду придется опреснять, если по близости другой воды нет. Количество химических методов опреснения воды продолжает расти. Но дает возможность что потребителям, что крупным промышленным предприятиям получать воду, отвечающую всем запросам.
На сегодня можно выделить такие методы получения опресненной воды. От самых простых до самых сложных. Причем к ним относится любое обессоливание, вне зависимости от того, морская вода или нет.
Вид опреснения | Применяемый способ |
Самый простой
Более сложный | Замораживание Испарение Флеш-дистилляция в несколько стадий Электродиализ Обратный и прямой осмосы Ультра и нанофильтрация Сепарация |
Там, где испытывают дефицит воды, к примеру, в Крыму и южных регионах России могут пользоваться солнечными опреснителями. Работает такой естественный способ опреснить воду проще простого. Вода из моря в устройстве накапливается, потом нагревается и испаряется, а капли конденсационного пара стекают в отстойник для пресной воды.
Второй вариант простейшего химического метода опреснения воды – заморозить ее. Морской воде быстро стать льдом мешают соленые примеси, а пресная вода как раз замерзает намного быстрее. Так и отделяют пресную воду от морской, затем кристаллы моют и размораживают.
Но в чем особенности работы промышленного опреснения? Оно, как известно, применяется для обеспечения городов и сел пресной водой, при отсутствии возможности получить воду подобного вида естественным путем. Дефицит воды на всей земле испытывают около ста стран мира. Проблемы с водой возникли на почве перепроизводства, бурного развития технологий, ухудшения экологической ситуации, роста количества проживающих на земле людей. Да и изменения климатические и глобальные на Земле так же приводят к дефициту воды. Все это привело к тому, что человечество остро почувствовало, что если срочно не найти вариантов получения пресной воды, все это может печально кончится. Потому человечество серьезно взялось за разработку самых разных вариантов получения хорошей пресной воды. И поскольку больше всего водных ресурсов состоит из морской воды, то это был первый вариант получения пресной воды из морской. И не безрезультатный.
Опреснительные заводы сегодня строятся массово, особенно в тех странах, где с водой совсем беда. Кувейт, Саудовская Аравия, даже Калифорния входит в этот список. Ведь она располагается на берегу моря, а с пресноводными реками в Америке тоже беда. Большой дефицит в пресной и какой-либо воде, например, испытывала Австралия. Но сегодня там даже есть специальные программы, которые серьезно поддерживают и субсидируют производство пресной воды в государстве.
России в этом смысле сказочно повезло, одних только пресных рек в стране предостаточно:
· Нева;
· Лена;
· Амур;
· Енисей
· Москва-река
И это не считая самого большого пресного озера в мире – Байкала. Потому особым развитием отрасль опреснения морской воды здесь не отличается. Возможно с приобретением Крыма – это тема станет более востребованной. Крым сам себя обеспечить водой не может, всю жизнь он питался водой из каховского водохранилища. Но после того, как доступ перекрыла Украина, Крыму не откуда стало брать воду, разве только покупать у Украины. А те продавать не спешат. Потому в будущем у правительства есть планы построить такой завод, чтобы республика более не нуждалась в пресной воде столь остро. Да и Волгоград, Ставрополье совсем забросить тему химического опреснения не позволяют.
Альтернатива способам опреснения?
Как еще можно получить пресную воду? Неужели нет каких-то специфичных способов опреснения воды? Кроме стандартного на сегодня применения осматических мембран и выпаривания в массовом порядке стали все больше думать о ледниках Антарктиды. Проектом переноса ледяных глыб из Антарктиды в средиземное море, например, сегодня никого не удивишь. Правда, транспортировка заберет очень много времени. Перенос глыбы размером с поле для игры в футбол будет на пути к средиземному морю составит не менее 12 месяцев. Другой химический способ умягчения воды – это измельчить глыбу прямо на месте и транспортировать воду в трюмах в виде измельченной ледяной крошки.
