Зачем нужен производитель морской воды, для чего и как он работает

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

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

Затраты на опреснение

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

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

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

Стоимость опреснения морской воды в США

В то же время, дороговизна процесса опреснения воды подвергается сомнению многими сторонниками этого метода. Опресненная вода становится все дешевле относительно доставки воды в засушливые регионы. Так, в конце прошлого века вода, доставляемая в Южную Калифорнию, обходилась в 30 раз дешевле, чем опресненная, сейчас разница затрат составляет всего лишь 2 раза. Есть данные о том, что очищение воды способом обратного осмоса (при котором вода пропускается через мембрану при высоком давлении) обходится дешевле, чем дистиллированная вода в определенных местах США. И все же, справедливости ради, надо отметить, что конкуренция цен пока еще далеко не в пользу методов опреснения морской воды – традиционные способы добывания питьевой воды выигрывают это соревнование.

По данным Американской Ассоциации мембранных технологий, затраты на традиционные способы получения воды составляют от 0,9 до 2,5 долларов США на тысячу галлонов, при опреснении слегка солоноватой воды они возрастают до 1,5-3 долларов США на аналогичный объем. При опреснении морской воды расходы уже составляют 3-8 долларов на тысячу галлонов получаемой воды. Ассоциация также опасается того, что опреснительные установки по всей стране окажутся под контролем частных компаний – с учетом растущей потребности в чистой питьевой воде, это вполне вероятное развитие событий.

При анализе средней стоимости коммунального обслуживания в Калифорнии, Иллинойсе, штатах Нью-Йорк и Висконсин с учетом частных и государственных компаний, предоставляющих соответствующие услуги, было обнаружено, что частные коммунальщики заметно завышают свои тарифы, по сравнению с государственными компаниями. Разница составляла от 13 до 50%. Другой пример: Стамфордская компания из штата Коннектикут построила во Флориде большой завод, предназначенный для опреснения воды, затраты на который составили порядка 158 миллионов долларов. Тем не менее, после завершения строительства, завод не был запущен. Он начал функционировать только тогда, когда был включен в проект «Посейдон», при участии Управления водных ресурсов.

Дальнейшее развитие

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

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

Нехватка пресной воды в засушливых регионах  – серьезная проблема, которую необходимо решать совместными усилиями экспертов и политиков. По прогнозам Всемирной организации здравоохранения, уже к 2050 году острая нехватка питьевой воды станет актуальной для 2/3 жителей Земли. Однако, опреснение – не единственный способ решить задачу. В докладе Национального исследовательского управления говорится о том, что гораздо дешевле и эффективнее перераспределять уже имеющиеся ресурсы, нежели опреснять морскую воду. В поддержку этого доклада предоставлены данные многочисленных исследований, касающихся альтернативных способов решения проблемы водоснабжения, при более низких затратах и более высокой безопасности проведения работ.

Председатель компании «Watec Israel» Буки Орен, в частности, считает, что наиболее перспективным направлением в решении проблемы питьевой воды является сохранение уже имеющихся источников. Ежедневная экономия воды на уровне отдельно взятого человека уже является серьезным вкладом в сохранение запасов питьевой воды на Земле. Проблема питьевой воды может быть решена человечеством, если оно возьмет на себя необходимую ответственность за эту ситуацию.

Методы опреснения морской воды

Существует несколько основных способов очистить морскую воду от повышенного количества солей. Среди них:

• Химический способ. Вода опресняется с помощью реагентов, вступающих в реакцию с солью и выпадающих в виде осадка.
• Электродиализ. Сложный технологический процесс электролитической диссоциации, позволяющий разделить процесс распада молекул.
• Обратный осмос. Наиболее современная система фильтрации воды, при которой жидкость проходит через специальную мембрану. Она задерживает соли и другие примеси.

Рассмотрим все три способа более подробно.

Химический способ

Химический способ, позволяющий опреснить морскую воду, требует использовать специальные реагенты. Соли бария, серебра и цеолиты входят в реакцию с солями магния, кальция и хлоридом натрия и хлором. Не растворяясь и не улетучиваясь, вещества остаются в жидкости, выпадая в осадок и собираясь на дне.

Химический способ имеет следующие недостатки:

• Высокая стоимость. Количество реагентов должно составлять около пяти процентов от объема морской воды. Это не позволяет применять химический способ в промышленности.
• Невозможность опреснить большой объем морской воды. Химический способ оптимально подходит для опреснения 1-5 литров жидкости.
• Вред для здоровья. Соли бария могут негативно влиять на внутренние органы человека в большой концентрации.

