Способы опреснения морской воды: Методы опреснения морской воды — интересные обзоры — Magicwaters

Содержание

Методы опреснения морской воды — интересные обзоры — Magicwaters

Во всем мире все острее ощущается проблема нехватки пресной воды. И речь идет не только о качественной питьевой воде, а о пресной воде вообще, в том числе технической. Ведь для использования воды в технических целях (полив, мойка автомашин, домов и улиц, слив в домах, отопление и прочее, прочее, прочее) используется только пресная вода. Запасы пригодной для питья чистой воды убывают с катастрофической скоростью, и расходовать пресную воду на технические нужды — просто кощунство. Поэтому во всем мире быстро развивается индустрия опреснения соленой морской воды.

С нехваткой питьевой воды сталкивается не только жаркая-жаркая Африка, но и вполне благополучная Европа, на юге которой запасы пресной воды убывают в геометрической прогрессии. Богатейшие Арабские эмираты, купающиеся в нефти, испытывают нехватку воды. Промышленный гигант — Китай — не может обеспечить пресной водой приморские провинции. Гигантский остров Австралия имеет всего несколько пригодных для проживания людей регионов, все остальное — пустыня. И так далее, и тому подобное. Однако у этих стран есть выход к морю, который стал также и выходом из сложившейся ситуации. В который раз уже море помогает человечеству.

Опреснительные установки — энергоемкое производство, требующее колоссальных финансовых вложений. Тем не менее, в 2007 году более 50 млн м3 чистой воды было получено за счет опреснения.

Нашей стране, имеющей огромные запасы пресной воды, и неэффективно их расходующей, в скором времени тоже может грозить экологическая катастрофа, и опыт жарких засушливых стран может крайне пригодиться. Ведь морская граница России простирается на 38 807 км.

В настоящее время наиболее эффективными промышленными методами опреснения морской воды являются методы обратного осмоса, электродиализа, дистилляции, ионного обмена и вымораживания.

Напомним, что пресная вода должна содержать всего 1 г солей на 1 литр. Из соленой морской воды можно получить воду разной степени очистки (опреснения), используя тот или иной метод.

Метод обратного осмоса (международное обозначение — RO)

Этот метод основан на пропускании воды под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие молекулы воды, но задерживающие более крупные молекулы примесей.

Электродиализ (ED) работает на основе мембранного разделения, в котором ионы растворенного вещества переносятся через мембрану под действием электрического поля.

Дистилляция подразумевает под собой несколько методов, объединенных общим способом последовательного нагревания и фракционирования растворов.

Дистилляция мгновенным вскипанием (MSF) подразумевает испарение морской воды последовательно в нескольких камерах с постепенным снижением давления. Процесс останавливают, когда содержание солей в воде становится 1г на 1 литр.

Мембранная дистилляция (MD) используется при нагреве морской воды с одной стороны гидрофобной мембраны. Такая мембрана пропускает только водяной пар, который затем охлаждают и конденсируют.

Метод многоколонной дистилляции (MED) означает последовательное нагревание морской воды в колоннах, где образовавшийся пар идет на дальнейший нагрев в последующих колоннах.

Компрессионная дистилляция (MVC) также основана на нагреве морской воды в первой колонне, но с помощью частично сжатого пара. Такой способ позволяет уменьшить энергоемкость процесса, однако существенно сокращает объем дистиллируемого раствора, то есть не подходит для переработки больших объемов воды.

Морскую воду очищают и методом вымораживания (FP), охлаждая до кристаллизации влаги и выделяя кристаллы, из которых впоследствии получается пресная вода.

В настоящее время наиболее распространены промышленные дистилляционные установки и обратноосмотические фильтры очистки воды. Это связано с их большей экономической целесообразностью и легкостью регулировки процесса. Электродиализ и замораживание с ионообменом применяется значительно реже.

Возможно, в скором времени эти методы могут быть усовершенствованы или удешевлены, но, скорее всего, стоимость пресной воды возрастет настолько, что эти методы опреснения будут более экономически эффективны, чем закупка или добыча чистой пресной воды.

Методы и технологии опреснения воды

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

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

Что такое опреснение воды

Метод опреснения воды - это технологический процесс, в результате которого из жидкости удаляется большинство содержащихся солей. Такая процедура проводится для морской воды или грунтовой воды, с высокимсодержанием минеральных соединений.

После обработки в опреснителе морская вода может использоваться для бытовых и промышленных целей. В зависимости от назначения и химического состава различают такие виды очищенной воды:

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

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

Когда применяется технология по опреснению воды

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

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

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

Методы и способы опреснения воды

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

Обратный осмос - один из основных способов опреснения

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

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

Дистилляция - еще один способ опреснения воды

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

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

Ионообмен - эффективный способ опреснения воды

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

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

Электродиализ - еще один способ очистки морской воды

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

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

Опреснение морской воды с помощью вымораживания

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

Купить опреснитель на основе обратного осмоса можно в нашей компании

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

  1. Подходит для опреснения больших объемов воды.
  2. Простота эксплуатации - процесс автоматизирован и проходит без участия оператора.
  3. Отсутствие значительных энергетических затрат на работу установки.
  4. Возможность опреснения жидкости с высокой концентрацией солей.
  5. Высокое качество очистки - можно уловить до 98-99% примесей.

Большой выбор обратноосмотических установок для опреснения и фильтрации морской воды можно найти на нашем сайте. Специалисты нашей компании помогут правильно подобрать оборудование для конкретных нужд, а также окажут консультативную помощь. Оставьте заявку на нашем сайте, по телефону 8-499-391-39-59 или электронной почте [email protected]

Вывести на чистую воду: как работает система опреснения

Ни для кого не секрет, что на нашей планете больше воды, чем суши – свыше двух третей поверхности Земли покрыто водой. Но, пожалуй, для многих станет неожиданным тот факт, что менее трех процентов этого огромного количества воды является пресной. В некоторых засушливых регионах планеты приходится в буквальном смысле бороться за каждый литр воды. Сегодня в таких странах все чаще применяют промышленное опреснение. Для этого существуют различные современные методы, один из самых распространенных – обратный осмос. Именно так устроена новейшая система опреснения морских и океанических вод холдинга «Швабе». Рассказываем, как вода из соленой превращается в пресную.

Пресная вода: как капля в море

По подсчетам ученых, на Земле примерно 1,5 зетталитров воды. При этом запасы пресной воды составляют лишь 2,5% от этого объема. Более наглядно это можно изобразить так: если вся вода на нашей планете поместится в литровую банку, то только две столовые ложки воды из этой банки будут пресными. Из этого мизерного количества большая часть превратится в грунтовые воды, примерно четверть – в лед, а около двух капель станут пресной водой в реках и озерах. И вот это малое количество пресной воды нужно разделить на 8 млрд человек. Вместе с осознанием данного факта приходит понимание того, насколько важно подойти со всей ответственностью к использованию такого драгоценного ресурса.


Во многих развитых странах уже давно воспитывается культура экономии воды. Тем не менее сегодня в среднем каждый человек расходует около 100 литров ежедневно, а в некоторых странах, как, например, США, этот показатель достигает 500 литров. Конечно, речь идет не только о двух литрах воды в день для питья и воды для личной гигиены, большая часть потребления пресной воды приходится на производство продуктов питания. Кроме того, здесь учитываются и расходы на орошение. Сейчас все чаще растения не просто беспечно поливаются водой из шланга, постепенно внедряется система капельного орошения, когда точное количество воды подается для полива каждого саженца по отдельности.

Пока человечество переосмысливает подходы к использованию водных ресурсов, ситуацию с нехваткой чистой пресной воды осложняют и факторы, не зависящие от нас. В их числе и климатические изменения, повышение общей температуры Земли, а также различные природные катаклизмы. Осознавая все риски для источников пресной воды, человечество продолжает активную работу по поиску новых и более совершенных способов производства пресной воды.

Из соленой в пресную: от Аристотеля до наших дней

Уже сегодня для многих стран опреснение воды стало стратегической государственной программой, например для Израиля или ОАЭ. Ученые постоянно работают над совершенствованием способов, как сделать морскую воду пригодной для потребления.

На первый взгляд, эта задача не кажется сложной – всего лишь удалить 35 граммов соли из литра воды. Именно столько соли содержится в литре морской воды, а для питьевой эта величина не должна превышать одного грамма. Над этим задумывался еще Аристотель, пытаясь изобрести особые фильтры. В своих наблюдениях древнегреческий философ отмечал, что соленая морская вода, проходя через стенки воскового сосуда, опресняется. По сути, это были первые опыты с применением технологии обратного осмоса – этот метод найдет свое применение спустя более 2 тысяч лет, в середине XX века.

Кроме обратного осмоса, было придумано и множество других способов получить из морской воды опресненную, и даже в домашних условиях. Самый распространенный способ, который сегодня применяется не только путешественниками в экстремальных условиях, но и в промышленном опреснении, – дистилляция.


Опыт по дистилляции воды можно провести и в домашних условиях. Для этого достаточно разместить лист прозрачного пластика на чаше с соленой водой. Если поставить такую конструкцию под солнечные лучи, вода будет медленно испаряться. Образовавшийся в итоге конденсат на нижней стороне пластикового листа – это и есть пресная вода. Промышленные дистилляционные установки повторяют данный процесс в крупном масштабе, работая на электричестве, – дистилляция достаточно энергозатратна.

Сегодня применяется и множество других способов опреснения. Например, ионный обмен. Воду пропускают через фильтры из ионообменных смол – таким образом можно заменить ионы. К примеру, ионы натрия – на ионы водорода, а ионы хлора – на гидроксид-ионы. В итоге вместо NaCl (хлорид натрия, то есть та самая соль в морской воде) получается H2O. Это и есть опреснение. По такому принципу работают некоторые бытовые фильтры водопроводной воды. Недостаток данного метода – в его стоимости. Ионообменные системы – достаточно затратны, поэтому для опреснения морской воды их практически не используют.

На сегодняшний день один из самых современных методов опреснения, который нашел применение и в крупных опреснительных установках, и на обычной кухне, основан на явлении обратного осмоса.

Обратный осмос: как это работает

Перед тем как разобраться, что такое обратный осмос, нужно понять явление обычного осмоса. Прямой осмос – это баромембранный массообменный процесс. Простыми словами его можно описать следующим образом: молекулы растворителя под осмотическим давлением через мембрану переходят на сторону раствора и разбавляют его. Раствор увеличивается, в свою очередь, под ростом гидростатического давления. Процесс прекращается, когда статическое и осмотическое давления приходят в равновесие. Таким образом для этого процесса нужны раствор, растворитель, а также барьер – полупроницаемая мембрана.

Кстати, именно прямой осмос лежит в основе обменных процессов всех живых организмов на клеточном уровне – так «работают» водно-солевой обмен, получение питательных веществ, вывод продуктов жизнедеятельности. В природе роль полупроницаемой перегородки играет стенка клетки. По иронии именно из-за осмоса и нельзя пить морскую воду. Когда соленая вода попадает в пищеварительный тракт, осмос вытягивает воду из клеток, в итоге наступают обезвоживание и смерть.

Однако процесс осмоса – обратимый. Если солевой раствор будет находиться под высоким давлением, молекулы воды станут проходить через мембрану в обратном направлении – в сторону емкости с чистой водой. Таким образом, полупроницаемая мембрана действует как очень тонкий фильтр: чистая вода проходит, а в контейнере остается меньшее количество более концентрированного солевого раствора.


Именно такой принцип лежит в основе работы новой установки МО-140-М от холдинга «Швабе». Разработана она для опреснения воды с высокими концентрациями соли (до 59 г/л) и окисляемыми примесями, например нефтепродуктами и взвесями. В ходе очистки также устраняются бактерии, вирусы, запах, привкус, мутность, минимизируется количество железа и марганца.

Так что система на основе обратного осмоса не только поможет получить питьевую воду из морской воды, но и особо чистую воду для медицины, промышленности и других нужд. Обратный осмос считается более экономически выгодной альтернативой промышленной дистилляции, однако стоимость строительства одного такого крупного водоочистительного сооружения может достигать миллионов долларов. Эти установки все еще могут быть непосильны для некоторых регионов, где присутствует дефицит питьевой воды.


В таких случаях на помощь могут прийти более компактные варианты, такие как новая система от «Швабе». К тому же она существенно дешевле существующих аналогов – если брать минимальную рыночную цену на подобное оборудование, экономия составит почти 25%. Эта техника точно будет востребована в Крыму и в других южных регионах России, которые периодически сталкиваются с проблемами обмеления водохранилищ из-за сильной засухи и, как следствие, ограничением водоснабжения.

Разработке пророчат и хороший экспортный потенциал. Функционал установки позволяет применять ее для опреснения воды практически любого моря. Потенциальными экспортными рынками сбыта могут стать Южная Африка, страны Персидского залива – там потребность в подобном оборудовании действительно высока.

Опреснение морской воды, очистка, водоочистка

Нехватка пресной воды все больше ощущается во всем мире, даже в США и странах Европы. А в таких странах, как Израиль или Иран запасов пресной воды совершенно не хватает для нужд населения и производства. Существует мнение, что в конце концов человечество окажется перед необходимостью добычи пресной воды из вод мирового океана.

Опреснение морской воды – это процесс снижения уровня солей в воде. В нормальной морской воде содержание солей порядка 3,5 процентов, а в воде, которая пригодна для питья, этот уровень не должен превышать 0,05 процента. Также не стоит забывать, что после опреснения обязательно будет требоваться очистка воды от кальция и вредных составляющих, следовательно, необходимо использовать установки для водоочистки.