Второй вариант получить таки пресную воду – восстановить воду из отходов. То есть все стоки и канализационные воды могут пойти снова в работу. Правда над очисткой такой воды придется потрудиться значительно. Но если кроме вторичной воды другой воды в городе нет, то и выбора способа опреснения воды нет. Притом первое одобрение такой способ уже получил. Восстановленную воду получают, например, для ирригации земли. Второй простой вариант – сбор дождевой воды. И его тоже используют до сих пор.
Но это уже общемировые проблемы. А есть проблемы и вопросы мистячкового масштаба. Когда каждый инженер предприятия должен решить для себя, какой способ опреснения воды он должен использовать. Актуален вопрос опреснения и для судна любой грузоподьемности. Экипажи часто выходят в море и проводят там по 3-4 месяца. Точно так же работают и подводные лодки. И хоть они находятся на воде, а пресной воды у них по сути нет. А значит специальные опреснители придется установить и сюда. Причем популярность таких установок неуклонно растет. И не только по причине роста количества яхт и моторок. Есть еще районы, где вода отличается повышенной соленостью, даже с учетом того, что добывают такую воду прямо из пресной реки. Да и сама река может отличаться повышенной соленостью.
В быту самым простым опреснителем является опреснитель-дистиллятор. После него идет уже обратный осмос, нанофильтрация и ультрафильтрация. Бытовой дистиллятор работает на стандартном принципе, запустил воду, нагрел. Образовался пар, из пара получился конденсат, он стек в слив, где стоит накопитель, который собирает такую очищенную питьевую пресную воду.
Видео. Простейший метод опреснения воды в домашних условиях
Мембранные приборы отличаются высокой стоимостью и попутно высокой чувствительностью. Мембрана этот тот же дырчатый фильтр, что и решетка в механическом приборе-очистителе. Просто все эти отверстия имеют очень маленький размер. Через них в состоянии пройти исключительно молекулы загрязнений. При этом самая чистая вода остается за пределами мембраны, и протолкнуть побыстрее все вредные примеси через мембрану помогает обратное давление. Любая жесткая вода с солью вредна. Если вариант жесткой воды и способов ее умягчения вам не подходит, значит пора задуматься над покупкой установки опреснения. То есть сперва воду продавливают в мембрану, а затем резко меняют давление, что помогает за мембраной остаться только хорошей воде.
Нанофильтрация работает на немного другом процессе. Здесь работает диффузия и уровень очистки еще выше. Но такие способы и методы опреснения используются в очень сложных случаев, в том числе и при очистке стоков. Получить питьевую очищенную опресненную воду помогут уже и добавление такого этапа, как конденсация. Проблема осматических технологий состоит в том, что они массово убирают любые соли из воды, делая ее тем самым очень бедной на минералы, в том числе на полезные и естественные, которые легко усваиваются организмом. Вот после этого их и приходится восстанавливать кондиционированием. Правда, толку от искусственных минералов все же меньше, чем от естественных. Но в данном случае выбирать не приходится.
Опреснение воды в промышленных, домашних и походных условиях
Вода – главный источник жизни на планете, основа всего живого и всех организмов. Без нее человек не может долго прожить, однако, для питья годится далеко не всякая вода. Начнем с того, что она может быть загрязнена, в таком случае, Вы рискуете получить проблемы со здоровьем, поэтому, ее необходимо фильтровать и обеззараживать. А еще может случиться так, что вся вода, которая окажется в Вашем распоряжении, будет соленой, морской. Ну, мало ли, может Вы пережили кораблекрушение и дрейфуете на плоту в море. Или оказались на необитаемом острове. Или же Вы – гордый сын пустыни, в которой миллионы нефти и при этом нет пресной воды. На морской воде человек долго не протянет, так что же делать в такой ситуации? К счастью, человечество, очевидно, не от хорошей жизни, изобрело несколько способов опреснить морскую воду. Вам останется лишь выбрать из них наиболее подходящий.