Химический способ используют на яхтах, катерах и других водоплавательных средствах, выходящих в открытое море или океан. Для этого предусмотрены специальные опреснители, в комплект которых входит герметичный мешок и брикет реагентов. В течение 20-30 минут они позволяют опреснить небольшой объем воды в аварийной ситуации. Опреснители также включают в экстренные комплекты военных и других летчиков.

Электродиализ

Электродиализ — наиболее технически сложный способ опреснить воду. Используется процесс электролитической диссоциации, во время которого происходит распад молекул на положительно и отрицательно заряженные ионы. Не вдаваясь в сложные технические термины, простыми словами объясняем, как работает электродиализ:

• Контейнер для электродиализа состоит из центральной части и двух мембран с обеих сторон. За ними расположены анод и катод, которые притягивают отрицательно и положительно заряженные ионы молекул солей.
• Морская вода попадает в центральную часть системы через верхнюю часть. На катод и анод подают напряжение, что заставляет притягиваться ионам. Вода постепенно обессоливается.
• Обессоленная вода сливается из центральной части системы.

В промышленных масштабах системы для электродиализа воды имеют больше одного контейнера и двух мембран. Это позволяет достичь высокой мощности и эффективности.

Электродиализ не подходит для очистки морской воды до состояния питьевой. Он позволяет удалить соли в количестве примерно 10-15 грамм на литр жидкости. В морской и океанской воде обычно содержится около 35 грамм на литр. Способ чаще применяют для очистки сточных вод на производствах.

• Небольшая стоимость. По сравнению с другими способами очистки воды.
• Высокая концентрация солевого раствора. Сливаемая и не опресненная жидкость, прошедшая через мембраны к катоду и аноду, может применяться для производства поваренной соли.

Ультрафильтрация (обратный осмос)

Обратный осмос, или ультрафильтрация — наиболее современный способ, позволяющий опреснять морскую воду. Он используется на крупнейших заводах, расположенных по всему миру. Например, в Израиле построена крупная опреснительная станция в Ашкелоне, опресняющая до 118 миллионов кубометров воды в год. В Японии, на металлургическом комбинате компании «Сумитомо‎», действует система, очищающая до 9500 кубических метров жидкости в сутки. Это позволяет полностью обеспечить технической водой паровые котлы.

Как работает системы обратного осмоса:

• Вода под высоким давлением попадает в специальную мембрану. Она имеет тонкопленочную структуру, поры в которой имеют размер около 0,01 микрона.
• Проходя через поры мембраны вода очищается от солей, хлора и других примесей. Концентрат сливается в дренаж. В среднем на один литр чистой воды приходится около 2-7 литров неочищенной. Ее концентрация меньше, чем при электродиализе и она не наносит вреда окружающей среде.

Когда применяется технология по опреснению воды

Технологии используются в различных странах, не имеющих достаточного доступа к пресной воде из рек и озер. В постройку опресняющих заводов вкладываются крупные средства — это считается перспективным и быстро окупаемым бизнесом. На данный момент в мире действует около 16 тысяч опреснительных станций, расположенных в 177 странах и вырабатывающих до 95 миллионов кубометров пресной воды в сутки. Наибольшую распространенность технологии получили:

• в островных развивающихся государствах: Мальте, Багамах и других;
• странах Северной Африки, богатых природными ресурсами: Саудовская Аравия, Кувейт, ОАЭ.

Среди наиболее ярких примеров опресняющих заводов можно выделить:

• Рас-Аль-Хаир, Саудовская Аравия. Опресняет более миллиона кубометров воды в сутки.
• Тавилах, ОАЭ. Производительность — около 900 000 кубических метров пресной воды в сутки.
• Шуайба-3 и Рабиг-3, Саудовская Аравия. Производят 880 и 660 тысяч м3/сутки пресной воды.

В Объединенных Арабских Эмиратах около 50% всего оборота питьевой и технической воды приходится на опресненную жидкость, обработанную на местных заводах.

Проблемы опреснения воды

Основная проблема опреснения воды — ее высокая стоимость по сравнению с природной, поступающей из рек, озер, подземных источников (примерно в 2-3 раза). Цену жидкости повышают:

• Необходимость постобработки концентрата. На один литр очищенной воды приходится не менее полутора-двух литров загрязненного «рассола‎». Он имеет повышенную концентрацию солей и различных примесей. Перед его сбросом в океан или море необходимо провести очистку.
• Высокая стоимость электроэнергии. Сильно влияет на цену опресненной воды в Австралии. Наименее сильно этот фактор выражен в странах с низкими затратами на электроэнергию: ОАЭ, Саудовская Аравия. Современные опресняющие системы требуют около 3 кВт энергии на 1 кубометр готовой воды. Минимальные затраты обеспечивают системы обратного осмоса — 2 кВт.

