Из содержания этой статьи вы узнаете:
1. Сущность метода опреснения воды обратным осмосом.
1.1. Техническое описание.
1.2. Области применения.
2. Обратный осмос – интересная технология.3. Преимущества и недостатки метода.
Вода – важнейший элемент жизни, которая составляет 71% поверхности планеты. К 2030 году почти половина населения мира, или четыре миллиарда человек, будут испытывать нехватку пресной воды. Как ни парадоксально, только 3,5% этой воды пригодно для потребления человеком, которое можно найти в озерах, реках и родниках для удовлетворения наших физических и гигиенических потребностей. Остальные 96,5%, расположенные в морях и океанах, не пригодны для питья из-за высокого уровня солей. Поэтому соленая вода является незаменимым природным ресурсом для производства питьевой воды.
Вы ищете инновационные решения для обеспечения долгосрочного снабжения питьевой водой? – Опреснение воды путем обратного осмоса отвечает требованиям к экономическим и экологическим характеристикам.
Одним из направлений нашей компании является производство опреснительных установок на заказ. На протяжении 11 лет работы мы произвели и ввели в эксплуатацию по всей территории РФ наше оборудование, обеспечив около 5 млн. жителей качественной водой.
Рис. 1 Установка опреснения морской воды в блочно-модульной станции очистки воды
Каждое оборудование спроектировано как уникальное и оригинальное решение для отдельных проблем, но все они имеют одинаковые стремления к экономическим и экологическим показателям благодаря использованию высокоточных технологий. Ваш проект ждет Вас! Звоните прямо сейчас!
ТПФ «Вагнер-Екатеринбург» использует свой опыт как конструктор-оператор, чтобы предложить конкурентоспособные решения, которые разработаны и построены для удовлетворения ваших конкретных потребностей и для каждого типа воды.
Наши идеально спроектированные опреснительные установки:
- Опреснительные установки, которые производят питьевую, поливную или промышленную воду – Блочно-модульные станции водоподготовки Вагнер;
- Стандартизированные малые или большие объекты – Промышленные системы обратного осмоса Вагнер;
- И многие другие.
«Рассол хорош в определенных случаях» – слова простого человека. А что с водой, в которой избыток солей? – Разберемся.
Обессоливание – это процесс разделения, используемый для снижения содержания растворенных солей в соленой воде до приемлемого уровня. Во всех процессах опреснения воды используются три потока жидкости: соленая питательная вода (солоноватая вода, либо морская вода), вода с низким содержанием солей и очень солевой концентрат (рассол, либо отбракованная вода).
Соленая вода обратного осмоса относится к опреснению воды с более низким содержанием соли, чем морская вода, обычно из устьев рек или соленых скважин. Процесс, в принципе такой же, как обратный осмос морской воды, но требует более низкого давления и, следовательно, меньше энергии.
Как использовать этот неиссякаемый источник жизни?
Технология опреснения воды делает это возможным. Человек разработал множество систем для преобразования морской воды в питьевую. Такие методы, как электродиализ, обратный электродиализ, многостадийная флэш-перегонка или многоэтапная перегонка, работают на опреснительных установках, действующих по всему миру. Однако наиболее распространенной и наиболее совершенной системой является опреснение воды методом обратного осмоса, внедрение которого составляет 61% по сравнению с другими системами.
Соленая питательная вода берется из океанических или подземных источников. Процесс обессоливания разделяется на два выходных потока: низко соленую воду и очень концентрированный солевой поток. Использование опреснения воды преодолевает парадокс, с которым сталкиваются многие, – доступ к практически неисчерпаемым запасам соленой воды, но нет возможности ее использовать. Хотя некоторые вещества, растворенные в воде, такие как карбонат кальция, могут быть удалены химической обработкой, другие распространенные компоненты, такие как хлорид натрия, требуют более технически сложных методов, которые в совокупности известны как опреснение.
Продуктовая вода процесса опреснения, как правило, представляет собой воду с менее чем 500 мг/л растворенных твердых веществ, которая подходит для большинства бытовых, промышленных и сельскохозяйственных целей.
Побочным продуктом опреснения является рассол. Рассол представляет собой концентрированный солевой раствор (с более чем 35000 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.
Существует два типа мембранных процессов, используемых для опреснения:
Нас, конечно же, интересует RO. Технология обратного осмоса заключается в том, что вода из солевого раствора под давлением отделяется от растворенных солей путем протекания через водопроницаемую мембрану. Пермеат (жидкость, протекающая сквозь мембрану) стимулируется протекать через мембрану за счет разности давлений, создаваемой между находящейся под давлением питательной водой и продуктовой водой, которая находится под давлением, близким к атмосферному. Оставшаяся питательная вода проникает через находящуюся под давлением сторону реактора в виде рассола. Никакого нагрева или изменения фазы не происходит. Обязательным требованием к энергии является начальное повышение давления питательной воды.
Рис. 2 Схема мембранного процесса на основе обратного осмоса
В настоящее время технологии RO используются в каждом уголке земного шара для опреснения грунтовых вод. Новые мембраны разрабатываются для работы при более высоких давлениях и с большей эффективностью (удаление от 60% до 75% соли и почти все органические вещества, вирусы, бактерии и другие химические загрязнители).
- Промышленное использование: Промышленные применения, где требуется чистая вода, например, производство электронных деталей, специальных пищевых продуктов и фармацевтических препаратов, используют обратный осмос как элемент производственного процесса, где необходимо концентрирование и фракционирование влажного технологического потока.
