Страны использующие только опресненную воду это

Почему опреснение морской воды является неоднозначной идеей

Жестокая ирония голубой планеты: бóльшая часть Земли покрыта океанами, но морская вода непригодна для питья. Крупномасштабные усилия для удаления соли из морской воды — этот процесс мы называем опреснением — стали предприниматься с 1950-х годов, а сегодня почти 20 тысяч предприятий от Китая до Мексики делают морскую воду пригодной для питья, чтобы удовлетворить потребности растущего населения. Но эта современная алхимия ставится под сомнение критиками, задающими вопрос: оправдывают ли преимущества от опреснения вред, который этот процесс может нанести морской экологии, и его возможный вклад в глобальное потепление?

1. Как выглядит процесс опреснения?

Ещё древние греки поняли, что при кипячении морской воды из пара можно получить питьевую воду. В XVIII веке моряки экспериментировали, ловя этот пар губками, чтобы утолить жажду во время долгого плавания. Современное опреснение начиналось с похожих процессов — с кипячения воды (путём сжигания нефти или природного газа) и получения капелек свежей воды: так называемое термальное опреснение. Теперь превалировать стали более чистые и энергосберегающие технологии, такие как обратный осмос, при котором морская вода проходит через пластиковые мембраны, на которых оседают соль и другие примеси. Основным исключением являются страны Ближнего Востока, где две трети всей опреснённой воды получают на термальных фабриках при сжигании горючего ископаемого происхождения. Согласно Международному энергетическому агентству (International Energy Agency), на этот регион приходится около 90% термического опреснения морской воды в мире.

2. Сколько питьевой воды производится этим способом?

В 2015 году около 18 тысяч предприятий по опреснению морской воды в совокупности производили 86,55 млн куб. м в день (22870 млн галлонов) — это соответствует примерно 1% мировой потребности. С тех пор было построено ещё около 2 тысяч предприятий. Лидером по производству опреснённой воды является Саудовская Аравия (здесь производится примерно пятая часть всей опреснённой воды в мире), за ней идут США, ОАЭ, Китай, Испания и Кувейт. (Это связано с тем, что страны Персидского залива используют бóльшую часть ресурсов грунтовой воды в сельскохозяйственных целях и поэтому испытывают серьёзную потребность в опреснении, чтобы отвечать нуждам своего населения и промышленности). Правительства и частные компании тратят в год примерно $14 млрд на то, чтобы сделать питьевой океанскую и солончаковую воду. По данным Международной ассоциации опреснения воды (International Desalination Association, IDA), французские компании Suez и Veolia Group, а также южнокорейская Doosan Heavy Industries & Construction лидируют по количеству построенных заводов.

3. Сколько это стоит?

За последние 30 лет цены снизились почти вдвое благодаря оптимизации технологии и энергоэффективности. Стоимость производства одного кубического метра очищенной воды варьируется от 50 до 90 центов, заявляет председатель IDA Мигель Анхель Санс (Miguel Ángel Sanz). Учитывая сравнительно низкие цены на энергию и экономию на масштабе производства на крупных предприятиях, Саудовская Аравия и ОАЭ находятся в числе стран, где опреснение воды стоит дешевле всего. Всё чаще используемая на опреснительных предприятиях солнечная и ветряная энергия может сделать этот процесс ещё более дешёвым.

4. Так в чём же проблема?

Самая первая критика была направлена на горячие жидкие отходы, которые многие предприятия, работающие по термальной технологии, сбрасывали обратно в море, где они могли нанести смертельный вред кораллам и другим морским обитателям. В IDA говорят, что сегодня опреснительные предприятия охлаждают свои сточные воды, так что это уже не представляет серьёзной угрозы. Другая экологическая проблема связана с использованием ископаемого топлива в качестве источника энергии для опреснительных процессов — особенно на Ближнем Востоке. Исследование, опубликованное в январе, вызвало новую волну дискуссий о вреде «токсических химикатов», содержащихся в солевом растворе, который опреснительные фабрики сбрасывают в океаны.

5. Что такого плохого в этом растворе?