Средняя стоимость опресненной воды составляет от 0,5 до 1,5 долларов США за кубометр. Развивая технологии, ученым постепенно удается снизить цену. Например, очистительная станция в Перте (Австралия) использует энергию, выработанную ветряной фермой «‎Эму Даундс».

Стоимость разработки и постройки современных установок, рассчитанных на 100000 м3/сутки, в среднем составляет около 60-80 миллионов долларов. Это требует крупных вложений с долгосрочными перспективами, что не позволяет опреснять воду в бедных и засушливых регионах Африки.

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
• Опреснительные установки
• Проблемы опреснения морской воды

Способы опреснения морской воды

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

• Без вмешательства в агрегатное состояние воды.
• 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.

В мире давно ощущается нехватка пресной воды, зато морской в избытке. Землю омывают 5 океанов, более 100 морей, заливы, проливы. Есть озера с соленой водой. Из-за избыточного количества соли такую воду невозможно пить или использовать для бытовых и технических нужд – требуется опреснение. Но что такое опреснитель? Процесс осуществляется на установках со специальной системой устройств, с помощью которых из соленого водного раствора удаляются соли. Их количество доводится до допустимой гигиенической нормы, определенной стандартами: СанПиН, ГОСТ, СНиП.

История развития опреснителей воды

Для устранения проблем нехватки питьевой воды в различных государствах мира разрабатываются технологии опреснения солено-водных запасов. Их объединяет общая задача – уменьшить расходы на морские опреснители, снизить энергетические траты на получение воды нужного качества.

Технологические решения должны быть такими, чтобы использовать опреснители соленых вод было выгоднее, чем доставлять воду из источников, расположенных на расстоянии многих километров от потребителей. Для удаленных селений доставка нецелесообразна. Единственный выход – опреснять воды из наземных соленых источников. Или из подземных запасов – из солесодержащих водных пластов.

Нехватка воды в разных странах мира, их опыт по созданию опреснителя для морской воды

В почве и наземных водоемах сосредоточена треть мировых запасов пресной воды. Две трети чистейших водных залежей находятся в замороженном состоянии – в виде льда и снега на высокогорных ледниках, к которым многие государства не имеют доступа. Пресные воды расходуются человечеством столь скоро, что природа не поспевает восполнять запасы.

В России имеются большие пресноводные залежи – наземные и подземные источники расположены, в основном, в труднодоступных, северных и безлюдных сибирских широтах. На центральные и южные районы с высокой плотностью населения, где развиты производства и сельское хозяйство, приходится лишь 20 % пресных запасов. Южные окраины страны, где 90 % территорий отведено аграрному промыслу, испытывают недостачу питьевой и поливной воды. Нехватка ощущается в Ставрополье, Оренбуржье, Прикаспийском районе, Волгоградской области. В районах с запасами соленой воды может исправить ситуацию опреснители для соленой воды.

Проблема касается не только России. В Туркмении, Казахстане, на Кавказе и Украине сосредоточены огромные запасы минеральных ресурсов, а пресноводных источников мало. Более чем в 80 государствах ощущается дефицит питьевой воды, в некоторых из них ситуация критическая – остро не хватает или совсем нет воды для питья, для полива растений, для промышленных нужд. В Израиле, Чили, Кувейте, странах Африки незначительные пресноводные запасы не соответствуют потребностям населения. В этих странах усугубляют ситуацию малое количество осадков и отсутствие интенсивного природного круговорота воды.

Для жителей прибрежных зон проблема легко решается с помощью морских опреснителей воды. Крупные станции по очистке от солей установлены в Саудовской Аравии, ОАЭ, Кувейте – там проблема решена на государственном уровне. Алжир, Испания, Австралия также разрабатывают госпрограммы по промышленному производству пресной воды.

