Способы опреснения воды кратко

Обновлено: 06.07.2024

Опреснение морской воды — отличный способ пополнить запасы пресной, особенно в засушливых, пустынных районах, где нет водоносных горизонтов.

Процесс подразумевает существенное уменьшение солей в составе: если соленость морской воды может составлять 35г/литр (среднее значение для мирового океана), то для питьевой эта величина не должна превышать 1 грамм на литр.

Методы опреснения морской воды

Ключевые технологии подразделяются на две основные группы. Первая — та, что не подразумевает изменения агрегатного состояния вода (она остается жидкостью на всех этапах обработки). Вторая предполагает переход жидкости в твердую или газообразную форму на определенном этапе.

Химический способ

В воду вводят реагенты, которые связывают ионы солей и способствуют их выпадению в осадок. В качестве реагентов используются соли серебра и бария, причем их нужно до 5% от общего количества опресняемой воды. Реакция проходит с выделением ядовитых веществ, поэтому этот метод практически не используется.

Электродиализ

В ванну с рассолом устанавливают 2 электрода в виде электрохимических активных диафрагм (с пластмассовым или резиновым корпусом и наполнителем из смол), после чего пропускают постоянный ток.

Проходит химическая реакция с выделением в атмосферу хлора и кислорода. Вода скапливается в промежуточных камерах и отводится, а соляной раствор остается в емкости.

Такой метод еще называют ионообменное опреснение: он применяется там, где соленость морской воды изначально невысока. Также он часто используется для мобильных установок на рыболовецких судах, траулерах.

Ультрафильтрация (обратный осмос)

В этом случае солевой раствор подают под давлением через мембрану, которая проницаема для воды, но непроницаема для соли. Такие мембраны создают из ацетилцеллюлозного волокна и пропитывают перхлоратом магния, что позволяет увеличить водопроницаемость.

Поскольку давление значительное, до 150 кгс/см2, мембраны дополняются пористыми бронзовыми плитами. Управление процессом возможно в автоматическом и полуавтоматическом режиме, при этом главное здесь — контроль стабильного давления подачи воды. Выход пресной воды из соленой — до 70%.

Вымораживание

В природных условиях лед, покрывающий океаны и моря, — пресный. Искусственно проводят медленное замораживание. что позволяет получать лед с игольчатой кристаллической структурой. Рассол при этом оседает и не попадает в толщу льда.

Полученный лед растаивают, что позволяет получить воду с соленостью не выше 500-1000 мг/л. Для замораживания используют кристаллизаторы (контактные, вакуумные, с теплообменом через стенку), где обеспечивается контакт воды с газообразным или жидким хладагентом.

Термическое опреснение (дистилляция)

Такой метод часто используют на морских судах для получения пресной воды из забортной соленой. В этом случае морскую воду нагревают до кипения, а выходящий пар конденсируют. Так собирается дистиллят, представляющий собой пресную воду.

Дистилляционные установки включают в себя испарители, нагревательные элементы, конденсаторы и сборники дистиллята. Сам процесс испарения может быть, как одно-, так и многоступенчатым.

При этом из первичного пара получается до 90% пресной воды за одну ступень. В установках с многоступенчатым опреснением, когда не вскипевшая вода перетекает из одной камеры в другую, и так до 50-60 раз, выход воды увеличивается в 15-20 раз. Однако такие системы гораздо сложнее в работе из-за существенной концентрации солевого раствора на последних этапах и порчи оборудования из-за отложения солей на трубопроводах.

Технологии, активно используемые в странах-лидерах по опреснению

Лидером в этой отрасли считается Израиль, где расположены крупнейшие заводы по опреснению, обеспечивающие более 15% потребности в питьевой воде, и более 50% — в технической. Один из самых крупных местных заводов производит забор воды из Средиземного моря и фильтрует ее посредством специальных мембран. Дальше осуществляется перегонка, после чего чистая вода поступает в хранилища, а соляной раствор сбрасывается в море.

А французские заводы используют несколько другие способы опреснения воды: большинство установок работают на принципе обратного осмоса. Популярной в промышленных масштабах стоит назвать и технологию выпаривания.