Водоочистка – серьезная задача при подготовке обычной пресной воды для использования человеком, а очистка опресненной воды - задача еще более сложная. Водоочистка морской воды сложна, потому что уровень содержащихся в морской воде микроорганизмов и их разнообразие гораздо выше, нежели в пресной воде. Более того, очистка морской воды еще осложняется тем, что в морской воде растворено гораздо больше химических соединений, чем в пресной и концентрация их гораздо выше. Все вышеперечисленное говорит о том, что водоочистка морской воды - процесс не менее сложный и важный, чем водоочистка пресной воды.

Решения BWT для обессоливания воды:

Существует несколько методов опреснения и последующей очистки морской воды. Одним из этих методов является метод дистилляции.

Дистилляция, или перегонка, основана на том, что вода - вещество летучее, а растворенные в ней соли - нелетучие. Морскую воду нагревают до температуры кипения, в результате чего образуется водяной пар, полученный пар забирается и охлаждается, в результате остается обычная вода. Но при использовании данного способа опреснения морской воды существуют несколько проблем, и самая основная проблема состоит в том, что при выпаривании соляной раствор, остающийся в дистилляторе, с каждым разом становится все более концентрированным. Это приводит к выходу из строя трубопроводов и самого дистиллятора, для решения этой проблемы используют многокамерные дистилляторы, а также часть опресненной воды сбрасывается с соляным раствором в море, а на ее место набирают новую порцию воды. Перед и после процесса дистилляции морская вода проходит процесс предварительной водоочистки.

Еще один способ опреснения морской воды и очистки ее от примесей является - установка обратного осмоса. При использовании данного метода водоочистка и опреснение воды происходит при помощи мембраны, проницаемой для воды и в тоже время непроницаемой для солей и иных примесей, растворенных в морской воде, при помощи системы водоочистки и водоподготовки. Недостатком данного метода очистки и опреснения морской воды является малое количество получаемой пресной воды. Проблема в том, что морскую воду необходимо подавать на мембрану под давлением для того чтобы через мембрану просачивалась чистая вода, а соли оставались на обратной стороне фильтра. Установка по опреснению и очистке морской воды обычно представляет собой множество тонких трубок, стенки которых выложены изнутри ацетатом целлюлозы, морская вода подается в трубки под давлением, достаточным для того чтобы пресная вода просачивалась через фильтр. Такое давление называется осмотическим, необходимо следить за тем, чтобы оно не превысило допустимые величины, иначе мембрана может порваться или начать пропускать соли, растворенные в морской воде.

Также существуют другие методы опреснения морской воды, например, метод заморозки. Метод основан на том, что при превращении морской воды в лед, соли, растворенные в ней, в лед не попадают.

Как говорилось ранее, уделяя особое внимание процессу опреснения морской воды, нельзя забывать об очистке уже полученной пресной воды. Водоподготовка полученной воды в большинстве своем не отличается от процесса фильтрации и очистки обычной воды. Для очистки воды применяются фильтры грубой очистки, тонкой очистки и фильтры химической и биологической водоочистки.

К сожалению, на данный момент пока все еще не существует достаточно дешевого и эффективного метода опреснения морской воды, способного обеспечить все более возрастающие потребности человечества в пресной воде. Применяемые в данный момент методы опреснения морской воды или неэффективны, или стоимость получаемого литра опресненной воды слишком велика для использования в промышленных масштабах.


Способы опреснения морской воды

Морская вода не подходит для питья, хозяйственных и промышленных целей. Когда появляется необходимость ее использования в разных сферах, производится очистка морской воды от соли при помощи различных способов: дистилляции, обратного осмоса, ионного обмена и т. д., которые позволяют снизить количество солей до 1 г/л.

Дистилляция

Этот процесс проходит в специальном опреснительном оборудовании. Во время перегонки вода частично испаряется, после чего пар переходит в стадию конденсации. Более летучие компоненты испаряются быстрее, чем менее летучие. После этого, первые (низкокипящие компоненты) переходят в дистиллят, а вторые (низкокипящие) – в кубовой остаток. Мембранная дистилляция подразумевает нагревание воды и пропуск через мембрану только пара, который после конденсируется в обычную пресную воду. Очистка морской воды может проходить при помощи обычной дистилляции и многостадийного метода. В нашем интернет-магазине вы можете заказать одноступенчатые и многоступенчатые установки для дистилляции, парокомпрессионное оборудование и другие товары.

Обратный осмос

Под сильным давлением вода проходит через мембрану, которая пропускает только молекулы воды, отсеивая не только примеси, но и соли. Благодаря этому, на выходе получается пресная вода. Так как системы обратного осмоса не только опресняют воду, но и смягчают, а также обеззараживают ее. Она подходит даже для употребления в пищу.

Сегодня используются и такие способы опреснения морской воды:

  • Электродиализ. Воду пропускают через камеру с электродами. На нужном из электродов катионы и анионы распределяются, что позволяет опреснить воду. Этот метод позволяет опреснять жидкости при практически любом диапазоне рабочих температур, так как используются термически стойкие мембраны.
  • Ионный обмен. В оборудовании, работающем по этому методу, используется катионобменная смола. Из нее высвобождаются ионы натрия, а на их место попадают ионы солей. Благодаря такому обмену, вода опресняется.
  • Газогидратный. При помощи углеродных газов из воды создаются клатратные соединения. Чтобы их получить, необходима определенная температура и давление. Замороженную воду обрабатывают газом, который образует гидраты, после чего формируются кристаллы. При их расплавлении остается только пресная вода.

Наша компания изготовит под заказ подходящие системы опреснения воды для различных нужд. Мы подберем и установим оборудование с подходящей мощностью и производительностью исходя из ваших целей.

Опреснение воды – долгосрочный и безопасный источник?

7 миллиардов людей и миллионы других живых существ населяют нашу планету, и все они ежедневно нуждаются в питьевой воде. Запасов пресной воды на Земле уже недостаточно, и ее источников становится все меньше, поэтому многие страны ищут возможности получать питьевую воду другими способами.


Известно, что наша планета покрыта огромными океанами, непригодными для питья. Эта вода давно уже изучается на предмет опреснения – пополнения запасов пресной воды путем очистки от солей и прочих примесей. В проблеме занято большое количество заинтересованных сторон, включая политиков и бизнесменов. Интерес к процессу опреснения родился еще в восемнадцатом веке – когда мореплаватели искали способ добывать на море пресную воду из соленой, непригодной для питья воды морской. Однако, лишь в 60-х годах прошлого века проблема получила официальное признание в Соединенных Штатах Америки, где было создано Управление соленой воды.

В наше время по всему миру уже работает более 13000 установок по добыванию питьевой воды из морских глубин, производя не менее 12 миллиардов галлонов воды каждый день. Таковы данные Международной ассоциации деминерализации. Компания «LUX Research» представила официальный доклад, в котором отмечается, что при прогнозируемом увеличении численности населения к 2050 году более чем на 50%, необходимо увеличить количество опресняемой воды по крайней мере в 3 раза по отношению к 2020 году. Причем, в ближайшие 10 лет количество опресняемой воды должно быть увеличено на 9,5%.

Затраты на опреснение

Казалось бы, опреснение морской и солоноватой воды могло бы стать одним из наиболее явных решений в области получения питьевой воды в мировом масштабе. Однако, существуют и мнения, которые утверждают, что океаническая вода не является идеальным источником пресных запасов – человечество сталкивается с определенными сложностями, в частности, со значительной дороговизной этого метода.

По данным компании Food & Water Watch, стоимость опреснения морской воды в три раза выше, чем производство воды более привычными нам способами. Необходимы серьезные материальные затраты на электричество и подачу воды, хотя бы для того, чтобы опреснение не приносило значимых убытков, требуются также значительные расходы на эксплуатацию и большие авансовые вложения. Таким образом, опреснение оказывается недешевым способом раздобыть питьевую воду, и этот факт не может не повлиять на развитие метода опреснения во всем мире. 

Единственным местом, где дороговизна опреснения воды не вызывает затруднений, является Ближний Восток. С одной стороны, потребность арабских стран в питьевой воде постоянно растет благодаря естественному росту населения, быстрой урбанизации ближневосточных стран и истощению других источников воды. Об этом, в частности, поведал корреспондентам «Arab News» предприниматель из Саудовской Аравии Адиль Пушнак. С другой, регион имеет невероятные доходы от продажи нефти, и вполне может себе позволить тратить до 18 миллиардов долларов каждый день – только на опресняющие установки. Одна только Саудовская Аравия потребляет 30 процентов мировых запасов опресненной воды, до 70% всей своей пресной воды это ближневосточное государство получает именно из опресняющих установок, сообщает Water.net. 

В то же время, дороговизна процесса опреснения воды подвергается сомнению многими сторонниками этого метода. Опресненная вода становится все дешевле относительно доставки воды в засушливые регионы. Так, в конце прошлого века вода, доставляемая в Южную Калифорнию, обходилась в 30 раз дешевле, чем опресненная, сейчас разница затрат составляет всего лишь 2 раза. Есть данные о том, что очищение воды способом обратного осмоса (при котором вода пропускается через мембрану при высоком давлении) обходится дешевле, чем дистиллированная вода в определенных местах США. И все же, справедливости ради, надо отметить, что конкуренция цен пока еще далеко не в пользу методов опреснения морской воды – традиционные способы добывания питьевой воды выигрывают это соревнование.
По данным Американской Ассоциации мембранных технологий, затраты на традиционные способы получения воды составляют от 0,9 до 2,5 долларов США на тысячу галлонов, при опреснении слегка солоноватой воды они возрастают до 1,5-3 долларов США на аналогичный объем. При опреснении морской воды расходы уже составляют 3-8 долларов на тысячу галлонов получаемой воды. Ассоциация также опасается того, что опреснительные установки по всей стране окажутся под контролем частных компаний – с учетом растущей потребности в чистой питьевой воде, это вполне вероятное развитие событий.
При анализе средней стоимости коммунального обслуживания в Калифорнии, Иллинойсе, штатах Нью-Йорк и Висконсин с учетом частных и государственных компаний, предоставляющих соответствующие услуги, было обнаружено, что частные коммунальщики заметно завышают свои тарифы, по сравнению с государственными компаниями. Разница составляла от 13 до 50%. Другой пример: Стамфордская компания из штата Коннектикут построила во Флориде большой завод, предназначенный для опреснения воды, затраты на который составили порядка 158 миллионов долларов. Тем не менее, после завершения строительства, завод не был запущен. Он начал функционировать только тогда, когда был включен в проект «Посейдон», при участии Управления водных ресурсов. 

Перспективы метода: дальнейшее развитие

Для того, чтобы минимизировать негативное влияние выбросов углекислого газа, сопутствующих работе установок, профильные компании и научные институты ищут способы задействовать независимые от углерода источники получения энергии для опреснения воды. Другими словами, существует возможность создания опреснительных установок, работающих на возобновляемых ресурсах. 

В качестве примера можно привести проект завода по опреснению морской воды, который разработан Центром науки и техники имени короля Абдель Азиза в сотрудничестве с компанией IBM. Завод планируется построить в Саудовской Аравии, предполагается, что он будет работать на солнечной энергии. В то же время, Массачусетский технологический институт совместно с Южнокорейским университетом науки и технологии создали электронное устройство, предназначенное для отражения солей от мембран в установках обратного осмоса. Эта технология уже сейчас позволяет производить в час примерно 15 литров воды – таким образом, могут быть удовлетворены потребности в воде целого небольшого поселения. 

Нехватка пресной воды в засушливых регионах  - серьезная проблема, которую необходимо решать совместными усилиями экспертов и политиков. По прогнозам Всемирной организации здравоохранения, уже к 2050 году острая нехватка питьевой воды станет актуальной для 2/3 жителей Земли. Однако, опреснение – не единственный способ решить задачу. В докладе Национального исследовательского управления говорится о том, что гораздо дешевле и эффективнее перераспределять уже имеющиеся ресурсы, нежели опреснять морскую воду. В поддержку этого доклада предоставлены данные многочисленных исследований, касающихся альтернативных способов решения проблемы водоснабжения, при более низких затратах и более высокой безопасности проведения работ.   
Председатель компании «Watec Israel» Буки Орен, в частности, считает, что наиболее перспективным направлением в решении проблемы питьевой воды является сохранение уже имеющихся источников. Ежедневная экономия воды на уровне отдельно взятого человека уже является серьезным вкладом в сохранение запасов питьевой воды на Земле. Проблема питьевой воды может быть решена человечеством, если оно возьмет на себя необходимую ответственность за эту ситуацию.

Опреснение морской воды — способы, установки и проблемы

Начнем с определения терминологии. Итак, что же такое опреснение морской воды и зачем это нужно? Это процесс, заключающийся в удалении из воды различных солей, дабы ее можно было пить или использовать для решения некоторых технических задач.

В море обычно содержится 3,5% солей, тогда как солевая концентрация в водопроводной воде, например, в США всего лишь 0,05%. Высокая концентрация нелетучих твердых веществ, растворенных в морской воде, исключает возможность ее использования в каких-либо целях.

Способы опреснения морской воды

Актуальные на сегодняшний день способы опреснения морской воды подразделяются на две группы:

  1. Без вмешательства в агрегатное состояние воды.
  2. Преобразование воды в газообразное или твердое состояние

Химическое опреснение морской воды

В соленую воду добавляют реагенты, которые соединяются с ионами солей, образовывая нерастворимые вещества. Для успешного завершения процесса объем реагентов обычно составляет около 5% от имеющегося объема воды. В качестве реагентов используют ионы бария и серебра.

