Прессованная вода что такое

Вывести на чистую воду: как работает система опреснения

Ни для кого не секрет, что на нашей планете больше воды, чем суши – свыше двух третей поверхности Земли покрыто водой. Но, пожалуй, для многих станет неожиданным тот факт, что менее трех процентов этого огромного количества воды является пресной. В некоторых засушливых регионах планеты приходится в буквальном смысле бороться за каждый литр воды. Сегодня в таких странах все чаще применяют промышленное опреснение. Для этого существуют различные современные методы, один из самых распространенных – обратный осмос. Именно так устроена новейшая система опреснения морских и океанических вод холдинга «Швабе». Рассказываем, как вода из соленой превращается в пресную.

Пресная вода: как капля в море

По подсчетам ученых, на Земле примерно 1,5 зетталитров воды. При этом запасы пресной воды составляют лишь 2,5% от этого объема. Более наглядно это можно изобразить так: если вся вода на нашей планете поместится в литровую банку, то только две столовые ложки воды из этой банки будут пресными. Из этого мизерного количества большая часть превратится в грунтовые воды, примерно четверть – в лед, а около двух капель станут пресной водой в реках и озерах. И вот это малое количество пресной воды нужно разделить на 8 млрд человек. Вместе с осознанием данного факта приходит понимание того, насколько важно подойти со всей ответственностью к использованию такого драгоценного ресурса.

Во многих развитых странах уже давно воспитывается культура экономии воды. Тем не менее сегодня в среднем каждый человек расходует около 100 литров ежедневно, а в некоторых странах, как, например, США, этот показатель достигает 500 литров. Конечно, речь идет не только о двух литрах воды в день для питья и воды для личной гигиены, большая часть потребления пресной воды приходится на производство продуктов питания. Кроме того, здесь учитываются и расходы на орошение. Сейчас все чаще растения не просто беспечно поливаются водой из шланга, постепенно внедряется система капельного орошения, когда точное количество воды подается для полива каждого саженца по отдельности.

Пока человечество переосмысливает подходы к использованию водных ресурсов, ситуацию с нехваткой чистой пресной воды осложняют и факторы, не зависящие от нас. В их числе и климатические изменения, повышение общей температуры Земли, а также различные природные катаклизмы. Осознавая все риски для источников пресной воды, человечество продолжает активную работу по поиску новых и более совершенных способов производства пресной воды.

Из соленой в пресную: от Аристотеля до наших дней

Уже сегодня для многих стран опреснение воды стало стратегической государственной программой, например для Израиля или ОАЭ. Ученые постоянно работают над совершенствованием способов, как сделать морскую воду пригодной для потребления.

На первый взгляд, эта задача не кажется сложной – всего лишь удалить 35 граммов соли из литра воды. Именно столько соли содержится в литре морской воды, а для питьевой эта величина не должна превышать одного грамма. Над этим задумывался еще Аристотель, пытаясь изобрести особые фильтры. В своих наблюдениях древнегреческий философ отмечал, что соленая морская вода, проходя через стенки воскового сосуда, опресняется. По сути, это были первые опыты с применением технологии обратного осмоса – этот метод найдет свое применение спустя более 2 тысяч лет, в середине XX века.

Кроме обратного осмоса, было придумано и множество других способов получить из морской воды опресненную, и даже в домашних условиях. Самый распространенный способ, который сегодня применяется не только путешественниками в экстремальных условиях, но и в промышленном опреснении, – дистилляция.

Опыт по дистилляции воды можно провести и в домашних условиях. Для этого достаточно разместить лист прозрачного пластика на чаше с соленой водой. Если поставить такую конструкцию под солнечные лучи, вода будет медленно испаряться. Образовавшийся в итоге конденсат на нижней стороне пластикового листа – это и есть пресная вода. Промышленные дистилляционные установки повторяют данный процесс в крупном масштабе, работая на электричестве, – дистилляция достаточно энергозатратна.

Сегодня применяется и множество других способов опреснения. Например, ионный обмен. Воду пропускают через фильтры из ионообменных смол – таким образом можно заменить ионы. К примеру, ионы натрия – на ионы водорода, а ионы хлора – на гидроксид-ионы. В итоге вместо NaCl (хлорид натрия, то есть та самая соль в морской воде) получается H₂O. Это и есть опреснение. По такому принципу работают некоторые бытовые фильтры водопроводной воды. Недостаток данного метода – в его стоимости. Ионообменные системы – достаточно затратны, поэтому для опреснения морской воды их практически не используют.

На сегодняшний день один из самых современных методов опреснения, который нашел применение и в крупных опреснительных установках, и на обычной кухне, основан на явлении обратного осмоса.