Несмотря на то, что большую часть земной поверхности занимают природные водоемы, дефицит пресной воды остается огромной проблемой во многих государствах. Около 60% сухопутных территорий вообще не имеют пресноводных источников, либо их мощности не хватает даже на основные нужды.

В России эта проблема стоит не так остро, ведь страна богата надземными и подземными пресноводными ресурсами. Нопостоянный рост водопотребления и загрязнение природных источников заставляют задуматься о необходимости применения технологии опреснения морской воды.

Что такое опреснение воды

Метод опреснения воды - это технологический процесс, в результате которого из жидкости удаляется большинство содержащихся солей. Такая процедура проводится для морской воды или грунтовой воды, с высокимсодержанием минеральных соединений.
После обработки в опреснителе морская вода может использоваться для бытовых и промышленных целей. В зависимости от назначения и химического состава различают такие виды очищенной воды:

питьевая, отвечающая требованиям СанПиН;
для поддержания личной гигиены, полива растений;
для выполнения влажной уборки помещений;
питательная - используется как теплоноситель в судовых паровых котлах;
техническая - для охлаждения вращающихся узлов электрических двигателей;
дистиллированная - энергоноситель высокой степени очистки.

Общий уровень минерализации сырой воды из подземных источников может достигать 1-35 мг/л. В таком виде ее нельзя использовать ни для питья, ни в технических целях. После опреснения вода становится пригодной к употреблению.

Когда применяется технология по опреснению воды

Очистка воды от ионов солей требуется в различных сферах жизни. Основные области,где необходимо применять технологии по опреснению морской воды:

Для нужд крупных промышленных предприятий с большим объемом водопотребления. Морскую воду после обработки используют как котловую или техническую - для охлаждения деталей, промывки узлов агрегатов, фильтров, трубопроводов.
На кораблях дальнего следования. Мобильные опреснительные станции обеспечивают экипаж водой для питья и санитарно-гигиенических нужд, снабжают судовые котлы котловой и технической водой.
Удаленные нефтяные вышки в открытом океане - здесь выгодней очищать морскую воду на месте, чем доставлять ее в готовом виде с суши.
В сельском хозяйстве. Вода используется для ухода за животными, полива растений, производства удобрений.
В приморских гостиницах, лечебницах, санаториях - для питьевых и бытовых нужд. Особенно это актуально для регионов, испытывающих дефицит пресной воды (полуостров Крым, побережье Черного моря).

Опреснение воды выполняется промышленным образом. Процесс очистки включает ряд технологических операций.Выбор технологии опреснения зависит от назначения готовой воды, изначальной концентрации солей и наличия других примесей (железо, марганец, сероводород, аммоний, болезнетворные бактерии), нужной производительности опреснительной установки.

Методы и способы опреснения воды

Для очисткижидкости используют химические и биологические способы опреснения морской воды. Чаще всего применяетсяобратный осмос, дистилляцию (выпаривание), замораживание, ионный обмен, электрохимическую обработку (электродиализ).

Обратный осмос - один из основных способов опреснения

Технология опреснения морской воды обратным осмосом основана на механическом улавливании ионов солей с помощью мелкоячеистых мембран. Солевой раствор под воздействием избыточного давления прокачивается через полупроницаемую мембрану с микроскопическими порами, которые пропускают воду, но задерживают ионы соли и примесей. В результате получается чистая вода (пермеат) и высококонцентрированный солевой раствор.

В отличие от обычных обратноосмотических установок, работающих при давлении до 20 атм., в опреснителях обратного осмоса для морской воды создается давление до 25-60 атм.Мембраныпроизводят из волокнистого полиамида или ацетата целлюлозы. Для более долгого срока службы мембран применяются ингибиторы осадкообразования, проводится периодическая химическая мойка.

Дистилляция - еще один способ опреснения воды

Многостадийная (обычная) дистилляция - это термальный метод очистки морской воды, основанный на нагревании и дальнейшем выпаривании соленой воды. При такой перегонке образуется чистый пар, который после конденсации преобразуется в дистиллят, и солевой раствор.

Дистилляция - это простой и быстрый способ, широко применяемый для получения пресной воды высокого качества. Но у него есть значительные минусы. Дистилляционные установки большой производительности очень громоздкие и энергозатратные. Метод не используют, если требуется большой объем пресной воды.