Химическое опреснение применяется весьма редко из-за относительной дороговизны реагентов, больших временных затрат и ядовитости солей.

Электродиализ морской воды

Для электродиализа используются специальные активные диафрагмы. Их изготавливают из пластмассы, катионитовых или анионитовых смол и резиновых наполнителей.

Ванна, наполненная морской водой, ограничивается положительной и отрицательной диафрагмами. Самые главные камеры, предназначенные для опреснения, отделяются от остальных отсеков ионитовыми полупроницаемыми мембранами.

Ультрафильтрация или обратный осмос морской воды

Метод, также известный как «обратный осмос». Его суть состоит в оказании давления на раствор с той стороны мембраны, где соль не будет проникать вместе с водой.

Специальные обратноосмотические системы, имеющие производительность 4 кубических метра в сутки и оказывающие на соленую воду давление примерно 160 кгс/см₂, оснащены мембранами из ацетилцеллюлозы. С обратной стороны мембран находятся пористые плиты из бронзы, способные оказывать сопротивление сильному давлению.

Среди недостатков ультрафильтрации отмечаются короткий эксплуатационный срок мембран и внушительные размеры поверхности, предназначенные для фильтрации.

Вымораживание морской воды

Поскольку океанский и морской лед не содержит солей, этот способ опреснения является довольно распространенным. Ради более качественного опреснения замороженную морскую воду плавят при температуре 20 градусов: таящая вода вымывает соли изо льда гораздо тщательнее.

Этот метод отличается простотой и экономичностью, однако для вымораживания необходимо громоздкое и профессиональное оборудование.

Дистилляция или термическое опреснение морской воды

Термическое опреснение морской воды — самый популярный способ вывода солей из морской воды.

Суть процесса довольно проста: во время кипячения выходящий пар подвергается конденсации, вследствие чего получается опресненная вода (дистиллят).

Опреснительные установки

В продаже наиболее часто встречаются установки, работающие по принципу обратного осмоса. Они идеально подходят для обработки жидкости из любых источников: рек, озер, морей и т.д. Тем не менее производительность установки зависит от уровня солености и температуры воды, предполагаемой к обработке.

Опреснительные установки состоят из теплообменных устройств (водонагреватели, испарители, конденсаторы), насосов для циркуляции и дистилляции воды, трубопроводов для соленой и пресной воды, а также различных приборов для управления и слежения за работой.

Исходя из способа обессоливания, соответствующее оборудование разделяется на установки поверхностного и бесповерхностного типа. Помимо этого, они классифицируются по назначению (опреснительные, испарительные, комбинированные), типу теплоносителя (паровые, газовые, водяные, электрические), методу выработки тепла (компрессионные и ступенчатые) и условиям работы (автономные и неавтономные).

Катера и яхты малых габаритов, как правило, оснащаются опреснительными установками с системой рекуперации энергии, которые работают от напряжения 12/24 вольта. Подобное оборудование может выдавать примерно 100 литров обессоленной воды в час.

Коммерческие, промысловые и рабочие судна оборудуются более производительными опреснителями, производящими до 30.000 литров чистой воды в сутки. Такие установки часто эксплуатируются на нефтяных платформах, в курортных зонах и прибрежных поселениях.

Проблемы опреснения морской воды

Наиболее востребованная на текущий момент технология обратного осмоса требует существенных затрат на производство и эксплуатацию мембран, а также большие энергетические мощности для работы установок. К тому же после опреснения остается соляной раствор высокой концентрации, который зачастую возвращают в океан или море, тем самым повышая уровень солености воды. С каждым годом эти обстоятельства делают опреснение все более сложным и дорогостоящим занятием.

Помимо этого, около 2/3 запасов пресной воды в мире заморожены в ледниках и снежных покровах. Остальная часть находится в почве, откуда ее выкачивают настолько быстро, что природа просто не успевает восполнять потери.

В связи с этим прогнозируется рост дефицита пресной воды в мировом масштабе.

По оценкам экспертов, к 2030 году более двух миллиардов человек, вероятно, будут испытывать ее нехватку.Тем более что количество пресной воды, используемое жителями в разных странах, имеет радикальные различия.

Например, американцы ежедневно расходуют около 400 литров на человека, тогда как в ряде малоразвитых стран потребляется всего лишь 19 литров, а дома почти половины всего населения планеты и вовсе не имеют водопровода.Все эти проблемы вскоре заставят человечество обратить пристальное внимание на океаны как источник воды для последующего опреснения.

Методы опреснения для производства питьевой воды

Авторы: Джастин К. Мечелл и Брюс Лесикар

По мере увеличения численности населения и сокращения источников высококачественной пресной питьевой воды многие общины рассматривают возможность использования процессов опреснения для обеспечения пресной воды, когда другие источники и процедуры очистки являются неэкономичными или экологически безопасными.

Опреснение - это любой процесс, при котором из воды удаляются излишки солей и других минералов. В большинстве процессов опреснения поступающая вода обрабатывается и производятся два потока воды:

  • Очищенная пресная вода с низким содержанием солей и минералов
  • Концентрат или рассол, в котором концентрация солей и минералов выше, чем в исходной воде

В качестве питательной воды для процессов опреснения может использоваться морская или солоноватая вода.В солоноватой воде больше соли, чем в пресной, и меньше, чем в соленой. Обычно он встречается в устьях рек, которые являются низовьями рек, где они встречаются с морем, и водоносных горизонтах, которые являются хранилищами воды под землей.

Первая опреснительная установка в США была построена в 1961 году во Фрипорте, штат Техас. Он производил 1 миллион галлонов в день (мг / сут) с использованием процесса дистилляции с длинной вертикальной трубкой (LVT) для производства воды для города Фрипорт, штат Техас. По мере быстрого совершенствования технологий два других процесса - термический и мембранный - становятся жизнеспособными вариантами преобразования соленой воды в питьевую пресную воду.

Источники воды

На выбор исходной воды для подпитки опреснительных установок влияют несколько факторов: расположение установки по отношению к имеющимся источникам воды, место доставки очищенной воды, качество исходной воды, доступные варианты предварительной очистки и экологические последствия слива концентрата.

Морская вода

Морская вода попадает в опреснительную установку либо с поверхности воды, либо из-под морского дна.В прошлом опреснительные установки большой мощности использовали поверхностные водозаборы в открытом море.

Несмотря на то, что водозабор поверхностных вод может влиять на организмы в океане, проблемы, связанные с этим методом, могут быть сведены к минимуму или решены путем надлежащего проектирования водозабора, эксплуатации и технического обслуживания технологий. Эти технологии включают пассивные сита, сита с мелкой сеткой, сетчатые барьеры и системы управления поведением. Они предназначены для предотвращения или минимизации воздействия на окружающую среду на окружающую зону водозабора и для минимизации объема предварительной обработки, необходимой до того, как питательная вода попадет в системы первичной очистки.

Подземные водозаборы иногда возможны, если это позволяет геология места водозабора. Когда вода забирается из-под поверхности, процесс наносит меньший ущерб морской жизни. Однако, если геология участка неблагоприятна, подземный водозабор может нанести вред близлежащим пресноводным водоносным горизонтам. Методы подземного забора включают вертикальные пляжные колодцы, радиальные колодцы и инфильтрационные галереи.

Основным преимуществом использования подземного водозабора является то, что вода фильтруется естественным образом, когда она проходит через профиль почвы к водозабору.Эта фильтрация улучшает качество питательной воды, уменьшая потребность в предварительной обработке.

солоноватая вода

Солоноватоводная вода обычно используется в качестве источника для опреснительных установок. Обычно его берут из местных устьев рек или из скважин с солоноватой водой во внутренних водах. Поскольку она обычно содержит меньше соли и более низкую концентрацию взвешенных твердых частиц, чем морская вода, солоноватая вода требует меньшей предварительной обработки, что снижает общие производственные затраты. Однако недостатком является то, что удаление рассола из места опреснения воды на суше увеличивает стоимость и может вызвать экологические проблемы.

Технологии опреснения

В мире для опреснения в основном используются две технологии дистилляции: термическая дистилляция и мембранная дистилляция.

Технологии термической дистилляции широко используются на Ближнем Востоке, прежде всего потому, что запасы нефти региона позволяют снизить затраты на энергию. Три основных крупномасштабных термических процесса - это многоступенчатая мгновенная дистилляция (MSF), мультиэффектная дистилляция (MED) и парокомпрессионная дистилляция (VCD). Другой термический метод, солнечная дистилляция, обычно используется для очень малых объемов производства.

Технологии мембранной дистилляции в основном используются в США. Эти системы обрабатывают питательную воду, используя градиент давления для принудительной подачи воды через мембраны. Три основных мембранных процесса - это электродиализ (ED), обратный электродиализ (EDR) и обратный осмос (RO).

Тепловые технологии

Многоступенчатая флэш-дистилляция

Многоступенчатая флэш-дистилляция - это процесс, при котором поступающая солевая вода проходит через несколько камер (рис.1). В этих камерах вода нагревается и сжимается до высокой температуры и высокого давления. По мере того, как вода постепенно проходит через камеры, давление снижается, в результате чего вода быстро закипает. Пар, который представляет собой пресную воду, образуется в каждой камере в результате кипения, а затем конденсируется и собирается.

Многоступенчатая дистилляция

Многоступенчатая дистилляция использует те же принципы, что и процесс многоступенчатой ​​мгновенной дистилляции, за исключением того, что вместо использования нескольких камер в одном сосуде, MED использует последовательные сосуды (рис.2). Водяной пар, образующийся при кипении воды, конденсируется и собирается. Несколько сосудов делают процесс MED более эффективным.

Парокомпрессионная дистилляция

Парокомпрессионная дистилляция может функционировать независимо или использоваться в сочетании с другим процессом термической дистилляции. VCD использует тепло от сжатия пара для испарения питательной воды (рис. 3). Установки VCD обычно используются для производства пресной воды для малых и средних целей, таких как курорты, промышленность и нефтяные буровые площадки.

Солнечная дистилляция

Солнечное опреснение обычно используется для мелкомасштабных операций (рис. 4). Хотя конструкции установок для солнечной дистилляции сильно различаются, основные принципы остаются неизменными. Солнце дает энергию для испарения соленой воды. Водяной пар, образующийся в процессе испарения, затем конденсируется на прозрачном стекле или пластике и собирается в виде пресной воды в поддоне для конденсата. Покрытие используется как для передачи лучистой энергии, так и для конденсации водяного пара на его внутренней поверхности.Соль и неиспарившаяся вода, оставшиеся в тихом резервуаре, образуют солевой раствор, который необходимо соответствующим образом утилизировать.

Эта практика часто используется в засушливых регионах, где нет чистой пресной воды. Установки солнечной дистилляции производят разное количество пресной воды в зависимости от их конструкции и географического положения. Недавние испытания четырех конструкций солнечных батарей, проведенные Техасской службой поддержки AgriLife Extension Service в Колледж-Стейшн, штат Техас, показали, что у солнечной установки всего лишь 7.Площадь поверхности 5 квадратных футов может производить достаточно воды для выживания человека.

Мембранные технологии

Процесс мембранного опреснения использует физический барьер - мембрану - и движущую силу. Движущей силой может быть электрический потенциал, который используется при электродиализе или обратном электродиализе, или градиент давления, который используется при обратном осмосе.

Мембранные технологии часто требуют, чтобы вода подвергалась химической и физической обработке, чтобы ограничить засорение обломками и образованием накипи на поверхностях мембран.В таблице 1 (стр. 5) приведены основные характеристики мембранных процессов.

Электродиализ и обратный электродиализ

Мембраны, используемые при электродиализе и обращении электродиализа, сконструированы так, чтобы пропускать либо положительно, либо отрицательно заряженные ионы, но не то и другое вместе. Ионы - это атомы или молекулы, которые имеют общий положительный или отрицательный заряд. Четыре распространенные ионные молекулы в соленой воде - это натрий, хлорид, кальций и карбонат.

Электродиализ и реверсирование электродиализа используют движущую силу электрического потенциала для притяжения и перемещения различных катионов (положительно заряженные ионы) или анионов (отрицательно заряженные ионы) через проницаемую мембрану, производя пресную воду на другой стороне (рис.5).

Катионы притягиваются к отрицательному электроду, а анионы притягиваются к положительному электроду. Когда мембраны размещены таким образом, что одни пропускают только катионы, а другие пропускают только анионы, процесс может эффективно удалить компоненты из исходной воды, которые делают ее солевым раствором.

Процесс обратного электродиализа функционирует так же, как и процесс электродиализа; Единственное отличие состоит в том, что в обратном процессе полярность или заряд электродов периодически переключается.Такое реверсирование потока ионов помогает удалить с мембран накипь и другой мусор, что продлевает срок службы системы.

Обратный осмос

Обратный осмос использует градиент давления в качестве движущей силы для перемещения поступающей солевой воды под высоким давлением через мембрану, которая предотвращает прохождение ионов соли (рис. 6).

Существует несколько процессов мембранной обработки, включая обратный осмос, нанофильтрацию, ультрафильтрацию и микрофильтрацию.Размеры пор мембран различаются в зависимости от типа процесса (рис. 7).

Поскольку мембрана обратного осмоса имеет такие маленькие поры, исходная вода должна быть соответствующим образом обработана перед пропусканием через нее. Воду можно предварительно обработать химически, чтобы предотвратить биологический рост и образование накипи, и физически, чтобы удалить любые взвешенные твердые частицы.