Способы опреснения морской воды
Химический метод ионного обмена
Это относительно новый способ, который позволял открыть новые перспективы в области опреснения воды. Заключается он в прогоне воды через фильтры, содержащие в себе иониты. Иониты – это особые вещества, имеющие зернистую структуру и представляют собой органические кислоты и основания. Нерастворимы в воде и имеют свойство обменивать свои ионы на ионы, входящие в состав исходной воды. Между собой разделяются по типу обмениваемого иона на те, которые обменивают катионы, сюда относятся Са+2, Mg+2, Na+ и прочие, и те, что обменивают анионы, это вещества Cl-, SO-24 и прочие. Опресняемая вода при этом может содержать соли до трех грамм на литр.
Ионные фильтры бывают либо напорные, либо безнапорные. Их главное отличие в том, что напорные фильтры устанавливаются на подземные источники воды, не требующие предварительной очистки, а безнапорные – на поверхностные воды. Здесь уже требуется предварительная очистка и обеззараживание.
К ионитам предъявляются определенные требования. Они не должны изменять свойств воды и приводить к появлению вредных для здоровья человека веществ.
Электродиализ
Сводится к помещению воды в электрическое поле. При этом, катионы и анионы воды движутся к предварительно погруженному в нее катоду и аноду. Опресняющая установка оборудована специальными мембранами, проницаемыми для катионов и анионов. Это позволяет скапливать между этими перегородками опресненную воду. Изначально, все это было просто научным экспериментом. Однако, со временем, стоимость электроэнергии значительно снизилась, что сделало возможным применение электродиализа в крупных масштабах. Также, этот способ комбинируется с предыдущим, когда пропускающие мембраны изготавливаются с включением ионитов.
Указанные методы пригодны для промышленного опреснения. Используются в засушливых регионах, где наблюдается острая нехватка пригодной для питья воды. Эти способы требуют специального и весьма дорогостоящего оборудования и поэтому малопригодны в домашних, не говоря уже о походных, условиях. Здесь используются другие способы. Так, в домашних условиях, соленую воду можно дистиллировать и частично замораживать. А в походных – собирать конденсат с помощью открытого источника огня, солнечных лучей и топить снег и лед. Рассмотрим это более подробно.
Опреснение воды в домашних и походных условиях
Для преобразования морской воды в пресную в домашних условиях, используется дистилляция и заморозка. И то и другое приводит к изменению агрегатного состояния воды – либо превращению ее в пар, либо в лед, в результате которого вода избавляется от значительной части содержащихся в ней солей.
Дистилляция воды
Дистилляция заключается в нагреве воды, ее дальнейшему испарению и сбору конденсата в отдельной емкости. Лучше всего для дистилляции подходит самогонный аппарат. Существуют специальные дистиллирующие установки, которые работают при температуре, близкой к 100 градусам, попутно обеззараживая ее. Минусом дистиллируемой воды является то, что она не имеет ни вкуса ни запаха. Пить ее, мягко говоря, неприятно. Благо, некоторые современные установки имеют функцию добавления в такую воду минеральной воды, для придания хоть какого-то вкуса.
Конденсация воды
Если же самогонного аппарата нет под рукой, то можно воспользоваться методом конденсации. Соедините бутылку с водой с пустой бутылкой скотчем и уложите их в самое теплое или солнечное место. При этом, пустую бутылку следует установить чуть выше чем полную. Спустя определенное время будет собираться чистый конденсат, который будет пригоден для питья.
Для опреснения сгодится и широкий таз. В таз заливается вода, а в его середину устанавливается пустая емкость. Поверх всего этого натягивается пакет или пленка и герметично закрепляется. Посередине кладется небольшой груз, и вся эта конструкция размещается в самом теплом или солнечном месте. Спустя некоторое время в емкость будет собираться конденсат.
