Способы опреснения морской воды – Способы опреснения морской воды

Способы опреснения морской воды

Очистка и опреснение воды это  технологический процесс удаления содержащихся  в ней в растворенном виде солей с целью получения пригодного для использования продукта в пищевых или технических целях.

Запасы пресной и морской воды на земпле

Опресненная вода

Какую воду нужно опреснять?

Планета Земля имеет огромные запасы  воды, но  основная  ее часть  входит в состав мирового океана и является соленой морской водой. Качество морской воды не позволяет использовать ее в чистом виде для  промышленных сельскохозяйственных и тем более для пищевых целей.  В составе морской воды в растворенном виде присутствует более 50 элементов    системы Менделеева. Концентрация  каждого элемента в отдельности крайне ничтожна, но все вместе они определяют показатель, из-за которого морскую воду называют соленой. Вода, пригодная для пищевых целей  должна содержать солей   не более 0,002 г/мл. Для достижения  такой концентрации разработано большое количество способов, главная цель которых  очистить  морскую воду от солей и очистить ее. Главная задача разработчиков состоит в том, чтобы  найти способ, который  имел бы низкое потребление энергии и  максимально полную очистку, после которой вода могла бы использоваться  населением.

Опреснение воды с помощью испарения (дистилляции)

Способы опреснения

Сегодня существуют такие методы опреснения как  дистилляция, обратный осмос, ионизация и электродиализ,  которые можно использовать в промышленных масштабах.

• Самым популярным способом является  обычная или многостадийная дистилляция,  пр

www.13min.ru

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.

www.sciencedebate2008.com

Способы опреснения морской воды

На нашей планете примерно 96,5% воды приходится на океаны, 1,7% мировых запасов составляют грунтовые воды, ещё 1,7% — ледники и ледяные шапки Антарктиды и Гренландии, небольшая часть находится в реках, озёрах и болотах, и 0,001% в облаках (образуются из взвешенных в воздухе частиц льда и жидкой воды). Большая часть земной воды — солёная, непригодная для сельского хозяйства и питья. Доля пресной составляет около 2,5%, причём 98,8% этой воды находится в ледниках и грунтовых водах. Менее 0,3% всей пресной воды содержится в реках, озёрах и атмосфере.

Постоянный рост потребления пресной воды приводит к повышению нагрузки на существующие источники, мощность которых во многих регионах Земли уже истощена, что приводит к нехватке водных ресурсов.

В аспекте решения данной задачи все более актуальным становится внедрение методов получения пресной воды из вод мирового океана и других сильно минерализованных источников, использование воды из которых без специальной обработки невозможно.

Большие объемы воды мирового океана, легкая доступность (для прибрежных территорий), а иногда и безальтернативность источника, уже достаточно длительное время привлекают ученых и конструкторов для создания новых и улучшения существующих способов опреснения.

Все способы получения пресной воды из морской можно разделить на два основных направления:

1. Методы, связанные с изменением агрегатного состояния вещества:

• дистилляция
• замораживание

2. Методы, в которых агрегатного изменения состояния не происходит:

• химическое опреснение
• ионный обмен
• электродиализ
• прямой осмос
• обратный осмос

Далее рассмотрим эти методы более подробно. Начнем с методов, связанных с изменением агрегатного состояния вещества.

Дистилляция

В ходе дистилляции морская вода нагревается за счет различных видов энергии. Молекулы воды имеют большую подвижность, чем ионы растворенных солей, легче переходят в газовую фазу (испаряются), которая удаляется с последующим конденсированием из неё чистой воды.

В ходе данного процесса энергия затрачивается как на переход воды в газовую фазу, так и на переводы газовой фазы в жидкую.

Снижение необходимого для испарения количества подводимого тепла можно получить, используя метод вакуумной дистилляции, который отличается от классической схемы разряжением, создаваемым в испарителе. Температура закипания воды при понижении давления снижается, что обеспечивает снижение энергозатрат и повышение КПД установки в целом.

Для более полного использования тепловой энергии используют процесс многоступенчатой дистилляции (флеш дистилляции), в ходе которого испарение происходит в разряженной среде, а тепловая энергия используется максимально (утилизация тепла, уносимого потоком сконденсированной воды).

Данная технология позволяет более эффективно использовать энергию, т. к. при снижении давления газовой фазы над жидкой снижается температура кипения последней, а движение потоков продуктов противотоком позволяет минимизировать унос тепла как с очищенной водой, так и отводимым остатком.

Другим вариантом проведения процесса очистки при испарении/конденсации воды является

термокомпрессионная дистилляция. При реализации данного метода очистки исходная вода переводится в газообразное состояние за счет энергии, выделяемой при конденсации воды очищенной. Для этого перешедшую в пар воду из испарителя откачивают специальным компрессором, который так же служит для создания повышенного давления пара в конденсаторе.

Благодаря разнице давлений в испарителе и конденсаторе выделяемой при конденсации (при повышенном давлении) энергии достаточно для перевода в газовую фазу исходной воды (при пониженном давлении) и практически не требуется расходовать стороннюю энергию для осуществления такого перехода.

Замораживание

Ещё одним направлением получения опресненной воды с использованием фазового перехода является процесс замораживания (вымораживания). Данный метод основан на процессе перехода пресной воды в твердую фазу с последующим плавлением полученного льда.

Разновидностью метода вымораживания можно считать метод опреснения с использованием газовых гидратов. Данный метод является разновидностью метода замораживания с использованием вторичного теплоносителя, в роли которого выступает газ, способный образовывать с водой соединения клатратного типа – газогидраты. В роли такого газа используют некоторые углеводороды (пропан, бутан и т.д.). Для получения опресненной воды полученные газогидраты сепарируют от рассола (отделяют) и подвергают плавлению, выделяемый при этом газ возвращается в процесс.

 

Следующие методы основаны на физико-химических методах без изменения агрегатного состояния вещества. 

Химическое опреснение

Химическое опреснение основано на переводе растворенных солей в процессе химических реакций в твердые осадки, которые в последующем отфильтровываются. В связи с большим количеством солей в морской воде расход реагентов может достигать 5% от массы опресняемой воды, что не позволяет применять данный метод в серьезных масштабах.

Метод ионного обмена

Метод ионного обмена основан на использовании ионитов для удаления содержащихся в воде катионов (используются H-катионты) и анионов (используются ОН-аниониты). В ходе ионного обмена емкость ионитов (ионообменных смол) исчерпывается и для продолжения процесса очистки требуется проведение регенерации материала: раствором кислоты для катионита и раствором щелочи для анионита. Высокий расход агрессивных реагентов обуславливает узкое применение данного метода.

Электродиализ

При подаче электрического тока на электроды, помещенные в раствор солей в воде (в данном случае — морскую воду), можно наблюдать процесс электродиализа — перемещение зараженных частиц к соответствующим электродам: катионы направляются к отрицательному электроду — катоду, а анионы — к положительному — аноду. Между электродами со временем появляется область с пониженной концентрацией солей. Технически этот метод применен в электродиализаторах, в которых кроме катода и анода так же присутствуют камеры из катионообменных и анионообменных мембран, что позволяет значительно более эффективно вести процесс разделения.

Прямой осмос для получения пресной воды

Еще один физический процесс широко применяющийся для получения пресной воды — процесс осмоса — движение молекул растворителя через полупроницаемую (проницаемую только для молекул растворителя) мембрану в сторону более концентрированного раствора. Учитывая, что морская вода является достаточно насыщенным солями раствором изначально, процесс осмоса — прямой осмос, используется редко, т. к. для получения опресненной воды из морской необходимо использовать концентрированный раствор специального вещества, которое должно впоследствии достаточно легко удаляться — например, при изменении температуры разлагаться (карбонат аммония) или выпадать в осадок.

Полученная вода характеризуется меньшим содержанием примесей, чем исходная, и может быть в дальнейшем очищена с использованием данного метода и другого специального вещества (с более низкой концентрацией), так и с использованием другого метода опреснения. При применении метода прямого осмоса часть энергии, необходимой для опреснения воды можно использовать в виде низкопотенциальной энергии (тепловой, солнечной) имеющей более низкую стоимость (по сравнению с электрической). Это позволяет использовать менее энергозатратные способы очистки на финишной стадии.

Обратный осмос для опреснения морской воды

Наиболее широко распространенном методом опреснения морской воды в настоящее время стал метод обратного осмоса. Данный метод основан на ранее описанном явлении осмоса, но направление движение растворителя (чистой воды) изменено на обратное — от более соленого раствора в сторону более чистого (концентрированного) за счет создания давления со стороны более «разбавленного» раствора (исходной воды). Давление, требуемое для проведения процесса обратного осмоса зависит от минерализации исходной воды и при опреснении воды с соленостью 35 г/л (соленость мирового океана) рабочее давление достигает значений 70-80 бар.

Производительность оборудования опреснения морской воды методом обратного осмоса зависит от типа и количества стандартизованных мембранных элементов. Наша компания в своем модельном ряде поддерживает модели производительностью от 50 до 1000 л/ч (опреснительные установки СОМ О 50-60 — СОМ О 1000-60). Простота конструкции и большой выбор доступных комплектующих позволяют использовать опреснительные мембранные установки практически на любых объектах, где требуется решение задачи получения пресной воды из воды минерализованной в максимально удобном исполнении оборудования.

Такие установки применяются как для опреснения воды на катерах и яхтах, судах и буровых платформах, так и для обеспечения питьевой водой поселений с солеными источниками воды (соленые скважины, морское побережье). 

 

Кроме рассмотренных выше существует еще ряд методов опреснения основанных на иных физических процессах, но в настоящее время они не получили широкого распространения или находятся в стадии экспериментальных моделей.

 

 

www.osmos.ru

Опреснение морской воды: технологии современного мира

Вопросы, рассмотренные в материале:

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

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

Насколько актуально опреснение морской воды

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

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

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

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

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

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

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

Рекомендуемые статьи по данной теме:

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

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

Кроме поваренной соли (NaCl), морская вода содержит и ряд других химических элементов, в основном в виде ионов, которые можно получать из нее в промышленных масштабах: K+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Br-, F-, h4BO3. Всего в морских недрах обнаружено около 50 химических элементов в разной концентрации, среди которых литий (Li), рубидий (Rb), фосфор (P), йод (J), железо (Fe), цинк (Zn) и молибден (Mo).

Способы опреснения морской воды

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

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

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

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

По какому принципу работают установки для опреснения морской воды

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

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

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

Для получения всех этих видов используют разные судовые опреснители.

Среди технологий опреснения выделяют следующие:

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

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

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

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

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

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

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

Какие технологии используются в промышленном опреснении морской воды

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

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

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

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

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

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

Эти два метода можно сравнить по нескольким ключевым параметрам:

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

Российские технологии опреснения морской воды

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

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

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

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

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

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

Опреснение морской воды своими руками в домашних и экстремальных условиях

1. Экстремальные условия

 

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

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

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

Для опреснения морской воды в походных условиях вам понадобятся:

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

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

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

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

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

2. Опреснение в домашних условиях

 

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

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

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

С какими проблемами опреснения морской воды сталкивается человечество

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

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

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

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

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

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

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

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

Если качество воды оставляет желать лучшего…

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

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

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

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

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

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

www.vodaiceberg.ru

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

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

Способы опреснения морской воды

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

В данное время применяют следующие способы опреснения морских вод:

• химический;
• электродиализ;
• ультрафильтрацию;
• дистилляцию;
• вымораживание.

Видео про ядерное опреснение

Процесс опреснения морской и океанской воды

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

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

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

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

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

Проблемы опреснения воды

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

Как делают пресную воду из морской воды — видео

ecoportal.info

Как опреснить соленую морскую воду

Дистилляция

Также этот метод называется возгонкой. Он легко осуществим даже в бытовых условиях, хотя большого количества жидкости он не предоставит.

Берётся обычная кастрюля, в которую наливается солёная вода. Далее необходимо накрыть эту кастрюлю крышкой и поставить на огонь. Постепенно на её крышке будет скапливаться конденсат.

Впрочем, даже при снятии крышки большая часть пресных капель утечёт обратно в кастрюлю, потому необходимо немного усовершенствовать данное импровизированное приспособление.