- Использование в сельском хозяйстве: фермеры, работающие в теплицах, начинают использовать обратный осмос для опреснения и очистки поливной воды для использования в теплицах, так как в продуктах RO содержится меньше бактерий, что также предотвращает болезни растений. Технология обратного осмоса была использована для этого типа применения фермером из штата Флорида, США, чье производство европейских огурцов в 22 га. Теплица увеличилась с примерно 4000 дюжин огурцов в день до 7000 дюжин, когда фермер изменил подачу оросительной воды с источника загрязненного поверхностного водного канала на источник солоноватых подземных вод, опресненный RO. Использовали систему обратного осмоса с 300 литров/день, производящую воду с содержанием натрия менее 15 мг/л.
Ключевым моментом в процессе опреснения воды является обратный осмос. В этом процессе морская вода прижимается к полупроницаемым мембранам под давлением в условиях непрерывного потока. Высокое содержание соли в морской воде требует, чтобы рабочее давление для обратного осмоса было в пределах 60-70 бар. По мере того как вода проникает через мембрану, большая часть растворенных примесей удаляется, и удаляется 99,5% всей соли. Примеси остаются в текущей воде, и концентрированный поток из мембран сбрасывается. Конструкция сей системы – должна оптимизировать потоки, площадь мембран и другие условия, чтобы поддерживать работу системы с максимально возможной эффективностью.
Рис. 3 Технология обратного осмоса
Прикладные мембраны установили ряд систем обратного осмоса для опреснения морской воды. Типичная система состоит из фильтрации, ультрафиолета, химического впрыска с последующим обратным осмосом мембран. В таблице ниже приведены типичные характеристики системы морской воды:
Система обратного осмоса состоит из четырех основных компонентов или процессов:
- Предварительная обработка. Поступающая питательная вода предварительно обрабатывается для совместимости с мембранами путем удаления взвешенных веществ, корректировки pH и добавления порогового ингибитора для контроля образования отложений, вызванных такими компонентами, как сульфат кальция.
- Повышение давления: насос поднимает давление предварительно обработанной питательной воды до рабочего давления, соответствующего мембране и солености питательной воды.
- Мембранное разделение: проницаемые мембраны препятствуют прохождению растворенных солей, в то же время, пропуская через них опресненную воду. Подача питательной воды на мембранный узел приводит к получению потока пресной воды и отработанного потока концентрированного рассола. Поскольку ни одна мембрана не является идеальной в своем отводе растворенных солей, небольшой процент соли проходит через мембрану и остается в воде продукта. Мембраны обычно изготавливаются из ацетата целлюлозы, ароматических полиамидов или, на сегодняшний день, тонкопленочных полимерных композитов. Оба типа используются для соленой воды и опреснения морской воды
- Стабилизация после обработки. Продуктовая вода из мембранного узла обычно требует регулировки pH и дегазации перед передачей в систему распределения для использования в качестве питьевой воды. Продукт проникает через аэрационную колонну, в которой pH повышается со значения приблизительно от 5 до значения, близкого к 7. Во многих случаях эта вода сбрасывается в резервуар для хранения для последующего использования.
Опыт работы с технологией опреснения путем обратного осмоса намного улучшился за последние 15 лет. Наблюдается, что у меньшего количества заводов и промышленных предприятий были долгосрочные эксплуатационные проблемы. Если предположить, что правильно спроектированный и сконструированный блок установлен, основными эксплуатационными элементами, связанными с использованием технологии RO, будут ежедневный мониторинг системы и систематическая программа профилактического обслуживания. Профилактическое обслуживание включает калибровку прибора, регулировку насоса, проверку и регулировку подачи химических веществ, обнаружение и устранение утечек, а также структурный ремонт системы в соответствии с запланированным графиком.
Система обработки проста; единственным осложняющим фактором является поиск или производство чистой подачи питательной воды, чтобы минимизировать необходимость частой очистки мембраны. Загрязнение происходит, когда поры мембраны забиты солями или заблокированы взвешенными частицами. Это ограничивает количество воды, которую можно обработать перед очисткой. Загрязнение мембраны можно исправить путем обратной промывки или очистки (примерно каждые 4 месяца) и замены фильтрующих элементов картриджа (примерно каждые 8 недель). Срок службы мембраны примерно составляет от 2 до 3 лет.
Дальнейшее развитие технологии
Мы не стоим на месте и постоянно совершенствуем наше оборудование. Процесс опреснения воды путем обратного осмоса будет дополнительно улучшен благодаря следующим достижениям:
- разработка мембран, которые менее подвержены загрязнению, работают при более низких давлениях и требуют меньшей предварительной обработки питательной воды.
- разработка более энергоэффективных технологий, которые проще в эксплуатации, чем существующие технологии.
Технология опреснения путем обратного осмоса воспринимается как дорогостоящая и сложная. Стоимость и масштабы установок настолько велики, что только государственные водопроводные компании с большим количеством потребителей, а также промышленные предприятия или курортные отели рассматривают эту технологию как вариант. Но нет. На самом деле были созданы специальные небольшие установки, где нет другого варианта водоснабжения. Если же у вас частный дом и своя скважина, не обязательно тратить бешеные деньги на технологии опреснения, достаточно обратиться к специалистам ТПФ «Вагнер» – они то уж точно подберут именно Ваш вариант.
