Способы опреснения морской воды: Как опресняют морскую воду – методы и их описание

alexxlab
12.02.2018
Комментарии: 0

Содержание

Как опресняют морскую воду – методы и их описание

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.

Опреснение морской воды: технологии современного мира

Вопросы, рассмотренные в материале:

Почему назрела необходимость в опреснении морской воды
Какие существуют способы опреснения морской воды
Как опреснить морскую воду в домашних условиях
Какие проблемы присущи процессу опреснения морской воды

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.

Чтобы выращивать сельскохозяйственные культуры, необходимо поливать их водой с очень низким содержанием солей. Если растения получат с влагой более 0,25 % солей, они просто не будут расти. Также на них отрицательно скажется присутствие в воде щелочей. Многие государства, в том числе и Россия, ищут пути опреснения соленых водных источников, что помогло бы справиться с проблемами засухи в областях, расположенных недалеко от моря.

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.

Первое место в мире по наземным пресноводным ресурсам занимает Россия. Достаточно одного только Байкала, чтобы удовлетворить сегодняшнюю потребность российского населения и промышленности в пресной воде. Это озеро настолько глубокое, что если направить в его котловину потоки всех рек земного шара, то заполняться она будет почти 300 дней.

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-, h4BO3. 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:

Дистилляционная, при которой опреснитель нагревает и испаряет морскую воду. Полученный пар «ловится» и доводится до необходимой температуры.
Фильтрационная, при которой устройство работает по принципу обратного осмоса. Соленая вода очищается без перехода из одного состояния в другое. Работа такого аппарата основывается на доведении концентрации растворенных примесей до оптимальной. Очень высокое давление позволяет «выдавить» лишние частицы солей.

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.

Эти два метода можно сравнить по нескольким ключевым параметрам:

Параметры	Обратный осмос	Термальный метод
Физико-химический принцип	Мембранная диффузия	Термальное испарение и конденсация
Потребление энергии (с учетом потребления вспомогательных устройств)	Электроэнергия: 3,5-4,5 кВ-ч/м3	Электроэнергия: 2,5-5 кВ-ч/м3, термальная 40-120 кВ-ч/м3
Наивысшая температура в процессе опреснения	Температура морской воды	До 120ºC
Качество воды (содержание солей мг/л)	250-350	от 1 до 50
Средняя производительность одного модуля опреснения	6000-24000 м3/день	120000 м3/день
Основные устройства	Насосы, мембраны	Насосы, клапаны, вакуумные установки
Общая стоимость	Низкая	Высокая
Уровень автоматизации производства	Высокий	Высокий
Возможность изменения состава морской воды	Не рекомендуется	Средне-высокая
Требования к техническому обслуживания	Высокие	Средние
Потенциал масштабирования	Высокий	Средне-низкий
Требования к занимаемой площади	Низкие	Средние
Наиболее необходимые усовершенствования	Улучшение предварительной обработки воды, улучшение свойств мембран	Более дешевые материалы и способы теплопередачи

Российские технологии опреснения морской воды

Трудности с пресным водоснабжением возникли в Крыму после известных событий в 2014 году. Тогда Украина перекрыла канал, по которому на полуостров поступала пресная вода, вследствие чего образовался дефицит технического и питьевого водного запаса.

Есть сведения о планируемой установке в Керчи системы для опреснения, которая будет производить около 50 тонн воды в час. Очищенные от солей водные ресурсы будут использоваться в основном для технических нужд: подпитки теплосетей и паровых котлов. Это поможет снизить нагрузку на общее водоснабжение.

Очищение воды на этой установке будет проходить в несколько этапов. Для осветления предполагается использовать комбинированную мембранную технологию, для очищения от солей – метод обратного осмоса, для полировочного умягчения – ионообменный.

Система будет работать в автоматическом режиме, понадобится лишь один оператор для контроля процесса.

Сегодня рентабельность полива культур опресненной морской водой стоит под большим вопросом: к сожалению, существующие технологии не позволяют получить одновременно и качественную, и дешевую пресную воду из соленой. Но разные страны мира постоянно ведут работу в этом направлении, потому что экологические проблемы опреснения морской воды касаются всего человечества и требуют разрешения.

Ученые возлагают большие надежды на использование для очистки водных ресурсов атомной энергии, что позволило бы сделать опреснительные технологии значительно дешевле.

Опреснение морской воды своими руками в домашних и экстремальных условиях

1. Экстремальные условия

Если вам понадобится очистить от солей морскую воду в условиях похода, для этого лучше всего подойдет самодельный дистиллятор, по устройству похожий на всем известные перегонные аппараты.

Сущность процесса в обычном опреснителе заключается следующем: соленая жидкость нагревается до кипения, затем образовавшийся пар аккумулируется в емкости и охлаждается. После процедуры на стенках камеры оседают охлажденные капельки воды, очищенной от солевых примесей.

Соли выделяются из смеси потому, что точка кипения у соляного раствора немного выше, чем у чистой воды. Поэтому пресная составляющая испаряется быстрее и оседает в емкость для сбора.

Для опреснения морской воды в походных условиях вам понадобятся:

в первую очередь – сама вода, которая всегда в избытке на берегу моря или солёного озера;
котелок или чайник в качестве ёмкости для нагрева;
трубка из алюминия, которую следует приготовить еще до начала похода;
вырытая в песке глубокая яма: она будет выполнять функцию охлаждающего устройства;
еще одна емкость (стеклянная бутылка, банка из нержавейки и т.п.), куда будет собираться очищенная от примесей вода.

На берегу озера или моря следует выкопать яму глубиной до метра, под небольшим углом поместить в нее емкость (бутылку), в горлышко которой необходимо вставить трубку.

Заранее припасите прокладку из резины: с ее помощью вы надежно уплотните место соединения алюминиевой трубки с горлышком бутылки.

Затем конструкцию следует засыпать песком таким образом, чтобы открытой осталась лишь верхняя часть горлышка со вставленной трубкой. Конец трубки нужно будет расположить над котелком или открытым чайником с морской водой. При этом костёр разводят в небольшом удалении от бутыли с трубкой.

После того, как огонь разгорится, вода в емкости разогреется и начнет бурлить, а пар – постепенно распространяться по трубке в бутыль, зарытую в песке, где и осядет как конденсат. Постепенно на дне емкости образуется до 200-300 граммов чистой пресной жидкости.

2. Опреснение в домашних условиях

Самым простым способом очистить воду от соли в домашних условиях считается применение системы, состоящей из ряда фильтров, соединенных в определенной последовательности. Но даже сложная многоступенчатая комбинация не может удалить из воды абсолютно все вредные примеси. Поэтому большой популярностью в народе пользуются давно известные домашние методы опреснения.

Например, воду наливают в бутыль и помещают в морозилку, где через некоторое время замерзает чистая составляющая. Та часть, которая не замерзнет, как раз и содержит все вредные примеси, поэтому ее сливают. Замороженный водный остаток, когда тот растает при комнатной температуре, можно будет употреблять для питья и других нужд.

Есть еще два способа очистки воды от соли, которые можно легко реализовать в домашних условиях. Первый – долгое кипячение, в результате которого соль оседает на стенках в виде накипи. Второй – фильтрация с помощью активированного угля. В данном случае количество используемого материала будет зависеть от концентрации соли.

С какими проблемами опреснения морской воды сталкивается человечество

Сегодня из всех способов опреснения наиболее востребована технология обратного осмоса. Но для ее использования необходимы большие затраты на производство и эксплуатацию мембран, а также существенные энергетические мощности. Кроме того, после опреснения подобным способом остается высококонцентрированный солевой раствор, который возвращают в море или океан, что повышает соленость водных ресурсов. Из-за этого процесс очистки становится ещё более сложным, а себестоимость опреснения морской воды с каждым годом только возрастает.

Кроме того, в почве находится лишь 1/3 мировых пресноводных запасов (2/3 заморожены в снежных покровах и ледниках). И они используются человеком настолько быстро, что природа не успевает восполнить утраченное.

В связи с этим дефицит пресной воды возрастает в мировом масштабе.

По прогнозам экспертов, нехватку водных ресурсов к 2030 году будут испытывать более двух миллиардов человек. Эта проблема усугубляется еще и тем, что в каждой стране используют разные объемы пресной воды.

К примеру, американец в среднем расходует в день около 400 литров, в то время как житель малоразвитой страны – всего лишь 19 литров. У половины населения планеты в доме вообще нет водопровода. Все это однажды приведет к тому, что люди обратят особенное внимание на океаны как на источники воды.

Главная задача при опреснении морской воды – свести к минимуму энергетические затраты и расходы на оборудование. Это особенно важно, поскольку страна, которая больше нуждается в очищенной воде, должна при этом выдержать экономическую конкуренцию с государствами, имеющими более дешевые и многочисленные пресноводные источники.

По результатам проектных разработок выходит, что только для небольшого количества потребителей транспортировать воду из естественного водоема на расстояние до 400-500 км будет дешевле, чем опреснить её. Оценивая подземные запасы различной степени солености в засушливых районах, можно сделать вывод, что опреснение является для них единственным экономически оправданным способом водообеспечения, учитывая их удаленность от пресноводных источников естественного происхождения.