Ионообмен - эффективный способ опреснения воды

Ионный обмен используется для очистки воды от хлорида натрия (NaCl), преобладающего в соленой воде. При очистке раствор пропускается через фильтры со специальной ионообменной смолой. В результате ионы натрия и хлора замещаются ионами водорода и гидроксид-ионами.

Такой метод опреснения соленой воды достаточно дорогой, проведение ионного обмена требует значительного расхода реагентов. К тому же, его можно использовать лишь при небольшой исходной концентрации солей (до 2,5 мг/л).

Электродиализ - еще один способ очистки морской воды

Морская вода пропускается через специальную камеру с заряженными мембранами, изготовленными из ионообменных смол. С одной стороны камеры располагают положительно заряженные электроды (катоды), а с другой - отрицательно заряженные (аноды). Под воздействием электрического тока катионитовые и анионитовые мембраны пропускают, соответственно, только катионы или анионы. После прохождения через камеру образуется деионизированная чистая вода и два вида концентрированного раствора.

Принцип работы такого опреснителя морской воды основан на использовании прочных, долговечных мембраны, устойчивых к химическим и термическим воздействиям. Благодаря этому, электродиализ можно проводить при повышенных температурах, что повышает качество очистки. Минус метода очистки морской воды от солей - значительный расход электроэнергии, пропорционально увеличивающийся при повышении концентрации солей в исходном составе. Максимально допустимая степень минерализации - 10 мг/л.

Опреснение морской воды с помощью вымораживания

Способ, обратный дистилляции. При замораживании морской воды лед вначале образуется из чистой воды, а примеси остаются в концентрированном жидком остатке. Для окончательной очистки солевого раствора через него дополнительно пропускают специальный газ. Такой способ подходит для опреснения небольших объемов жидкости, не требующих применения габаритного дорогостоящего оборудования.

Купить опреснитель на основе обратного осмоса можно в нашей компании

На сегодняшний день для опреснения в промышленных объемах используется преимущественно метод обратного осмоса. Эта технология наиболее универсальна и экономически оправдана. Плюсы метода опреснения обратным осмосом:

Очищение и опреснение морской воды – это промышленный процесс, в результате которого из неё удаляются соли и получается продукт, пригодный для использования в быту и употребления. Наша статья расскажет о методах и технологиях опреснения морской воды.

Насколько актуально опреснение морской воды

Земная поверхность на 60 % состоит из территорий, где источников пресной воды или нет совсем, или есть, но очень небольшое количество. Поскольку во многих засушливых областях мало пресноводных водоемов, возникают проблемы с поливом почвы. Их можно было бы решить благодаря возможности использовать для этих целей опресненную морскую воду. На Земле присутствуют значительные запасы такой воды, но из-за высокого содержания солей ее невозможно применять в хозяйственных целях.

В странах с хорошо развитой промышленностью все острее ощущается нехватка пресных водных запасов. В частности, это касается США и Японии, где требуемые для промышленности, сельского хозяйства и бытовых нужд объемы воды давно превысили имеющиеся.

Количество пресной воды не соответствует потребностям и в развитых странах с низким уровнем осадков, таких как Израиль и Кувейт.

Однако большая часть водных ресурсов России сосредоточена в практически не заселенных и не освоенных районах Сибири, Севера и Дальнего Востока. На высокоразвитые центральные и южные регионы с высоким уровнем промышленности, сельского хозяйства и плотности населения приходится только 20 % пресноводных запасов.

Определенные страны Средней Азии (Туркмения, Казахстан), а также Кавказ, Донбасс и юго-восточная часть РФ обладают огромными минерально-сырьевыми ресурсами, а пресноводных источников не имеют.

Рекомендуемые статьи по данной теме:

В России есть большое количество подземных источников, уровень минерализации которых составляет от 1 до 35г/л. Они не могут применяться для нужд населения, так как содержат большое количество солей, но после опреснения их вполне можно будет использовать.

В процессе опреснения морской воды важным параметром является её соленость, под которой понимается масса сухих солей в граммах на 1 кг вещества. Количество солей в единице объема жидкости может существенно колебаться в зависимости от моря. Например, Черное, Каспийское и Азовское моря характеризуются как слабосоленые. Средний показатель солености Мирового океана составляет 35г/кг.