Замораживание воды
Замораживание соленой воды требует наличия морозильной камеры. Способ этот прост и легок, поскольку понятен и не требует сооружения каких-либо конструкций. Просто налейте в емкость соленую воду и разместите ее в морозилке. Затем, необходимо тщательно следить за ней, чтобы она не замерзла полностью. Пресной водой будет лишь лед на поверхности, и если емкость промерзнет целиком, то соль никуда не денется. Поэтому, следим за процессом и собираем образующийся ледок. Соль будет скапливаться и поэтому не нужно вычерпывать из емкости всю воду. Как только Вы опреснили две трети емкости с соленой водой, вылейте остаток и наберите новую.
В экстремальных ситуациях придется импровизировать, потому что вряд ли кто-то додумается взять с собой в поход портативный опреснитель. Но голь на выдумки хитра, поэтому, если Вы оказались в безвыходном положении, то включите свою фантазию – можно соорудить импровизированный дистиллятор из подручных средств, буквально из желудей и шишек и выпаривать воду на открытом огне, либо же воспользоваться способом с тазом, но вместо таза использовать вырытую яму.
Вкус опресненной воды
Да, вот это уже действительно проблема. Вода, которая прошла дистилляцию и перегонку не имеет ни вкуса ни запаха, она просто никакая. Конечно, она чистая и безопасная для здоровья, да, без жидкости человек долго не проживет, однако, употребление безвкусной пресной воды способно отбить волю к жизни даже у самого заядлого выживальщика. Разумеется, если Вы оказались один на необитаемом острове и из веток с палками смогли соорудить себе дистиллятор, а потом еще полдня ждали, пока он осилит перегнать кружку воды, то выбор-то у Вас небольшой: либо пить, что есть, либо искать нормальный источник пресной воды, либо садиться и помирать от жажды. Помирать никому не хочется, а источником может и не оказаться, тогда придется пить, что есть. Вашу горькую участь можно слегка скрасить, добавив в жидкость что-то, что способно придать вкус или запах, да хоть ту же соленую воду, в разумных пропорциях.
Как опреснить морскую воду с помощью подручных средств
Основная задача потерпевшего – отсутствие пресной воды. В действительности, эдемские острова с изобилием фруктов и чистых ручейков – быстрей исключение, чем правило. Бывает, нужно выжить на далеко не пригодных для жизни землях. И коли тема пропитания может временно не затрагиваться, то вопрос получения жидкости является безотлагательным.
Оказывается, выход есть, и не один. Всё можно провернуть: добыть воду из дождей, росы и т.д., попробовать прокопать на песке «мини-скважину», пройдя метры песка и исходя из которой, вода будет очень даже питьевой. А, возможно, вспомнив уроки, возвести простой опреснитель солёной воды.
Для опреснения будут нужны:
тара из пластика;
светлая ёмкость побольше;
маленькая затемнённая тара;
целлофан.
Зарываем тару побольше в грунт по края, туда ставим средних размеров затемнённую ёмкость с солёной водой. В её центр ставим стакан или срезанную пластмассовую бутылку, к тому же очень пытаемся избежать попадания туда морской воды. Это всё покидаем на солнцепёке, плотно закрыв клеёнкой. Советуют придавить маленьким грузиком конкретно клеёнку над сосудом, что поможет воде туда стекать. Этого достаточно. По прошествии третей части суток вы получите объём порядка двести миллилитров.
Формула работы незамысловатая: солнечные лучи быстрее нагревают чёрный материал, вследствие этого жидкость испаряется интенсивнее. Но проникнуть паре наружу не даёт клеёнка, а стены тары побольше создадут нужен для сгущения пара теплоперепад.
В сущности, технологию можно менять. Есть советы брать не тару побольше, а копать в песках углубление и просто туда ставить чёрную тару. Вторые рекомендуют пускать в ход матовый целлофан. Стало быть, выбор имеется.