• В крышке кастрюли просверливается дырка.
• В неё вставляется гибкая трубка, например, змеевик от самогонного аппарата.
• Другой её конец опускается в пустой сосуд.
• Далее необходимо накрыть трубку влажной тряпкой, чтобы пар в ней охлаждался.
• Он будет конденсироваться и попадать в пустой сосуд.

В итоге в нагреваемой кастрюле в конечном итоге останется только соль, а во втором сосуде останется только дистиллированная вода.

Учтите, правда, что соли в такой жидкости вообще не будет, а потому жажда будет утоляться плохо.

Лучше влить в неё небольшое количество солёной воды.

Почитать в тему:

evrikak.ru

Опреснение морской воды – проблемы и перспективы.

Опреснение морской воды



Использование морской воды для полива

Полив почвы во многих засушливых районах связан с недостатком пресной воды из-за отсутствия поблизости естественных пресноводных водоемов. Достаточно сказать, что около 60 % земной поверхности относится к районам, где пресной воды очень мало или ее нет совсем. Зачастую, проблему можно было бы решить, если бы появилась возможность использовать для полива почвы (и для других хозяйственных целей) опресненной морской воды.
Запасы морской воды на Земле поистине неисчерпаемы, но эту воду невозможно использовать для хозяйственных целей из-за высокого содержания солей.

Вода, используемая для полива сельскохозяйственных культур, должна содержать очень мало солей – большинство культур не произрастает, если их поливают водой, содержащей более 0,25% солей. Очень болезненно реагируют растения и на содержание в воде щелочи.
Во многих странах, в том числе и в России изыскиваются пути опреснения морских вод, что сняло бы проблему засухи и недостатка пресной воды в районах, примыкающих к морским солоноводным водоемам.

Нехватка пресной воды все больше ощущается в индустриально развитых странах, как США и Япония, где потребность в пресной воде для бытовых нужд, сельского хозяйства и промышленности превышает имеющиеся запасы.
В таких странах, как Израиль или Кувейт, где уровень осадков очень низок, запасы пресной воды не соответствуют потребностям в ней, которые возрастают в связи с модернизацией хозяйства и приростом населения. В дальнейшем человечество окажется перед необходимостью рассматривать океаны как альтернативный источник воды.

Россия по ресурсам наземных пресных вод занимает первое место в мире. Один только Байкал способен удовлетворить нынешнюю потребность россиян в пресной воде. Достаточно привести такой пример: если попытаться заполнить байкальскую котловину, направив сюда воду всех рек земного шара, то на ее заполнение потребуется почти 300 дней.
Однако до 80% этих ресурсов приходится на малозаселенные и малоосвоенные районы Сибири, Севера и Дальнего Востока. Всего около 20% пресноводных водоемов расположено в центральных и южных областях с высокой плотностью населения, высокоразвитыми промышленностью и сельским хозяйством.
Некоторые районы Средней Азии (Туркмения, Казахстан), Кавказа, Донбасса, юго-восточной части РФ, обладая крупнейшими минерально-сырьевыми ресурсами, не имеют источников пресной воды.

Вместе с тем ряд районов нашей страны располагает большими запасами подземных вод с общей минерализацией от 1 до 35 г/л, не используемых для нужд водоснабжения из-за высокого содержания растворенных в воде солей. Эти воды могут стать источниками водоснабжения только при условии их дальнейшего опреснения.

Важным параметром морской воды при опреснении является ее солёность, под которой подразумевается масса (в граммах) сухих солей (преимущественно NaCl) в 1 кг морской воды. В разных морях содержание солей в единице объема воды может сильно колебаться (так, например, Черное, Каспийское и Азовское моря считаются слабосолеными). Средняя солёность вод Мирового океана составляет 35 г/кг морской воды.

Наряду с поваренной солью (NaCl) в морской воде содержатся и другие химические элементы, преимущественно, в виде ионов: K+, Mg₂+, Ca₂+, Sr₂+, Br-, F-, H₃BO₃, которые можно получать из морской воды в промышленных масштабах. Среди других веществ, содержащихся в морской воде – литий (Li), рубидий (Rb), фосфор (P), йод (J), железо (Fe), цинк (Zn) и молибден (Mo). Всего в морской воде обнаружено около 50 химических элементов в тех или иных концентрациях.

***



Способы опреснения морской воды

Наиболее известный (с глубокой древности) метод опреснения соленой воды – дистилляция, когда соленая вода испаряется в специальной установке, а затем из пара отбирают конденсат в виде пресной воды. Соли остаются в начальном растворе (тузлуке), который постоянно пополняется свежей морской водой.

Процесс достаточно трудоемкий и энергоемкий, поэтому лучшие умы человечества задействованы на удешевлении технологии получения пресной воды из морской.
Применяются вакуумные установки, позволяющие испарять воду при более низких температурах, а также технология вымораживания соли, когда охлажденная морская вода превращается в кубики пресноводного льда, покрытого кристаллами соли. Эти кристаллы затем смываются пресной водой и получается пресный лед.

Кроме указанных технологий известен способ отделения соли из воды при помощи ионных процессов. Известно, что растворенные в воде соли образуют ионы, имеющие отрицательный или положительный заряд. Благодаря этому явлению появляется возможность выделить ионы соли из воды при помощи электрических (электродиализ) или химических (ионообмен) процессов. Подобные установки уже применяются на практике, хотя технология еще далека до совершенства, и стоимость полученной пресной воды достаточно высока.

Применяются и другие методы опреснения морской воды – экстракция, основанная на том, что в некоторых органических жидкостях при низкой температуре растворяется больше воды, чем при высокой. Холодный экстрагент смешивается с соленой водой и “высасывает” из нее пресную воду, без солей. Пройдя через нагреватель, экстрагент “отпускает” из себя пресную воду.

Кроме перечисленных способов получения пресной воды применяют следующие малоизвестные методы: осмос, ультрафильтрацию, образование и последующее разложение гидратов, а также комбинацию перечисленных технологий.

Практическое применение технологий по добыче пресной воды из соленой в достаточно больших объемах осуществляется с первой половины прошлого века. Опресняющие установки производительностью до нескольких тысяч кубометров в сутки имеются во многих странах, в том числе и в бывшей республике СССР – Азербайджане. Здесь при помощи опреснительных технологий произведена попытка снизить проблему с водоснабжением города Баку.

Проблема с пресным водоснабжением возникла и в Крыму после известных событий, связанных с его присоединением к России в 2014 году. Украина (с целью наказания непокорных) перекрыла канал, подающий на полуостров пресную воду, тем самым создав дефицит, как технической, так и питьевой воды для населения.
Появились сведения о постройке на полуострове (в г. Керчь) установки для опреснения морской воды производительностью около 50 т/час. Полученная вода будет использоваться, преимущественно, для технических нужд (подпитки теплосетей и паровых котлов), что, в свою очередь, позволит значительно снизить нагрузку на общее водоснабжение.

Морская вода на этой установке будет проходить несколько этапов опреснения по комбинированной технологии. Так, для осветления предлагается использовать мембранную технологию ультрафильтрации, для опреснения – мембранную технологию обратного осмоса, для полировочного умягчения – ионообменную технологию.
Установка будет функционировать в автоматическом режиме, для контроля работы оборудования понадобится всего один оператор.

Современные технологии не позволяют в настоящее время получить качественную и дешевую пресную воду из морской воды, поэтому рентабельность возделывания культур на землях, полив которых осуществляется опресненной морской водой пока стоит под вопросом.
Тем не менее, научные работы в этом направлении постоянной ведутся во всем мире, в том числе и в нашей стране, поскольку нехватка пресной воды на планете с каждым годом становится все ощутимее.
Большие перспективы возлагаются на использование атомной энергии для отделения соли из морской воды, что позволит значительно удешевить опреснительные технологии.

***

Статьи по теме:
Определения, цели и задачи мелиорации
Виды мелиорации
Осушение сельскохозяйственных земель
Орошение сельскохозяйственных земель
Агролесомелиорация и методы борьбы с эрозией почвы
Классификация удобрений



k-a-t.ru