Питательная вода под высоким давлением проходит через отдельные мембранные элементы. Спиральный мембранный элемент обратного осмоса сконструирован по концентрической спирали, что позволяет чередовать слои питательной воды и рассола, мембрану обратного осмоса и пористый водоноситель продукта (рис.8). Пористый водный носитель продукта позволяет свежей воде течь в центр мембранного элемента и собираться в трубке для воды продукта.

Чтобы каждый сосуд высокого давления мог обрабатывать больше воды, отдельные мембранные элементы соединяются последовательно (рис. 9). После того, как вода проходит через мембранные элементы внутри сосудов под давлением, она проходит доочистку. После очистки вода подготавливается к раздаче населению.

Варианты управления концентратом

Процессы термического и мембранного опреснения производят поток рассольной воды с высокой концентрацией солей и других минералов или химикатов, которые были либо удалены в процессе опреснения, либо добавлены для предварительной обработки питательной воды.Для всех процессов рассол необходимо утилизировать экономичным и экологически безопасным способом.

Варианты сброса рассола включают сброс в океан, закачку через скважину в соленый водоносный горизонт и испарение. У каждого варианта есть свои достоинства и недостатки. Во всех случаях рассольная вода должна иметь минимальное воздействие на окружающие водоемы или водоносные горизонты. Конкретные соображения относительно качества воды включают концентрацию солевого раствора, температуру воды, концентрацию растворенного кислорода и любые компоненты, добавленные в качестве предварительной обработки.

Сводка

По мере того, как ресурсы высококачественной пресной воды сокращаются, все больше сообществ будут рассматривать возможность опреснения солоноватой и соленой воды для производства питьевой воды. Все технологии опреснения имеют преимущества и недостатки, основанные на ограничениях и требованиях, присущих конкретным объектам. Мелкомасштабное опреснение солоноватой воды с использованием солнечных дистилляторов является многообещающим методом в удаленных местах, где нет качественной воды для питья и приготовления пищи. Для более широкого внедрения процессы опреснения нуждаются в технологических усовершенствованиях и повышении энергоэффективности.

Список литературы

Buros, О. К., Азбука опреснения, Международная ассоциация опреснения. Топсфилд, Массачусетс. 1990.

Кришна, Хари Дж., Введение в технологии опреснения, Совет по развитию водных ресурсов Техаса. 2004 г.

Меткалф и Эдди, Очистка сточных вод: очистка и повторное использование. McGraw-Hill, Inc., Нью-Йорк. 2003.

Панкрац, Том, Тенденции в технологии опреснения, Ch3M Hill, Inc. 2004.

Загрузите версию для печати: Методы опреснения для производства питьевой воды

У вас есть вопросы или вам нужно связаться со специалистом?

Свяжитесь с офисом вашего округа

Как работает опреснение?

Опреснение - это процесс получения пресной воды из морской воды (30-44 грамма соли на литр) или солоноватой воды из устьев рек (менее соленой).Эти источники неисчерпаемы - они составляют почти 98% доступной воды на Земле, - но опреснение стоит дорого и требует гораздо больше энергии, чем очистка сточных вод, поверхностных или грунтовых вод.
Существует три основных метода опреснения морской воды. Иногда они используются в сочетании друг с другом.

Термическая дистилляция - самый старый и простой метод. Морская вода, забираемая из моря или океана, фильтруется для удаления более крупных примесей.Затем его нагревают для образования пара в сосуде, в котором собираются соли. Впоследствии пар конденсируется и превращается в жидкость, не содержащую минералов.

1% : процент питьевой воды в мире, получаемой в результате опреснения морской воды.

Морская вода тщательно фильтруется через несколько слоев песка или древесного угля. Древесный уголь - это углерод, образующийся при пиролизе древесины в отсутствие кислорода ... для удаления микроводорослей и взвешенных частиц, оставляя после себя только соли.Затем вода подается под высоким давлением (от 50 до 80 бар) через очень тонкую полупроницаемую мембрану, размер пор которой составляет одну миллионную миллиметра. Мембранный барьер пропускает молекулы воды, но задерживает соль. Этот метод называется обратным осмосом 1 . Мембраны заключены в цилиндры, расположенные рядом. Крупнейшая в мире установка обратного осмоса находится в Израиле. Он имеет почти 50 000 мембран и производит 600 000 кубометров воды ежедневно. На каждые два литра морской воды обратный осмос производит один литр пресной воды и один литр рассола, концентрация соли в которых в два-три раза больше, чем в исходной воде.Рассол сбрасывается в море. Как в процессах термической дистилляции, так и в процессах обратного осмоса, в опресненную воду добавляют минералы (кальций, магний, калий и т. Д.), Чтобы сделать ее пригодной для употребления.

Электродиализ - это мембранный процесс, в котором для фильтрации соли используется электрическое поле. Он потребляет очень мало энергии, но ограничивается очисткой воды с низкой соленостью.

Соль можно удалить из морской воды путем испарения и конденсации воды или проталкивания воды через сверхтонкую мембрану, которая не пропускает соль.


Энергозатраты на опреснение

По этой причине дистилляция первоначально была принята в регионах с изобилием дешевой энергии, таких как богатые нефтью и газом страны Персидского залива. Опреснительные установки часто строятся близко к тепловой энергии. В физике мощность - это количество энергии, поставляемой системой в единицу времени. Проще говоря, мощность можно рассматривать как выход энергии ... растения, поскольку большое количество тепла В области статистической термодинамики сегодня тепло относится к передаче теплового возбуждения частиц, составляющих материю... необходимы для испарения морской воды. Отработанное тепло Подобно отработанной энергии, отработанное тепло - это тепло, выделение которого в процессе или при производстве продукта неизбежно ... образуется как побочный продукт при генерации электричества Форма энергии, возникающая в результате движения заряженных частиц (электронов) через проводник ... поэтому могут быть рекуперированы на опреснительной установке.

В обратном осмосе электричество требуется для работы насосов и компрессоров, которые втягивают и перемещают морскую воду через мембраны.Рост возобновляемой электроэнергии открыл новые возможности, о чем свидетельствует разработка опреснительных установок для комбинированных солнечных электростанций.

Стоимость литра опресненной воды

Будущее опреснителя во многом зависит от стоимости литра опресненной воды. Запуск крупномасштабной установки обратного осмоса, которая может обрабатывать несколько сотен тысяч кубометров воды в день, может снизить стоимость производства кубометра воды на 0 евро.От 40 до 0,80 евро. Но опреснение Установки такого размера требуют больших вложений, а вода почти вдвое дороже, чем та, которая производится традиционным способом очистки речной или озерной воды.

Можно построить системы меньшего масштаба, но стоимость воды выше. Институт солнечной энергии Юлиха в Германии разрабатывает небольшие опреснительные установки для удаленных деревень в засушливых регионах, которые используют солнечное тепло 2 . Они производят 10 кубометров пресной воды в день по цене 20 евро за кубометр (0 евро.20 за литр), что составляет почти 1,00 евро в день для семьи из восьми человек. Это все еще слишком дорого по местным меркам.

(1) При естественном осмосе чистая вода из разбавленного раствора протекает через мембрану на более соленую сторону до тех пор, пока концентрация соли на каждой стороне не станет одинаковой. В процессе опреснения требуется давление, чтобы протолкнуть соленую воду через мембрану в противоположном направлении.

(2) Прочтите статью Deutsche Welle - https: // www.dw.com/en/making-seawater-into-drinking-water-with-the-help-of-the-sun/a-39924334

Что такое опреснение? | IDE Technologies

Виды опреснения

Сегодня существует два основных типа технологий опреснения - мембранное (RO) и термическое (MED, MVC и MSF) опреснение. В опреснении с помощью обратного осмоса (RO) используется принцип осмоса для удаления соли и других примесей путем передачи воды через серию полупроницаемых мембран. При термическом опреснении используется тепло, часто отходящее тепло электростанций или нефтеперерабатывающих заводов, для испарения и конденсации воды для ее очистки.На самых современных опреснительных установках, таких как построенные IDE, вода проходит предварительную обработку, чтобы повысить эффективность установок.

Термическое опреснение VS обратный осмос

Технология опреснения

RO была первоначально разработана в конце 1950-х годов, а сейчас превратилась в ведущую технологию опреснения во всем мире. При обратном опреснении используется множество различных процессов, и при выборе подходящего решения для каждой ситуации в игру вступает множество факторов - качество исходной воды, желаемое количество и качество производимой воды, предварительная обработка, потребности в энергии и утилизация. концентрата.

RO может удалять многие типы молекул и ионов, что делает его пригодным для питьевого и промышленного использования. При стандартном осмосе растворитель (например, вода) естественным образом перемещается из области с низкой концентрацией растворенного вещества через мембрану в область с высокой концентрацией растворенного вещества. Движение чистого растворителя снижает свободную энергию системы за счет выравнивания концентраций растворенных веществ на каждой стороне мембраны, создавая осмотическое давление. Приложение внешнего давления для изменения естественного потока растворителя называется обратным осмосом.Чтобы создать чистую воду с помощью этого процесса, морская вода или солоноватая вода под давлением к одной поверхности мембраны, заставляя обедненную солью воду перемещаться по мембране, высвобождая чистую воду со стороны низкого давления.

Термическое опреснение имитирует естественный процесс круговорота воды - испарение из океана, накопление в атмосфере, конденсацию в виде дождя или снега и сбор. Поскольку тепло имеет жизненно важное значение для термического опреснения, этот процесс часто связывают с электростанциями и нефтеперерабатывающими заводами, использующими отходящее тепло.Существует три основных типа термического опреснения - сжатие пара (VC), многоступенчатая дистилляция (MED) и многоступенчатая мгновенная дистилляция (MSF).

IDE разрабатывает и предоставляет уникальные технологии MED и MVC для опреснения.
При дистилляции MED вода кипятится в последовательные стадии (или «эффекты»), каждая при более низкой температуре, чтобы уменьшить количество необходимой энергии, при этом в процессе кипения / конденсации получается чистая вода. Этот процесс является наиболее энергоэффективным из тепловых процессов, исключает необходимость предварительной обработки и допускает колебания качества морской воды.Он очень надежен, прост в эксплуатации и не требует больших затрат на техническое обслуживание. Можно использовать практически любой источник тепла, поэтому его легко адаптировать.

При дистилляции VC, когда тепло передается сжатым паром, вода испаряется и собирается, в то время как тепло возвращается обратно в оставшуюся питательную воду. Сжатие пара обычно осуществляется механическими средствами, обычно с электрическим приводом (механическое сжатие пара). Это также очень надежно и просто в эксплуатации.

С растущим спросом на пресную воду в сочетании с ростом стоимости традиционных источников пресной воды и новыми, более строгими правилами качества питьевой воды, опреснение становится все более практичным и экономичным.IDE лидирует в этой отрасли по мере ее роста и играет важную роль в будущем развитии жизни на Земле.

методов опреснения | Sciencing

Первичные методы опреснения или удаления соли из воды включают термические процессы, такие как дистилляция, и мембранные процессы, такие как обратный осмос и электродиализ.

Функция опреснения

Опреснение - это процесс удаления солей из морской воды для получения очищенной воды для промышленности, орошения и питья.

Значение опреснения

Только 1 процент воды на Земле - это жидкая пресная вода; 97 процентов имеющихся водных ресурсов загрязнены солью. Это делает опреснение важным компонентом усилий по решению проблемы нехватки воды, особенно в густонаселенных прибрежных регионах.

Типы термического опреснения

Методы термического опреснения включают паровую дистилляцию, многоступенчатую дистилляцию и многократную дистилляцию. Термические методы опреснения кипятят воду и собирают очищенный водяной пар.

Типы мембранного опреснения

Мембранные методы опреснения включают обратный осмос и электродиализ. Мембранные процессы используют избирательную проницаемость для разделения солей и воды.

Другие типы опреснения

Другие методы опреснения включают замораживание, солнечное осушение и мембранную дистилляцию (сочетание термического и мембранного методов).

Соображения при выборе метода опреснения

Термические методы требуют больших затрат энергии для нагрева воды.Мембранные методы опреснения требуют энергии для механических процессов. Обратный осмос является наиболее экономичным во многих областях применения. Другие соображения включают требуемую степень чистоты, масштабы производства и стоимость предварительной химической обработки.

Опреснение морской воды | Центр и сеть климатических технологий

Более 97% воды на Земле непригодны для потребления человеком из-за ее солености. Подавляющее большинство (около 99%) этой воды составляет морская вода, а большая часть оставшейся части - это соленые подземные воды (Геологическая служба США, 2010 г.).Очистка этой соленой воды обещает почти неограниченные водные ресурсы для человеческих цивилизаций в прибрежных регионах. Однако очистка морской воды является дорогостоящей, энергоемкой и часто оказывает серьезное неблагоприятное воздействие на экосистемы. Несмотря на эти недостатки, опреснение может быть подходящим технологическим выбором в определенных условиях. Технологические достижения продолжают снижать экономические и экологические издержки опреснения (ВОЗ, 2007).

Технологическая зрелость: Применяется немедленно (в Японии уже работают десятки опреснительных установок)

Удовлетворенные потребности: необходимость уменьшения воздействия засухи в районах, которые могут испытывать засуху из-за изменения климата.Потребности особенно высоки на малых островах и других местах с ограниченными ресурсами пресной воды.

Эффекты адаптации: обеспечение водных ресурсов для борьбы с засухой в результате изменения климата

Соответствующая техническая поддержка CTCN

Обзор и особенности

Существует три метода опреснения:

  • Испарение: метод получения пресной воды путем конденсации пара, образующегося при испарении морской воды.
  • Обратный осмос: метод получения пресной воды путем фильтрации морской воды под давлением с использованием полупроницаемой мембраны, через которую морская вода не может пройти.
  • Электродиализ: метод получения пресной воды с использованием специальной мембраны, которая может разделять морскую воду на разбавитель и концентрат, а затем извлекать пресную воду из разбавителя. Это на стадии экспериментальных исследований.