Ниже представленно видео демонстрации системы обратного осмоса “Вагнер”, аналогично установке опреснения воды
Опреснитель морской воды
1. Что такое опреснитель воды? Область применения.
2. Опреснитель морской воды методом обратного осмоса
2.1. Описание принципа действия.
2.2. Область применения.
3 Сравнение опреснителей морской воды «Вагнер» с другими производителями.
С ростом численности населения Земли всё чаще и острее возникает вопрос доступности главных ресурсов, необходимых для жизни человека. В первую очередь речь идёт о воде, так как качество жизнедеятельности организма напрямую зависит от исполнения суточной потребности в питьевой влаге.
Недостаток пресной воды, доступной из внутренних водных ресурсов земли, можно компенсировать за счёт использования морской воды, но в силу её непригодности для употребления встает вопрос «как превратить мертвую воду в живую?».
Ответом на него стало создание опреснительной системы, главная функция которой – переработка морской воды с целью удаления соленых частиц. Это трудоемкий промышленный процесс, который, однако, не свидетельствует о том, что вода, лишенная соли, является питьевой. Ввиду того, что в воде мирового океана, помимо соли, присутствуют и другие микроэлементы, степень их присутствия в итоговом продукте диктует области её применения.
Рис. 1 – Схема установки
Так, на морских судах, где запас питьевой воды, загруженный с суши, возить менее выгодно, чем производить её прямо на месте, существует несколько видов опреснителей. Одни добывают воду для нужд человеческого организма, другие поставляют дистиллированную воду для работы механизмов, а третьи перерабатывают воду, пригодную для мытья палубы, к примеру.
Помимо отдельно взятых образцов кораблестроения, имеющих относительно небольшую потребность в воде, существуют и другие примеры применения опреснительных систем. Речь о зонах с пустынным и засушливым климатом, а так же островным типом заселения. Отсутствие местных водоемов компенсируется наличием моря вокруг, и в данном случае масштабы переработки подразумевают обслуживание общенациональных и государственных потребностей. Жилые районы, промышленные кластеры, бизнес-инфраструктура – всё питается за счёт воды, прошедшей систему опреснения.
Ввиду гигантских производственных мощностей стоит вопрос рентабельности, продуктивности и доступности производства. Работая с одним из основных природных ресурсов, человечество непременно должно учитывать ещё и тот факт, что опреснение не должно наносить вред окружающей природе через выброс отработанных продуктов, а так же иметь доказанную безопасность и для самого человека. Поэтому именно соотношение качества и себестоимости получаемой воды легло в основу разработки современных опреснительных систем.
Так, из-за высокой токсичности всё реже находит применение химический метод опреснения: в этом методе используется химическое соединение на основе бария и серебра, которые воздействовали на частицы соли, переводя её в твердое состояние. Тяжелый осадок легко удалялся из воды, однако удаление самих реагентов оказалось куда более сложным и дорогостоящим процессом.
На волне популяризации «зеленой», то есть природоохранной, науки всё чаще ведется разговор о естественных способах добычи питьевой воды через парообразование. Этот метод безвреден для окружающей среды и предельно прост в применении: в специальную конструкцию добавляется морская вода, которая подвергается нагреванию. В результате образуется пресный пар, который сцеживается в отдельный резервуар. Данный способ опреснения называется дистилляцией. Но построить огромный дистиллят, способный обеспечивать водой город, представляется крайне затруднительным.
Опреснитель морской воды методом обратного осмоса.
Есть и ещё один доступный способ, который по своим качественным характеристикам безопасности и простоты превосходит даже парообразование. Суть его в следующем: соленая вода пропускается через специальные полупроницаемые мембраны под высоким давлением, в результате чего на выходе получается чистая, лишенная всяких примесей, питьевая вода. Называется этот вид опреснения обратным осмосом.
Обратный осмос – это физический процесс, при котором более концентрированная жидкость превращается в менее концентрированную. В данном случае, единицей измерения концентрации служит морская соль.
Плотность мембран настолько высокая, что через неё проникают только молекулы H2O, что при обычных условиях собственного давления воды было бы недостаточно, поэтому интенсивное давление является рычагом, запускающим процесс очистки.
Производство установок для обратного осмоса настолько доступно, что считается – один вложенный доллар даст 16 тонн пресной воды. Однако, так было не всегда: на заре внедрения этой системы она была дорогостоящей и использовалась только в военных целях, на подводных лодках. Сегодня перспективность и дешевизна производства позволяют внедрять технологию обратного осмоса повсеместно – от крупнейших станций до кухонных кранов. При этом у данного вида опреснения есть свои сложности и нюансы, которые необходимо учитывать.
Полунепроницаемые мембраны задерживают практически все элементы, содержащиеся в воде, но пропускают газы: кислород, хлор, углекислый газ. В результате полученная вода может иметь специфический привкус. Кроме того, свободная от присутствия примесей, вода лишается в том числе и тех из них, которые необходимы человеческому организму, поэтому дополнительная минерализация и обогащение такой воды – ещё одна ступень в получении качественного питьевого сырья, усложняющая процесс.
При этом в случае с обслуживанием медицинских нужд, вода, полученная через технологию обратного осмоса, считается условно стерильной и широко применяется в медучреждениях.