Кроме поваренной соли (NaCl), морская вода содержит и ряд других химических элементов, в основном в виде ионов, которые можно получать из нее в промышленных масштабах: K+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Br-, F-, H3BO3. Всего в морских недрах обнаружено около 50 химических элементов в разной концентрации, среди которых литий (Li), рубидий (Rb), фосфор (P), йод (J), железо (Fe), цинк (Zn) и молибден (Mo).

Способы опреснения морской воды

Морские водные запасы содержат в своем составе более 50 химических элементов. Концентрация каждого из них крайне мала, но их общая масса определяет соленость жидкости. Для пищи может быть пригодна только вода, в которой содержится не более 0,001г/мл солей. Для того чтобы достичь подобной концентрации, применяются различные технологии опреснения морской воды. Специалисты пытаются разработать такие системы опреснения, которые бы потребляли мало энергии, но при этом максимально очищали воду для использования населением.

Сегодня применяются следующие методы опреснения морской воды: дистилляция, обратный осмос, ионизация и электродиализ.

Обычная, или многостадийная дистилляция – наиболее популярный способ, в основе которого лежит использование свойства воды закипать и образовывать пар при высоких температурах. Более половины пресных водных ресурсов получают именно путём дистилляционного опреснения морской воды.
Мембранная дистилляция – метод, при котором производится нагрев воды с одной стороны мембраны, которая пропускает только пар и образует из него пресную воду.
Метод обратного осмоса – довольно дешевая технология: один вложенный доллар позволяет получить 16 тонн пресной воды.
Технология обратного осмоса для опреснения морской воды заключается в том, что вода под давлением проходит через мельчайшие фильтры, в результате чего содержание солей становится очень низким. Степень очищения и производительность мембраны зависят от таких факторов как количество соли в исходном сырье, солевой состав, температура и давление.
Электродиализ – метод, при котором водный поток пропускают через камеру с электродами, в результате чего катионы и анионы распределяются на соответствующих электродах. Плюсом подобного способа опреснения морской воды является использование химически и термически стойких мембран, что дает возможность осуществлять очистку при высокой температуре.
Газогидратный метод основывается на способности углеродных газов при определенном давлении и температуре создавать с участием воды соединения клатратного типа. Соленую воду замораживают, затем обрабатывают газом, вследствие чего формируются кристаллы. Эти кристаллы отделяют от рассола, промывают, плавят и в итоге получают чистую пресную воду.

В южных регионах активно используют солнечные опреснители, в которых происходит нагрев и испарение морской воды. Существует и противоположный способ, при котором солёную воду замораживают, а затем отделяют от нее пресную, поскольку она замерзает быстрее.

По какому принципу работают установки для опреснения морской воды

Опреснитель морской воды – устройство, которое может удалить из воды соли, растворенные в ней. После процедуры очистки получают воду, которую можно использовать не только для хозяйственных нужд, но и для питья. Конструкцию аппарата отличает удобство и практичность в эксплуатации.

Однако опреснённая вода не является вместе с этим чистой, ведь в ней сохраняются и другие компоненты, от плотности которых и зависит область ее применения. Так, на морских судах требуются разные виды водных запасов:

питьевая, которая используется только для готовки и питья;
вода для личной гигиены и мытья палубы;
вода для парогенераторов, или питательная;
техническая вода, которая применяется в качестве охлаждающей жидкости для двигателей;
дистиллированная вода.

Для получения всех этих видов используют разные судовые опреснители.

Среди технологий опреснения выделяют следующие:

В израильском городе Хадере находится самый большой на планете опреснитель. Этот агрегат по размеру соизмерим с целым заводом. Каждый год он опресняет около тридцати трех миллиардов галлонов морской воды. Работает опреснитель по принципу обратного осмоса, вследствие чего средиземноморские воды не подвергаются тепловой обработке.

Установка полностью герметична, в ней создается эффект парника, при этом не допускается утечка испарений наружу. В итоге чистый водный остаток сохраняется в большем объеме. В конце откручивается пробка, и очищенная жидкость сливается в какую-либо емкость.