Опреснительные установки внедряются на Ближнем Востоке и в Средиземноморье, и, в частности, быстро распространяется метод обратного осмоса.

Система опреснения обратным осмосом

Источник: Управление водоснабжения района Фукуока

Описание

Опреснение морской воды - это процесс удаления соли и других компонентов для получения чистой воды.Примерно 75 миллионов человек во всем мире полагаются на опреснение, и ожидается, что это число будет расти, поскольку ресурсы пресной воды подвергаются стрессу из-за роста населения, а еще миллионы людей переезжают в прибрежные города с недостаточными ресурсами пресной воды (Khawaji et al., 2008). Опреснение наиболее широко применяется в засушливых регионах; более половины мировых мощностей (объема) по опреснению воды находится на Ближнем Востоке и в Северной Африке. Морская вода составляет более 50% всех источников опреснительной воды во всем мире. Однако по состоянию на 2005 год в США только 7% опреснительных заводов использовали морскую воду.Солоноватоводные воды составляли большую часть исходных вод для опреснения, а большую часть оставшейся части составляли речные и сточные воды (Gleick et al., 2006).

В результате опреснения образуются два потока воды: (1) чистая вода-продукт и (2) поток высококонцентрированных отходов или рассола. Основные методы опреснения делятся на две категории: термические процессы (рис. 1) и мембранные процессы (рис. 2). При термической обработке используется тепло для испарения воды, оставляя растворенные соли или поток отходов и отделяя его от чистой воды.В мембранных процессах используется обратный осмос и высокое давление, чтобы пропустить соленую воду через очень мелкие пористые фильтры, которые задерживают соли, оставляя чистую воду на одной стороне мембраны и поток отходов на другой стороне. Поскольку большая часть земных вод находится в морях и океанах, опреснение дает прибрежным общинам возможность получить доступ к практически неограниченным источникам пресной воды. Кроме того, методы опреснения могут использоваться для очистки солоноватой воды в районах с проникновением морской воды.В свете адаптации к изменению климата это также важный ресурс для районов, где существующие ресурсы пресной воды больше не могут поддерживать местное население или быть восстановлены для удовлетворения потребностей в пресной воде.


В процессах термического опреснения обычно используется тепло для испарения воды, оставляя после себя растворенные компоненты. Затем водяной пар конденсируется и собирается как полученная вода. Дистилляция - это самый простой из этих термических процессов, и энергоэффективность этого простого процесса значительно улучшена (Foundation for Water Research, 2006).Наиболее распространенным процессом термического опреснения сегодня является многоступенчатая мгновенная дистилляция (MSF); в 2005 году на долю MSF приходилось 36% опреснительных вод во всем мире (рис. 3). MSF повышает энергоэффективность простой дистилляции за счет использования ряда камер низкого давления, рециркуляции отработанного тепла и, в некоторых случаях, может работать с еще большей эффективностью за счет использования отработанного тепла от соседней электростанции. Многоступенчатое испарение (MEE) (также известное как многократная дистилляция) - это еще один термический процесс, в котором используются камеры низкого давления; в MEE можно добиться гораздо большей эффективности, чем в MSF.Однако MEE не так популярен (см. Рисунок 3), потому что ранние разработки страдали от отложений минералов. Новые конструкции уменьшили образование отложений минералов, и MEE становится все популярнее (Khawaji et al., 2008; Miller, 2003). Для небольших операций с объемом около 3000 м3 / день подходящим вариантом термической дистилляции может быть парокомпрессионная дистилляция (VCD). VCD - это технически простой, надежный и эффективный процесс, популярный на курортах, в промышленности и на рабочих местах, где нет достаточного количества пресной воды (Miller, 2003).

В процессах мембранного опреснения используется высокое давление, чтобы проталкивать молекулы воды через очень маленькие поры (отверстия), в то же время удерживая соли и другие более крупные молекулы. Обратный осмос (RO) - это наиболее широко используемая технология мембранного опреснения, на которую в 2005 г. приходилось 46% мировых мощностей опреснения (рис. 3). Название процесса происходит от того факта, что давление используется для перемещения молекул воды через мембрану в направлении, противоположном тому, которое они могли бы естественным образом перемещать из-за осмотического давления.Поскольку необходимо преодолеть осмотическое давление, энергия, необходимая для перемещения молекул воды через мембрану, напрямую связана с концентрацией соли. Поэтому RO чаще всего использовался для солоноватых вод с более низким содержанием соли, и в 1999 году на его долю приходилось только 10% опреснения морской воды во всем мире (Khawaji et al., 2008). Однако энергоэффективность и экономика RO заметно улучшились с разработкой более прочных полимерных мембран, улучшением этапов предварительной обработки и внедрением устройств рекуперации энергии.Во многих случаях RO в настоящее время более экономичен, чем термические методы очистки морской воды (Miller, 2003; Greenlee et al., 2009).

Около 90% мировой емкости по опреснению обеспечивается четырьмя тепловыми и мембранными процессами, описанными выше. Другие процессы опреснения включают электродиализ, замораживание, солнечную дистилляцию, гибридные (термические / мембранные / энергетические) и другие новые технологии (рис. 3).

Электродиализ (ED) использует ток для удаления ионов из воды.В отличие от мембранных и термических процессов, описанных выше, ED не может использоваться для удаления незаряженных молекул из исходной воды (Miller, 2003). Также возможно опреснение воды путем замораживания при температуре немного ниже 0 ° C, но это включает сложные этапы разделения твердой и жидкой фаз и обычно не практикуется. Однако в холодном климате естественные циклы замораживания-оттаивания используются для очистки воды по ценам, конкурентоспособным с RO (Miller, 2003; Boyson et al., 1999). Интерес к сбору солнечной энергии привел к значительному прогрессу в процессах солнечной дистилляции.Гибридное опреснение, сочетающее тепловые и мембранные процессы и обычно работающее параллельно с электростанциями, является многообещающей новой технологией, которая была успешно реализована (Ludwig, 2004; Mahmed, 2005). Мембраны нанофильтрации (NF) не могут снизить соленость морской воды до питьевого уровня, но они использовались для очистки солоноватых вод. Мембраны NF являются популярным этапом предварительной обработки в сочетании с RO (Greenlee et al., 2009).

Прогресс в технологии опреснения является постепенным, что привело к постоянному повышению энергоэффективности, долговечности и сокращению эксплуатации и технического обслуживания многих технологий.Однако новые технологии в исследованиях и разработках потенциально могут привести к большим улучшениям. Эти новые технологии включают нанотрубки (Holt et al., 2006; Lawrence Livermore National Laboratory, 2006), усовершенствованные электродиализные мембраны (Sandia National Laboratories, 2010) и биомиметические мембраны (Gliozzi et al., 2002).

Опреснение морской воды наиболее эффективно, когда оно применяется в секторах водоснабжения с сильной водной политикой, четко определенными доступностью и спросом на водные ресурсы и сильным техническим опытом.Что касается бюджета и местного спроса на ресурсы пресной воды, существует несколько вариантов опреснительных установок, подходов к очистке воды и потенциальных источников энергии для опреснения (например, альтернативная энергия, такая как ветер). Характеристики соленой воды, такие как соленость, температура, общий уровень загрязнения и т. Д., Сильно влияют на выбор технологии. Например, мембранные процессы больше подходят для солоноватой воды, которая обычно имеет более низкую концентрацию солей. Предварительная обработка (e.грамм. микрофильтрация водорослей из морской воды) может потребоваться перед запуском процессов опреснения, а также передовых процессов осаждения для потока отходов (включая охлаждение, где это необходимо). Также необходимо ввести мониторинг и оценку воздействия на окружающую среду, в зависимости от размера завода и методов удаления отходов.

Преимущества техники

  • Опреснение может в значительной степени способствовать адаптации к изменению климата, в первую очередь за счет диверсификации водоснабжения и устойчивости к ухудшению качества воды.Диверсификация водоснабжения может обеспечить альтернативные или дополнительные источники воды, когда существующие водные ресурсы недостаточны по количеству или качеству. Технологии опреснения также обеспечивают устойчивость к ухудшению качества воды, поскольку они обычно позволяют производить очень чистую воду, даже из сильно загрязненных источников.
  • Повышение устойчивости к сокращению доступности пресной воды на душу населения является одной из ключевых задач адаптации к изменению климата. Как краткосрочная засуха, так и долгосрочные климатические тенденции уменьшения количества осадков могут привести к снижению доступности воды на душу населения.Эти климатические тенденции происходят параллельно с ростом населения, изменениями в землепользовании и истощением подземных вод; следовательно, вероятно быстрое сокращение доступности пресной воды на душу населения.
  • Доступ к достаточному количеству пресной воды для питья, домашнего, коммерческого и промышленного использования имеет важное значение для здоровья, благополучия и экономического развития (ВОЗ, 2007), а опреснение может обеспечить доступ к воде для потенциально нехватки воды или засушливых районов. Во многих случаях процессы опреснения могут обеспечить доступ к обильным соленым водам, которые ранее были непригодны для использования.
  • Обеспечивает безопасную питьевую воду за счет высокого качества выходящей воды. Он также может обеспечивать водой другие секторы, такие как отрасли, которым нужны источники очень чистой воды, такие как фармацевтика.

Недостатки техники

  • Основными недостатками существующих процессов опреснения являются затраты, потребность в энергии и воздействие на окружающую среду. Воздействие на окружающую среду включает удаление концентрированного потока отходов и воздействие их поступления и сброса на местные экосистемы.Более подробно они описаны в разделе «Препятствия на пути к реализации» (см. Ниже).
  • Несмотря на эти недостатки, широко ожидается, что использование опреснителя в 21 веке расширится, в первую очередь по двум причинам. Исследования и разработки будут продолжать делать опреснение менее энергоемким, более конкурентоспособным с финансовой точки зрения и более экологически безопасным. Растущий спрос: рост населения, экономическое развитие и урбанизация приводят к быстрому увеличению спроса на водоснабжение в прибрежных и других регионах, имеющих доступ к соленым водам.
  • Большие потребности в энергии текущих процессов опреснения будут способствовать выбросам парниковых газов и могут свести на нет усилия по смягчению последствий изменения климата.

Финансовые потребности и затраты

Недавно опубликованный обзор литературы о стоимости опреснения показал, что затраты очень сильно зависят от конкретного участка, а стоимость обработанного объема может широко варьироваться. Некоторые из факторов, которые, как сообщается, оказывают наибольшее влияние на стоимость 1 м3, включают: стоимость энергии, масштаб предприятия и содержание соли / TDS в исходной воде (Karagiannis and Soldatos, 2008).Очевидно, что капитальные затраты на строительство также являются важным фактором, но почти полностью зависят от конкретной площадки.

Стоимость мембранного опреснения резко снижается по мере уменьшения концентрации соли. Морская вода в среднем содержит около 35 000 мг / л TDS; солоноватоводные воды с концентрацией 1000–10 000 мг / л можно обработать гораздо дешевле (Greenlee et al., 2009). Затраты на опреснение солоноватой воды с использованием обратного осмоса обычно составляют от 0,26 до 0,54 долл. США / м3 для крупных заводов, производящих 5000-60 000 м3 / сутки, и намного выше (0 долл. США).78-1,33 / м3) для заводов производительностью менее 1000 м3 / сутки. Стоимость одного объема для RO морской воды, как сообщается, составляет 0,44–1,62 долл. США / м3 для заводов, производящих более 12 000 м3 / день (Карагианнис и Солдатос, 2008).

Термические методы (обычно используемые для опреснения морской воды) требуют такой же экономии за счет масштаба. Затраты на тепловые опреснительные установки составляли 2–2,60 долларов США / м3 для 1000–1200 м3 / день и 0,52–1,95 долларов США / м3 для установок, производящих более 12000 м3 / день (Karagiannis and Soldatos, 2008).

Стратегии адаптации к изменению климата должны учитывать не только будущие прогнозы климата, но и будущее технологическое развитие.Затраты, связанные с опреснением, продолжают постепенно снижаться по мере повышения технологической эффективности. Как упоминалось выше, также возможно, что будет разработана новая технология, которая значительно снизит затраты на опреснение.

___

Гибридные системы, использующие как испарение, так и обратный осмос, в последнее время привлекают большое внимание из-за низкой стоимости, которая сейчас составляет менее 0,5 доллара США / м3 производимой пресной воды. С другой стороны, высокие цены на нефть и ограниченные запасы металла могут увеличить эксплуатационные расходы и затраты на строительство, поэтому в будущем может быть сложно удержать стоимость добычи воды на низком уровне.

Проект по добыче воды Шукайк, Саудовская Аравия (завершен в 2010 г.)

Электростанция мощностью 850 000 кВт и объекты морской воды объемом 178 000 м3 / день были недавно построены в Шукайке (город недалеко от границы с Йеменом на берегу Красного моря), а в 2010 году начали поставлять продукцию Саудовской энергетической и водохозяйственной компании под 20 годовой контракт. Общая стоимость проекта: около 2 млрд долларов

Проект электроэнергетики и водоснабжения промышленного района Месайдо Проект по производству воды, Катар (завершен в 2010 году)

Это было новое строительство электростанции мощностью 2000 МВт в промышленном районе Месайдо недалеко от Дохи в Катаре.Общая стоимость проекта: около 2,3 млрд долларов

Институциональные и организационные требования

Отчет Всемирного банка по опреснению на Ближнем Востоке и в Центральной Азии включает главу о наращивании потенциала (DHV Water и BRL Ingénierie, 2004). Основные выявленные потребности включают несоответствие:

  • информация и оценка ресурсов данных, в частности, по опреснению
  • технические возможности
  • финансовых ресурсов, выделенных на исследования
  • национальная политика в области долгосрочного планирования и создания институциональной инфраструктуры для управления и эксплуатации опреснительных установок

Также подробно обсуждаются требования к обучению и формальному образованию в области опреснения.