Этот солевой концентрат может содержать вредные отходы от используемых заводами химикатов против образования накипи и засаливания, говорится в исследовании Института воды, окружающей среды и здравоохранения ООН в Гамильтоне (Канада). Загрязняющих веществ, ежегодно производимых опреснительными заводами, хватит на то, чтобы покрыть целый штат Флориду 30-сантимеровым (футовым) слоем, заявляет Манзур Кадир (Manzoor Qadir), один из авторов исследования. Этот рассол также может приводить к сокращению уровня кислорода в окружающих водах, что может вызывать смерть морских организмов от удушья и разрыв пищевых цепочек. Саудовская Аравия, ОАЭ, Кувейт и Катар вместе взятые производят 55% мировых отходов от опреснения воды, говорится в исследовании. Некоторые предприятия пытались растворять рассол по бóльшим морским территориям или подвергать его обработке для получения ценных металлов. Но эти методы являются технически сложными и дорогими.

6. Оправданна ли эта критика?

Мигель Санс из IDA заявил, что авторы исследования не видят разницы между термальной и мембранной технологиями и что они демонстрируют «нехватку реальных знаний». Это исследование отражает «мнение определённых людей, которые работают в университете», а не официальную точку зрения ООН на опреснение, сказал он.

7. Можно ли опреснять воду, не загрязняя окружающую среду?

Некоторые заводы не имеют выхода к морю, и вырабатываемый ими соляной раствор размещается в прудах-испарителях, сливается глубоко под землю или преобразуется в пульпу, а затем в сухую соль для дальнейшей утилизации. Лучшим способом для сокращения количества рассола из химикатов представляется более широкий переход на мембранные технологии, особенно на Ближнем Востоке. Почти все новые заводы, строительство которых запланировано в регионе, будут работать по технологии обратного осмоса — эта тенденция, вероятно, станет массовой, так как нацеленные на оптимизацию бюджета правительства стран Залива сокращают субсидии на ископаемое горючее. Эти сокращения снижают конкурентоспособность заводов, работающих по термальной технологии, и являются основной причиной, по которой в этом регионе наконец приживаются мембранные технологии.

8. Могут ли страны, расположенные в пустынях, обойтись без опреснения?

Проблема превращения морской воды в питьевую не теряет актуальности. Если сохранятся текущие темпы потребления, то крупнейший эмират ОАЭ может остаться без естественных запасов грунтовой воды «в течение нескольких десятилетий», заявило Экологическое агентство (Environment Agency) Абу-Даби в докладе, опубликованном в 2017 году. Однако растущий спрос на ограниченные водные ресурсы рождает новые идеи для производства пищи, а не только для опреснения. Находящийся в Дубае Международный центр биосолевого сельского хозяйства (International Center for Biosaline Agriculture) перерабатывает солевой раствор для орошения таких терпимых к соли растений, как солерос — его можно употреблять в пищу и использовать в качестве биологического топлива. В исследовательском институте также выращивается киноа, которое любит богатые солью пустынные почвы.

Источник

Опреснение воды

Водные запасы нашей планеты составляют около 72% всей территории, однако большая часть находится в форме соленой воды акватории Мирового океана. Она не пригодна для использования в питьевых и хозяйственно-бытовых целях ввиду высокой концентрации растворенных солей. Интенсивное развитие промышленности и рост населения требует огромных запасов опресненной и обессоленной воды. В XXI веке проблема нехватки пресной воды встает даже в тех районах планеты, где такой вопрос никогда не поднимался. Системы для опреснения воды стремительно набирают популярность.

Что такое опреснение воды

Солесодержание — это суммарное содержание в воде природного источника минеральных неорганических солей, которое характеризует степень минерализации воды. Морская вода содержит в основном растворенные ионы соединений Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂, CaSO₄, MgSO₄, MgCl₂, NaCl в следующем соотношении: HCO 3- + SO₄ 2- ˂ Ca 2+ + Mg 2+ , Cl — ˃ Na+. Концентрация солей колеблется в зависимости от расположения моря. Средний показатель солености Мирового океана — 35 г/л.

Опреснение воды — это комплекс мероприятий, позволяющих уменьшить концентрацию солей в воде до показателей, соответствующих нормативам питьевого водоснабжения и промышленного водопотребления. Для питьевых целей показатель минерализации воды не должен превышать 1000 мг/л.