Так же не стоит забывать, что вода, не содержащая соли и иные технологические примеси, широко используется в промышленности для обслуживания различных механизированных установок, нуждающихся в охлаждении «пустой» водой.
Обратно-осмотическая полунепроницаемая мембрана обеспечивает воде такой уровень чистоты, над реальной пользой которой до сих пор ведутся споры, хотя этот метод введен в широкую эксплуатацию ещё в 1960-х годах. Всё дело в том, что некоторыми исследователями данный вид полностью обезминерализированной воды считается не более чем растворителем, не восполняющим необходимое количество питательных веществ.
Другая точка зрения специалистов, напротив, свидетельствует о том, что настолько бюджетный и широко распространенный метод получения чистой питьевой воды является единственным правильным путем развития опреснительных систем. Их доводы склоняются к тому, что именно сейчас, в век высокого роста промышленного и градостроительного потенциала, вода должна быть, прежде всего, свободной от нитратов и других патогенных факторов, способных оказывать негативное влияние на организм человека и вызывать различные заболевания.
Высокий спрос рождает предложение, а высокая конкуренция приводит к тому, что на рынке современных опреснительных систем, работающих по методу обратного осмоса, могут лидировать только те образцы, которые способны за меньшие деньги предложить большую производительность и износостойкость.
Промышленные системы обратного осмоса «Вагнер» позволяют снабжать питьевой водой все ключевые позиции человеческой деятельности: приготовление пищи, употребление в качестве питья, использование в гигиенических и санитарных процедурах – как в персональных целях, так и для мест массового скопления, в том числе детей.
Система «Вагнер» обеспечивает качество продукции, соответствующей всем нормам СанПин, предъявляемым к питьевой воде.
Кроме того, система «Вагнер» демонстрирует отличные показатели доступности, при этом речь не только о ценовой политике, но и об области применения. Компактный размер и высокотехнологичные методы управления позволяют системе «Вагнер» работать на небольшой площади, в том числе и в частном доме.
Простота управления компенсирует возможные трудности, с которыми обычно связывается использование дополнительных систем водоочистки: в случае с «Вагнером» не придется решать проблемы эксплуатации, так как система может быть укомплектована в соответствии с индивидуальными требованиями области применения.
случае с остальными системами обратного осмоса используются мембраны стандартного типа, тогда как система «Вагнер» подразумевает довольно широкие возможности корреляции результата: эффективность очищения от примесей может составлять от 85% до 98% в зависимости от того, какие задачи призвано решать использование данной воды.
Также решена проблема дополнительной минерализации, которая позволит насытить питьевую воду природными элементами: при необходимости вода обогащается всеми необходимыми элементами таблицы Менделеева.
Не знаете, какой тип оборудования вам требуется? Специалисты системы «Вагнер» помогут вам подобрать нужную модель, а так же оформить для неё регулярное химобслуживание мембран, которое позволит сохранить работу системы на должном уровне более продолжительное время.
Не знаете, как управлять данной машиной? «Вагнер» оснащен возможностью установки автоматической работы, поэтому вам не потребуется вмешательство в работу системы.
Отечественное производство «Вагнера» позволяет гарантировать полное сервисное обслуживание в кратчайшие сроки, с поддержкой технического специалиста и диспетчера. Помимо этого, российское происхождение «Вагнера» делает его цену ниже, чем зарубежные аналоги.
Что полезного вы узнаете из содержания этой статьи:
1. Для чего опресняется морская вода
2. Область применения опреснителей морской воды
3. Методы опреснения морской воды
4. Сравнение методов опреснения морской воды
5. Выводы и рекомендации
Опресненную морскую воду используют для различных нужд уже очень давно. Но перед тем, как её потреблять, необходимо очистить от морской соли и других примесей, содержащихся в морской воде. Все знают, что морская вода соленая. И использование её для любых целей без предварительной обработки не рекомендуется. Существуют различные методы опреснения такой воды. И для каждого конкретного случая подбирается своя технология и оборудование. В современном мире это альтернатива пресным источникам. Которые не только исчезают, но и многие меняют состав воды. Особенно обессоливание актуально для объектов, расположенных недалеко от источника соленой воды. Таким образом можно значительно сэкономить на трубопроводе и электроэнергии. Чаще всего морскую воду используют в различных сферах промышленности и сельском хозяйстве. Без обессоливания не может обойтись судоходство и нефтяные вышки. Да и в бытовом сегменте бывает очищают именно морскую воду. Это касается отдаленных от больших городов поселений, гостиница и санаториях, расположенных у воды.
С обессоливанием человечество знакомо уже очень давно. И с каждым годом технологии, как и оборудование, модернизируется. Снижаются затраты на потребление ресурсов и увеличивается производительность. Но нельзя просто взять и поставить любую систему фильтрации. Учитывая отличительные особенности морской и пресной воды. Ввиду большей солености морская более агрессивная, хотя в ней содержится меньшая концентрация других вредных веществ. Ухудшение экологической ситуации также негативно влияет на её качество. И если раньше хватало опреснения, то сейчас требуется уже более тщательная обработка. Подбирая технологию и оборудование следует как можно тщательнее обращать внимание на нюансы, как самой технологии, так и на необходимые требования. Есть несколько способов опреснения и каждый имеет свои преимущества и недостатки. Поэтому так важно прорабатывать все тонкости.