До недавнего времени было мало информации об институциональных аспектах опреснения. Проект Всемирного банка помог определить ключевые институциональные вопросы, связанные с опреснением, и предоставить рекомендации по реализации. Эти вопросы включают в себя, как и когда опреснение должно быть включено в более широкую политику в области водных ресурсов, как интегрировать опреснение в энергетическую политику и совместное производство энергии, роль частного предприятия и как распределять опресненную воду и взимать плату за нее (ВОЗ, 2007) ( Всемирный банк, 2005; DHV Water и BRL Ingénierie, 2004).Многие рекомендации по развитию опреснения относятся к решению более широких проблем в водном секторе. Опреснение требует значительных экономических вложений; поэтому неэффективность, расточительство и низкий уровень равновесия в водном секторе могут усугубиться при внедрении опреснения (ВОЗ, 2007; DHV Water and BRL Ingénierie, 2004). Ключевые рекомендации для правительств, изучающих развитие опреснения, включают:

  • Разработка четкой водной политики с использованием подхода интегрированного управления водными ресурсами (ИУВР) для точного определения потенциала возобновляемых ресурсов пресной воды, спроса и потребления.Только после осознания достаточности традиционных водных ресурсов можно приступить к освоению нетрадиционных (например, соленых) водных ресурсов (DHV Water and BRL Ingénierie, 2004).
  • Осуществлять сбережение и управление спросом на воду во всех секторах. Ключевые методы включают сокращение не приносящей дохода воды в водопроводных системах, использование только ограниченных целевых субсидий и предотвращение загрязнения подземных вод (Всемирный банк, 2005; DHV Water and BRL Ingénierie, 2004).
  • Рассмотреть возможность опреснения воды в сочетании с другими нетрадиционными источниками воды, включая повторное использование очищенных сточных вод, ввоз воды через границы, сбор дождевой воды и микрозеркала (DHV Water and BRL Ingénierie, 2004).

Всемирный банк предостерегает тех, кто считает, что опреснение является панацеей: «Может быть предпочтительнее не заниматься опреснением в больших масштабах, если не будут устранены основные недостатки водного сектора ... опреснение должно оставаться последнее средство и должно применяться только после тщательного рассмотрения более дешевых альтернатив с точки зрения управления спросом и предложением »(World Bank, 2005).

Препятствия на пути внедрения

  • Воздействие концентрированного потока отходов на экосистемы и воздействие забора морской воды на водную флору и фауну;
  • Утилизация потока отходов, образующихся при опреснении воды, может иметь негативное воздействие на окружающую среду из-за высокой концентрации солей и следов химикатов, хотя эта ситуация улучшается с последними техническими достижениями
  • Методы опреснения относительно дороги и требуют большого количества энергии, хотя возможности использования возобновляемых источников энергии, таких как опреснительная муфта с солнечным или ветровым приводом, увеличиваются.
  • Развивающиеся страны, которые часто испытывают наибольшие потребности в пресной воде, могут быть не в состоянии использовать опреснение, поскольку наилучшие возможности для его реализации находятся в хорошо управляемых секторах водоснабжения с политикой чистой воды
  • Оптимальное использование требует обучения, регулярного обслуживания и доступа к запасным частям, что может быть ограничивающим фактором в удаленных и небольших населенных пунктах

Воздействие опреснения на окружающую среду необходимо сопоставить с воздействием расширения использования источников пресной воды (например,грамм. истощение подземных вод, отвод поверхностных водотоков) (Gassan, 2007). Хотя вода, полученная в результате обратного осмоса, почти полностью чиста, возможно, что некоторые соединения, представляющие интерес, могут попасть в воду продукта; процессы предварительной или последующей обработки могут использоваться для устранения нескольких соединений, которые плохо удаляются обратным осмосом (например, бор). Описание процедур оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) проектов по опреснению воды на 20 страницах можно найти в руководящем документе Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ, 2007)

.

Ключевые вопросы для распространения этих технологий включают снижение стоимости производства пресной воды, стабилизацию производительности завода и установление простых процедур для эксплуатации, технического обслуживания и управления заводом.

Возможности реализации

Обеспечивая новые водные ресурсы, эти технологии могут сделать возможным стабильное водоснабжение домашних хозяйств и промышленности.

Опреснение позволяет коммунальным предприятиям во многих бедных с точки зрения воды районах получить доступ к почти неограниченным водным ресурсам. Однако, как вкратце обсуждается в разделе E, внедрение опреснения иногда может усугубить проблемы плохо функционирующего водного сектора (ВОЗ, 2007; Всемирный банк, 2005). Следовательно, наилучшие возможности для реализации находятся в водном секторе, который хорошо функционирует, с четко определенной водной политикой, хорошо охарактеризованной доступностью и спросом на водные ресурсы, техническими знаниями и относительно небольшими потерями и неэффективностью.Возможности для опреснения являются наибольшими, когда:

  • Ресурсы пресной воды недостаточны для удовлетворения спроса (дефицит воды или нехватка воды)
  • Он обеспечивает преимущества адаптации к изменению климата в районах с дефицитом воды за счет диверсификации источников воды и снижения нагрузки на источники пресной воды
  • Для мембранных систем доступен обильный источник солоноватой воды с низкой концентрацией соли / TDS; или, для тепловых систем, население находится на береговой линии с прилегающим сооружением (например,г., электростанция), выделяющая много отработанного тепла
  • Потребители выступают против повторного использования очищенных сточных вод
  • Технологические достижения постоянно снижают экономическое и экологическое воздействие опреснения
  • Он может обеспечить почти неограниченный запас воды, если будут применены устойчивые методы использования энергии и безопасный сброс.

Рекомендации по внедрению *

Технологическая зрелость: 3-4
Начальные инвестиции: 3-5
Операционные расходы: 3-5
Срок реализации: 2-3

* Этот краткий обзор технологии адаптации включает общую оценку четырех аспектов, связанных с внедрением технологии.Он представляет собой ориентировочную шкалу оценки от 1 до 5 следующим образом:
Технологическая зрелость: 1 - на ранних стадиях исследований и разработок, до 5 - полностью зрелая и широко используемая
Первоначальные инвестиции: 1 - очень низкие затраты, до 5 - очень высокие капиталовложения, необходимые для внедрения технологии
Операционные расходы: 1 - очень низкие / бесплатные, до 5 - очень высокие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание
Сроки внедрения: 1 - очень быстро внедрить и достичь желаемой мощности, до 5 - необходимы значительные временные вложения для установления и / или выхода на полную мощность

Эта оценка должна использоваться только в качестве указания и должна рассматриваться по сравнению с другими технологиями, включенными в это руководство.Более конкретные затраты и сроки должны быть определены в соответствии с конкретной технологией и географией.

Примеры

Случай 1. Техническое обслуживание электрических и трубопроводных систем оборудования для опреснения морской воды (Тувалу)

  • Тувалу имеет тропический морской климат, а в столице Фунафути годовое количество осадков составляет всего 3 000 мм. Поскольку остров формируется на коралловом рифе, стабильный источник воды находится в дефиците. Таким образом, жители полагаются на дождевую воду почти для всех своих бытовых нужд, а хроническая нехватка воды делает их уязвимыми перед длительными засухами.В результате поиск надежных источников воды помимо дождевой воды становится критической проблемой.
  • Исходя из этой ситуации, Япония предоставила завод по опреснению морской воды в рамках грантовой помощи для массовых проектов по обеспечению безопасности человека в виде пожертвования завода по опреснению морской воды (1999 г.) и Плана улучшения объектов водоснабжения острова Фунафути (2006 г.) в форме сотрудничества по предоставлению оборудования для стабильной подачи воды.
  • Однако в настоящее время электрическая панель управления и водозаборный насос не работают, а персонал бюро общественных работ, отвечающий за гидротехнические сооружения, и технические специалисты, включая персонал из частного сектора, испытывают трудности с ремонтом.По этой причине из Японии направляются технические специалисты для повышения квалификации персонала бюро общественных работ по надлежащему ремонту, техническому обслуживанию и эксплуатации установки по опреснению морской воды.

Дело 2. Завод по опреснению морской воды Уминонакамичи Ната (Управление водоснабжения района Фукуока)

  • Район Фукуока имеет ограниченное количество земель, пригодных для строительства плотин, и несколько крупных рек, а тенденция к снижению годового количества осадков приводит к частым засухам.Спрос на воду быстро увеличивался по мере урбанизации и роста населения, что создает проблемы в поиске новых водных ресурсов.
  • В этом контексте район Фукуока начал разработку опреснительных заводов в рамках усилий по удовлетворению своих потребностей в воде.

Случай 3. Система опреснения морской воды на основе дымовых газов (NTPC Simhadri & NETRA)

Пилотная установка опреснения морской воды на основе дымовых газов представляет собой инновационную низкоуглеродистую интенсивную систему опреснения.Это первое в своем роде растение в Индии. В этой установке отработанное тепло от дымовых газов электростанции, работающей на ископаемом топливе, используется для дистилляции морской воды вместо пара или электричества, как в обычных системах опреснения. Это доказательство концепции объекта. После того, как будут проверены различные элементы этой технологии и установлена ​​эффективность установки, эта система может быть воспроизведена с масштабированием или без него на других электростанциях.

Список литературы

  • Партнерство ЮНЕП-DHI - Опреснение морской воды
  • Бойсон, Дж.E., Harju, J.A., Rousseau, C., Solc, J., and Stepan, D.J. (1999) Оценка естественного процесса замораживания-оттаивания для опреснения грунтовых вод из водоносного горизонта Северной Дакоты для обеспечения водой Гранд-Форкс, Северная Дакота. Отчет № 23.
  • по программе Бюро мелиоративных технологий по очистке воды США.
  • Desalination.com (2012). Какие технологии используются ?.
  • DHV Water BV, Нидерланды, и BRL Ingénierie (2004) Опреснение морской и солоноватой воды на Ближнем Востоке, в Северной Африке и Центральной Азии: обзор ключевых проблем и опыта в шести странах.Отчет для Всемирного банка.
  • Filters Fast LLC (2005 г.). «Простое руководство по фильтрации воды».
  • Фонд исследований водных ресурсов (2006 г.) Обзор современных знаний: опреснение для водоснабжения. Марлоу, Великобритания.
  • Гассан, К. (2007). Пойдем за Green Desal. Международная ассоциация опреснителей IDA News. Июль / август 2007 г.
  • Глейк П.Х., Кули Х. и Вольф Г. (2006) С крупицей соли: обновленная информация об опреснении морской воды. в «Вода мира: 2006–2007 годы.Эд. автор: P.H. Глейк. Island Press. Вашингтон.
  • Глиоцци А., Релини А. и Чонг П.Г. (2002) Структура и свойства проницаемости биомиметических мембран болаформных тетраэфирных липидов архей. Журнал мембрановедения . Vol. 206: 131-147.
  • Гринли, Л.Ф., Лоулер, Д.Ф., Фриман, Б.Д., Маррот, Б., и Мулен, П. (2009) Обратное осмосное опреснение. Источники воды, технологии и сегодняшние проблемы. Water Research Vol. 43 (9): 2317-2348.
  • Хамед О.А. (2005) Обзор гибридных опреснительных систем - текущее состояние и перспективы на будущее. Опреснение Vol. 186: 207-214.
  • HCTI (2008). О обратном осмосе.
  • Holt, JK, Park, GH, Wang, Y., Stadermann, M., Artyukhin, AB, Grigoropoulos, CP, Noy, A., and Bakajin, O. (2006) Быстрый массоперенос через суб-2-нанометровый углерод Нанотрубки. Наука Том. 312: 1034-1037.
  • Карагианнис, I.C. и Soldatos, P.G. (2008) Литература по стоимости опреснения воды: обзор и оценка. Опреснение Vol. 223: 448-456.
  • Khawaji, A.D., Kutubkhanah, I.K. и Wie, J.M. (2008) Достижения в технологиях опреснения морской воды. Опреснение Vol. 221: 47–69.
  • Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса (2006) Пресс-релиз: мембраны нанотрубок предлагают возможность более дешевого опреснения.
  • Людвиг, Х. (2004) Гибридные системы опреснения морской воды - практические аспекты проектирования, текущее состояние и перспективы развития. Опреснение Vol.164: 1-18.
  • Миллер, Дж. Э. (2003) Обзор водных ресурсов и технологий опреснения. Сандийские национальные лаборатории. ПЕСОК 2003-0800. Альбукерке, США.
  • Sandia National Laboratories (2010) Мембранные технологии.
  • Геологическая служба США (2010) Распределение водных ресурсов Земли.
  • ВОЗ (2007) Опреснение для безопасного водоснабжения: Руководство по аспектам здоровья и окружающей среды, применимым к опреснению. Постоянная редакция. Всемирная организация здоровья. Женева.
  • Всемирный банк (2005 г.) Тенденции на рынке опреснения на Ближнем Востоке и в Центральной Азии (Проект № 012).Банк-Нидерланды Водный проект.
  • Kyowakiden Industry (английский) http://www.kyowa-kk.co.jp/english/index.html
  • Агентство водоснабжения района Фукуока (на английском языке) http://www.f-suiki.or.jp/english/index.php
  • Science Portal China (японский) (статья Мицуёси Хираи, Центр содействия повторному использованию воды) http://www.spc.jst.go.jp/hottopics/0907water/r0907_hirai.html
  • Информация о проекте JICA: Техническое обслуживание электрических и трубопроводных систем оборудования для опреснения морской воды (доступна английская версия) http: // gwweb.jica.go.jp/km/ProjectView.nsf/4f3700b697729bb649256bf300087

КОЛЛЕКЦИЯ: ClimateTechWiki и база данных технологий адаптации

Опреснение морской воды - Ключевые вопросы

Доступ к достаточному количеству воды для питьевого и бытового использования, а также для коммерческих и промышленных процессов имеет решающее значение для здоровья и благополучия. С ростом населения мира доступность ограниченного количества пресной воды уменьшается. Из 71% поверхности земли вода, 97.4% - морская вода и 2,6% - пресная вода.