Когда и где необходимо установить опреснитель воды

Крупные станции и мини-оборудование по опреснению морской воды необходимы повсюду, где нет или не хватает пресноводных запасов. Они используются:

• Для получения воды для питья, приготовления пищи, мытья, бытовых нужд.
• В сельском хозяйстве для водопоя животных, для орошения сельхозугодий.
• Для производственных процессов в промышленности.
• Для обеспечения отелей и здравниц на морских побережьях.
• Для получения пригодной к использованию воды на нефтяных платформах, расположенных в океане, куда дорого и нецелесообразно доставлять воду с берега.
• Для снабжения морских судов, находящихся в долгом плавании. Не только для еды и питья, но и для охлаждения двигателей парогенераторов необходима опресненная вода, морская их быстро выведет из строя.

Мощные опреснители для воды и небольшие локальные установки способны работать круглосуточно в непрерывном режиме. Они подключаются в одну линию с другими системами водоподготовки, удаляющими металлические и прочие примеси – с установками обезжелезивания, умягчения, ионизации, с системами дозации и восстановления фильтровальных реагентов.

Типы опреснителей для воды:

• производственно-промышленные установки для нужд промышленности и народного хозяйства;
• компактные морские опреснители, судовые станции для морского и речного транспорта;
• опреснители для воды из скважины для дома или производства;
• походные опреснители. Как сделать опреснитель воды для дома, дачи или похода своими руками читайте здесь.

Ежегодно возрастает количество судов – катеров, яхт, теплоходов, подводных лодок. Даже при речном судоходстве и при плавании в прибрежных зонах экипаж может столкнуться с необходимостью опреснять воду, добытую в озере или в устье реки. Необходимо установить на борту судовые компактные опреснители, чтобы команда и пассажиры не испытывали нехватку.

При добыче воды из глубоководных скважин в прибрежных и даже удаленных от побережья районах может поступать сильно солоноватый раствор, который нуждается в очистке от солей перед использованием.

Методы и способы опреснения воды

Качественное опреснение производится разными методами с помощью физических, химических, электрических и биологических способов. Они различаются длительностью, сложностью, эффективностью очистки и стоимостью.

Ионообменное опреснение – использование фильтров-опреснителей с ионообменной смолой. Применяется для водных растворов с низкой концентрацией солей до 2,5 г/л, требует большого расхода реагентов.

Дистилляция – при кипении вода переходит в пар, который передается по трубам, охлаждается, конденсируется, превращается в чистую дистиллированную воду; соли остаются в испарителе.

Химические опреснители – происходит добавление бария или серебра, которые при соединении с солями образуют нерастворимые вещества. Используется редко из-за высокой цены реагентов.

Электрохимическая (электромембранная) очистка (электродиализ) – вода с содержанием солей 10 г/л пропускается через заряженные катионитовые и анионитовые мембраны; под действием тока при высокой температуре происходит очистка.
Вымораживание (газогидрация) – замороженную воду обрабатывают газом и плавят при 20°С; тающая вода вымывает из льда соли. Способ простой и экономичный, но требует большой площади под оборудование. Обычно такие опреснители воды используются для дома.

Обратный осмос – компактные устройства, в которых под давлением вода пропускается через мембранные фильтры, эффективно задерживающие соли и прочие примеси.

Выбор опреснителя морской воды в России и других странах зависит от концентрации солей, которая выявляется лабораторным анализом, от стоимости и расхода материалов и реагентов, от энергозатрат. Чем больше солевых примесей в водном растворе, тем больше производительность опреснителей. В южных районах используют устройства, работающие от энергии солнца – опреснение происходит за счет нагрева воды под солнечными лучами и естественного испарения.

Как работает опреснитель на основе обратного осмоса

Метод обратного осмоса широко используется во всем мире. Для очистки слабосоленой воды достаточно одноступенчатой установки. Для концентрированных растворов применяют многоступенчатую очистку, прогоняя воду через несколько мембран.

Преимущества обратноосмотических опреснителей воды:

• Обеспечивают высокое качество обессоливания, удаляя 98-99 % примесей.
• Способны опреснять большие объемы воды.
• Работают автоматически, без вмешательства оператора.
• Не требуют больших энергозатрат.

Обратноосмотические опреснители от соленой воды способны удалять мельчайшие частицы 0,0001-0,001 мкм. Они справляются практически со всеми загрязнениями. Помимо солей удаляют вирусы, бактерии, кислоты, щелочи, металлы.

Установки стоят относительно недорого в сравнении с другими способами обессоливания. Это отличный вариант соотношения цены – качества, размера – производительности. Дешевые опреснители на основе обратноосмотической технологии позволяют на каждый вложенный $1 получить не менее полутора десятков тонн воды, пригодной к употреблению.