1. Для чего опресняется морская вода
Вода является жизненно необходимым элементом всех сфер. Это касается как бытового. Так и промышленного использования. Конечно, в приоритете пресные водоемы или другие источники. Но в связи с ухудшающейся экологической обстановкой. таких источников становится все меньше. Да и качество воды в них сильно ухудшается. Поэтому новые источники воды становятся необходимы. Одним из таких стала морская вода. Но. Как говорилось ранее, без обработки, то есть обессоливания, её не применяют. Кроме большой концентрации солей, в морской воде, как и в любой другой, содержатся вредные примеси. Они могут быть в разном количестве, зависит от множества факторов.
Чаще всего морская вода применяется на судах или производствах, находящихся около морей. Для судов разработаны специальные автономные устройства, которые безопасно и быстро могут обработать большой объем. Кроме того, очень важна безопасность и экологичность технологий.
Для разных применений требуется своя степень очистки от загрязнений. Например, для обработки питьевой воды применяются жесткий регламент. Для технической- менее строгий. Если рассматривать именно судовое опреснение, то в этой сфере вода используется еще для парогенераторов и аккумуляторных батарей. А это тоже разная степень фильтрации.
Технологии, разработанные для обессоливания, совершенствуются постоянно. Это не значит, что существующие методы не актуальны. Просто они модернизируются под новые условия, снижается энергопотребление, увеличивается производительность и сроки эксплуатации. То есть минимизируются все затраты и повышается выработка. Но просто так брать любое оборудование для обессоливания бессмысленно. Каждый метод ориентирован на определённые условия работы.
Так же способы можно совмещать, для коррекции степени очистки или для наиболее лучших результатов в конкретных условиях.
Рис.1 Опреснение морской воды на судах
Стоит понимать, что техническую воду можно очищать не так полноценно, в отличии от питьевой. Для ускорения реакции используются химические вещества. Но такой метод обработки не рекомендуется для обессоливания питьевой. Реагенты могут остаться в воде и неблагоприятно влиять на здоровье человека. А установка дополнительных элементов фильтрации – это новые затраты, увеличение габаритности установок.
К тому же все химические средства требуют своевременного пополнения запаса, что не очень удобно для судов дальнего следования. Поэтому так важно правильно подобрать метод обессоливания и оборудования. Учитывать все тонкости и специфику обработки.
2. Область применения опреснителей морской воды
Обессоливание воды требуется там, где нет пресной. Или её транспортировка до места назначения слишком сложна. Например, при нахождении водоема или скважины за несколько тысяч километров. Придется прокладывать трубы и обеспечивать бесперебойную подачу. Это слишком хлопотно и не выгодно. Особенно если рядом находится другой источник воды. В эти категории попадают судна, промышленные предприятия, сельские хозяйства и даже бытовое потребление.
Судоходство. В этой сфере вода морская вода является единственным надежным и постоянно доступным источником пресной воды. Некоторые суда заходят в порты для пополнения запасов пресной воды как в былые времена. Но не всегда это удобно, а иногда в принципе невозможно. Если это суда дальнего следования или подводные лодки, то они длительное время не могут пополнять запасы и им требуются системы опреснения воды. Кроме питьевой воды необходима техническая, технологическая, питательная и вода другого назначения.
Нефтяная вышка. Еще одна область применения, где требуется обессоливание воды. Такие вышки находятся в морях и океанах. Добираются до них чаще на воздушном транспорте. И, естественно, неудобно постоянно таким образом поставлять пресную воду. Поэтому на вышках установлена автономная система обессоливания.
Сельские хозяйства. Эта сфера использует воду для полива, питья. И требуется потребление довольно большого объема ежедневно. Опреснители необходимы в тех местах ведения сельского хозяйства, где по климатическим или иным причинам нет доступа к пресной воде, например пустыни и степи.
Бытовое использование. На данный момент, это категория с наименьшим потребление морской воды. Чаще всего это санатории, гостиницы и другие курортные объекты со скважинами с соленой водой. Сюда же можно добавить кафе и рестораны.
Подводя итог по сферам применения можно обозначить, что все объекты, которые находятся рядом с морем, потребляют именно морскую воду. Это менее энергозатрано и таким образом можно снизить расходы.
Оборудование подбирается исходя из метода фильтрации и особенностей производства. Так же основными факторами являются производительность, способ, затраты на эксплуатацию и стоимость самого оборудования. Практически любую систему можно модернизировать.
3. Методы опреснения морской воды
Есть несколько методов обессоливания, которые эффективны и применяются в различных сферах. С их помощью можно отфильтровать не только морскую. Но и любою соленую воду. Любой представленный способ зарекомендовал себя как эффективное обессоливание. Важно помнить, что разные сферы требуют разных методов фильтрации. Можно совмещать уже установленную схему очистки с обессоливанием путем добавления новых элементов фильтрации.
Рис. 2 Опреснительные установки “Вагнер”
Морская вода может быть разной степени солености, зависит от региона и экологической ситуации. Это тоже стоит учитывать при выборе технологии. Некоторые методы способны устранить соли только в малой концентрации, а другие ориентированы на максимальную. А теперь разберем основные способы, которые применяются при обессоливании:
С помощью химических средств. Как уже понятно из названия, основным очищающим элементом являются реагенты. Чаще всего используются соли бария или серебра. При добавлении химикатов начинается реакция и образуется осадок. Такой метод подходит только для очистки технической воды. Да, химическая реакция происходит быстро и можно за один раз обеспечить удаление солей в большом количестве воды. Но при этом потребуется значительный объем реагентов. Так же потребуется дозатор. Именно он будет контролировать подачу химикатов в воду. Если добавляемых веществ будет много, то они останутся незадействованными и только ухудшат состав воды. Если добавить мало, то способ просто не будет эффективным. Поэтому перед тем как добавлять реагенты стоит рассчитать их количество, в зависимости от концентрации солей и других примесей. Возможно комбинирование способов для достижения наиболее максимального положительного эффекта.