Подобные аппараты применяются в морском флоте. Они используют тепло жидкости, которая служит для охлаждения главных и вспомогательных дизелей. Очищенная вода, подогретая до 60 °С, на входе поступает через трубы батареи нагрева. При выходе температура жидкости снижается примерно до 10 °С.

Вакуумный опреснитель вырабатывает в час порядка 800 литров дистиллированной воды. Он может удовлетворить всю потребность в пресном водном запасе без излишних трат на топливную энергию, а полная автоматизация позволяет сэкономить на сервисном обслуживании. Поскольку температура испарений довольно низкая, водоопреснитель может работать от шести до двенадцати месяцев, не требуя очистки.

Известно, что население Израиля страдает от серьезной нехватки питьевых запасов. Работа описанного выше аппарата позволяет покрыть почти две трети потребности в воде целой страны.

Сегодня для опреснения морской воды используется самое разное оборудование, в том числе уникальные опреснители, работающие на солнечной энергии. В них заливается вода, которая под воздействием солнечного тепла превращается в пар, конденсируется на стенках корпуса и затем оседает в нижней части прибора.

Какие технологии используются в промышленном опреснении морской воды

На сегодняшний день в промышленности широко применяются два метода опреснения: мембранный (механический) и термальный (дистилляционный). В первом случае используется технология обратного осмоса. Морская вода пропускается через полунепроницаемые мембраны под давлением, существенно превышающим разницу давления пресной и морской воды (для последней это 25-50 атм.).

Микроскопические поры фильтров свободно пропускают только небольшие водные молекулы, задерживая более крупные ионы соли и других примесей. Материалом для таких мембран служит полиамид или ацетат целлюлозы, выпускают их в виде полых волокон или рулонов.

Метод глубокого обратноосмического опреснения воды обладает рядом плюсов по сравнению с другими способами. Во-первых, аппараты просты и компактны, а во-вторых, не требуют больших затрат энергии. К тому же, управление системой обратного осмоса происходит в полуавтоматическом и автоматическом режиме.

Но все же данный способ имеет и свои минусы. Качество очистки здесь зависит от того, насколько эффективной была предварительная обработка. Помимо этого, полученная питьевая вода всё равно содержит достаточно большое количество соли (500 мг/м3 общей концентрации солей). Также этот способ требует повышенных эксплуатационных расходов, поскольку необходима регулярная закупка сопутствующих химикатов и смена мембранных фильтров.

Wonthaggi Desalination Plant – самый большой в мире завод по опреснению воды с помощью мембранных фильтров, расположенный в Мельбурне. Он способен перерабатывать в день 440 тысяч кубометров воды. В израильском городе Ашкелоне располагается завод, где воду очищают от солей методом обратного осмоса. Он обрабатывает в день 330 тысяч кубометров воды.

Суть термального способа (дистилляции) в том, что на станции опреснения морской воды жидкость кипятят, а полученный в итоге пар аккумулируют и конденсируют. Так образуется дистиллят – пресная вода. Выпаривать воду можно и не доводя до кипения. В этом случае её нагревают при более высоком давлении, чем в камере испарения. Для образования пара используют теплоту самой воды. При этом она охлаждается до температуры насыщения оставшегося рассола. Минусы этого способа – затратность, высокая энергоемкость, наличие внешнего источника пара. Однако именно он дает самый большой объем пресной воды за единицу времени. К примеру, завод Shoaiba 3 (Саудовская Аравия) производит дистилляционным методом до 880 тысяч кубометров пресной воды в день.

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

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.

Запасы пресной воды на Земле составляют 35 млн км 3 , однако 60% этого объема составляют ледники, айсберги и постоянный снег, еще 30% — находится глубоко под землей. На пресные озера и реки приходится всего 93 тыс. км 3 . И качество воды, добытой из поверхностных источников, с каждым годом становится все ниже. Отсюда дефицит пресной воды. Одним из способов его преодоления является опреснение морской и других соленых вод.

Технология опреснения

Опреснение — удаление из воды практически всех растворенных примесей. Этот термин обычно применяют при очистке морской или других вод с высоким содержанием солей. Обработанную опреснителем воду можно применять для промышленных и бытовых целей.