Обратный осмос: как это работает

Перед тем как разобраться, что такое обратный осмос, нужно понять явление обычного осмоса. Прямой осмос – это баромембранный массообменный процесс. Простыми словами его можно описать следующим образом: молекулы растворителя под осмотическим давлением через мембрану переходят на сторону раствора и разбавляют его. Раствор увеличивается, в свою очередь, под ростом гидростатического давления. Процесс прекращается, когда статическое и осмотическое давления приходят в равновесие. Таким образом для этого процесса нужны раствор, растворитель, а также барьер – полупроницаемая мембрана.

Кстати, именно прямой осмос лежит в основе обменных процессов всех живых организмов на клеточном уровне – так «работают» водно-солевой обмен, получение питательных веществ, вывод продуктов жизнедеятельности. В природе роль полупроницаемой перегородки играет стенка клетки. По иронии именно из-за осмоса и нельзя пить морскую воду. Когда соленая вода попадает в пищеварительный тракт, осмос вытягивает воду из клеток, в итоге наступают обезвоживание и смерть.

Однако процесс осмоса – обратимый. Если солевой раствор будет находиться под высоким давлением, молекулы воды станут проходить через мембрану в обратном направлении – в сторону емкости с чистой водой. Таким образом, полупроницаемая мембрана действует как очень тонкий фильтр: чистая вода проходит, а в контейнере остается меньшее количество более концентрированного солевого раствора.

Именно такой принцип лежит в основе работы новой установки МО-140-М от холдинга «Швабе». Разработана она для опреснения воды с высокими концентрациями соли (до 59 г/л) и окисляемыми примесями, например нефтепродуктами и взвесями. В ходе очистки также устраняются бактерии, вирусы, запах, привкус, мутность, минимизируется количество железа и марганца.

Так что система на основе обратного осмоса не только поможет получить питьевую воду из морской воды, но и особо чистую воду для медицины, промышленности и других нужд. Обратный осмос считается более экономически выгодной альтернативой промышленной дистилляции, однако стоимость строительства одного такого крупного водоочистительного сооружения может достигать миллионов долларов. Эти установки все еще могут быть непосильны для некоторых регионов, где присутствует дефицит питьевой воды.

В таких случаях на помощь могут прийти более компактные варианты, такие как новая система от «Швабе». К тому же она существенно дешевле существующих аналогов – если брать минимальную рыночную цену на подобное оборудование, экономия составит почти 25%. Эта техника точно будет востребована в Крыму и в других южных регионах России, которые периодически сталкиваются с проблемами обмеления водохранилищ из-за сильной засухи и, как следствие, ограничением водоснабжения.

Разработке пророчат и хороший экспортный потенциал. Функционал установки позволяет применять ее для опреснения воды практически любого моря. Потенциальными экспортными рынками сбыта могут стать Южная Африка, страны Персидского залива – там потребность в подобном оборудовании действительно высока.

События, связанные с этим

«Интерполитех»: зона особой безопасности

Вологодский оптико-механический завод: с прицелом на будущее

Источник

Как опресняют воду?

На фотографиях, сделанных из космоса видно, что на нашей планете больше воды, чем суши. При этом совершенно неожиданно и несколько непостижимо, что менее трех процентов земной воды – это пресная вода. По данным Геологической службы США, большая часть этих трех процентов недоступна. Более 68% пресной воды на Земле находится в ледяных шапках и ледниках, а чуть более 30% в грунтовых водах. Всего около 0,3% всей пресной воды находится в поверхностных водах озер, рек и болот. Из всей воды на планете более 99% земной воды непригодно для использования людьми и многими другими живыми существами! Кажется невероятным, что воды, которая поддерживает всю земную и водную жизнь, на самом деле так мало. Вместе с этим ошеломляющим осознанием приходит понимание того, что мы должны использовать этот ресурс очень мудро.

Вода покрывает около 70% поверхности нашей планеты

Сколько пресной воды на Земле

Вода состоит из двух атомов водорода, связанных с атомом кислорода. Вы, вероятно, слышали об атомах – самых крошечных строительных блоках всей материи во Вселенной. На самом деле мы все сделаны из атомов, склеенных вместе (или, как сказали бы ученые, «связанных»).

Атомы, связанные вместе, образуют молекулы. Ученые считают, что вода на Земле могла появиться в результате таяния богатых водой минералов во время формирования планеты и ледяных комет, которые миллиарды лет назад врезались в Землю и расплавились. В то время как создание небольших объемов чистой воды в лаборатории возможно, нецелесообразно «делать» большие объемы воды, смешивая водород и кислород вместе, так как это высвобождает много энергии и может стать причиной мощного взрыва. Так как общий объем воды на Земле остается примерно одинаковым, вода постоянно меняет свое местоположение и состояние. Это означает, что иногда она принимает жидкую форму (например, вода, которую мы пьем), твердую (лед) или газовую (водяной пар).

Ученые называют этот процесс изменения гидрологическим (водным) циклом, который заключается в том, что вода постоянно движется по планете, совершая круговорот между воздухом, землей и океаном.

Мы пьем пресную воду, но большая часть воды на Земле соленая. И подавляющее большинство доступной пресной воды фактически скрыто под землей в виде подземных вод. На самом деле, если вы представите себе, что вся вода на Земле может поместиться в один литровый пакет молока, то все это будет океанская вода, за исключением только двух столовых ложек пресной воды. Из этих столовых ложек пресной воды чуть меньше четверти превратится в лед, а большая часть – в грунтовые воды. Пресная вода в реках, болотах и озерах составляет всего лишь две капли воды в мире.

Чтобы всегда быть в курсе новостей из мира популярной науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram

Можно ли сделать воду пресной?

Изменение климата, вероятно, поменяет многие аспекты жизни на Земле, в том числе сделает доступ к чистой воде проблемой. Повышение температуры, засуха и природные катаклизмы потенциально могут оказать негативное влияние на водные ресурсы в некоторых регионах и засуха – лишь один из возможных вариантов развития событий. Повышение уровня моря также угрожает прибрежным водным ресурсам, которые часто черпают пресную воду из подземных грунтовых вод. В связи с многочисленными угрозами для источников пресной воды все большую озабоченность вызывает поиск новых и более совершенных способов производства питьевой воды.

Океан – самый большой источник воды на планете, но воду из него нельзя пить из-за высокого содержания в ней соли. К счастью, ученые придумали несколько способов, чтобы извлечь соль из воды и сделать ее пригодной для питья. Более того, ведется разработка еще одного. К сожалению, опреснение любым методом является дорогостоящим и в настоящее время непрактичным для каждого сообщества, испытывающего нехватку воды. Но, как пишет National Geographic, ученые работают над усовершенствованием существующих методов, чтобы сделать их более эффективными и менее дорогостоящими. Ранее мой коллега Рамис Ганиев в своей статье рассказал об одном из самых больших запасов пресной воды в США.

Что такое дистилляция

Дистиллированная вода является самым старым и наиболее распространенным методом, используемым для очищения воды от соли. Проще говоря, дистилляция включает в себя испарение воды, а затем ее конденсацию обратно в жидкость. Соль не испаряется и остается на дне сосуда. Когда вода испарится, то она может быть собрана в отдельный контейнер.

Дистилляция (лат. stillare — «стекание каплями» от лат. stilla – «капля» и приставки «de-», которая означает «убирание»)

На самом деле воду дистиллировать можно в домашних условиях, естественно, проведя упрощенную версию процесса. Для этого нужно натянуть лист прозрачного пластика на чашу или отверстие, в котором находится загрязненная вода. Солнце будет светить сквозь пластик, нагревая воду внизу и заставляя ее медленно испаряться, оставляя соль и другие загрязнения внизу. Выпаренная вода будет конденсироваться на нижней стороне пластикового листа, где вы сможете затем собрать ее в отдельный контейнер. Дистилляционные установки выполняют этот основной научный процесс в гораздо крупном масштабе, но для ускорения процесса они работают на электричестве. Кроме того, существуют электрические бытовые дистилляторы, которые можно приобрести за сумму от 100$ до тысячи долларов, в зависимости от размера и эффективности устройства. Однако большинство из них может производить только около 10 литров чистой воды за раз, и в целом процесс дистилляции требует много энергии.

На нашем канале Яндекс.Дзен можно найти статьи, которых нет на сайте. Подписывайтесь, чтобы не пропустить ничего интересного!

Что такое обратный осмос

Это один из самых распространенных методов, используемых сегодня на опреснительных установках. Этот метод использует насосы высокого давления для вытеснения соленой или загрязненной воды через специальную мембрану, которая отсеивает вредные вещества и пропускает чистую воду. Недавно ученые исследовали новый тип мембраны, которая позволит легче проталкивать воду через нее. Экспериментальный метод использует графен, и исследователи из Массачусетского технологического института сумели создать сверхтонкую графеновую мембрану толщиной всего в один атом, которая, как они говорят, сделает обратный осмос проще, менее энергоемким и дешевым.

Вода, соленость которой не превышает 0,5%, считается пресной.

Графен – это самый тонкий и прочный материал, известный человеку. Графен используется для создания электронных чипов, сенсоров для газов, мембран для очищения воды.

В то время как обратный осмос рекламируется как более дешевая, энергетически низко затратная альтернатива крупномасштабной дистилляции, однако стоимость строительства одного такого водоочистительного сооружения может достигать миллиарда долларов. Также это является напоминанием о том, что такие установки все еще могут быть непрактичны для сообществ, столкнувшихся с нехваткой питьевой воды. Например, в докладе Тихоокеанского института говорится, что опреснительная установка Kwinana в Перте, Австралия, требует примерно 17 миллионов долларов в год, а обслуживание опреснительной установки Gold Coast в Тугуне, Австралия, требует 30 миллионов долларов в год. О том, какие еще существуют способы очистки воды, читайте в нашем материале.

Источник