Преимущества метода в скорости реакции и высокой производительности. Из недостатков же можно выделить узкую направленность, только для технической воды. Агрессивность веществ и их расход. Поэтому такой способ используется не очень часто. Или только для определенного типа воды. Для корректирования состава потребуется установка дополнительных модулей очистки.
Выпаривание. Еще один известный способ обессоливания, который широко применялся в судостроении. Суть в преобразовании воды в пар с помощью специального оборудования, которое называется дистиллятор. Может быть, как бытовым, так и промышленным. Можно обрабатывать большой объем воды, но при этом значительно увеличивается расход энергии.
Из преимуществ способа можно выделить экологичность, возможность обессоливания большого количества воды. Из недостатка- большого расхода электроэнергии. Так же при постоянном использовании, на тенах образовывается накипь, которую довольно сложно удалить.
Так как на нагрев идет очень большой расход ресурсов, дистилляция не является самым распространённым методом обессоливания. Современные установки, конечно, уже более модернизированы, но по сравнению с другими способами все же проигрывает.
Очень часто можно встретить такой метод в походном оборудовании. Чтобы опреснить воду в экстремальных условиях, требуется ее нагреть. Но такие устройства позволяют обессолить очень маленький объем воды. И скорее подойдет для очень уж экстренных ситуаций. Но на всякий случай оборудование может пригодиться. В последнее время при строительстве и ремонте морских судов, яхт, катеров метод выпаривания заменяется на опреснение методом обратного осмоса, т.к. такие установки обладают большей производительностью, компактностью, минимальным энергопотреблением.
Ионозамещение. Данный метод основан на использовании ионной смолы. Она состоит из гранул, которые притягивают загрязнения, отдавая молекулы натрия. Время фильтрации зависит от исходных параметров воды. Таких как температура и процент загрязнения. К тому же сама ионная смола бывает с различными характеристиками и диаметром гранул. Чаще метод используется в тяжелой металлургии.
Преимущества метода, опять же, в экологичности и низком потреблении ресурсов. Но при этом обязательно пополнять загрузочный материал. А это расходы на эксплуатацию. Как вариант, можно промывать или регенерировать смолу. Для этого достаточно промыть сильным солевым раствором. Но потом этот концентрат необходимо утилизировать.
Технология обратного осмоса. Один из самых современных, экономичных, а потому популярных методов опреснения морской воды не только при обессоливании, но и для удаления других веществ. Фильтром выступает специальная мембрана. Поверхность ее пористая. И чем меньше диаметр пор, тем более тонкая будет очистка. Но при этом снижается производительность. Принцип действия в пропускании потока воды через мембрану. Тем самым все примеси остаётся в концентрате. А чистый поток воды уходит потребителю. Это один из первых методов очистки морской воды, который актуален до сих пор.
При использовании такой технологии обязательно контролировать давление. При его повышении происходит деформация фильтрующего элемента. И мембрана перестает выполнять свои функции. Потому что попросту она начинает пропускать все загрязнения, в том числе соли. При пониженном давлении сам процесс очистки станет довольно длительным.
Из преимуществ можно выделить компактность оборудования и низкое энергопотребление. Так же систему можно модернизировать. Например, установив специальный контроллер, который сделает процесс автоматическим. Очистка мембраны происходит с помощью промывки обычной водой. Если на ней появляются какие-либо отложения, ввиду агрессивного воздействия вредных веществ, то её замачивают в специальном растворе. Из недостатков метода выделяют большой объем воды или концентрат, который уходит на утилизацию. Именно в нем остаются все загрязнения. Если вода имеет высокую концентрацию солей, то мембрану потребуется чаще менять. Ну и последний нюанс – это стоимость самого оборудования. Из-за высокого давления, необходимого для опреснения воды методом обратного осмоса требуется установка специальных коррозионно стойких насосов морского исполнения с высоким давлением. Данные насосы отличаются высокой стоимостью.
Несмотря на существующие недостатки, такой способ очитки используется практически повсеместно. Дело не только в экологичности, но и в универсальности. Благодаря тому, что не применяются химические вещества, обессоленную воду можно применять для питья. Чтобы увеличить сроки эксплуатации мембранных элементов необходима предварительная очистка от механических и органических примесей. Любая вода, морская в том числе, содержит крупные механические загрязнения. Которые могут нанести повреждения. Не стоит забывать о своевременной промывке. Ведь если ячейки заполнятся, то качество воды значительно снизится. Если соблюдать все условия эксплуатации, то мембрана прослужит довольно долго. Тем более данный метод не требует каких-либо специальных условий.
Электродиализ. Данная технология похожа на мембранную очистку. Но поток воды проходит не под давлением, а с помощью электрического поля. Катионы и аниониты двигаются противоположно, разделенные мембраной. Такие элементы более прочные, чем в методе обратного осмоса. И могут выдерживать более высокие нагрузки. Преимущества способа в его экономичности и низких расходах на эксплуатацию. Так же основным преимуществом является способность удалять определенный тип соли. Используемые мембраны неприхотливы к изначальным характеристикам воды и способны обессоливать горячую воду.