Технологический цикл может включать разные способы опреснения воды, в основе которых лежат химические методы осаждения, ионный обмен, фильтрация на мембранных установках обратного осмоса, воздействие температурой и постоянным электрическим током. Часть из них основана на изменении агрегатного состояния воды — замораживание или переход в газообразное состояние с последующим возвращением в форму жидкости.

Проблемы с опреснением морских и соленых вод

По статистике сегодня десятки стран на планете испытывают дефицит чистой питьевой воды. Львиная доля запасов дистиллированной воды сосредоточена в ледниках за полярным поясом, однако добыча их оттуда затруднена. Загрязнение грунтовых и подземных вод уменьшает количество источников водоснабжения. Каждый день ученые ищут новые средства очистки и опреснения воды из имеющихся ресурсов: сбор дождевой и талой воды, плавление доступного льда айсбергов, замкнутые циклы водоснабжения и водоочистки на производствах.

Еще острее ощущается необходимость получения питьевой воды методом опреснения морей и океанов в прибрежных районах, на засушливых пустынных территориях с минимальным количеством пресных водоносных горизонтов. Этим объясняется востребованность и усовершенствование методов для опреснения морской воды путем удаления повышенной концентрации солей.

История возникновения метода опреснение морской воды в мире

О качестве воды для питья человечество задумывалось еще на заре цивилизации. Опреснение воды от соли было необходимостью для многих народов. Во времена Аристотеля моряки кипятили морскую воду, а пар собирали губкой. Затем из губки высасывали уже пресную воду, пригодную для питья. В средние века процесс получения дистиллированной воды в перегонном кубе описывал Леонардо да Винчи. В России первая установка дистилляции появилась в Красноводске на берегу Каспийского моря в конце XIX века и могла переработать 67 куб. метров воды в сутки.

Какие страны на сегодняшний день широко используют опреснение морской воды? Сегодня дефицит пресной воды приобретает планетарные масштабы. Развитые страны разрабатывают новые стратегии опреснения морской воды, чтобы минимизировать проблему засушливости почвы и недостатка пресной воды в прибрежных районах соленых водоемов. Индустриальные США и Япония давно стали потреблять в разы больше пресной воды на бытовые и промышленные нужды, чем есть у них в запасе. В восточных странах Аравийского полуострова, где проблема стоит очень остро ввиду крайней засушливости региона, налажены опреснительные комплексы на основе обратного осмоса с большой производительностью — до 1000 млн м3 в год (Саудовская Аравия и ОАЭ). В Израиле мощности опреснительных станций путем мембранного фильтрования и перегонки воды из Средиземного моря обеспечивают страну на 15% питьевой водой и 50% технической от необходимого количества.

Россия по запасам пресной воды занимает первое место в мире. Только акватория Байкала способна обеспечить всех россиян пресной водой на сегодняшний день. Проблема в том, что 80% этих запасов приходится на незаселенные области Сибири и Дальнего Востока. Добыча и транспортировка пресной воды в юго-восточную часть страны, в северные приморские регионы обернется высокими затратами. Остро строит проблема опреснения воды в Крыму, Приморском крае, Поволжье и Черноморском побережье. Внедрение на прибрежных территориях комплексов по опреснению морской воды на основе ультрафильтрации, обратного осмоса и ионного обмена позволяют получить качественную воду для хозяйственно-бытовых нужд. Главным вопросом остается удешевление технологии для повышения рентабельности водоочистных мероприятий.

Как происходит процесс опреснение воды

Процесс обессоливания и опреснения воды основан на удалении солей из морской воды химическими или физическими способами. В зависимости от этого установки делят на дистилляционные и фильтрационные. Обычные или многостадийные дистилляторы работают на основе принципа перегонки: нагревают воду до перехода в газообразное состояние и конденсируют чистый пар в другом сосуде. Более половины установок опреснения соленой воды работают на этой основе.