Как бы там ни было, для успешного превращения воды в пресную лишь этого механизма не хватит. Но 5-6 штуковин обеспечат количеством h3O на день, плюс освободиться для продуктивных забот. Главная сложность состоит в следующем: потерпевшим кораблекрушение обычно не имеет пожитков вовсе, из-за чего о посуде молчим. В этом случае метод упрощается.
Из-за засорения всемирных вод берег все берега содержат бутылки и пакеты. Испачканные, помятые, кое-где с дырками, они станут выручалочкой за неимением других средств. В этом случае выкапываем углубление, скидываем на дно мокрые прутья и листву, посредине ставим срезанную бутылку из пластика. Вверху – целлофан несколькими слоями. Временами воду следует добавлять.
В теории целлофан заменяется листами пошире, однако, такая перестановка много сильнее уменьшает результативность течения опреснения воды. Словом, здесь на высокий результат полагаться не стоит. В любом случае, будет куда прекрасней отсутствия всего.
Бытовые и промышленные способы и методы опреснения воды
Естественный кругооборот воды в природе и ее природные запасы не могут полноценно удовлетворить все потребности человечества. Рост населения, расширение промышленного и сельскохозяйственного производства – вот основные источники проблем. По статистике, которая приводится компетентными международными организациями, в настоящее время более нескольких десятков стран во всем мире испытывают дефицит очищенной от примесей воды. Даже в России, занимающей огромную территорию, большинство пригодных к немедленному употреблению ресурсов находиться на Крайнем Севере, в других труднодоступных районах. Именно поэтому, во многих местах повышенным спросом пользуются качественные бытовые и промышленные способы и методы опреснения воды. Рассмотрим далее эти технологии, их отличия, экономическую целесообразность применения на практике и другие, важные для потребителей факторы.
Общие данные
Для лучшего понимания проблемы приведем несколько цифр. Общее количество запасов чистой, или нуждающейся в сравнительно простой очистке морской воды, составляет по разным оценкам не более 2-4% от всего ее количества. Даже в подземных источниках жидкость часто является солоноватой. Если такие примеси даже неотличимы на вкус, то надо помнить, что минимальное наличие соединений кальция и магния способно при небольшом нагреве образовать накипь, которая представляет существенную угрозу для отопительного и другого оборудования.
Минерализация некоторых подземных вод может достигать уровня 30-35 г на 1 литр, что сопоставимо с содержанием солей в морях и океанах. В таких растворах находятся самые разные химические соединения, поэтому удаление примесей вполне можно совместить с добычей полезных веществ. Но, оставим решение таких задач коммерсантам и продолжим обсуждение обозначенной темы.
Итак, следует констатировать, что в настоящее время применяются различные способы и методы опреснения воды. Они основаны на физических и химических принципах, ионном обмене и механической фильтрации, дистилляции и вымораживании, органических технологиях. Такое многообразие является убедительным свидетельством того, что идеальной технологии не существует. Как минимум, приходится учитывать при выборе реагентного способа обработки воды или набора соответствующего оборудования бытовое или промышленное целевое назначение, близость моря и другие факторы.
Так, если поблизости есть крупная электростанция, то можно будет использовать отводимое технологическое тепло для решения вопросов очистки, например, выпариванием, или дистилляцией. Если количество потребителей в данном месте недостаточно велико, то, вполне возможно, что дешевле будет транспортировка чистой морской воды из других источников.
Подобные расчеты способен произвести и внимательный рядовой пользователь. Ему понадобится учесть, в каком из вариантов будут меньше затраты. Разумеется, следует принимать во внимание не только стоимость оборудование, но и его монтаж, последующее обслуживание, плановые ремонты, общую надежность и предполагаемый срок службы.