Применяемые сегодня методы опреснения могут быть продуктивно использованы для того, чтобы вернуть природе использованные водные ресурсы, не ухудшив при этом состояние пресных водоемов.

Если качество воды оставляет желать лучшего…

Проблему грязной воды в доме можно частично решить установкой качественного фильтра, но в таких системах периодически возникает необходимость замены комплектующих, ведь от этого напрямую зависит, насколько хорошо будет очищена жидкость для питья.

В то же время остается нерешенным вопрос: как добиться того, чтобы на нашем рабочем месте или у ребенка в школе была вода наилучшего качества? Лучшее решение – купить ее с доставкой.

Компания «Айсберг» предлагает выгодные условия для обслуживания своих клиентов:

бесплатная доставка воды на дом или в офис: покупатели оплачивают только стоимость товара;
скважины, из которых набирается наша вода, имеют документы регистрации в Государственном водном кадастре РФ;
для добычи и бутилирования воды используются передовые технологии, что помогает сохранять и преумножать ее качество и природную чистоту;
мы также реализуем современные кулеры для воды и другое оборудование, изготовленное известными европейскими брендами с учетом существующих стандартов качества. Размеры помп и стеллажей для бутылей варьируются, позволяя установить приборы даже в небольших помещениях;
доставка питьевой воды на дом или в офис осуществляется по минимальной цене, благодаря постоянным акциям от нашей компании;
вместе с водой вы можете приобрести одноразовую посуду, чай, кофе и прочую вспомогательную продукцию.

Наша компания производит быструю и выгодную доставку питьевой воды по Самаре и Тольятти. Оформить заявку можно как в телефонном режиме, так и через онлайн-форму на сайте фирмы.

Чистая вода – это ценность, но она не должна быть на вес золота. Наша миссия – обеспечить каждый дом и рабочее место качественной питьевой водой, поэтому мы приготовили для наших клиентов самые выгодные условия.

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

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

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.

Опреснение морской воды – способы, проблемы, процесс и методы опреснения

С каждым годом проблема нехватки пресной воды становится все острее. По прогнозам ученых, 21 век станет кризисным в этом плане, так как из-за глобального потепления, в связи с постоянным приростом населения в 80 млн. человек в год, уже к 2030 году воды, пригодной для питья, не будет хватать трети населения планеты. Поэтому, в связи с надвигающейся катастрофой мирового масштаба, проблему добычи новых источников пресной воды нужно решать уже сейчас. На сегодняшний день, жидкость пригодную для питья добывают путем конденсации осадков, растапливая ледовые и снежные шапки горных вершин, но самым перспективным, все же, считается метод опреснения морской воды.

Способы опреснения морской воды

Зачастую, в 1 килограмме морских и океанских вод, общее количество которых на планете равно 70%, содержится приблизительно 36 грамм разных солей, что делает ее непригодной как для употребления в пищу, так и для полива сельскохозяйственных угодий. Метод опреснения таких вод заключается в том, что из нее различными способами извлекают содержащуюся соль.

В данное время применяют следующие способы опреснения морских вод:

химический;
электродиализ;
ультрафильтрацию;
дистилляцию;
вымораживание.

Видео про ядерное опреснение

Процесс опреснения морской и океанской воды

Химическое опреснение – заключается в выделении солей, путем добавления в соленую воду реагентов на основе бария и серебра. Вступая в реакцию с солью, эти вещества делают ее нерастворимой, что позволяет легко извлечь соляные кристаллы. Применяется такой метод крайне редко из-за своей дороговизны и ядовитых свойств реагентов.

Электродиализ – это процесс очищения воды от соли с применением силы электрического тока. Для этого соленую жидкость помещают в специальный прибор постоянного действия, разделенный на три части специальными перегородками, одни такие мембраны задерживают ионы, а другие — катионы. Беспрерывно перемещаясь между перегородками, вода очищается, а изъятые из нее соли постепенно выводятся через специальный сток.

Ультрафильтрация, или как ее еще называют – обратный осмос – это способ, при котором соленый раствор заливают в один из отсеков специальной емкости, разделенной мембраной из антицеллюлозы. На воду воздействуют очень мощным поршнем, который при надавливании заставляет ее просачиваться через поры мембраны, оставляя в первом отсеке более крупные соляные составляющие. Такой метод довольно дорогой, поэтому малоэффективный.

Вымораживание – самый распространенный способ, основывается на том, что при заморозке соленой воды, первые образования льда происходят с пресной ее частью, а более соленая часть жидкости замерзает медленнее и при более низких температурах. После чего лед подогревают до 20 градусов, заставляя плавиться, и вода при этом будет практически избавленная от солей. Проблема вымораживания заключается в том, что для ее обеспечения, нужно специальное, очень дороге и профессиональное оборудование.

Дистилляция, или как его еще называют – термический метод,- самый экономичный вид опреснения, который заключается в простой конденсации, то есть соленую жидкость подвергают кипению, а из охлажденных испарений получают пресную воду.

Проблемы опреснения воды

Проблема опреснения морской воды состоит, в первую очередь, в больших затратах, связанных с самим процессом. Зачастую затраты на выведение солей с жидкости, не окупаются, поэтому применяются крайне редко. Также с каждым годом очищать воду морей и океанов — дистиллировать все труднее, так как остатки солей из уже очищенных вод не утилизируются, а возвращаются обратно в водные просторы, что делает концентрацию соли в них в разы выше. Исходя из этого, можно сделать вывод, что человечеству еще предстоит работа по открытию новых, эффективнейших методов опреснения морской воды.

Как делают пресную воду из морской воды — видео

можно ли это сделать в домашних условиях, в походных и экстремальных, какие способы существуют

Для опреснения есть несколько методов и типов заводских приборов (ВОУ) – компактных для дома и яхт, портативных (спасательных, аварийных).

Для бытовых и походных условий – способы с подручными средствами, самодельными устройствами. В производстве применяют заводы опреснения.

Можно ли это сделать?

Опреснение возможно, так как это вариант фильтрации, дистилляции, удаления растворенных солей, отличающихся по структуре от H₂O. Применяя законы физики и химии, соли можно отделить от воды.

Есть разные степени пресности:

для питья – содержание соли до 1 г/л,
в море этот показатель 25 г/л.

Что такое опреснитель морской воды?

В мобильных установках опреснения чаще из-за простоты применяется обратный осмос. Реже этот метод может совмещаться с дистилляцией и электродиализом. Опреснение вымораживанием, химреагентами осуществляют только на промышленном оборудовании, заводах.

Принцип обратного осмоса при опреснении ВОУ:

Насос осуществляет закачку через фильтр грубой очистки.
Создается среда со стабильным давлением, H₂O продавливается через мембраны, задерживающие молекулы соли.
Затем фильтры тонкой обработки.
Оставшийся концентрат выводится.

Как работает установка опреснения испарением (дистилляцией):

Вода поступает в сегмент с нагревателями, где доводится до кипения.
Пар собирается в спецсекциях, около которых трубы с холодной водой, возникает интенсивная конденсация, образуются капли, стекающие на поддоны.
Делается прогон через несколько отделений с повышенным разрежением.

Подробная информация об опреснителе здесь.

Как сделать своими руками?

Пример самодельного опреснителя основывается на кипячении и испарении (дистилляция). В итоге, создается прибор для постоянного применения, с жестким и долговечным корпусом, компактный.

Потребуется:

Материалы:
- Медная трубка ∅ 5 – 6 мм (длина 1 – 2 м) и латунный угловой штуцер с зажимными гайками под ее сечение.
- Бутылка из нержавейки.
- Спирт, флюс, припой для меди.
- Наждачная бумага.
Инструменты:
- Молоток.
- Кусачки, плоскогубцы, надфиль.
- Гаечные ключи.
- Дрель.
- Горелка на газе.
- Паяльник 60 – 100 Вт с толстым жалом (подойдет ЭПСН).

Стальная бутылка для самодельного опреснителя однокамерная, не с двойными стенками. Припой – без свинца. Все материалы продаются в специализированных торговых точках.

Процесс:

Этап	Описание
Из крышки бутылки удаляют прокладку. Сверлят отверстия: В центре, по ∅ трубки. Ближе к краю ∅ 2 мм, для сброса давления.	Лучше взять меньшее сверло и затем вручную подогнать отверстие круговыми оборотами конусообразного надфиля.
Зачищают	Наждачкой, для лучшей адгезии припоя.
Вставляют отрезки трубки, запаивают	Выступ 12 – 15 мм с каждой стороны. Пайка: важно нанести много флюса, затем кладут отрезок припоя, нагревают горелкой. Меньшее отверстие просто запаивается. Остатки флюса убирают ветошью и спиртом.
Крышку навинчивают	Предварительно надевают силиконовую прокладку.
Присоединяют латунный штуцер	Фиксируют зажимной гайкой.
Змеевик	Трубку наматывают на бутылку, 8 – 9 витков, снимают, получается спираль.

Опреснитель можно использовать как бутылку, вставив в латунный штуцер сплошную прокладку (сантехническую, вырезанную из резины) и завинтив прижимную гайку. Для обратной трансформации надо просто убрать уплотнитель.