В процессе опреснения можно получить воду разного качества, которое зависит от сферы ее использования и предъявляемых требований. Полученная вода может иметь следующее назначение:

для пищевых целей;
для полива растений и личной гигиены;
для влажной уборки;
для использования в качестве теплоносителя;
для охлаждения двигателей;
для использования в качестве энергоносителя.

В зависимости от источника добычи исходной соленой воды содержание минеральных веществ в ней может составлять от 1 до 35 мг/дм 3 . Из-за этого ее нельзя применять ни для каких целей, и только опреснение делает такую воду пригодной для использования.

Методы опреснения

Основные способы опреснения используют следующие технологии обессоливания:

дистилляция;
ионообмен;
электродиализ;
замораживание;
обратный осмос.

Дистилляция — метод извлечения более летучих компонентов, известный еще с первого века нашей эры. Этот же способ стали первым применять для очистки воды от растворенных солей. Для очистки необходимо лишь выпарить воду и сконденсировать пар. При необходимости возможна многоступенчатая дистилляция, т.к. с парами воды часто увлекаются и другие компоненты. Недостатками являются высокие энергозатраты и громоздкость оборудования, поэтому дистилляцию не применяют в случаях, когда необходим большой объем обессоленной воды.

Замораживание или вымораживание — процесс снижения содержания солей за счет разной температуры замерзания чистой воды и ее растворов. Сначала замерзает более чистая вода, которую можно отделить и использовать для последующих ступеней очистки. Замораживание применяют для небольших объемов воды в силу его трудоемкости.

Ионный обмен находит ограниченное применение для снижения содержания минеральных веществ в воде. Метод применим для растворов с концентрацией до 2,5 мг/дм 3 . Сущность ионного обмена в замещении катионов и анионов солей на ионы H + и OH - . Для этого используют ионообменные смолы: аниониты и катиониты. Для их восстановления применяют растворы щелочей и кислот, соответственно.

Сущность очистки воды электродиализом мы разбирали в отдельной статье. Если кратко, то соленую воду пропускают через камеру, в которой чередуются заряженные положительные и отрицательные мембраны, в стенках которых находится ионообменная смола. Воздействуя на мембраны электрическим током можно добиться, чтобы они пропускали только ионы определенного заряда. Минусом такого способа является высокий расход электричества на ее питания: чем больше солей в исходном растворе, тем выше затраты электроэнергии.

Самым технологичным способом остается обратный осмос. В его основе лежит возможность полупроницаемых мембран избирательно пропускать через себя разные вещества. Процесс происходит под воздействием высокого давления, которое тем выше, чем больше солей содержится в воде. Аналогичные технологии применяют для обессоливания воды в домашних условиях и на предприятиях. Однако там оборудование может работать при давлении от 3,5 атмосфер, тогда как для опреснения морской воды требуется до 60 атмосфер. Из-за большого количества растворенных примесей мембраны опреснителей быстрее забиваются, и чтобы этого не произошло, используют ингибиторы, предотвращающие выпадение осадка, а также химическую мойку мембран.

Сфера использования технологии опреснения

Опреснение применяют там, где есть недостаток пресной воды, а ее транспортировка является нецелесообразной. В основном это касается следующих потребителей:

крупные промышленные предприятия, использующие опресненную морскую воду для охлаждения, промывки и в качестве котловой;
корабли, в которых с помощью опреснительных установок экипаж получает необходимый объем чистой воды;
нефтяные платформы, где морская вода является единственным источником водоснабжения;
сельское хозяйство, где опресненную воду используют на нужды животных и для полива растений.

Опреснительные станции актуальны в любом месте, где есть свободный доступ к морю или океану, но нет источников водоснабжения питьевой водой высокого качества, либо наблюдаются перебои с ее поставкой.

В Беларуси проблем с питьевой водой пока нет. Содержание солей в воде, добываемой из подземных источников, легко снизить с помощью бытовых систем обратного осмоса. В нашем каталоге представлено несколько десятков подобных моделей от ведущих производителей фильтров. Среди таких систем имеются прямоточные модели и фильтры с баком, для сильно хлорированной и воды, содержащей большое количество твердых примесей. Обращайтесь по телефонам или пишите в чат — специалисты помогут выбрать подходящее оборудование. Работаем по всей Беларуси, в Минске установка многих систем производится бесплатно.

Читайте также: