Методы обессоливания морской воды

Опреснение морской воды — это процесс удаления из морской воды солей, минералов и других примесей для получения питьевой воды или воды, пригодной для промышленных и сельскохозяйственных нужд. Этот процесс осуществляется с помощью различных технологий, таких как осмос, обратный осмос, испарение и другие методы фильтрации и очистки воды. Опреснение морской воды является важным способом решения проблемы дефицита пресной воды во многих регионах мира, особенно в засушливых и пустынных областях.

Обновлено: 04 марта 2019 в 16:35

Время чтения: 1 мин

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.

Методы опреснения морской воды

Осмос — это метод опреснения морской воды, основанный на принципе разделения растворов с различными концентрациями. В процессе осмоса морская вода пропускается через полупроницаемую мембрану, которая пропускает только чистую воду, но не соли и другие примеси. В результате происходит разделение морской воды на две фракции: пресную воду и концентрированный раствор солей, который выходит наружу.

Преимущества метода осмоса:

Недостатки метода осмоса:

Как работает метод осмоса: Морская вода пропускается через полупроницаемую мембрану под давлением. Мембрана позволяет пройти только молекулам воды, но не соли и другим примесям. В результате получается две фракции: пресная вода и концентрированный раствор солей. При этом, чтобы обеспечить процесс осмоса, требуется использование насосов для подачи морской воды под давлением.

Обратный осмос

Обратный осмос — это метод опреснения морской воды, который использует полупроницаемую мембрану для удаления солей и других примесей из морской воды. В отличие от метода осмоса, где чистая вода пропускается через мембрану, в обратном осмосе происходит обратный процесс: морская вода под давлением пропускается через мембрану, которая удаляет соли и другие примеси, а чистая вода выходит наружу.

Преимущества метода обратного осмоса:

Недостатки метода обратного осмоса:

Как работает метод обратного осмоса: Морская вода под давлением пропускается через полупроницаемую мембрану, которая удаляет соли и другие примеси. Чистая вода выходит наружу, а концентрированный раствор солей отводится в отдельный резервуар и утилизируется. При этом для обеспечения процесса обратного осмоса требуется использование насосов и системы обратной осмотической очистки.

Использование термодистилляции

Термодистилляция — это метод опреснения морской воды, основанный на процессе испарения и последующего конденсирования воды. В этом процессе морская вода нагревается до кипения, и водяной пар переносится в другой резервуар, где он охлаждается и конденсируется в чистую пресную воду. Вся соль и примеси остаются в исходной воде, что позволяет получить очень чистую воду.

Преимущества метода термодистилляции:

Недостатки метода термодистилляции:

Как работает метод термодистилляции: Морская вода нагревается до кипения, и водяной пар переносится в другой резервуар, где он охлаждается и конденсируется в чистую пресную воду. При этом для обеспечения процесса термодистилляции требуется использование высокотемпературных нагревателей и системы конденсации водяного пара.

Метод электродиализа

Электродиализ — это метод очистки воды, при котором применяется электрический ток для разделения ионов в растворе. Он использует специальные мембраны, которые позволяют пропускать только ионы с положительным или отрицательным зарядом, в зависимости от того, какая мембрана используется.

Преимущества метода электродиализа:

Недостатки метода электродиализа:

Как работает метод электродиализа: Вода под давлением пропускается через электродиализную камеру, в которой находятся специальные мембраны, разделяющие раствор на ионы с положительным и отрицательным зарядами. При подаче электрического тока на эти мембраны происходит ионный обмен, ион с положительным зарядом перемещается к отрицательной мембране, а ион с отрицательным зарядом перемещается к положительной мембране. Таким образом, на выходе получается две очищенные воды: одна с ионами положительного заряда, другая с ионами отрицательного заряда.

Криодестилляция

Криодестилляция — это метод опреснения морской воды, основанный на замораживании и последующей дистилляции воды. Он использует различия в точках замерзания соленой воды и пресной воды.

Преимущества метода криодестилляции:

Недостатки метода криодестилляции:

Как работает метод криодестилляции: Вода охлаждается до низких температур, при которых морская вода замерзает, а пресная вода нет. Затем замерзшая морская вода отделяется от пресной воды, после чего происходит ее дистилляция для удаления солей и других примесей. Полученная пресная вода используется в качестве питьевой или для других целей.

Метод криодестилляции может быть использован на местах, где доступ к другим методам очистки воды ограничен, например, в отдаленных местах с холодным климатом, но также может быть ограничен высокой стоимостью оборудования и низкой производительностью процесса.

Стоимость опреснения морской воды

Стоимость опреснения морской воды может сильно варьироваться в зависимости от используемых технологий и региона, в котором проводится опреснение. Обычно стоимость опреснения морской воды на порядок выше, чем стоимость опреснения пресной воды из других источников, таких как реки или озера. Это связано с тем, что опреснение морской воды требует использования более сложных и дорогостоящих технологий, а также больших количеств энергии для перекачки и очистки воды.

Однако, стоимость опреснения морской воды может быть оправдана в регионах с ограниченным доступом к пресной воде, например, на островах или в пустынных районах. В таких случаях опреснение морской воды может стать единственной возможностью получить пресную воду для потребления, сельского хозяйства и промышленности.

Кроме того, современные технологии опреснения морской воды становятся все более эффективными и дешевыми, что позволяет снизить стоимость опреснения в будущем. Также некоторые страны предоставляют государственные субсидии для развития опреснения морской воды, что также может снизить конечную стоимость проекта.

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:

Как делают пресную воду из морской воды – видео

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.

Перспективы развития опреснения

Опреснение морской воды — это важная и перспективная технология, которая может решить проблему нехватки пресной воды во многих регионах мира. Несмотря на значительные экономические и технические проблемы, связанные с опреснением морской воды, существуют многообещающие перспективы для развития этой технологии.

Одним из главных направлений развития опреснения морской воды является снижение затрат на производство пресной воды. В настоящее время большая часть затрат связана с использованием энергии для создания достаточного давления для осмоса. Однако, по мере развития технологий, возможно снижение затрат за счет использования более эффективных методов опреснения.

Еще одним перспективным направлением является разработка новых материалов и технологий, которые могут снизить затраты на обслуживание и повысить производительность установок опреснения. К примеру, использование нанотехнологий может значительно увеличить эффективность процесса опреснения.

Также важным направлением развития является экологическая сторона опреснения морской воды. Новые технологии должны быть более экологически чистыми и более эффективными в использовании энергии, чтобы минимизировать вредное воздействие на окружающую среду.

Опреснение морской воды имеет большой потенциал для развития и решения проблемы нехватки пресной воды в мире. Несмотря на текущие технические и экономические проблемы, существуют перспективы для создания более эффективных и экологически чистых технологий опреснения, которые могут снизить затраты на производство пресной воды и улучшить жизнь миллионов людей по всему миру.

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.

Видео про ядерное опреснение

Экологические выгоды

Одним из главных экологических преимуществ опреснения морской воды является возможность использования этого процесса для снижения негативного воздействия на природные водные ресурсы. Отвод морской воды для использования в различных целях, таких как питьевая вода, промышленность, судостроение и аквакультура, может оказывать значительное давление на окружающую среду, особенно в тех регионах, где доступ к пресной воде ограничен.

Опреснение морской воды позволяет использовать бесконечные запасы океанов и морей для удовлетворения потребностей человечества в пресной воде, не оказывая негативного влияния на экосистемы пресноводных ресурсов. Кроме того, процесс опреснения морской воды может способствовать снижению выбросов углекислого газа и других вредных веществ в атмосферу, поскольку уменьшает потребность в транспортировке воды на большие расстояния.

Опреснение морской воды также может играть важную роль в борьбе с изменением климата. По данным Всемирного банка, около 20% мировой популяции уже испытывает недостаток воды, и этот процент вероятно будет расти в будущем. Опреснение морской воды может быть одним из способов обеспечения устойчивого доступа к пресной воде для всех людей, что в свою очередь может способствовать более устойчивому и экологически чистому развитию человеческого общества.

Технологии опреснения морской воды

Существует несколько технологий опреснения морской воды, включая осмос, термодистилляцию, испарительное охлаждение и криодестилляцию. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, а выбор технологии зависит от местных условий, доступных ресурсов и требований качества воды. Общими преимуществами всех методов опреснения морской воды являются возможность создания источника питьевой воды в местах, где другие источники недоступны, а также улучшение доступа к воде в условиях изменения климата и повышения спроса на воду.

Мультимедийные фильтры

Мультимедийные фильтры — это один из методов опреснения морской воды, использующийся для удаления твердых частиц и других загрязнений. Этот метод основан на использовании мультимедийных фильтров, которые содержат различные слои фильтрующих материалов, таких как кварцевый песок, гранулированный активированный уголь и антрацит.

Преимущества метода мультимедийных фильтров:

Недостатки метода мультимедийных фильтров:

Как работает метод мультимедийных фильтров: Мультимедийный фильтр содержит несколько слоев фильтрующих материалов разной крупности зерен. Морская вода проходит через слои материалов, где происходит фильтрация и удаление твердых частиц и других загрязнений. Очищенная вода затем подвергается дополнительной обработке, например, методом обратного осмоса, для удаления солей и других растворенных веществ.

Метод мультимедийных фильтров широко используется для очистки морской воды в крупных масштабах, например, в крупных морских установках добычи нефти и газа, а также в коммунальных системах водоснабжения в районах, где пресная вода ограничена.

Активированный уголь

Активированный уголь — это технология опреснения морской воды, которая использует специально обработанный уголь для очистки воды от органических и неорганических загрязнений, хлора и других химических веществ.

Преимущества метода активированного угля:

Недостатки метода активированного угля:

Как работает метод активированного угля: Морская вода проходит через слой активированного угля, где происходит фильтрация и удаление органических и неорганических загрязнений, хлора и других химических веществ. Очищенная вода затем подвергается дополнительной обработке, например, методом обратного осмоса, для удаления солей и других растворенных веществ.

Метод активированного угля широко используется для очистки морской воды в крупных масштабах, например, в крупных морских установках добычи нефти и газа, а также в коммунальных системах водоснабжения в районах, где пресная вода ограничена.

Ультрафиолетовая обработка

Ультрафиолетовая обработка — это технология опреснения морской воды, которая использует ультрафиолетовые лучи для уничтожения бактерий, вирусов и других микроорганизмов в воде.

Преимущества метода ультрафиолетовой обработки:

Недостатки метода ультрафиолетовой обработки:

Как работает метод ультрафиолетовой обработки: Морская вода проходит через систему ламп ультрафиолетового излучения, которые уничтожают бактерии, вирусы и другие микроорганизмы, находящиеся в воде. Очищенная вода затем подвергается дополнительной обработке, например, методом обратного осмоса, для удаления солей и других растворенных веществ.

Метод ультрафиолетовой обработки широко используется для очистки морской воды в крупных масштабах, например, в крупных морских установках добычи нефти и газа, а также в коммунальных системах водоснабжения в районах, где пресная вода ограничена.

Ионообмен

Ионообмен — это технология опреснения морской воды, которая использует специальные смолы для удаления ионов солей из морской воды.

Преимущества метода ионообмена:

Недостатки метода ионообмена:

Как работает метод ионообмена: Морская вода пропускается через специальные смолы, которые содержат ионообменные группы. Ионы солей в морской воде заменяются на ионы, содержащиеся в смолах. После этого происходит отделение воды от смол, и полученная пресная вода готова к использованию.

Метод ионообмена широко используется в производстве пресной воды для промышленных нужд, а также в производстве питьевой воды. В некоторых случаях метод может использоваться в качестве дополнительной очистки после других методов опреснения, таких как обратный осмос.

Применение опреснения морской воды

Опресненная морская вода может использоваться для различных целей, включая:

В некоторых регионах мира, особенно в засушливых или нефтедобывающих регионах, опресненная морская вода является единственным источником пресной воды. Это делает опреснение морской воды критически важной технологией для обеспечения жизненно важных потребностей в воде.

Кроме того, опресненная морская вода может снизить давление на ограниченные пресные водные ресурсы и уменьшить зависимость от дождевой воды или других естественных источников пресной воды.

Питьевая вода

Одним из самых важных применений опреснения морской воды является производство питьевой воды. Опресненная морская вода может использоваться для питья как в крупных городах, так и в удаленных регионах, где нет доступа к другим источникам пресной воды.