Как пользоваться:

Наполнить соленой водой.
Присоединить змеевик к штуцеру.
Подвесить над огнем (обычно на сосуде есть металлическое кольцо).
Конец спирали вывести в сосуд для сбора.
Змеевик для ускорения конденсации охлаждают мокрой тканью.

Еще больше информации по изготовлению опреснителя своими руками в нашей статье.

Где и за сколько продается опреснитель?

Мобильные ВОУ для дома/яхты продают магазины строительных/промышленных материалов, оснащения для лодок. Но туристические опреснители, портативные, ручные модели найти намного сложнее, ассортимент чрезвычайно ограничен.

Таблица моделей:

Модель	Характеристики, цена
YOUBER YB-SWRO-1000LPD	1000 л/день; 350 000 р.; 1,9 кВт.
GreenPlanet SW-I-VS-1000L	1000 л/день; 2,2 кВт; 145 кг; 190 000 р.
Xinshengtai (XST) XSTRO-750LPH	750 л/час; несколько ступеней; 165 000 р.; 2,2 кВт.
Сокол-О	1000 л/час; 150 000 р.
Вагнер 250М	250 л/час; 944 000 р.

Туристические, спасательные опреснители (недостаток – цена непомерно завышена, небольшой ассортимент):

Модель	Параметры, цена
SL2012B	30 л/час; 140 000 р.
KATADYN SURVIVOR (самый популярный, для армии США)	50 000 р.; 1 л/час; 1,13 кг.

Способы для производственных масштабов

Стоимость опреснения (1 – 1,5 USD за 1 м³) выше стандартной водоподготовки.

Поэтому заводы не всегда рентабельны и применяются только при крайней потребности для засушливых регионов (Израиль, страны Африки, Саудовская Аравия).

Принцип опреснения в производственных масштабах – закачка и пропускание воды поэтапно через несколько блоков, сегментов, фильтров.

Чаще всего в промышленных установках используется дистилляция и обратный осмос, реже вымораживание и электродиализ.

Первые этапы заводов опреснителей – грубая и тонкая фильтрация, затем непосредственно обессоливание одним или несколькими методами:

Химический. Соединения серебра, бария связывают ионы, соли выпадают в осадок. Требуется много реагентов – 5%. Технологию прекращают применять из-за вредности.
Электродиализ (ионообменный). Распространен на суднах, в мобильных ВОУ и там, где низкая степень солености. Два электрода – электрохимические активные диафрагмы с изолированными корпусами с наполнителем в виде смол – помещаются в бак. Пропускают ток, инициирующий химреакцию. Пресная H₂O скапливается на промежуточных сегментах, отводится, рассол удаляется.
Обратный осмос – морская вода пропускается через мембрану (ацетилцеллюлозное волокно, пропитанное перхлоратом магния для проницаемости), задерживающую молекулы соли. Главное – стабильное давление. Выход пресной воды при осмосе до 70%.
Вымораживание. При медленном замораживании специальными кристаллизаторами создается игольчатый кристаллический лед (пресный), соли остаются отдельной коркой.
Дистилляция (выпаривание). Применяют испарители, конденсаторы, сборники дистиллята. Выход – до 90% за одну ступень, при многоступенчатом процессе (50 – 60 циклов прогонки из одной камеры в другую) эффективность увеличивается. Недостаток – оборудование быстро изнашивается из-за солевых отложений.

Как происходит опреснение в домашних условиях?

Обессоливание доступно в быту.

Общий недостаток:

медленность;
тратится газ или электричество для нагрева, заморозки.

Дистилляция

Дистилляция основывается на испарении, это та же «перегонка» как в самогонных аппаратах. При нагревании пар превращается в капли, которые стекают в отдельную емкость, а рассол остается на дне первого сосуда.

Пошаговая инструкция:

В кастрюлю наливают соленую воду.
В крышке просверливают отверстие.
Делают змеевик – металлическая или полимерная термоустойчивая трубка, шланг.
Вставляют спираль.
Емкость накрывают крышкой, ставят на огонь.
Змеевик для увеличения скорости процесса обматывают влажной тканью или помещают в промежуточный бак с холодной водой.
Другой конец – в пустую емкость.

Произойдет значительная деминерализация (умягчение), свойство утолять жажду значительно понизится, поэтому после прогонки рекомендуют добавить щепотку соли.

Метод обратного осмоса

Обессоливание обратным осмосом или фильтрацией через мембраны из ацетата целлюлозы в быту применяется крайне редко, так как потребуется указанный материал.

Для осмоса потребуется герметичный бак и надежно отрегулированный насос. Другие примеси должны отсутствовать, необходима предварительная грубая и тонкая механическая фильтрация, иначе ячейки забьются.

Способ доступен, только если есть бытовая установка осмоса. Такие приборы часто используются для декальцинации, умягчения или для улучшения качества воды в быту.

Замораживание

Замораживание или вымораживание – крайне простой метод, но одновременно трудноосуществимый, затратный и не эффективный.

При заморозке льдом становится только H₂O, соль отделяется. После разморозки вода будет пресной, именно такую ее всегда получают из айсбергов.

Опреснение вымораживанием в домашней обстановке слабо результативно:

малый объем морозилки;
дорогое электричество;
медленность двух этапов: заморозки, оттаивания.

Химический метод

Химическая очистка для быта практически не применяется. Даже если пользователь приобрел нужные реагенты серебра и бария (они просто добавляются, соли осаждаются), потребуется тщательная финишная фильтрация от них и от шлама.

Можно ли получить опресненную h3O в походных и экстремальных условиях?

На природе, в ситуациях выживания или во время туристических мероприятий возможны два способа: дистилляция, конденсация. Принцип – испарение при разнице температур и улавливание капелек воды.

Конденсация

Конденсация эффективна летом, когда тепло, жара.

Что потребуется:

Любая емкость: часть пластиковой бутыли, консервная банка.
Пленка, полиэтиленовый пакет, подойдут и широкие листья растений.

Процесс поэтапно:

Вырывают ямку на несколько сантиметров глубже емкости для сбора.
Дно обильно поливают соленой водой.
По центру ставят сосуд.
Яму накрывают, края пленки плотно прижимаются грунтом.
Прямо над емкостью помещают груз (землю, камень), что создает конус, наклонную плоскость.
Вода испаряется, соль остается в земле, капли оседают на пленке и скатываются в сосуд.

При средних размерах углубления (диаметр полметра – метр) на жаре потребуется 3 – 4 часа, чтобы собрать пол литра.

Вариант с алюминиевой баночкой:

В пластиковой бутылке обрезают дно, края заворачивают внутрь, чтобы по окружности образовался сегмент с углублением для сбора. Пластиковая крышечка завинчена.
В баночке обрезают верх, заполняют соленой водой, накрывают предыдущим элементом.
Ждут, на стенках появляется конденсат, стекает, аккумулируется в завернутом сегменте. За 3 – 4 часа получают 50 мл.

Дистилляция

Опреснение в походной обстановке дистилляцией, основывается на аналогичном принципе, как и для домашних условий.

Что потребуется:

металлическая емкость: кастрюля (котелок) с крышкой, фляга большого размера;
костер;
трубка, шланг.

При отсутствии крышки используют лист металла, пленку, широкие листья растений, установленные под наклоном. Главное, чтобы поверхность была гладкой.

Процесс поэтапно:

На костер ставят сосуд с соленой водой, накрывают крышкой с проделанным отверстием и шлангом или его просто прижимают.
Другой конец – в сосуд для сбора.

Всегда желательно трубку для дистиллята, накрывать мокрой тканью или пропускать через промежуточную емкость с прохладной водой. Конденсация усилится в разы.

Полезное видео

Посмотреть наглядно процесс опреснения в экстремальных условиях можно в видео:

Заключение

Способы опреснения морской воды с подручными материалами в домашних и экстремальных условиях уместны при острой потребности, для самого жизненно необходимого – питья, промывки ран. Для добычи воды для города используют промышленные методы опреснения.

как сделать устройство для опреснения в экстремальных и бытовых условиях?

Плюсы и минусы домашнего устройства для опреснения

Собранный своими руками опреснитель имеет свои плюсы и минусы:

Плюсы	Минусы
Может спасти жизнь в экстремальных условиях.	На выходе можно получить относительно небольшое количество воды. Все зависит от объема используемых средств, но чаще всего этой воды хватит максимум для приготовления пищи, а для стирки — уже нет.
Просто изготовить и использовать. Собрать механизм можно из подручных средств.	Не очищает полностью.
Вымораживание снижает количество магния и кальция, что полезно для здоровья.	Большой выход жесткой воды. Самодельный опреснитель не очистит морскую воду от тяжелых изотопов кислорода и водорода.
Нет необходимости привлекать источники электроэнергии, а в случае использования природных нагревателей нет необходимости даже в плите.	Полученная вода имеет неприятный вкус.
	Невозможно контролировать удаление полезных веществ.

Как сделать?

В основе любого самодельного опреснителя лежат 2 физических процесса: заморозка и дистилляция. Другие методы для создания опреснителя своими руками не доступны.