Самый большой завод, использующий опреснение с помощью обратного осмоса, построен в австралийском Мельбурне. Он в день обессоливает 440 000 кубометров воды. Производительность завода в израильском Ашкелоне чуть меньше – 330 000 кубов ежедневно.

Устройство и работа осмотического опреснителя воды

Конструкция, размеры, производительность опреснителей различается, но принцип действия одинаков. Под сильным давлением водный поток пропускается через мембраны. На выходе он делится на 2 части: очищенный фильтрат (чистая вода, пермеат) и насыщенный солевой раствор (концентрат). Растворенные соли и примеси задерживаются на поверхности улавливателей. Срок службы мембраны 3-5 лет. Фильтры периодически промываются, освобождаются от осадка.

Соотношение пермеата и концентрата 2:1. Чтобы получить 100 литров чистой воды, нужно подать в установку 150 литров, из которых 50 уйдут в канализацию.

Основные элементы осмотического опреснителя воды для дома и производства – мембраны, которые вставляются в напорные корпуса – устанавливаются в прочную металлическую раму. Предусмотрен блок дозации ингибитора (антискаланта), препятствующий образованию осадка. Количество мембран, выдерживающих давление 25-60 атмосфер, от 1 до 30. Запорная арматура, водопроводные элементы выполнены из нержавейки или из прочного коррозионностойкого полимера. Компактные установки снабжены колесиками для удобства перемещения.

В комплект опреснителя для морской и соленой воды входит система предварительной очистки, блок химической мойки, накопительные емкости. Управление осуществляется с помощью контроллера и датчиков, отслеживающих работу установки, электропроводность очищенной воды. Параметры контролируются с помощью измерительной аппаратуры: манометров, ротаметров. Щит управления имеет степень защиты IP66.

Как купить опреснители морской и соленой воды

Подбор, монтаж, обслуживание промышленных опреснителей воды должны выполнять профессионалы, которые хорошо разбираются в водоподготовке и очистном оборудовании. Предлагаем воспользоваться нашими услугами.

Компания Diasel Engineering предлагает стандартные и нестандартные установки обратного осмоса разной производительности:

• 100-250 литров в час – используются в аквариумах с морской живностью, в малых системах увлажнения, для подачи опресненной воды в заведения общепита и на небольшие производства.
• 1000-2000 и более л/час – востребованы крупными промышленными предприятиями, используются в фармацевтическом, энергетическом, пищевом, металлургическом производстве.

Мы устанавливали опреснители воды для Крыма, Черноморского побережья (Геленджик), а также судовые компактные опреснители (во Владивостоке) и лабораторные для морской воды (Санкт-Петербург). Мы знаем как устроен и работает опреснитель морской воды.

Мы соберем установки, соответствующие любым требованиям заказчика – в модульно-блочном исполнении, в контейнере. Подберем опреснитель нужной производительности для качественной очистки воды из скважины или моря с необходимым ежесуточным расходом воды.

Для опреснения есть несколько методов и типов заводских приборов (ВОУ) – компактных для дома и яхт, портативных (спасательных, аварийных).

Для бытовых и походных условий – способы с подручными средствами, самодельными устройствами. В производстве применяют заводы опреснения.

• Можно ли это сделать?
• Что такое опреснитель морской воды?
• Способы для производственных масштабов
• Как происходит опреснение в домашних условиях?
• Можно ли получить опресненную H2O в походных и экстремальных условиях?
• Полезное видео
• Заключение

Можно ли это сделать?

Опреснение возможно, так как это вариант фильтрации, дистилляции, удаления растворенных солей, отличающихся по структуре от H₂O. Применяя законы физики и химии, соли можно отделить от воды.

Есть разные степени пресности:

• для питья – содержание соли до 1 г/л,
• в море этот показатель 25 г/л.

Что такое опреснитель морской воды?

В мобильных установках опреснения чаще из-за простоты применяется обратный осмос. Реже этот метод может совмещаться с дистилляцией и электродиализом. Опреснение вымораживанием, химреагентами осуществляют только на промышленном оборудовании, заводах.

Принцип обратного осмоса при опреснении ВОУ:

• Насос осуществляет закачку через фильтр грубой очистки.
• Создается среда со стабильным давлением, H₂O продавливается через мембраны, задерживающие молекулы соли.
• Затем фильтры тонкой обработки.
• Оставшийся концентрат выводится.

Как работает установка опреснения испарением (дистилляцией):

• Вода поступает в сегмент с нагревателями, где доводится до кипения.
• Пар собирается в спецсекциях, около которых трубы с холодной водой, возникает интенсивная конденсация, образуются капли, стекающие на поддоны.
• Делается прогон через несколько отделений с повышенным разрежением.