Опресненная морская вода может использоваться для питья после тщательной очистки и дезинфекции, которые удаляют соли, микроорганизмы, тяжелые металлы и другие загрязнители. Некоторые современные системы опреснения морской воды также используют дополнительные методы обработки воды, такие как ультрафиолетовая обработка и обеззараживание озоном, для обеспечения высокого качества питьевой воды.

Применение опреснения морской воды для производства питьевой воды становится особенно важным в засушливых регионах, где нет достаточного количества пресной воды. Также опресненная морская вода может быть использована для питьевой воды на больших судах и в океанских лайнерах, где нет доступа к пресной воде.

Промышленность

Опресненная морская вода также широко используется в промышленности. Некоторые отрасли, такие как нефтеперерабатывающая, электроэнергетическая и химическая промышленности, требуют большого количества воды для производственных процессов, и опресненная морская вода может быть ценным ресурсом в таких случаях.

Процесс опреснения морской воды может помочь предотвратить загрязнение окружающей среды, поскольку он позволяет промышленным предприятиям использовать воду безопасным и экологически чистым способом. Кроме того, опресненная морская вода может использоваться для орошения сельскохозяйственных угодий, промышленного охлаждения и других целей.

Применение опреснения морской воды в промышленности может помочь сохранить ограниченные ресурсы пресной воды, что особенно важно в регионах с ограниченным доступом к этому ресурсу.

Аквакультура

Опресненная морская вода также может использоваться в аквакультуре — отрасли, связанной с выращиванием различных видов рыб, моллюсков и других морепродуктов. Аквакультура требует чистой и безопасной воды для обеспечения здоровья и быстрого роста рыб и других морских животных.

Опреснение морской воды может помочь увеличить доступность такой воды для аквакультуры и уменьшить зависимость от пресной воды. Кроме того, опресненная морская вода может использоваться для контроля уровня солености и pH в водоемах аквакультуры, что повышает производительность и качество продукции.

Применение опреснения морской воды в аквакультуре может способствовать устойчивому развитию этой отрасли, повышению производительности и снижению экологического воздействия.

Судостроение

Опресненная морская вода также может использоваться в судостроении для охлаждения двигателей и других систем на судах. Обычно для этих целей используется свежая вода, однако ее использование может привести к негативному влиянию на местную экосистему, а также снижению доступности пресной воды для других нужд.

Опреснение морской воды позволяет получить воду, которая может использоваться для охлаждения двигателей и других систем на судах без негативного влияния на окружающую среду и без необходимости использования пресной воды.

Применение опреснения морской воды в судостроении помогает уменьшить воздействие отрасли на окружающую среду и повысить ее экологическую устойчивость.

Другие области применения

Опресненная морская вода также может быть использована в других областях, таких как:

Применение опреснения морской воды в этих областях помогает снизить нагрузку на пресные воды и повысить экологическую устойчивость соответствующих отраслей.

Экономические аспекты

Опреснение морской воды имеет как положительные, так и отрицательные экономические аспекты. Некоторые из них:

Экономические аспекты опреснения морской воды зависят от множества факторов, таких как доступность других источников воды, затраты на производство, технологии и энергетическая эффективность.

Экономические выгоды

Опреснение морской воды имеет множество экономических выгод. Во-первых, это способствует увеличению доступности питьевой воды в регионах, где пресная вода дефицитна, что может повысить уровень жизни и улучшить здоровье населения. Кроме того, опреснение морской воды может стимулировать экономический рост и развитие промышленности в регионах, где нет доступа к пресной воде. Например, это может быть использовано для поддержания сельского хозяйства и развития аквакультуры.

Другой экономической выгодой является то, что опреснение морской воды может снизить зависимость регионов от внешних источников пресной воды и тем самым сократить затраты на ее импорт. Кроме того, существуют новые технологии и методы опреснения морской воды, которые становятся все более эффективными и экономически выгодными с течением времени.

Также опреснение морской воды может привести к созданию новых рабочих мест и стимулированию экономического развития регионов, где эта технология используется. Кроме того, опреснение морской воды может уменьшить негативное воздействие на окружающую среду, связанное с использованием пресной воды для промышленных и сельскохозяйственных нужд.