Суть процессов:

Замораживание. Кристаллическая решетка льда содержит исключительно молекулы воды. Это означает, что размороженная жидкость будет пресной.
В зависимости от количества растворенных солей, а для каждого моря оно разное, температура замерзания тоже будет отличаться.
Например, вода из Черного моря, характеризующаяся средней соленостью в 3,5%, замерзает при температуре -1,9 градуса.
Дистилляция. Это процесс перегонки воды путем ее выпаривания. Вода при этом проходит через 2 этапа. Сначала повышается температура с помощью нагревательного элемента в отдельной емкости.
Затем перешедшая в состояние пара вода начинает подниматься, при этом соли и другие примеси будут оставаться в первичной емкости из-за своей тяжести. Пар попадает в охлаждающий элемент и конденсируется на его стенках. Остается только собрать конденсат. В результате остается дистиллят.

Каждый из способов можно реализовать различными путями, которые описаны ниже.

В экстремальных ситуациях

Опреснение в экстремальных условиях прямо связано с наличием тех или иных материалов и подручных средств. Под экстремальной ситуацией понимаются обстоятельства отсутствия специальных технических средств, таких, как плита или морозильник.

Вымораживание

Сбор пресной воды в кризисной обстановке возможен только при наличии природного льда, так как заморозить воду без морозильника не представляется возможным. Для этого понадобится только емкость для сбора воды.

Инструкция:

Очистить емкость. В данном случае подойдут ведро, таз, тарелка. Лучше использовать резервуар с широким горлышком или верхом, чтобы было удобнее заполнять его льдом.
Поместить в емкость лед и по возможности оставить ее в теплом месте, где температура воздуха выше 0.
Подождать перехода воды из твердого состояния в жидкое. Талую воду можно употреблять.

Дистилляция

Метод дистилляции предполагает наличие источника тепла, поэтому в диких условиях можно использовать костер или солнечный свет.

С помощью костра

Если опреснитель будет работать с помощью открытого огня, то такой способ имеет преимущество в скорости, и возможности опреснить сразу большое количество воды.

Для реакции понадобится:

спички;
металлическая емкость с крышкой;
трубка для перегонки — подойдет трубка из нержавейки или силикона;
сосуд для сбора дистиллята.

Инструкция по сбору опреснителя:

Присоединить трубку к емкости. Важно: чем меньше отверстий в конструкции, тем быстрее пойдет процесс. В идеале крышка должна плотно закрывать резервуар, а трубка должна быть подсоединена сбоку в верхней части. Но если такой емкости нет, трубка просто придавливается крышкой.
Другой конец трубки приспосабливается в сосуд для сбора. Важно: сосуд для сбора должен находиться ниже, чем основная часть трубки, так конденсат гарантированно будет в нем копиться.
Для ускорения охлаждения пара в трубке ее поливают холодной водой или просто прикрывают смоченной тряпкой.

Для использования устройства нужно поместить емкость с соленой водой над огнем. Трубку и стакан для сбора по возможности отдалить от пламени.

С помощью солнечных лучей

Когда развести костер нельзя, применяют более примитивный метод.

Понадобится:

кусок полиэтилена или другого материала, не пропускающего воду;
резервуар для сбора с широким верхом;
небольшой груз.

Как соорудить опреснитель:

Вырыть яму в земле. Она должна быть по диаметру чуть меньше, чем имеющийся кусок полиэтилена.
Дно ямы обильно смочить любой имеющейся водой.
Поставить сборник в центр ямы.
Накрыть яму полиэтиленом и закрепить его края.
На полиэтилен, прямо над сосудом, положить грузик.

Под воздействием тепла вода начнет испаряться с земли под пленкой и конденсироваться на ней. Груз поможет собрать конденсат точно в сборник.

С помощью бутылок

Дистилляцию можно устроить еще одним способом. Он также подойдет для опреснения морской воды в домашних условиях.

Понадобится:

пластиковые или стеклянные бутылки — 2 штуки, процесс пойдет быстрее, если под соленую воду найти бутылку из темного материала — так она привлечет большее количество солнечных лучей;
скотч или другой изоляционный материал.

Как пользоваться:

Для сборки устройства нужно выполнить всего один шаг: соединить горлышки бутылок с помощью изоленты.
До соединения поместить в темную бутылку соленую воду, примерно на третью часть объема.
Соединить горлышки скотчем.
Поместить конструкцию под солнечные лучи. Темная бутылка должна располагаться ниже, чтобы обеспечить проход пара во вторую бутылку, но не вертикально.

Отсоединять емкости для доступа к пресной воде следует осторожно, чтобы жидкости не перемешались.

В домашних условиях

В домах средств для создания опреснителя больше, поэтому в домашних условиях процесс пойдет быстрее, а результат будет лучше.

Дистиллирование

Повысить температуру морской воды для ее испарения можно с помощью плиты, батареи и солнечных лучей.

С использованием плиты

Принцип очень похож на метод с применением костра.

Понадобится:

плита;
емкость с крышкой и отверстием для трубки — отлично подойдет чайник, к носику которого не сложно примотать скотчем трубку;
трубка;
сборник.

Как собрать опреснитель:

Присоединить к емкости для морской воды трубку.
Избавиться от щелей или продувов в конструкции.
Под другой конец трубки установить сборник.
Расположить трубку под наклоном так, чтобы высшая ее точка была со стороны сосуда для соленой воды, а низшая точка — в сборнике.

Для использования домашнего опреснителя необходимо поставить сосуд с соленой водой на конфорку и зажечь ее. Нагревая воду, можно добиться ее испарения.

За процессом нужно периодически следить, чтобы исключить пожар, расплавление трубки или вылет ее из сборника.

Замораживание

Для опреснения воды вымораживанием потребуется:

емкость — широкий верх обеспечит более обширную поверхность замерзания;
морозильная камера;
сборник, в котором лед будет таять.

Инструкция:

Собрать морскую воду в емкость.
Поместить ее в морозильную камеру.
По мере образования на поверхности воды кромки льда, собирать его в сборник.
Ждать оттаивания.

Видео по теме статьи

Как опреснить морскую воду в походных условиях, подскажет видео:

Заключение

Опреснить воду без использования специальных технических средств возможно. Как в домашних, так и в экстремальных условиях, принцип работы опреснителя строится на базовых физических процессах.

Нужно запомнить лишь 2 правила:

Талая вода не содержит солей.
Водяной пар также не содержит солей.

Используя смекалку, можно соорудить опреснитель, который будет работать с помощью заморозки или нагрева.

Опреснение морской воды обратным осмосом

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.

Обратный осмос для морской воды. Это наиболее эффективный и выгодный метод опреснения морской воды осмосом. Отличием обратного осмоса для опреснения морской воды от обычного является другой тип мембран с давлением 25-60 атмосфер, предназначенных для очистки воды из мирового океана. Такие мембраны имеют другую структуру и наиболее эффективны для опреснения морской воды обратным осмосом. Поток солевой воды под определенным давлением пропускают через полупроницаемые мембраны, после которых выходит потом пермеата и концентрата. Для долгой службы мембранных элементов используется блок дозации ингибитора осадкообразования и последующей химической мойки.

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.

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.).

Узнать стоимость опреснения морских вод и получить проект опреснения морской воды Вы можете по телефону 8-499-391-39-59, по электронной почте [email protected] или на нашем сайте в разделе обратной связи.

К сожалению, страница, которую вы ищете, не может быть найдена

Меню

Компания инвесторы Работа в GEA контакт EN

арабский
Китайский
голландский
Английский
Французский
Немецкий
итальянский
Японский
польский
португальский
Русский
испанский
Турецкий

назад Домой

напиток напиток
- рынки рынки
  - Пиво и пивные коктейли Пиво и пивные коктейли
    - Безалкогольное пиво
    - Пиво
    - Специальное пиво
  - Газированные напитки Газированные напитки
    - Лимонады и газированные напитки
  - Твердые сельцеры
  - Соки и концентраты Соки и концентраты
    - Цитрусовые соки
    - Концентраты и сиропы
    - Экзотические соки
    - Фруктовые соки и нектары
    - Соки овощные
  - Напитки на растительной основе
  - Готовый к употреблению кофе и чай Готовый к употреблению кофе и чай
    - Готовый к употреблению чай
  - Спиртные напитки и вино Спиртные напитки и вино
    - Алкопопы и сидры
    - Высококачественный алкоголь
    - Ликеры
    - Нейтральный спирт
    - игристое вино и шампанское
    - Вино
  - Еще напитки Еще напитки
    - Функциональные и спортивные напитки
  - Вода
- Товары Товары
  - Системы автоматизации и управления Системы автоматизации и управления
    - Аналитические, поточные контрольно-измерительные приборы
    - Системы сбора данных
    - Автоматизация машин
    - MES Solutions
    - Автоматизация процессов
  - Пивоваренные системы Пивоваренные системы
    - Варочный Варочный
      - Lautering
      - Milling & Mashing
      - Лечение сусла
    - Обработка холодного блока Обработка холодного блока
      - Холодоблочные трубопроводные решения
      - технологических блоков холодного блока
    - Craft Brewing
  - Центрифуги и оборудование для сепарации Центрифуги и оборудование для сепарации
    - Центробежный сепаратор Центробежный сепаратор
      - осветлитель
      - Сепаратор
    - Графиновая центрифуга Графиновая центрифуга
      - Осветляющий графин
    - Вакуумный спиральный фильтр
  - Чиллеры и тепловые насосы Чиллеры и тепловые насосы
    - Чиллеры
    - Тепловые насосы
    - Струйные нагреватели и охладители
  - Очистители и стерилизаторы Очистители и стерилизаторы
    - CIP / SIP Solutions
    - Стерилизаторы
    - Оборудование для очистки резервуаров Оборудование для очистки резервуаров
      - Контролируемые Вращающиеся Очистители
      - Бесплатные Вращающиеся Очистители
      - Очистители индекса
      - Орбитальные Очистители
      - Ретракторы
      - Статические очистители
      - Система проверки
  - Компрессоры Компрессоры
    - Поршневые компрессоры – коммерческие Поршневые компрессоры – коммерческие
      - Компрессорные агрегаты открытого типа
      - Компрессоры открытого типа
      - Полугерметичные компрессоры
      - Полугерметичные установки
      - Автомобильные компрессоры
    - Винтовые компрессоры – промышленные
  - Системы дистилляции и ферментации Системы дистилляции и ферментации
    - Оборудование для дистилляции
    - Решения для ферментации
  - Сушилки и установки для обработки частиц Сушилки и установки для обработки частиц
    - Распылительные сушилки Распылительные сушилки
      - Химическая продукция
      - Продукты питания и молочные продукты
      - Фармацевтическая продукция
  - Испарители и кристаллизаторы Испарители и кристаллизаторы
    - Кристаллизаторы
    - Конфигурация испарителя
    - Испаритель Тип
    - Концентраторы замораживания
  - Системы наполнения и упаковки Системы наполнения и упаковки
    - Оборудование для погрузки контейнеров
    - Наполнители
    - Линии розлива – асептические
    - Линии розлива – гигиенические
    - Линии розлива – ESL
    - Линии наполнения – модули наполнения
    - Паллетизаторы Депалетизаторы
  - Гомогенизаторы Гомогенизаторы
    - Блок сжатия гомогенизатора
    - Гомогенизирующие периферийные устройства
    - Клапаны гомогенизации
    - Промышленные гомогенизаторы
    - Лабораторные гомогенизаторы
  - Системы обработки жидкости Системы обработки жидкости
    - Газирование продуктов
    - Деаэратор Системы
    - Мобильная измерительная система
    - Сахарный Диссольвер
    - Термическая обработка
  - Мембранные системы фильтрации Мембранные системы фильтрации
    - Мембранные пилотные установки
    - Мембранные установки и решения
    - Сменные мембраны
  - Миксеры и блендеры Миксеры и блендеры
    - Непрерывные блендеры
    - Миксеры с высоким сдвиговым усилием
    - Струйные миксеры
    - Миксеры для жидкости
    - Системы смешивания / газирования
  - Системы обработки продуктов Системы обработки продуктов
    - Дозирование и кормление
    - вибрационный просеиватель
  - Вакуумные системы Вакуумные системы
    - Эжекторные системы
    - Вакуумная система
  - Клапаны и насосы Клапаны и насосы
    - Асептические клапаны Асептические клапаны
      - Обратные клапаны
      - Control Tops
      - Регулирующие клапаны
      - Перепускные клапаны
      - Магнитные сепараторы
      - Запорные клапаны с защитой от смешивания (асептические)
      - герметичные запорные клапаны (UltraClean)
      - Клапаны отбора проб
      - Запорная арматура
      - Нижние клапаны резервуара
    - Поршневые насосы высокого давления
    - Гигиенические насосы Гигиенические насосы
      - GEA Smartpump
      - GEA Varipump
    - Гигиенические клапаны Гигиенические клапаны
      - Клапаны-бабочки
      - Компенсаторы
      - Control Tops
      - Регулирующие клапаны
      - Перепускные клапаны
      - Фланцевые соединения и фитинги
      - смешанных отклоняющих клапанов
      - в Мixproof запорных вентилей
      - в Мixproof запорных вентилей с подъемом седла
      - Системы восстановления продукции
      - Предохранительные клапаны
      - Клапаны отбора проб
      - Запорная арматура
      - Нижние клапаны резервуара
      - Системы безопасности танков
    - Струйные насосы
- обслуживание обслуживание
  - Сервис жизненного цикла
  - Горячая линия обслуживания
  - Финансовые услуги
  - Удаленная поддержка
- Insights
химикат химикат
- рынки рынки
  - агрохимикатов агрохимикатов
    - Удобрения
    - Пестициды
  - Биохимикаты Биохимикаты
    - Химикаты на биооснове
    - Биодизель
    - Топливный этанол
  - Контроль выбросов Контроль выбросов
    - Цемент
    - Химическая
    - Стекло
    - Железо и сталь
    - Цветные
    - Мощность и сжигание
    - НПЗ
  - Промышленные стоки Промышленные стоки
    - Промышленные сточные воды
    - Нулевой расход жидкости
  - Минералы и неорганические химикаты Минералы и неорганические химикаты
    - Неорганические химические вещества
    - Минералы
  - Горное дело и металлургия
  - Нефтехимия и органические химикаты Нефтехимия и органические химикаты
    - Спирты
    - Органические кислоты
    - НПЗ
  - Полимеры
  - Специальные и тонкие химикаты
- Товары Товары
  - Центрифуги и оборудование для сепарации Центрифуги и оборудование для сепарации
    - Центробежный сепаратор Центробежный сепаратор
      - осветлитель
      - Сопловой сепаратор
      - Сепаратор
      - сепаратор с твердой стенкой
    - Графиновая центрифуга Графиновая центрифуга
      - Двухфазный разделительный графин
      - Трехфазный разделительный графин
      - Осветляющий графин
      - классифицирующий графин
      - Обезвоживающий графин
  - Компрессоры Компрессоры
    - Газовые компрессоры
    - Винтовые компрессоры – промышленные
  - Системы дистилляции и ферментации Системы дистилляции и ферментации
    - Оборудование для дистилляции
  - Сушилки и установки для обработки частиц Сушилки и установки для обработки частиц
    - Флэш-сушилки и кулеры
    - кипящих слоев
    - Сушилки с кольцом
    - Ротационные сушилки и охладители
    - Распылительные охладители
    - Распылительные сушилки Распылительные сушилки
      - Химическая продукция
      - Продукты питания и молочные продукты
      - Фармацевтическая продукция
  - Системы контроля выбросов Системы контроля выбросов
    - Системы очистки газа
    - Скрубберы
  - Испарители и кристаллизаторы Испарители и кристаллизаторы
    - Кристаллизаторы
    - Конфигурация испарителя
    - Испаритель Тип
  - Гомогенизаторы Гомогенизаторы
    - Блок сжатия гомогенизатора
    - Промышленные гомогенизаторы
    - Лабораторные гомогенизаторы
  - Мембранные системы фильтрации Мембранные системы фильтрации
    - Мембранные установки и решения
  - Системы обработки продуктов Системы обработки продуктов
    - Дозирование и кормление
    - Пневматическая транспортировка
    - вибрационный просеиватель
  - Вакуумные системы Вакуумные системы
    - Вакуумная система
  - Клапаны и насосы Клапаны и насосы
    - Струйные насосы
- обслуживание обслуживание
  - Сервис жизненного цикла
  - Горячая линия обслуживания
  - Финансовые услуги
  - Удаленная поддержка
- Insights
Молочное животноводство Молочное животноводство
- Товары Товары
  - Оборудование сарая Оборудование сарая
    - DairyBarn – Благополучие коров
    - DairyBarn – Обработка и маршрутизация
  - Системы кормления Системы кормления
    - DairyFeed F4500 – Автоматизированные системы кормления
    - DairyFeed F4600 – Кормушки для телят
    - DairyFeed F4700 – Питатели для концентратов
    - DairyFeed F4900 – Толкатель кормов
  - Гигиена и сервис Гигиена и сервис
    - Здоровье животных
    - Гигиена животных
    - Маркировка животных
    - Оборудование и средства гигиены
    - Вкладыши и трубки
  - Управление навозом Управление навозом
    - ProManure E2100 – Очиститель
    - ProManure E2200 – Электрический моторный насос
    - ProManure E2300 – насос с приводом от ВОМ
    - ProManure E2500 – Мешалка
    - ProManure E2700 – Разбрасыватель
    - ProManure E2900 – Сепаратор

Опреснение воды | IntechOpen

Были разработаны различные процессы опреснения, некоторые из которых в настоящее время находятся в стадии исследований и разработок. Две основные технологии, которые в основном используются для обессоливания, – это

. Обе технологии включают в себя ряд различных процессов, частью которых являются альтернативные технологии, такие как замораживание и ионный обмен, которые обычно не используются. Все эти технологии нуждаются в энергии для работы. Обычная энергия или возобновляемая энергия обычно используются в этих методах (рисунок 1).