С развитием технологий опреснения морская вода стала интересным источником воды для решения проблемы нехватки пресной воды. Этот процесс можно применять везде, где требуется надежный источник воды.

Морская вода также богата полезными ископаемыми, имеющими рыночный интерес. В связи с большим спросом на соль во многих географических районах, производство соли.

Наиболее широко применяемые и коммерчески доступные технологии опреснения морской воды можно разделить на два типа: мембранные процессы и термические процессы.

Обратный осмос (RO) и нанофильтрация (NF) в настоящее время являются ведущими решениями для опреснения морской воды. Достижения в ключевом оборудовании (мембраны, насосы, устройство рекуперации энергии) сделали процесс энергоэффективным, что привело к низким инвестиционным затратам (CAPEX) и низким эксплуатационным затратам (OPEX).

В настоящее время опреснение * стало очень доступным решением, позволяющим справиться с нехваткой пресной воды, как правило, в тропических районах, а также в прибрежных районах.

Основной процесс опреснения основан на мембранной технологии обратного осмоса, но сам по себе он не обеспечивает ни безопасную питьевую воду, ни эффективную установку.

Предварительная обработка включает в себя все необходимые этапы обработки перед установкой обратного осмоса. Это определяет срок службы растений и сводит к минимуму химическую очистку и замену мембран. Это оказывает прямое влияние на производительность завода.

Существует столько же типов мембран, сколько применений. Они варьируются от «высокого подавления» до «сверхнизкого энергопотребления» или «высокого подавления бора».

Процесс обратного осмоса также может быть построен с одним или двумя проходами, в зависимости от требований продукта к воде, солености и температуры морской воды.В большинстве случаев одного прохода достаточно для достижения стандартов ЕС для питьевой воды, особенно в отношении содержания бора (1 мг / л). Для достижения рекомендаций ВОЗ по содержанию бора (0,5 мг / л) может потребоваться второй проход (процесс удаления бора).

Устройство рекуперации энергии является ключевым фактором, определяющим затраты на электроэнергию предприятия. Его необходимо тщательно выбирать с учетом местных цен на энергию и экологической политики.

Для кондиционирования воды после мембранного процесса обратного осмоса, чтобы сделать ее пригодной для вашего применения, требуются этапы последующей обработки и / или полировки.

Удаление рассола может быть экологической и экономической проблемой в некоторых районах, где фауна и флора чувствительны к локальному увеличению солености морской воды. Удаление рассола следует изучать и проектировать в каждом конкретном случае.

Искусство опреснения состоит в том, чтобы определять и комбинировать доступные технологии для оптимизации затрат и качества воды.

Чтобы адаптировать наши опреснительные установки к вашим местным потребностям, мы предлагаем контейнерные мобильные установки от забора до раздачи с производительностью до 200 м3 / ч опресненной воды.

2.1 Опреснение обратным осмосом

Опреснение - это процесс разделения, используемый для снижения содержания растворенных солей в соленой воде до приемлемого уровня. Все процессы опреснения включают три жидких потока: соленую питательную воду (солоноватая вода или морская вода), вода с низким содержанием солей и концентрат с высокой степенью солености (рассол или сбросная вода).

Соленая питательная вода поступает из океанических или подземных источников.В процессе опреснения он разделяется на два выходных потока: поток воды с низким содержанием соли и потоки концентрата с высокой степенью солености. Использование опреснения преодолевает парадокс, с которым сталкиваются многие прибрежные общины, когда они имеют доступ к практически неисчерпаемым запасам соленой воды, но не имеют возможности ее использовать. Хотя некоторые вещества, растворенные в воде, такие как карбонат кальция, можно удалить с помощью химической обработки, для других распространенных компонентов, таких как хлорид натрия, требуются более технически сложные методы, известные под общим названием опреснение.В прошлом сложность и дороговизна удаления из воды различных растворенных солей делали соленую воду непрактичным источником питьевой воды. Однако, начиная с 1950-х годов, опреснение стало экономически целесообразным для обычного использования при определенных обстоятельствах.

Вода, полученная в процессе опреснения, обычно представляет собой воду с содержанием растворенных твердых веществ менее 500 мг / л, которая подходит для большинства бытовых, промышленных и сельскохозяйственных целей.

Побочным продуктом опреснения является рассол.Рассол - это концентрированный солевой раствор (с более чем 35 000 мг / л растворенных твердых веществ), который необходимо утилизировать, как правило, путем сброса в глубокие соленые водоносные горизонты или поверхностные воды с более высоким содержанием соли. Рассол также можно разбавить очищенными сточными водами и утилизировать путем распыления на поля для гольфа и / или другие открытые пространства.

Техническое описание

Существует два типа мембранных процессов, используемых для опреснения: обратный осмос (RO) и электродиализ (ED).Последний обычно не используется в Латинской Америке и Карибском бассейне. В процессе обратного осмоса вода из солевого раствора под давлением отделяется от растворенных солей, протекая через водопроницаемую мембрану. Пермеат (жидкость, протекающая через мембрану) стимулируется протеканием через мембрану за счет разницы давлений, создаваемой между водой, находящейся под давлением, и водой-продуктом, которая находится под давлением, близким к атмосферному. Оставшаяся питательная вода проходит через сторону давления реактора в виде рассола.Никакого нагрева или смены фаз не происходит. Основная потребность в энергии - для начального повышения давления питательной воды. Для опреснения солоноватой воды рабочее давление составляет от 250 до 400 фунтов на квадратный дюйм, а для опреснения морской воды - от 800 до 1000 фунтов на квадратный дюйм.

На практике питательная вода перекачивается в закрытый контейнер напротив мембраны, чтобы создать в ней давление. По мере прохождения воды через мембрану оставшаяся питательная вода и солевой раствор становятся все более и более концентрированными.Чтобы снизить концентрацию оставшихся растворенных солей, часть этого концентрированного раствора питательной воды и рассола отбирается из контейнера. Без этого разряда концентрация растворенных солей в питательной воде продолжала бы увеличиваться, что потребовало бы постоянно увеличивающихся затрат энергии для преодоления естественно повышенного осмотического давления.

Система обратного осмоса состоит из четырех основных компонентов / процессов: (1) предварительная обработка, (2) создание давления, (3) мембранное разделение и (4) стабилизация после обработки.На рисунке 16 показаны основные компоненты системы обратного осмоса.

Предварительная обработка: Входящая питательная вода предварительно обрабатывается для обеспечения совместимости с мембранами путем удаления взвешенных твердых частиц, регулирования pH и добавления порогового ингибитора для контроля образования накипи, вызываемого такими компонентами, как сульфат кальция.

Повышение давления: Насос повышает давление предварительно обработанной питательной воды до рабочего давления, соответствующего мембране и солености питательной воды.

Разделение: Проницаемые мембраны препятствуют прохождению растворенных солей, одновременно позволяя опресненной воде продукта проходить через них. Подача питательной воды к мембранному узлу приводит к потоку пресноводного продукта и потоку отбракованного концентрированного рассола. Поскольку никакая мембрана не обеспечивает идеального отторжения растворенных солей, небольшой процент соли проходит через мембрану и остается в воде продукта. Мембраны обратного осмоса бывают разных конфигураций.Двумя наиболее популярными являются мембраны со спиральной намоткой и мембраны из полых тонких волокон (см. Рис. 17). Обычно они изготавливаются из ацетата целлюлозы, ароматических полиамидов или, в настоящее время, из тонкопленочных полимерных композитов. Оба типа используются для опреснения солоноватой воды и морской воды, хотя конкретная мембрана и конструкция сосуда высокого давления различаются в зависимости от различных рабочих давлений, используемых для двух типов питательной воды.

Стабилизация: Вода продукта из мембранного узла обычно требует корректировки pH и дегазации перед подачей в распределительную систему для использования в качестве питьевой воды.Продукт проходит через аэрационную колонну, в которой pH повышен от значения приблизительно 5 до значения, близкого к 7. Во многих случаях эта вода сливается в резервуар для хранения для дальнейшего использования.

Рис. 16. Элементы процесса опреснения обратным осмосом.

Источник: O.K. Buros, et. Al., The USAID Desalination Manual, Englewood, N.J., U.S.A., IDEA Publications.

Объем использования

Производительность опреснительных установок обратного осмоса, проданных или установленных в течение 20-летнего периода с 1960 по 1980 год, составила 1 050 600 м 3 в сутки.В течение последних 15 лет эта мощность продолжала расти в результате снижения затрат и технического прогресса. Опресненная вода обратным осмосом использовалась в качестве питьевой воды в промышленных и сельскохозяйственных целях.

Использование питьевой воды : Технология обратного осмоса в настоящее время используется в Аргентине и северо-восточном регионе Бразилии для опреснения грунтовых вод. Новые мембраны проектируются для работы при более высоких давлениях (от 7 до 8,5 атм) и с большей эффективностью (удаляя от 60% до 75% соли плюс почти все органические вещества, вирусы, бактерии и другие химические загрязнители).

Промышленное использование : Промышленные применения, требующие чистой воды, такие как производство электронных компонентов, специальных пищевых продуктов и фармацевтических препаратов, используют обратный осмос в качестве элемента производственного процесса, где концентрируют и / или фракционируют влажного технологического потока.

Сельское хозяйство Использование : Фермеры в теплицах и гидропонике начинают использовать обратный осмос для опреснения и очистки поливной воды в теплицах (вода в продуктах обратного осмоса, как правило, меньше бактерий и нематод который также помогает контролировать болезни растений).Технология обратного осмоса была использована для этого типа применения фермером из штата Флорида, США, который производит европейские огурцы в помещении площадью 22 ак. теплица увеличилась с примерно 4 000 дюжин огурцов в день до 7 000 дюжин, когда фермер изменил подачу оросительной воды с загрязненного поверхностного водного канала на опресненный методом обратного осмоса источник солоноватых грунтовых вод. Использовалась система обратного осмоса 300 л / день, производящая воду с содержанием натрия менее 15 мг / л.

На некоторых Карибских островах, таких как Антигуа, Багамы и Британские Виргинские острова (см. Тематическое исследование в Части C, Глава 5), технология обратного осмоса использовалась для обеспечения коммунального водоснабжения с умеренным успехом.

На Антигуа есть пять установок обратного осмоса, которые обеспечивают водой Департамент водоснабжения Управления коммунального хозяйства Антигуа. Производительность каждой установки обратного осмоса составляет 750 000 л / сут. За восемнадцатимесячный период с января 1994 г. по июнь 1995 г. завод в Антигуа произвел от 6,1 до 9,7 млн ​​л / сут. Кроме того, крупные курортные отели и компании по розливу имеют опреснительные установки.

На Британских Виргинских островах вся вода, используемая на острове Тортола, и примерно 90% воды, используемой на острове Вирджин-Горда, поставляется путем опреснения.На Тортоле около 4 000 водопроводов, обслуживающих население 13 500 жителей, проживающих круглый год, и около 256 000 посетителей ежегодно. В 1994 году государственное предприятие водоснабжения закупило 950 миллионов литров опресненной воды для распределения на Тортоле. На острове Верджин-Горда есть два завода по опреснению морской воды. Оба имеют открытые водозаборы на расстоянии около 450 м от берега. Эти заводы обслуживают 2 500 жителей круглый год и 49 000 посетителей ежегодно. На Верджин-Горде 675 подключений к системе водоснабжения.В 1994 году государственное предприятие водоснабжения закупило 80 миллионов литров воды для распределения на острове Верджин-Горда.

В Южной Америке, особенно в сельских районах Аргентины, Бразилии и северного Чили, обратное осмосное опреснение используется в меньших масштабах.

Рис. 17. Два типа мембран обратного осмоса.

Источник: O.K. Buros, et. al .. Руководство USAID по опреснению, Энглвуд, Нью-Джерси, США, IDEA Publications

Эксплуатация и обслуживание

Опыт эксплуатации технологии обратного осмоса улучшился за последние 15 лет.У меньшего числа заводов были долговременные эксплуатационные проблемы. Если предположить, что установлен правильно спроектированный и сконструированный блок, основными рабочими элементами, связанными с использованием технологии обратного осмоса, будут ежедневный мониторинг системы и систематическая программа профилактического обслуживания. Профилактическое обслуживание включает калибровку прибора, регулировку насоса, проверку и регулировку подачи химикатов, обнаружение утечек и ремонт, а также структурный ремонт системы по запланированному графику.

Основной проблемой, связанной с использованием установок обратного осмоса, является загрязнение.Загрязнение возникает, когда поры мембраны забиваются солями или забиваются взвешенными частицами. Он ограничивает количество воды, которую можно обработать перед очисткой. Загрязнение мембраны можно исправить путем обратной промывки или очистки (примерно каждые 4 месяца) и заменой фильтрующих элементов картриджа (примерно каждые 8 ​​недель). Сообщается, что срок службы мембраны в Аргентине составляет от 2 до 3 лет, хотя в литературе сообщается о более длительном сроке службы.