Подробная информация об опреснителе здесь.

Как сделать своими руками?

Пример самодельного опреснителя основывается на кипячении и испарении (дистилляция). В итоге, создается прибор для постоянного применения, с жестким и долговечным корпусом, компактный.

• Материалы:
  Медная трубка ∅ 5 – 6 мм (длина 1 – 2 м) и латунный угловой штуцер с зажимными гайками под ее сечение.Бутылка из нержавейки.Спирт, флюс, припой для меди.Наждачная бумага.
• Медная трубка ∅ 5 – 6 мм (длина 1 – 2 м) и латунный угловой штуцер с зажимными гайками под ее сечение.
• Бутылка из нержавейки.
• Спирт, флюс, припой для меди.
• Наждачная бумага.
• Инструменты:
  Молоток.Кусачки, плоскогубцы, надфиль.Гаечные ключи.Дрель.Горелка на газе.Паяльник 60 – 100 Вт с толстым жалом (подойдет ЭПСН).
• Молоток.
• Кусачки, плоскогубцы, надфиль.
• Гаечные ключи.
• Дрель.
• Горелка на газе.
• Паяльник 60 – 100 Вт с толстым жалом (подойдет ЭПСН).

Стальная бутылка для самодельного опреснителя однокамерная, не с двойными стенками. Припой – без свинца. Все материалы продаются в специализированных торговых точках.

Опреснитель можно использовать как бутылку, вставив в латунный штуцер сплошную прокладку (сантехническую, вырезанную из резины) и завинтив прижимную гайку. Для обратной трансформации надо просто убрать уплотнитель.

• Наполнить соленой водой.
• Присоединить змеевик к штуцеру.
• Подвесить над огнем (обычно на сосуде есть металлическое кольцо).
• Конец спирали вывести в сосуд для сбора.
• Змеевик для ускорения конденсации охлаждают мокрой тканью.

Еще больше информации по изготовлению опреснителя своими руками в нашей статье.

Где и за сколько продается опреснитель?

Мобильные ВОУ для дома/яхты продают магазины строительных/промышленных материалов, оснащения для лодок. Но туристические опреснители, портативные, ручные модели найти намного сложнее, ассортимент чрезвычайно ограничен.

Туристические, спасательные опреснители (недостаток – цена непомерно завышена, небольшой ассортимент):

Способы для производственных масштабов

Стоимость опреснения (1 – 1,5 USD за 1 м³) выше стандартной водоподготовки.

Поэтому заводы не всегда рентабельны и применяются только при крайней потребности для засушливых регионов (Израиль, страны Африки, Саудовская Аравия).

Принцип опреснения в производственных масштабах – закачка и пропускание воды поэтапно через несколько блоков, сегментов, фильтров.

Чаще всего в промышленных установках используется дистилляция и обратный осмос, реже вымораживание и электродиализ.

Первые этапы заводов опреснителей – грубая и тонкая фильтрация, затем непосредственно обессоливание одним или несколькими методами:

• Химический. Соединения серебра, бария связывают ионы, соли выпадают в осадок. Требуется много реагентов – 5%. Технологию прекращают применять из-за вредности.
• Электродиализ (ионообменный). Распространен на суднах, в мобильных ВОУ и там, где низкая степень солености. Два электрода – электрохимические активные диафрагмы с изолированными корпусами с наполнителем в виде смол – помещаются в бак. Пропускают ток, инициирующий химреакцию. Пресная H₂O скапливается на промежуточных сегментах, отводится, рассол удаляется.
• Вымораживание. При медленном замораживании специальными кристаллизаторами создается игольчатый кристаллический лед (пресный), соли остаются отдельной коркой.
• Дистилляция (выпаривание). Применяют испарители, конденсаторы, сборники дистиллята. Выход – до 90% за одну ступень, при многоступенчатом процессе (50 – 60 циклов прогонки из одной камеры в другую) эффективность увеличивается. Недостаток – оборудование быстро изнашивается из-за солевых отложений.

Как происходит опреснение в домашних условиях?

Обессоливание доступно в быту.

• медленность;
• тратится газ или электричество для нагрева, заморозки.

Дистилляция основывается на испарении, это та же «перегонка» как в самогонных аппаратах. При нагревании пар превращается в капли, которые стекают в отдельную емкость, а рассол остается на дне первого сосуда.