3.1. Процессы термического опреснения воды

Он обычно известен как дистилляция. Это один из самых древних способов опреснения морской воды и превращения их в питьевую воду. Эта технология редко используется для опреснения солоноватой воды, поскольку она дорогая.

Эта технология основана на принципах кипячения соленой воды и ее испарения, а затем сбора конденсированного пара для получения чистой воды. Соль остается и дистиллят собирается, [9].

Процессы термического опреснения подразделяются на следующие типы

Многоступенчатая флэш-дистилляция (MSF)
Многоэтапная дистилляция (MED)
Испарительное компрессионное испарение (VC)
Когенерация
Солнечное опреснение воды

3.1.1. Многоступенчатая мгновенная перегонка (MSF)

Принцип многоступенчатой быстрой перегонки включает перегонку через множество (многоступенчатых) камер (рис. 2).Здесь каждая последующая стадия установки работает при постоянно низком давлении. Подаваемая вода первоначально нагревается под высоким давлением и подается в первую испарительную камеру. В первой испарительной камере давление сбрасывается, что приводит к быстрому кипению воды, что приводит к быстрому испарению или миганию. Этот процесс продолжается на каждом последующем этапе, поскольку давление на следующем этапе меньше, чем на предыдущем этапе. Пар, образующийся при промывке, преобразуется в пресную воду путем конденсации его на трубках теплообменника, присутствующих на каждой ступени.Затем трубки охлаждаются поступающей в охладитель питательной водой.

Рисунок 2.

Многоступенчатая флэш-перегонка. Источник: [10].

В процессе MSF, как показано на рисунке, питательная вода (соленая вода) нагревается в сосуде, известном как нагреватель рассола, до достижения температуры ниже температуры кипения насыщения.

Нагретая морская вода затем последовательно проходит через несколько сосудов, где более низкое атмосферное давление заставляет воду быстро кипеть и испаряться.Это внезапное попадание горячей воды в камеру пониженного давления называется «эффектом вспышки», поскольку вода почти мгновенно превращается в пар [11]. Небольшой процент этой воды превращается в водяной пар, и этот процент в основном зависит от давления внутри ступени. Пар, образующийся при испарении, преобразуется в пресную воду, конденсируясь в трубках теплообменников (конденсатор), проходящих через каждую ступень. Поступающая питательная вода, поступающая в рассольный нагреватель, охлаждает трубы.Это, в свою очередь, нагревает питательную воду и, таким образом, увеличивает термический КПД за счет уменьшения количества тепловой энергии, необходимой нагревателю для рассола для повышения температуры морской воды.

Строительство перегонных заводов MSF началось в конце 1950-х годов. Некоторые из этих растений MSF могут состоять из 15–25 стадий [12]. Эти дистилляционные установки могут иметь либо

однопроходный, либо
перерабатываемый процесс
В однопроходном исполнении питательная вода или соленая вода пропускаются через нагреватель и испарительные камеры только один раз, а затем утилизировать
В переработанном исполнении питательная вода, используемая для охлаждения, также рециркулируется.

Все эти процессы могут быть структурированы как длинные или поперечные. В случае конструкции с длинной трубкой трубка параллельна потоку концентрата, а в случае конструкции с поперечной трубкой трубка перпендикулярна потоку концентрата.

MSF в настоящее время производит около 64% всей опресненной воды в мире. Хотя этот процесс является наиболее надежным источником для получения питьевой воды из морской воды, он считается энергоемким процессом, требующим как тепловой, так и механической энергии [12].

Установки MSF

подвержены коррозии, если не используется нержавеющая сталь. Помимо коррозии, заводы MSF также подвергаются воздействию эрозии и ударов. Эта эрозия обычно вызвана турбулентностью питательной воды в испарительной камере, когда она переходит с одной ступени на другую.

3.1.1.1. Преимущества и недостатки MSF

Установки MSF относительно просты в изготовлении и просты в эксплуатации [11]
Они не имеют движущихся частей, кроме обычных насосов, и содержат только некоторое количество соединительных труб [11]
Качество сточных вод содержит 2–10 частей на миллион растворенных твердых веществ, что означает высокий уровень очистки.Таким образом, он реминерализуется в процессе последующей обработки, чтобы сделать его вкусным и пригодным для употребления [13].
Хотя эксплуатация установок при более высоких температурах (более 115 ° C) повышает их эффективность, но вызывает проблемы, связанные с образованием накипи, поскольку соли, такие как сульфат кальция, осаждаются на поверхностях труб и вызывают тепловые и механические проблемы, такие как засорение труб.
Он считается энергоемким процессом, который требует как тепловой, так и механической энергии, но может быть преодолен системой когенерации.
Добавление дополнительных этапов в MSF повышает ее эффективность и увеличивает производство воды, но увеличивает капитальные затраты и усложняет эксплуатацию [14] (рис. 3).

Рисунок 3.

Дистилляция с несколькими эффектами. Источники: [15, 16].

3.1.2. Многофакторная дистилляция

Многофакторная дистилляция использовалась с конца 1950-х и начала 1960-х годов. Мультиэффектная дистилляция использует те же принципы многоступенчатой флэш-дистилляции, но в противоположность этому, она происходит в ряде сосудов (эффекты) и использует принципы испарения и конденсации при пониженном давлении окружающей среды [17].

В процессе мультиэффектной дистилляции серия эффектов испарителя производит воду при постепенно понижающемся давлении. Когда давление последовательно снижается, вода кипит при более низких температурах, и водяной пар первого сосуда служит теплоносителем для второго, и так далее. Чем больше сосудов или эффектов, тем выше коэффициент полезного действия. Водяной пар, образующийся при кипячении воды, конденсируется и собирается. Использование нескольких эффектов делает этот процесс более эффективным.

Мультиэффектная дистилляция, как известно, является старейшим методом крупномасштабной дистилляции для опреснения морской воды. Его основными характеристиками являются высокое качество дистиллированной воды, высокая производительность и высокая тепловая эффективность.

3.1.2.1. Преимущества и недостатки многофакторной дистилляции

Процесс многофакторной дистилляции предназначен для работы при более низких температурах, до 70 ° C. Это уменьшает коррозию трубки и образование накипи на поверхностях трубки.
Качество питающей воды не так важно, как в технологии системы обратного осмоса. Следовательно, стоимость предварительной обработки и эксплуатации этой технологии низкая.
Потребление энергии по этой технологии ниже, чем у MSF, а производительность выше, чем у установок MSF. Следовательно, технология MED может считаться экономически эффективной и более эффективной, чем технология MSF, с точки зрения производства питьевой воды [11] (рис. 4).

Рисунок 4.

Испарение компрессионного испарения. Источник: [7].

3.1.3. Испарение с компрессией пара

Процесс паровой компрессии с дистилляцией (VCD) или компрессии с испарением происходит отдельно или вместе с другими процессами, такими как MED и сжатие пара с одним эффектом. В этом методе тепло для испарения питательной воды происходит от сжатия пара, а не от прямого теплообмена от пара, образующегося в котле [7].

Как правило, в этом процессе используются два устройства для конденсации водяного пара для выработки достаточного количества тепла для испарения морской воды.Среди них один представляет собой механический компрессор (механическое сжатие пара), а другой – пароструйный (термическое сжатие пара), агрегаты сжатия пара (VC) построены в различных конфигурациях. Механический компрессор обычно используется для выработки тепла для испарения, и он обычно работает на электричестве или дизеле. Этот компрессор создает вакуум в испарителе и сжимает пар, полученный из испарителя, конденсирует его в пучке труб.

Подающая вода распыляется снаружи пучка нагретых трубок.Здесь вода кипит и частично испаряется, создавая больше пара.

В случае пароструйного типа вакуумной компрессионной дистилляции отверстие в вентиляционном отверстии, присутствующее в струе пара, создает водяной пар и извлекает его из водяного пара, создавая более низкую температуру воздуха. Водяной пар, который извлекается, сжимается струей пара и конденсируется на стенках трубы, чтобы обеспечить тепло конденсации для испарения питательной воды, которая перекачивается на другой стороне в испарителе.

Эти устройства, как правило, имеют меньшую емкость и в основном используются в отелях, на курортах и в промышленности.

3.1.3.1. Преимущества и недостатки испарительного компрессионного испарения

Этот метод прост и надежен и, следовательно, его можно рассматривать как лучший вариант для небольших опреснительных установок. Они обычно имеют производительность 3000 м3 / день и обычно используются для курортов, промышленных предприятий и буровых площадок, где не хватает пресной воды.
Рабочая температура дистилляции или испарения VC низкая, что делает его простым и эффективным процессом с точки зрения энергопотребления.
Поскольку рабочие температуры низкие (ниже 70 ° C), вероятность образования накипи и коррозии труб уменьшается.

3.1.4. Солнечное опреснение

Солнечное опреснение обычно используется для небольших операций (рис. 5). Хотя конструкции этих блоков разные, но основной принцип тот же. Здесь солнце обеспечивает тепловую энергию для испарения пресной воды из соленой воды. В процессе солнечной дистилляции водяной пар, образующийся в процессе испарения, конденсируется на прозрачном стеклянном или пластиковом покрытии и затем собирается в виде пресной воды в поддоне для конденсата.Покрытие используется для двойных целей: для передачи лучистой энергии, а для второго – для конденсации водяного пара на его внутренней поверхности. Соль, оставшаяся позади, и неиспаренная вода, находящаяся в тихом бассейне, должны быть утилизированы надлежащим образом [17].