Для эксплуатации, технического обслуживания и мониторинга установок обратного осмоса требуется обученный инженерный персонал.Укомплектованность персоналом составляет примерно один человек на завод площадью 200 м 3 в день, увеличиваясь до трех человек для завода площадью 4 000 м 3 в день.

Уровень участия

Стоимость и масштабы установок обратного осмоса настолько велики, что только компании по водоснабжению с большим количеством потребителей, промышленные предприятия или курортные отели рассматривают эту технологию как вариант. Небольшие установки обратного осмоса построены в сельской местности, где нет другого варианта водоснабжения.В некоторых случаях, например на Британских Виргинских островах, правительство предоставляет земельные, налоговые и таможенные льготы, оплачивает объем полученной воды и контролирует качество продукции. Правительство также распределяет воду и в некоторых случаях оказывает помощь в эксплуатации заводов.

Затраты

Самыми значительными затратами, связанными с установками обратного осмоса, помимо капитальных затрат, являются затраты на электроэнергию, замену мембран и рабочую силу.Все методы опреснения энергоемки по сравнению с традиционными технологиями. В таблице 5 представлены общие капитальные затраты, а также затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание установки обратного осмоса мощностью 5 мг / сут в США. Заявленные сметы затрат для установок обратного осмоса в Латинской Америке и Карибском бассейне показаны в Таблице 6. Разница в этих затратах отражает факторы, специфичные для данной местности, такие как мощность установки и содержание соли в питательной воде.

Международная ассоциация по опреснению воды (IDA) разработала программу расчета затрат на опреснение морской воды, чтобы предоставить математические инструменты, необходимые для оценки сравнительных капитальных и общих затрат для каждого из процессов опреснения морской воды.

Таблица 5 Оценка затрат инженерного корпуса армии США на опреснительные установки обратного осмоса во Флориде

a Включает амортизацию капитала, эксплуатацию и техническое обслуживание, а также замену мембран.
b В феврале 1994 года сообщалось о ценах от 2,30 до 3,60 доллара.

Эффективность технологии

Двадцать пять лет назад исследователи изо всех сил пытались отделить производственные воды от 90% соли в питательной воде при уровне общего содержания растворенных твердых веществ (TDS) 1500 мг / л, используя давление 600 фунтов на квадратный дюйм и поток через мембрану 18 л / м 2 / сут.Сегодня типичные солоноватоводные установки могут отделять 98% соли от питательной воды при уровнях TDS от 2500 до 3000 мг / л, используя давление от 13,6 до 17 атм и поток 24 л / м 2 / день - и гарантируя сделать это в течение 5 лет без замены мембраны. В современной технологии используются тонкопленочные композитные мембраны вместо старых мембран из ацетата целлюлозы и полиамида. Композитные мембраны работают в более широком диапазоне pH, при более высоких температурах и в более широких химических пределах, что позволяет им выдерживать большее количество эксплуатационных злоупотреблений и условий, более часто встречающихся в большинстве промышленных приложений.В общем, эффективность восстановления установок обратного опреснения увеличивается со временем, пока не происходит загрязнения мембраны.

Пригодность

Эта технология подходит для использования в регионах, где легко доступна морская вода или солоноватоводные грунтовые воды.

Преимущества

· Система обработки проста; Единственным осложняющим фактором является поиск или производство чистой питательной воды, чтобы свести к минимуму необходимость частой очистки мембраны.

· Системы могут быть собраны из предварительно упакованных модулей для производства продуктовой воды в диапазоне от нескольких литров в день до 750 000 л / день для солоноватой воды и до 400 000 л / день для морской воды; Модульная система обеспечивает высокую мобильность, что делает установки обратного осмоса идеальными для аварийного водоснабжения.

· Стоимость установки невысока.

· Установки обратного осмоса имеют очень высокое соотношение площади и производственной мощности: от 25 000 до 60 000 л / день / м 2 .

· В строительстве используются неметаллические материалы, не требующие особого ухода.

· Энергопотребление для обработки солоноватой воды составляет от 1 до 3 кВтч на 1 0001 продукта воды.

· Технологии обратного осмоса позволяют использовать практически неограниченный и надежный источник воды - море.

· Технологии обратного осмоса могут использоваться для удаления органических и неорганических загрязнений.

· Помимо необходимости утилизации рассола, RO оказывает незначительное воздействие на окружающую среду.

· Технология требует минимального использования химикатов.

Недостатки

· Мембраны чувствительны к неправильному обращению.

· Питательная вода обычно требует предварительной обработки для удаления твердых частиц (для продления срока службы мембраны).

· Могут быть перебои в работе во время штормовой погоды (что может увеличить повторное взвешивание твердых частиц и количество взвешенных твердых частиц в питательной воде) для установок, использующих морскую воду.

· Работа установки обратного осмоса требует высоких стандартов качества материалов и оборудования.

· Часто требуется иностранная помощь для проектирования, строительства и эксплуатации станций.

· Необходимо поддерживать обширный инвентарный запас запчастей, особенно если оборудование иностранного производства.

· Рассол необходимо утилизировать осторожно, чтобы избежать вредного воздействия на окружающую среду.

· Существует риск бактериального заражения мембран; в то время как бактерии задерживаются в потоке рассола, рост бактерий на самой мембране может привнести вкус и запах в воду продукта.

· Технологии обратного осмоса требуют надежного источника энергии.

· Технологии опреснения имеют высокую стоимость по сравнению с другими методами, такими как добыча подземных вод или сбор дождевой воды.

Культурная приемлемость

Технологии обратного осмоса считаются дорогостоящими и сложными, что ограничивает их использование в дорогостоящих прибрежных районах и ограниченное использование в районах с солеными грунтовыми водами, которые не имеют доступа к более традиционным технологиям. В настоящее время использование технологий обратного осмоса не имеет широкого распространения.

Дальнейшее развитие технологий

Процесс обратного осмоса для морской и солоноватой воды будет усовершенствован за счет следующих достижений:

· Разработка мембран, которые менее подвержены загрязнению, работают при более низком давлении и требуют меньшей предварительной обработки питательной воды.

· Разработка более энергоэффективных технологий, более простых в эксплуатации, чем существующие технологии; в качестве альтернативы, разработка методологий рекуперации энергии, которые позволят лучше использовать энергию, вводимую в системы.

· Коммерциализация прототипа центробежной опреснительной установки обратного осмоса, разработанной Министерством национальной обороны Канады; этот процесс оказывается более надежным и эффективным, чем существующие технологии, и экономически привлекательным.

Источники информации

Контакты

Джон Брэдшоу, Инженер и менеджер по водоснабжению, Управление коммунального хозяйства Антигуа, почтовый ящик 416, Темз-стрит, ул.Джонс, Антигуа. Тел / факс (809) 462-2761.

Главный исполнительный директор, Crystal Palace Resort & Casino, Marriot Hotel, Post Office Box N 8306, Cable Beach, Нассау, Багамы. Тел. (809) 32-6200. Факс (809) 327-6818.

Общий Менеджер , Water and Sewerage Corporation, Post Office Box N3905, Нассау, Багамы. Тел. (809) 323-3944. Факс (809) 322-5080.

Главный исполнительный директор, Atlantis Hotel, Sun International, Post Office Box N4777, Paradise Island, Нассау, Багамы.Тел. (809) 363-3000. Факс (809) 363-3703.

Винсент Суини, Инженер-сантехник, c / o Карибский институт гигиены окружающей среды (CEHI), почтовый ящик 1111, Кастри, Сент-Люсия. Тел. (809) 452-2501. Факс (809) 453-2721. Эл. Почта: [email protected]

Гильермо Navas Brule, Ingeniero Especialista Asuntos Ambientales, Codelco Chile Div. Чукикамата Фоно, Калама, Чили. Тел. (56-56) 32-2207.Факс (56-56) 32-2207.

Уильям Т. Эндрюс , Управляющий директор, Ocean Conversion (BVI) Ltd, почтовый ящик 122, Род-Таун, Тортола, Британские Виргинские острова.

Роберта Эспехо Гуасп , Facultad de Ciencias, Universidad Católica del Norte, Departamento Física, Av. Angamos 0610, Casilla de Correo 1280, Антофагаста, Чили. Тел. (56-55) 24-1148 anexo 211-312-287. Факс (56-55) 24-1724 / 24-1756. Электронная почта: respejo @ socompa.cecun.ucn.cl.

Мария Тереза ​​Рамирес, Ingeniero de Proyectos, Aguas Industriales, Ltda., Williams Rebolledo 1976, Сантьяго, Чили. Тел. (562) 238-175С. Факс (562) 238-1199.

Клаудисон Родригес, Economista, Instituto ACQUA, Rua de Rumel 300/401, 22210-010 Рио-де-Жанейро, Рио-де-Жанейро, Бразилия. Тел. (55-21) 205-5103. Факс (55-51) 205-5544. Электронная почта: [email protected]

Джозеф Э. Уильямс, Главный специалист по гигиене окружающей среды, Департамент гигиены окружающей среды, Министерство здравоохранения и социального обеспечения, Данкомб-Элли, Гранд-Терк, острова Тёркс и Кайкос, БВО.Тел. (809) 946-2152 / 946-1335. Факс (809) 946-2411.

Библиография

Биркетт, Дж. Д. (1987). «Факторы, влияющие на экономику опреснения». В Использование нетрадиционных водных ресурсов в развивающихся странах. Нью-Йорк, Организация Объединенных Наций, стр. 89-102. (Серия «Природные ресурсы / вода» № 22)

Боари, и др. 1978. «Производительность пилотных установок R.O. по опреснению солоноватой воды», Desalination, 24, стр.341-364.

Buros, O.K. 1987. "Введение в опреснение". В Использование нетрадиционных водных ресурсов в развивающихся странах. Нью-Йорк, Организация Объединенных Наций, стр. 37–53. (Серия «Природные ресурсы / вода» № 22)

---- и др. 1982. Руководство USAID по опреснению. Энглвуд, Нью-Джерси, США, ИДЕЯ. (Первоначально опубликовано USAID / Ch3M Hill)

Кант, Р.В. 1980. "Сводка комментариев к установке обратного осмоса на озере Килларни Р.А. Тидболу"."'In P. Hadwen (ed.). Proceedings of the United Nations Seminar on Small Island Water Problems, Barbados. New York, UNDP. Pp. 552-554.

Чайлдс, У.Д. и А.Е. Дабири. 1992. "Экономия затрат на опреснение или VARI-RO". Pumping Technology, 87, pp. 109-135.

de Gunzbourg, J., and T. Froment. 1987. «Строительство солнечной опреснительной установки (40 куб. М / день) для Карибского острова», Desalination, 67, стр. 53-58.

Додеро, Э., и другие. 1983. "Tres Años de Experiencia en la Planta de Desalinación de Aguas de Selva, Provincia de Santiago del Estero". Доклад представлен на 6 ° Congreso Argentino de Saneamiento, Сальта, Аргентина.

Айзенберг, Тальберт Н. и Э. Джо Миддлбрукс. 1992. «Обзор проблем с очисткой воды с помощью обратного осмоса», Журнал Американской ассоциации водопроводных сооружений, 76 (8), стр. 44.

Furukawa, D.H., and G. Milton. 1977. «Обратный осмос с высоким коэффициентом извлечения с сульфатом стронция и бария в источнике солоноватой воды», Desalination, 22 (1,2,3), стр.345.

Гиббс, Роберт, 1982. "Desalinización en México: Uso de la Tecnología Existente Mas Innovación", Agua (Хьюстон, Техас), 1, 3; 4. С. 17-20.

Гомес, Эвенчио Г. 1979. «Десятилетний опыт эксплуатации опреснительной установки мощностью 7,5 млн гд; Росарито Б. Кафа, Мексика», «Опреснение», 31 (1), стр. 77-90.

Холл, W.A. 1980. «Опреснение: решение или новая проблема для водоснабжения острова». В P. Hadwen (ed.), Proceedings of the United Nations Seminar on Small Island Water Problems, Barbados. Нью-Йорк, ПРООН, стр. 542-543.

МАР. 1988. Всемирная инвентаризация опреснительных установок. Топсфилд, Массачусетс, США.

Лаванд, Т.А. 1987. "Опреснение с помощью возобновляемых источников энергии". В Использование нетрадиционных водных ресурсов в развивающихся странах. Нью-Йорк, Организация Объединенных Наций, стр. 66–86. (Серия «Природные ресурсы / вода» № 22)

Либерт, Дж. Дж. 1982. «Опреснение и энергия», Desalination, 40, стр. 401-406.

Нихаус, Ф.Гильермо. 1991. "Сепарасьон пор мембран". In Segundo Seminario de Purificación y Tratamiento de Agua, Santiago, Colegio de Ingenieros de Chile, стр. 51-63.

Управление оценки технологий (OTA). 1988. Использование технологий опреснения / или очистки воды. Вашингтон, округ Колумбия, Конгресс США.

Toelkes, W.E. 1987. «Проект опреснения Эбей: полное использование отработанного тепла дизельного топлива», Desalination, 66, стр. 59-66.

Торрес, М., J.A. Вера и Ф. Фернандес. 1985. "20 лет опреснения на Канарских островах, стоило ли оно того?" Aqua, 3, , с. 151–155.

Трояно, Ф. 1979. «Вводный отчет (опреснение: эксплуатация и экономические аспекты управления)».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *