Опреснение морской воды

Одной из глобальных проблем современной цивилизации является нехватка пресной воды. Запасы мирового океана неисчерпаемы, однако такую воду нельзя употреблять ни для областей экономики, ни для нужд человека. Ежегодно от нехватки пресной воды страдают миллионы людей. Морская вода имеет высокую концентрацию различных примесей и считается соленой. Ее употребление в чистом виде просто невозможно. Но развитие технологий не стоит на месте, и ученые находят все новые и новые способы для опреснения морской воды. Пример системы опреснения морской воды, произведенной нашей компанией, установленной в г. Геленджик Краснодарского края.

Технология по опреснению морской воды

В настоящее время изучено множество способов очистки морской воды от солей с помощью химических, физических и биологических методов. Современные компании по водоочистке предлагают 5 основных способов опреснения воды.

Дистилляция. Принцип данного метода основан на выпаривание воды. На специальных установках по опреснению морской воды в процессе нагревания происходит разделение объема исходной воды на пар (дистиллят) и концентрированный раствор, в котором остались все примеси. Такой способ имеет ряд недостатков, которые ограничивают его использование. В условиях гигантского промышленного производства это высокие энергетические затраты для выпаривания больших объемов воды, размеры оборудования, которые занимают много места, дополнительная система утилизации концентрированного остатка.

Ионный обмен. Основным показателем солености воды является содержание NaCl. Для очистки воды от поваренной соли применяются фильтры с ионообменной смолой. Ионы Na + заменяются ионами водорода H + , а ионы Cl — на OH — . Такой процесс опреснения морской воды применяется в условиях низкой концентрации соли до 2,5 г/л. Еще одним недостатком фильтров по очистке морской воды является большой расход реагентов, которые используются в фильтрах.

Замораживание, в т.ч. газогидратный метод. Процесс опреснения из морской воды основан на естественном вымораживании пресной воды в природных условиях. В первую очередь образуется лед из чистой воды, через который далее прогоняют специальный газ. Он помогает очистить воду оставшегося соленого раствора. Однако для широкого использования этот метод очистки соленой воды не походит, по причине дорогостоящего оборудования огромных масштабов.

Электродиализ. Поток воды прогоняется через заряженные мембраны, которые изготовлены из ионообменных смол. С одной стороны расположен катод (отрицательно заряженный), к которому движутся катионы. На противоположной стороне — анод (положительно заряженный), для притягивания анионов. Внутри специальной камеры катионитовые мембраны пропускают только катионы, а анионитовые соответственно анионы. Под действием электрического тока в итоге получается деионизованная вода и 2 потока концентрированного раствора. Ионообменные мембраны имеют высокую селективность и долгий срок эксплуатации. Однако энергозатраты установки опреснения морской воды путем электродиализа варьируются прямо пропорционально содержанию в воде солей (чем выше минерализация воды, тем требуется больше энергии для ее очистки). Такие станции опреснения морской воды предназначены для маленькой производительности при содержании солей не более 10 г/л.

Это интересно:  Фильтр для очистки воды своими руками

Проблема обессоливания морской воды

Многие страны не имеют доступ к ледникам, в которых сосредоточена большая часть пресной воды. Загрязнение подземных источников водоснабжения уменьшают количество ресурсов для их возможного потребления. Поэтому единственным решением для их проблемы является опреснение морской и использованной воды.

Где необходима установка для опреснения морской воды

В процессе опреснения соленой воды происходит удаление солей до необходимого уровня. Обессоленную воду можно применять в питьевых и технологических целях.

Основные направления, где используют установки по опреснению морской воды:

  1. Промышленные предприятия, для технологического процесса которых требуются большие объемы пресной воды;
  2. В аграрном хозяйстве, где для полива растений, содержания животноводческого комплекса и приготовления раствора для удобрений необходимо использование чистой пресной воды;
  3. Для получения пресной воды на нефтяных платформах в мировом океане. Постоянное снабжение работников и оборудования водой с континента невозможно в сложных условиях морей и океанов;
  4. Для кораблей дальнего плавания и подводных лодок. Для обеспечения моряков всем необходимым в условиях длительных командировок в открытое море важно учитывать необходимость в чистой воде для питья, приготовления пищи и хозяйственно-бытовых нужд. Также обессоленная вода применяется в парогенераторах и для охлаждения двигателей.
  5. Гостиницы, санатории и пансионаты на морских курортах. Например, наиболее актуально опреснение морской воды в Крыму, на Черноморском побережье (Сочи, Геленджик, Новороссийск, Анапа, Туапсе и пр.).
  6. Очистка соленой воды из скважины. Очень часто в регионах, находящихся на морском побережье или прилегающих к нему (Ставропольский край, Ростовская обл. и другие) даже из скважин идет соленая вода. Необходимо устанавливать фильтры очистки соленой воды для получения питьевой воды в доме или на предприятии.

Большинство развитых стран, которые шагают в ногу с научным прогрессом, используют для своих промышленных предприятий целые станции по опреснению морской воды. Россия находится на первом месте по запасам пресной воды, однако основные источники сосредоточены в северной части страны. Южные районы, где 90% территории занято в аграрном комплексе, страдают от дефицита воды, пригодной для сельского хозяйства.

Почему выбирают осмос для морской воды

Основным преимуществом установок обратного осмоса для опреснения морской воды является его соотношение цены и качества:

  • Возможно применение для опреснения больших объемов воды в непрерывном режиме;
  • Небольшие затраты на энергетические расходы в системах опреснения морской воды;
  • Установки обессоливания морской воды полностью автоматизированы и не требуют вмешательства со стороны человека;
  • Высокий процент очистки до 97-99% и хорошее качество опреснения морской воды.

Компания Diasel Enginering — надёжный партнер в области опреснения морской воды! У нас работают только лучшие специалисты и мы можем предложить оптимальный цены опреснения морской воды. Мы знаем все о методах опреснения воды осмосом. Мы устанавливаем фильтры для очистки солёной воды во всех регионах (Крым, Сочи, Новороссийск, Мурманск, Калининград, Владивосток и тд.).

Способы опреснения морской воды

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

Это интересно:  Способы добычи воды в лесу

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

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

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

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

1. Методы, связанные с изменением агрегатного состояния вещества:

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

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

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

Дистилляция

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

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

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

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

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

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

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

Замораживание

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

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

Это интересно:  Самодельный фильтр для воды

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

Химическое опреснение

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

Метод ионного обмена

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

Электродиализ

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

Прямой осмос для получения пресной воды

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

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

Обратный осмос для опреснения морской воды

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

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

«

Помогла статья? Оцените её
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars
Загрузка...
Добавить комментарий