Рисунок 5.

Солнечное опреснение. Источник: [17].

Солнечная дистилляция в основном используется в засушливых регионах, где безопасная пресная вода недоступна. Установки солнечной дистилляции производят различное количество пресной воды, основываясь на их конструкции и географическом положении.

3.1.5. Когенерационная система для питания и опреснения воды

Существует возможность использовать энергию для систем двойного назначения или когенерационных систем, в которых источники энергии могут выполнять различные функции, такие как производство электроэнергии и опреснение воды.

На этих когенерационных установках электричество вырабатывается паром высокого давления для работы турбин, а пар вырабатывается котлами при температуре до 5408 ° C. Когда этот пар расширяется в турбинах, его температура и уровень энергии снижаются.Поскольку мы знаем, что дистилляционным установкам нужен пар с температурой ниже 1208 ° C, его можно легко получить на конце турбины после того, как максимальная энергия будет использована для выработки электроэнергии. Пар используется для процесса опреснения, а затем конденсат из пара возвращается в котел для повторного нагрева для использования в турбине [18].

3.1.5.1. Преимущества и недостатки

Основным преимуществом когенерационной системы является то, что она использует намного меньше топлива, чем другие установки, работающие отдельно, а затраты энергии на процесс опреснения меньше.
Напротив, одним из недостатков является то, что могут возникнуть проблемы из-за постоянного соединения опреснительной установки и электростанции, что может создать проблему при производстве воды, когда потребность в электричестве снижается или когда турбина или генератор есть проблема.

3.2. Мембранные процессы

Изначально применение мембран ограничивалось муниципальной обработкой воды, такой как микрофильтрация и опреснение, но благодаря прогрессу в технологии и разработке новых мембран, оно используется не только для очистки воды, но и для химического разделения, концентрации ферментов и очистки напитки.

Мембранные процессы используют относительно проницаемую мембрану для перемещения воды или соли для получения двух зон различной концентрации для получения пресной воды. Эти процессы также полезны в муниципальной очистке воды. Обратный осмос и электродиализ (ЭД) заменяют другие технологии обессоливания с фазовым переходом для подачи воды в прибрежные и островные сообщества по всему миру. RO становится экономичной альтернативой традиционным процессам умягчения воды [11].

Мембранная технология состоит из нескольких процессов, но основное различие между ними заключается в размере ионов, молекул и взвешенных частиц, которые удерживаются или пропускаются через мембраны.Основные процессы разделения включают нанофильтрацию, ультрафильтрацию, микрофильтрацию и фильтрацию, используемые на предварительных этапах опреснения, которые используются для удаления крупных частиц, бактерий, ионов и для умягчения воды.

Мембранные процессы подразделяются на

Обратный осмос
Электродиализ
Мембранная дистилляция

3.2.1. Обратный осмос (RO) и нанофильтрация (NF)

По сравнению с другими процессами обратный осмос (RO) является относительно новым процессом, используемым для опреснения воды (рис. 6).Принцип, вовлеченный в этот процесс обратного осмоса, заключается в том, что он использует давление в качестве движущей силы для проталкивания питательной воды через полупроницаемую мембрану в поток воды продукта и концентрированный поток рассола [20].

Рисунок 6.

Обратный осмос (RO). Источник: [19].

Нанофильтрация (NF) также является аналогичным мембранным процессом, который используется для удаления ионов двухвалентных солей, таких как кальций, магний и сульфат. RO также используется для удаления ионов натрия и хлорида.

Осмос – это естественное явление, при котором вода из раствора с низкой концентрацией соли попадает в более концентрированный раствор через полупроницаемую мембрану.Когда давление применяется к раствору с более высокой концентрацией соли, вода начинает течь в обратном направлении через полупроницаемую мембрану, оставляя соль позади. Это известно как процесс обратного осмоса или процесс обратного осмоса. Здесь конфигурации мембран состоят из спиральной навивки, полого волокна и листа со спиралью. Рабочее давление для обратного осмоса и диапазона нанофильтрации составляет от 50 до 1000 фунтов / кв.

Опреснительная установка RO в основном состоит из четырех основных систем:

Система предварительной очистки
Насосы высокого давления
Мембранные системы
Последующая обработка

3.2.1.1. Преимущества и недостатки процесса RO

Проблемы, связанные с коррозией металлов, значительно меньше по сравнению с процессами MSF и MED из-за температурных условий окружающей среды
Полимерные материалы предпочтительнее металлических сплавов [21].
При опреснении морской воды для получения 5 галлонов пригодной для использования воды теряется 40–90 галлонов воды [1].

3.2.2. Электродиализ (ЭД)

Метод электродиализа (ЭД) – это процесс, управляемый напряжением.Этот процесс использует электрический потенциал для удаления солей с помощью мембраны, оставляя пресную воду позади. ЭД изначально использовался в качестве процесса опреснения морской воды; теперь он также используется для опреснения солоноватой воды.

Процесс электродиализа (ED) работает с использованием постоянного тока (DC), в котором ионы (в отличие от воды в процессах, управляемых давлением) протекают через ионоселективные мембраны к противоположно заряженным электродам. В этих системах полярность электродов постоянно меняется.

Поскольку вода содержит растворенные соли в форме ионов, и эти ионы притягиваются к противоположно заряженным электродам, электродиализ может использоваться для разделения солей, а в пресной воде – в этом методе используются подходящие мембраны, чтобы обеспечить прохождение селективных ионов, катионов или анионов [ 26].

3.2.3. Мембранная дистилляция

Эта технология использует принципы как термической, так и мембранной технологий, то есть процессов дистилляции и мембранного опреснения.В этом методе разность температур создается между питающим раствором, который входит в контакт с поверхностью с одной стороны микропористой мембраны, и пространством, оставленным с другой стороны [22]. Эта разность температур вызывает разницу в давлении пара, что приводит к переносу образующегося пара через мембрану на поверхность конденсации. Весь процесс основан на использовании гидрофобных мембран, которые проницаемы только для пара, что исключает жидкую фазу и растворенные частицы.Образующийся пар затем проходит через мембрану и конденсируется на охлаждающей поверхности, образуя пресную воду.

3.2.3.1. Преимущества и недостатки MD

Мембранная дистилляция проста и работает при низкой температуре. Следовательно, он использует меньше тепла. Соединение блоков MD с источниками солнечной энергии делает его более привлекательным.
Он работает при более низком давлении, чем другие мембранные процессы, управляемые давлением
Основной недостаток заключается в том, что MD требует больше места по сравнению с другими мембранными процессами [23]
В этом процессе питательная вода не должна иметь любые органические загрязнители.Этот факт оказывается ограничением для этого процесса [11].

Опреснение воды

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Вопросы водопользования • Вопросы качества воды •

Жаждущий? Как насчет прохладной, освежающей чашки морской воды?

A floating solar still to desalinate seawater

Плавающая солнечная камера используется для опреснения небольших количеств морской воды с использованием испарения и конденсации.

Кредит: Landfall Navigation

Нет, не воспринимайте нас буквально! Люди не могут пить соленую воду. Но соленая вода может быть превращена в пресную воду, которая является целью этого портативного, надувного солнечного фотоэлемента (он даже упаковывается в крошечную упаковку).Этот процесс называется опреснением, и его все больше и больше используют во всем мире для обеспечения людей необходимой пресной водой. Большая часть Соединенных Штатов имеет или может получить доступ к достаточным запасам пресной воды для питьевых целей. Но пресная вода может быть в дефиците во многих частях страны и в мире. И, поскольку население продолжает расти, нехватка пресной воды будет возникать чаще, если только в определенных местах. В некоторых районах соленая вода (например, из океана) превращается в пресную воду для питья.

«Простое» препятствие, которое необходимо преодолеть, чтобы превратить морскую воду в пресную, состоит в удалении растворенной соли в морской воде. Это может показаться таким же простым, как просто кипятить морскую воду в сковороде, собирать пар и снова концентрировать его в воде (дистилляция). Доступны другие методы, но эти текущие технологические процессы должны выполняться в больших масштабах, чтобы быть полезными для больших групп населения, а текущие процессы являются дорогостоящими, энергоемкими и включают в себя крупномасштабные установки.

Что делает воду солёной?

Что мы подразумеваем под “соленой водой”? В соленой воде содержатся значительные количества (называемые «концентрациями») растворенных солей.В этом случае концентрация – это количество (по весу) соли в воде, выраженное в «частях на миллион» (ppm). Если концентрация растворенных солей в воде составляет 10000 ч / млн, то один процент веса воды приходится на растворенные соли.

Вот наши параметры для соленой воды:

Пресная вода – менее 1000 промилле
Слегка соленая вода – от 1000 до 3000 ч / млн
Вода с умеренным содержанием соли – от 3000 до 10000 промилле
Высоко соленая вода – от 10000 до 35000 промилле

Кстати, в океанской воде содержится около 35000 промилле соли.