Кристаллизация. Данный метод основан на заморозке. Пресная вода при отрицательной температуре превращается в лед, а все находящиеся в ней примеси замерзают гораздо дольше. Поэтому определенный объем воды подвергают воздействию холодом. Полученный лед, растопив, можно даже пить. Это уже будет пресная вода. Вымораживание происходит несколькими способами: естественное или искусственное. Конечно, естественная кристаллизация длительный процесс и возможна далеко не везде. Поэтому чаще используют искусственное вымораживание. Для это в воду добавляют жидкий бутан. Преимуществ способа не так уж и много. Это низкое потребление ресурсов. При этом метод уже не экологичен, так как применяются реагенты. Да и опреснить большое количество воды за один раз не получится.
4. Сравнение методов опреснения морской воды
Универсального метода, который подойдет для любого производства и при любых характеристиках воды не существует. То есть для каждой сферы, даже для каждого предприятия подбирается своя система обессоливания. Кроме того, у любого способа есть свои требования, как и у оборудования. Есть более современные и не совсем актуальные методы. Что подойдет в бытовом использовании может быть неприемлемо для производств или судов. Если необходимо ежедневно опреснять большой объем воды, то вполне достаточно химического способа или установки дистиллятора. Однако, использовать такую воду для питья нежелательно. Для фильтрации от солей больше подойдет электродиализ или обратный осмос. В них используется для опреснения только мембрана и не участвуют никакие химические вещества.
Основным критерием являются условия при которой наиболее оптимально может происходить опреснение воды. Опреснители устанавливаются как отдельно, так и в уже существующую схему очистки. Реконструкцию существующей системы проводят если необходимо увеличить производительность или заменить оборудование. Так же практически любое оборудование подлежит автоматизации. Если приобретать уже готовую установки, контроллеры чаще всего идут в комплекте.
Не стоит забывать и об обслуживании систем. Оборудованию обязательно требуется проверка. При этом проверяется не только работоспособность, но и любые деформации, необходимость очистки или замены фильтра.
Ежегодно оборудование модернизируют. Зачем же это делать? Для снижения потребления ресурсов и увеличения производительности. Это основные критерии модернизации. В идеале, когда с обессоливанием справляется один метод без установки дополнительных элементов фильтрации. К тому же морская вода содержит не только соли, но и другие примеси. Поэтому наиболее универсальной технологией является обратный осмос. Он позволяет не только сделать воду пресной, но и полностью удалить все загрязнения. При этом такую воду можно использовать в бытовых целях. Потому что в процессе очистки не применяются химические вещества.
Рис. 3 Принцип работы опреснителя
Перед тем как выбирать технологию очистки, следует сделать анализ воды. Чтобы определиться с примесями в ней присутствующими. Лучше всех с дополнительными загрязнениями справляется технология обратного осмоса и ионная смола. Но при этом потребуется предварительная очистка для мембранного способа и солевой раствор для регенерации, для ионной смолы.
Обязательна автоматизация системы. Ведь если фильтр забьется, то не сможет выполнять свои функции. А если и вовсе за ним не следить, то произойдет деформация, в случае с мембранами. И потом восстановить всю схему опреснения возможно лишь при замене элементов фильтрации. Но, как правило контроллер, уже находится в комплектации готовых систем. Он позволяет не только напомнить о необходимости промывки, но и самостоятельно её активировать. Более расширенные настройки зависят от модели контроллера.
5. Выводы и рекомендации
Опреснители играют важную роль в любой сфере производства. Естественно, такие установки актуальны только при обессоливании морской воды. Благодаря разнообразию методов и оборудования можно подобрать именно такую схему, которая наиболее оптимальна.
При этом многое зависит от исходных характеристик воды. Если солей слишком много, то можно использовать реагенты, в случае с технической водой. Или установить дополнительные элементы фильтрации. Такое оборудование незаменимо на судах. Где требуется большой расход воды.
Материалы из которого изготовлено оборудование должны быть качественными. Потому что соленая вода довольно агрессивная среда.
Для каждого конкретного случая подбирается свой метод очистки. Это зависит от концентрации соли в воде и наличия других примесей. Все оборудование, которое применяется при обессоливании должно быть сделано из качественных материалов.
Сегодня на рынке предоставлено большое количество разнообразных моделей. Они различаются по габаритам, производительности, степени фильтрации и технологии. Если подобрать оптимальную модификацию, то можно значительно снизить расходы и увеличить производительность.
Не стоит забывать о том, что у каждого оборудования свои требования к исходному источнику. К примеру, содержание соли. Или, в случае с обратным осмосом, давление, температура воды. Превышение требуемых показателей приведет к некачественному или неполному обессоливанию, что сводит на нет всю технологию фильтрации. К тому же опреснение воды должно соответствовать всем нормативам. Это необходимо для разной степени очистки. Если взять, к примеру, батарей. Которые используются в судоходстве. То в этом случае подойдет только полностью пустая, дистиллированная вода. Если рассматривать техническую, то в возможны послабления, так ка не требуется настолько тщательная очистка.