Экзотические и редко используемые способы и методы опреснения морской воды
Некоторые виды микроорганизмов (бактерии), а также растения способны извлекать из воды и удерживать соли. Эти способы и методы опреснения морской воды можно назвать наиболее перспективными. Они основаны на естественных природных процессах и при правильной регулировке будут выполнять все свои функциональные обязанности с минимальными затратами. Но в наше время их реальные возможности невелики. Процессы слишком медленны. Их приходится тщательно контролировать, обеспечивать особые условия.
Реагентное опреснение также следует причислить к экзотическим методикам. Соответствующие установки опреснения морской воды основаны на переводе химических солевых соединений в твердое состояние, последующее осаждение и удаление созданных примесей. Эти операции производятся с добавлением специально подобранных химических реагентов. Их расход при использовании в качестве исходного сырья морской воды будет слишком высок. Качественные препараты такого типа стоят дорого. Некоторые из них являются высокотоксичными, что требует дополнительного контроля.
Замораживание. Лед, как известно, пресный. Только вода трансформируется в кристаллы, а примеси, в том числе и соли, могут быть удалены без больших затруднений. Такими возможностями можно пользоваться в соответствующем естественном окружении, но искусственное вымораживание будет сопряжено с большими энергетическими затратами. Именно это и является основным ограничением в данном случае.
Распространенные методы и способы опреснения воды
Начнем с электродиализа. Эта технология, из-за своей сложности, используется для создания промышленных производительных установок. В ней используются одновременно несколько процессов и специальных изделий:
- Электрический ток. При правильном выборе его силы и напряжения можно обеспечить достаточно быстрое перемещение ионов примесей в растворе. Положительно заряженные частицы (катионы) будут двигаться по направлению к катоду. Анионы, несущие отрицательны заряд – направятся к аноду;
- Мембраны. Эти перегородки создают из полимерных, стойких к внешним воздействиям разной природы, материалов. Их электрическое сопротивление невелико, а размеры пор в них создаются такими, чтобы было обеспечено пропускание только определенных ионов;
- Основная емкость. В ней располагаются: катод, анод, мембраны, обрабатываемая жидкость. Правильно установив перегородки можно создать несколько объемов. Из одних – опресненная морская вода поступает потребителям. В других – накапливаются насыщенные солями растворы, которые удаляются оттуда по мере необходимости.
Электролиз используется для решения различных производственных задач. Его часто применяют в тех случаях, когда требуется из стоков извлечь полезные компоненты, находящиеся в них в растворенном состоянии. Одновременно будет произведено опреснение воды, что в данном случае является процессом очистки промышленных отходов.
Следующий метод опреснения морской воды известен многим со времен обучения в школе. Это – дистилляция. При испарении жидкости концентрация загрязнений оказывает сильное влияние на летучесть образованных соединений. Если создать правильно конструкцию, произвести точно последующее охлаждение, то потребителю можно будет обеспечить подачу дистиллята, а накопленный в главной емкости на дне раствор с вредными примесями – сливается в канализацию.
Простота конструкции, легкость определения с принципами работы, надежность качественного оборудования – все эти положительные параметры пригодятся на практике. Подобные наборы оборудования применяются и в быту, но там с их помощью, чаще всего производятся домашние спиртные напитки. Опреснение воды с помощью дистилляции является слишком длительным и энергетически-затратным процессом. В промышленности используют такое оборудование, причем достаточно часто его составляют из нескольких ступеней, работающих последовательно.
Перечисленные далее способы и методы опреснения воды могут с успехом применяться дома и в промышленности:
- Ионообменные технологии. В них используют специальные смолы, способные извлекать из раствора определенные примеси при насыщении их же безвредными соединениями. В последующем, процесс регенерации позволит быстро и без существенных затрат вернуть полезные свойства смол в исходное состояние;
- Аппаратура обратного осмоса. Именно такое название дают часто установкам со специальными мембранами. Эти элементы не пропускают соли и другие вредные соединения, которые скапливаются в рабочем пространстве перед ними и автоматически сливаются в дренаж.