A view across a reverse osmosis desalination plant.

Вид на опреснительную установку обратного осмоса в Барселоне, Испания.

Кредит: Джеймс Греллиер

Потребность в пресной воде по всему миру

Нехватка ресурсов пресной воды и потребность в дополнительных источниках воды уже критически важны во многих засушливых регионах мира и будут приобретать все большее значение в будущем. Многие засушливые районы просто не имеют пресноводных ресурсов в виде поверхностных вод, таких как реки и озера.Они могут иметь только ограниченные подземные водные ресурсы, некоторые из которых становятся более солоноватыми, поскольку добыча воды из водоносных горизонтов продолжается. Солнечное опреснение испаряется природой для производства дождя, который является основным источником пресной воды на земле.

Другой метод: обратный осмос

Другой способ обессоливания соленой воды – процедура «обратного осмоса». В самых упрощенных терминах вода, содержащая растворенные молекулы соли, проталкивается через полупроницаемую мембрану (по существу, фильтр), в которой более крупные молекулы соли не проходят через отверстия в мембране, а меньшие молекулы воды – через нее.

Обратный осмос является эффективным средством для опреснения соленой воды, но это дороже, чем другие методы. По мере снижения цен в будущем использование установок обратного осмоса для опреснения большого количества соленой воды должно стать более распространенным.

Опреснение не современная наука

Опреснение дистилляцией является одной из самых ранних форм очистки воды, и сегодня она остается популярным решением для очистки воды во всем мире. В древние времена многие цивилизации использовали этот процесс на своих кораблях для превращения морской воды в питьевую.Сегодня опреснительные установки используются для преобразования морской воды в питьевую воду на судах и во многих засушливых регионах мира, а также для очистки воды в других районах, которые загрязнены природными и неестественными загрязнителями. Дистилляция, пожалуй, является единственной технологией очистки воды, которая наиболее полно уменьшает самый широкий спектр загрязнителей питьевой воды.

В природе этот основной процесс отвечает за водного (гидрологического) цикла . Солнце поставляет энергию, которая вызывает испарение воды из поверхностных источников, таких как озера, океаны и ручьи.Водяной пар в конечном итоге вступает в контакт с более холодным воздухом, где он повторно конденсируется с образованием росы или дождя. Этот процесс можно имитировать искусственно и быстрее, чем в природе, используя альтернативные источники нагрева и охлаждения.

Вы можете попробовать это дома!

Выкопайте яму в земле
Поставьте чашу на дне ямы, которая будет использоваться для сбора конденсата
Накройте яму пластиковым листом (вы можете использовать камни или другие тяжелые предметы, чтобы удержать ее над ямой)
Убедитесь, что нижняя часть пластикового листа находится прямо над чашей
Оставьте свою “ловушку” для воды на ночь, и утром вода может быть собрана из чаши.

Предоставлено: Daniele Pugliesi

Ваш собственный опреснитель

Помните, глядя на картинку вверху этой страницы плавающего солнечного фото? Тот же самый процесс, который управляет этим устройством, может также применяться, если вы окажетесь в пустыне, нуждающейся в питье воды.

Низкотехнологичный подход для достижения этой цели заключается в создании «солнечного столба», который использует солнечное тепло для запуска процесса дистилляции и образования росы на чем-то похожем на пластиковую пленку. Диаграмма справа иллюстрирует это. Использование морской воды или растительного материала в корпусе дистиллятора создает влажный воздух, который из-за корпуса, образованного пластиковым листом, нагревается от солнца. Влажный воздух конденсирует капли воды на нижней стороне пластикового листа, и из-за поверхностного натяжения капли воды прилипают к листу и движутся вниз в желоб, из которого его можно потреблять.

Некоторые факты опреснения воды

По оценкам, около 30% орошаемых площадей в мире страдают от проблем засоления, и восстановление считается очень дорогостоящим.
По данным Международной ассоциации опреснения воды, в июне 2015 года в мире действовало 18 426 опреснительных установок, производящих 86,8 млн. Кубометров в день, обеспечивая водой 300 млн. Человек. Это количество увеличилось с 78,4 млн. Кубометров в 2013 году, что на 10,71% больше, чем за 2 года.
Наиболее важными пользователями опресненной воды являются страны Ближнего Востока (в основном Саудовская Аравия, Кувейт, Объединенные Арабские Эмираты, Катар и Бахрейн), которые используют около 70% мирового объема; и в Северной Африке (в основном, в Ливии и Алжире), которая использует около 6% мирового объема.
Среди промышленно развитых стран Соединенные Штаты являются одним из наиболее важных потребителей опресненной воды, особенно в Калифорнии и некоторых районах Флориды. Стоимость опреснения не позволяет опреснению использоваться чаще.

Чтобы расширить свои знания о опреснительных / опреснительных установках, перейдите по ссылкам ниже.

* Часть этой информации поступила от Фонда водного образования и от Государственного управления TAMU-CC Корпус-Кристи.

Опреснение воды

Том Париз
16 декабря 2012 г.

Представлено как курсовая работа для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2011

Рис. 1: Интерьер современного обратного осмоса опреснительная установка. (Источник: Wikimedia Commons)

Введение

Многие виды деятельности человека, такие как питье, сельское хозяйство, санитария и производство электроэнергии, среди прочего, требуют значительное количество воды.К счастью, во многих случаях центры Население находится вблизи источников полезной воды. Тем не менее, океаны, которые покрывают более 70% земной поверхности и содержат 97% вода земли, есть соленая вода. [1] Так как эта соленая вода не подходит для многих применений, он должен быть опреснен (есть соль содержание уменьшается или исключается), прежде чем его можно будет использовать. Несколько лет назад, более 13000 опреснительных установок переработали 12 миллиардов галлонов вода ежедневно.[2] Однако, опреснение имеет тенденцию быть энергоемким, вызывая значительное экономическое и экологическое воздействие от опреснения.

Методы опреснения воды

Как минимум три основных метода опреснения существуют: тепловые, электрические и напорные. Самый старый метод, тепловой дистилляция, была вокруг в течение тысяч лет. В тепловой дистилляция, вода кипятится, а затем собирается пар, оставляя соль позади.Однако изменение фазы испарения требует значительного количества энергии. Более современные методы перегонка использовать различные методы, такие как сосуды низкого давления снизить температуру кипения воды и тем самым уменьшить количество энергии, необходимое для опреснения.

Второй основной тип опреснения использует электрические ток для отделения воды и соли. Как правило, электрический ток будет использоваться для продвижения ионов через избирательно проницаемую мембрану, неся диссоциированные ионы соли с ним.Ключевая характеристика этот метод заключается в том, что потребность в энергии зависит от того, сколько соли изначально присутствует в воде. Следовательно, он подходит для воды с начальными концентрациями соли, но слишком энергоемкими для морской воды. [3]

Третий принцип метода опреснения воды обратный осмос, при котором давление используется для прохождения воды через проницаемая мембрана, оставляя соль позади. [3] Аналогично электрическое разделение, количество энергии, необходимое для опреснение зависит от начального содержания соли в воде.Очередной раз, Это делает обратный осмос непригодным для очистки морской воды.

Энергия опреснения воды

Несмотря на инновационные усовершенствования опреснения, потребности в энергии все еще огромны. Уровень развития для опреснения воды все еще требуется от 7 до 30 кВт-ч энергии на 1000 галлонов опресненная вода. [3] Требуемая энергия может значительно варьироваться в зависимости от на тип используемого опреснения, а также начальное содержание соли вода.Таким образом, для опреснения 12 миллиардов галлонов воды в день, мир потребляет не менее 84 миллионов кВт-ч энергии; фактическое число вероятно, значительно выше, так как многие растения используют более старые технологии, которые требует больше энергии на 1000 галлонов очищенной воды. С галлона бензина содержит около 33 кВт-ч, в мире используется эквивалент по крайней мере 2,5 миллиона галлонов бензина в день для опреснения воды. [4]

Заключение

Поскольку население мира продолжает расти, существующие водоснабжение будет становиться все более недостаточным.Как все больше и больше вода необходима для удовлетворения потребностей человечества, опреснения морской воды станет все более важным источником полезной воды. любой комплексный план по энергопотреблению или экологическому воздействию человечества должен учитывать эффект опреснения воды; ответственное развитие требует внимания к наиболее энергоэффективным методам очистки вода.

© Том Париз. Автор дает разрешение на копировать, распространять и показывать эту работу в неизмененном виде, с указание автора, только в некоммерческих целях.Все остальные Права, включая коммерческие права, сохраняются за автором.

Список литературы

[1] М. А. Шаретт и В. Х. Ф. Смит. «Объем Океан Земли, “Океанография” 23 , 112 (2010).

[2] К. Кранхольд, “Вода, Вода, Везде, “Wall Street Journal, 17 января 08.

[3] S.V. Veerapaneni et al. , “Сокращение энергии Расход на опреснение морской воды, “Дж.Am. Водопроводный завод 99 , 95 (2007).

[4] Ю. Чунг, Введение в материаловедение и Engineering (Taylor & Francis, 2007).