При выборе оборудования обязательно учитывать все тонкости, чтобы впоследствии не пришлось дополнять систему. Сначала производится анализ воды, выявляется уровень солености и наличия других примесей. После этого рассчитывают именно ту производительность, которая необходима. Проводятся расчеты на эксплуатацию системы. Если не соблюдать все требования, то система попросту выйдет из строя. На это может повлиять редкая промывка фильтров при высокой загрузке, низкое или высокое давление, неприемлемая температура воды.
Один из главных факторов – это сервисное обслуживание. Это касается не только самих фильтрующих элементов, но и комплектующих. Если произошли какие-либо изменения, то обязательно скорректировать систему. Это можно сделать, добавив дополнительные фильтрующие элементы или насосные станции. Данная необходимость обусловлена снижением нагрузки на оборудование.
Так же при выборе опреснителя стоит обратить внимание на производителя. Соотношение цена-качество. Предоставляемую гарантию и комплектацию устройства.
Учёные разработали два новых метода опреснения воды
Время на прочтение
Практически одновременно инженеры из Массачусетского технологического института (MIT) и Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (UIUC) предложили новые способы опреснения солёной воды. Метод MIT основан на ударных волнах, а UIUC использовали для отделения соли от воды пористый материал нанотолщины.
Если в кране нет воды
Потребление воды в мире постоянно возрастает, и в некоторых густонаселённых регионах планеты её начинает не хватать. Проблема нехватки пресной воды уже не является прерогативой африканских пустынь. Несмотря на то, что Мировой океан покрывает 70% поверхности нашей планеты, питьевой воды на ней крайне мало.
В Калифорнии из-за трёхлетней засухи недосчитались примерно годовой нормы осадков, из-за чего властям пришлось ввести ограничения на использование воды. В Китае строят одну из крупнейших станций по опреснению воды в Бохайском заливе рядом с городом Таншань.
Обычными способами опреснения воды являются обратный осмос — проталкивание воды через мембрану, задерживающую частицы соли, перегонка — кипячение с последующим сбором и охлаждением пара, или электродиализ – изменении концентрации электролитов в растворе посредством электрического тока. Эти способы крайне энергозатратны.
Опреснение шоком
При обычном электродиализе в сосуде для разделения делают перегородки из полупроницаемых мембран. Фильтрующие мембраны пропускают воду и задерживают более крупные частицы соли. Эти мембраны расположены поочередно и разделяют общий объем на множество полостей. Через ванну с раствором пропускают постоянный электрический ток, который приводит ионы растворенных солей в движение.
Противоположно заряженные ионы движутся в противоположные стороны, но из-за того, что ванна заполнена препятствующими движению ионов мембранами, ионы задерживаются на ближайшей мембране, соответствующей их заряду, и остаются в полости между двумя мембранами. В результате между одной парой мембран происходит повышение концентрации ионов (эту воду сливают обратно в море), а между другой – понижение, то есть получается пресная вода.
В новом процессе, получившем название шоковый электродиализ, вода течёт через фритту – пористый керамический материал. С обеих сторон масса материала ограничена электродами. Достаточно сильный постоянный ток, протекающий между электродами, приводит к тому, что в потоке возникает ударная волна, чётко разделяющая поток на две части – в одной из которых течёт чрезвычайно солёная, а в другой — пресная вода. Остаётся только разделить потоки простой перегородкой.
В этом процессе не используются мембраны, ничего не засоряется и не требует очистки, при этом обеспечивается постоянный поток воды через недорогой в производстве материал. Эффект, лежащий в основе процесса, был открыт несколько лет назад учёными из Стэнфордского университета.
Специалисты из MIT утверждают, что процесс можно использовать не только для опреснения, но и для очистки воды. Например, в процессе проведения работ по гидравлическому разрыву пластов образуется много солёной и загрязнённой химикатами воды, которую можно было бы очищать подобным образом. К тому же, по утверждению учёных, электрический ток, необходимый для организации процесса, достаточно сильный для того, чтобы убивать бактерии и стерилизовать воду.
Тонкий подход к опреснению
Инженеры из Иллинойса, тем не менее, предлагают свой вариант опреснения воды путём фильтрации её через мембрану. Однако их мембрана из дисульфида молибдена имеет толщину всего в несколько нанометров. Инженеры из UIUC утверждают, что их фильтр энергетически гораздо более выгоден, чем обычные фильтры для обратного осмоса, которые требуют больших энергетических затрат.
Для опреснения воды через фильтры обычно требуется создавать большое давление, а мембраны быстро засоряются и требуют очистки или замены. Но по утверждению инженеров, давление, необходимое для опреснения воды, пропорционально толщине мембраны. Многие учёные даже пытались использовать для фильтрации воды графен, но столкнулись со специфическими трудностями при взаимодействии его с водой.
Инженеры из UIUC взяли дисульфид молибдена, поскольку в нём молибден находится в окружении двух атомов серы. В результате у тонкого «листа» MoS2 снаружи находится сера, а молибден – внутри. Если в таком листе сделать отверстие, вокруг него будет кольцо из атомов молибдена.
Как будем опреснять?
Прогресс не стоит на месте, и новые технологии появляются очень быстро. Время покажет, какая из упомянутых идей пройдёт проверку реальностью. Возможно, что для повышения эффективности различные технологии будут использоваться вместе. Главное, чтобы в результате они дали много пресной воды как для питья, так и для пищи – ведь основными потребителями пресной воды являются фермерские хозяйства.