• В кастрюлю наливают соленую воду.
• В крышке просверливают отверстие.
• Делают змеевик – металлическая или полимерная термоустойчивая трубка, шланг.
• Вставляют спираль.
• Емкость накрывают крышкой, ставят на огонь.
• Змеевик для увеличения скорости процесса обматывают влажной тканью или помещают в промежуточный бак с холодной водой.
• Другой конец – в пустую емкость.

Произойдет значительная деминерализация (умягчение), свойство утолять жажду значительно понизится, поэтому после прогонки рекомендуют добавить щепотку соли.

Метод обратного осмоса

Обессоливание обратным осмосом или фильтрацией через мембраны из ацетата целлюлозы в быту применяется крайне редко, так как потребуется указанный материал.

Для осмоса потребуется герметичный бак и надежно отрегулированный насос. Другие примеси должны отсутствовать, необходима предварительная грубая и тонкая механическая фильтрация, иначе ячейки забьются.

Способ доступен, только если есть бытовая установка осмоса. Такие приборы часто используются для декальцинации, умягчения или для улучшения качества воды в быту.

Замораживание или вымораживание – крайне простой метод, но одновременно трудноосуществимый, затратный и не эффективный.

При заморозке льдом становится только H₂O, соль отделяется. После разморозки вода будет пресной, именно такую ее всегда получают из айсбергов.

Опреснение вымораживанием в домашней обстановке слабо результативно:

• малый объем морозилки;
• дорогое электричество;
• медленность двух этапов: заморозки, оттаивания.

Химическая очистка для быта практически не применяется. Даже если пользователь приобрел нужные реагенты серебра и бария (они просто добавляются, соли осаждаются), потребуется тщательная финишная фильтрация от них и от шлама.

Можно ли получить опресненную H2O в походных и экстремальных условиях?

На природе, в ситуациях выживания или во время туристических мероприятий возможны два способа: дистилляция, конденсация. Принцип – испарение при разнице температур и улавливание капелек воды.

Конденсация эффективна летом, когда тепло, жара.

• Любая емкость: часть пластиковой бутыли, консервная банка.
• Пленка, полиэтиленовый пакет, подойдут и широкие листья растений.

• Вырывают ямку на несколько сантиметров глубже емкости для сбора.
• Дно обильно поливают соленой водой.
• По центру ставят сосуд.
• Яму накрывают, края пленки плотно прижимаются грунтом.
• Прямо над емкостью помещают груз (землю, камень), что создает конус, наклонную плоскость.
• Вода испаряется, соль остается в земле, капли оседают на пленке и скатываются в сосуд.

При средних размерах углубления (диаметр полметра – метр) на жаре потребуется 3 – 4 часа, чтобы собрать пол литра.

Вариант с алюминиевой баночкой:

• В пластиковой бутылке обрезают дно, края заворачивают внутрь, чтобы по окружности образовался сегмент с углублением для сбора. Пластиковая крышечка завинчена.
• В баночке обрезают верх, заполняют соленой водой, накрывают предыдущим элементом.
• Ждут, на стенках появляется конденсат, стекает, аккумулируется в завернутом сегменте. За 3 – 4 часа получают 50 мл.

Опреснение в походной обстановке дистилляцией, основывается на аналогичном принципе, как и для домашних условий.

• металлическая емкость: кастрюля (котелок) с крышкой, фляга большого размера;
• костер;
• трубка, шланг.

При отсутствии крышки используют лист металла, пленку, широкие листья растений, установленные под наклоном. Главное, чтобы поверхность была гладкой.

• На костер ставят сосуд с соленой водой, накрывают крышкой с проделанным отверстием и шлангом или его просто прижимают.
• Другой конец – в сосуд для сбора.

Всегда желательно трубку для дистиллята, накрывать мокрой тканью или пропускать через промежуточную емкость с прохладной водой. Конденсация усилится в разы.

https://youtube.com/watch?v=rKAspZFxVeA%3Ffeature%3Doembed

Способы опреснения морской воды с подручными материалами в домашних и экстремальных условиях уместны при острой потребности, для самого жизненно необходимого – питья, промывки ран. Для добычи воды для города используют промышленные методы опреснения.

Солнечное опреснение — это опреснение воды, использующее солнечную энергию.

История солнечного опреснения начинается с начала 1950-х годов, когда изучалась возможность применения простых солнечных дистилляторов для удаленных поселений в пустыне и на побережье. Дешевизна водяных насосов и труб, а также удешевление источников энергии в XX веке сделали эти проекты неконкурентоспособными. В начале XXI века вновь возник интерес к исследованиям в данной области. Это обусловлено растущими ценами на энергоносители, истощением запасов артезианской воды и растущим загрязнением используемых источников воды.

Способы солнечного опресненияПравить

Обратный осмос — это метод очистки воды от примесей, основанный на процессе диффузии. Для этого способа в опресняемой жидкости создают определенное давление, которое через частично проницаемую мембрану вытесняет молекулы воды и задерживает молекулы крупнее, а также микроорганизмы. Это предпочтительный метод для опреснения воды в больших объемах в тех местах, где доступ к электроэнергии ограничен. Солнечная энергия преобразуется в электрическую или механическую, чтобы инициировать процесс.

Солнечный многоэтапный цикл конденсации и испарения

Солнечный многоэтапный цикл конденсации и испарения (SMCEC) — это технология солнечного опреснения воды, используя естественную конвекцию в вертикальном дымоходе. Она использует эффект конвекции для прохождения выходящего нагретого водяного пара через решетку теплообменника-конденсатора (через который поступает входящая вода), и таким образом входящая вода предварительно нагревается. Это повышает общую эффективность работы системы.

Существуют две проблемы, стоящие на пути любого проекта солнечного опреснения. Во-первых, эффективность системы определяется разностью температур между зонами испарения и конденсации. Первая должна быть как можно горячее, вторая — как можно холоднее. При небольших затратах этого добиться трудно. Во-вторых, тепло, выделяемое водяным паром при конденсации, является, по сути, энергией привнесенной в систему солнцем и может быть использовано с пользой. Но в большинстве существующих солнечных дистилляторов оно удаляется, как ненужное.
Существующая по сей день проблема состоит в том, чтобы достичь:

• Максимальной разницы температур между испарителем и конденсатором;
• Максимального повторного использования энергии конденсации;
• Минимальных затрат.

СсылкиПравить

• Бесплатный процесс превращения морской воды в пресную воду, используя средства солнечного нагревателя
• Concentrating Solar Power for Seawater Desalination // German Aerospace Center (DLR) 2007  (англ.)
• CHAPTER 9 SOLAR DESALINATION // ANNUAL REVIEW OF HEAT TRANSFER XV – Begell House, 2012, ISSN: 1049–0787; ISBN 1–978–56700–311–6, pages 277-348  (англ.)

Викторианский опреснительный завод — мегапроект Австралии

Гигантский опреснительный завод был построен в городке Далистон. Власти Мельбурна заявили о намерении построить опреснительный завод после засухи 2007 года, которая оставила один из крупнейших городов страны без воды.

Далистон — это небольшой приморский город, расположенный в 125 км к юго-востоку от Мельбурна.

Дорога из Далистона к опреснительному заводу.

В 2007 году уровень запасов воды в Мельбурне упал до 28,4%.

Строительство завода было завершено в декабре 2012 года.

А первая вода, выпущенная для общественного пользования, была произведена в марте 2017 года.

Это самый дорогой элемент в системе водоснабжения Мельбурна. Ежегодно на его работу тратится $608 000 000, что эквивалентно 0,16% ВВП Мельбурна за 2019 год. Примечательно, что даже во время простоя завода приходится платить значительные средства для его поддержания.

Завод способен выдавать 150 000 000 литров воды в год. Власти Мельбурна планируют увеличить мощность завода до 200 000 000 литров воды в год. Планы по расширению мощностей завода приняли из-за увеличения численности населения города.

Впускные трубы для опреснительной установки расположены на расстоянии более 2 км от береговой линии.

У Мельбурна не было средств на единоразовую выплату строительной компании, поэтому муниципалитет устроил тендер, по которому оплата растягивалась на срок 27 лет. Всего же общая сумма платежа составила $19 000 000 000.

Серым цветом отмечена территория Мельбурна, а жёлтым район расположения опреснительного завода.

Строительство трубопровода в Мельбурн от опреснительной установки

Срок эксплуатации завода ограничивается 2045 годом. После инженеры и власти примут решение о дальнейшей судьбе завода.

Другие опреснительные заводы Австралии

Завод по опреснению морской воды в городе Перт

Викторианский опреснительный завод является одним из многих опреснительных заводов Австралии. Муниципалитеты активно строят собственные опреснительные заводы и станции. Но Викторианский завод является крупнейшим. Другой крупный опреснительный завод расположен в городе Перт, хотя его мощность составляет 140 000 000 литров воды в сутки.