Фильтрационные установки опреснения очищают воду без изменения ее агрегатного состояния и основаны на методе обратного осмоса. Нагнетаемое насосом давление продавливает в большей степени молекулы воды через наноотверстия осмотической мембраны, обеспечивая на выходе воду со степенью чистоты 98%. То есть, если исходная минерализация воды 18 г/л (именно такая у Черного моря в Краснодарском крае или Крыме), то вода на выходе будет иметь минерализацию 360 мг/л. Абсолютно питьевая вода! Производительность мембраны и степень обессоливания и опреснения зависят от исходного состава морской воды, температуры и давления в системе.

Альтернативными процессами опреснения воды из морей и океанов являются электродиализ и вымораживание, но они связаны с высокими затратами на обеспечение работы оборудования и не предназначены для опреснения больших объемов воды. При электродиализе под воздействием постоянного электрического поля катионы и анионы осаждаются на электродах. Преимущество данного метода по опреснению морской воды — в возможности опреснять воду при высоких рабочих температурах, так как используются химически и термически стойкие мембраны.

Где используется опреснение морской и использованной воды

Технология опреснения воды в мире направлена на уменьшение солесодержания водного раствора до концентрационных пределов, которые устанавливают технические регламенты водопотребления в определенной отрасли народного хозяйства или промышленного производства. В зависимости от степени удаления солей различают обессоливание и опреснение. При обессоливании концентрация катионов и анионов снижается до величин, соответствующих содержанию их в дистиллированной воде. При опреснении — до показателей, допускающих использование воды в технических и питьевых целях.

Спектр применения комплексов по опреснению морской воды включает практически все направления деятельности человека:

1. Производства, расположенные на берегу моря, где для бесперебойной работы необходим постоянный приток очищенной воды, в том числе для охлаждения.
2. Отрасль сельского хозяйства использует опресненную воду для полива и орошения с/х культур, разведения удобрений, снабжения питьевой водой животноводческих ферм.
3. Автономные станции для получения пресной воды на действующих буровых платформах в океанах и морях, где водоснабжение обслуживающего персонала с континента не представляется возможным.
4. На кораблях и подводных лодках дальнего следования судовые опреснители предназначены для получения воды разного качества: питьевой, хозяйственно-бытового назначения, технической для охлаждения моторного оборудования, питательной для парогенераторов.
5. Снабжение прибрежных курортных здравниц и пансионатов. Например, санатории Черноморского побережья России, Крымского полуострова полностью могут обеспечить водоснабжение за счет опреснения морской воды.
6. Доочистка солоноватой воды из скважины в быту и на производствах. Это актуально для жителей морского побережья и прилегающих регионов (Краснодарский край, Приморье, Ростовская область, Ставропольский край, Кубань), где соленая вода просачивается в пресные водоносные горизонты.

Методы и способы опреснения соленых вод

Методы опреснения воды разделяют на две основные группы: с обратимым переходом в другое агрегатное состояние и без. К первой группе относятся дистилляция и вымораживание, ко второй — обратный осмос, ионный обмен, электродиализ, химическое опреснение. В настоящее время компании-производители опреснительного оборудования предлагают в качестве самостоятельных или в комбинации друг с другом 5 методов опреснения и обессоливания морской воды.

Процесс опреснения воды с помощью обратного осмоса

Самым выгодным и эффективным способом очистки морской воды от солей до показателей питьевого водоснабжения является обратный осмос. Главный элемент — селективная мембрана — предназначен именно для опреснения морской воды. Под действием давления в 30 — 65 атмосфер поток разделяется на фильтрат, проходящий сквозь мембранные элементы, и концентрат, сливаемый в дренаж. Опресненная вода идет на нужды производства или употребляется в качестве питьевой. Для продления срока службы мембран в систему вводят специальные вещества, которые замедляют процесс образования осадка, и проводят периодическую химическую мойку мембран.

Процесс опреснения морской воды с помощью дистилляции

Это старейший способ опреснения морской воды. Сущность его заключается в переводе молекул воды в газообразное состояние при температуре кипения, перегонке и конденсации пара в другой емкости. Метод достаточно эффективный и позволяет получать до 90% пресной воды в сборниках дистиллята. Системы могут быть одноступенчатые и многоступенчатые. Способ термического опреснения сопряжен с большими энергозатратами особенно в условиях крупных производств, требующих больших объемов воды.

Химическая очистка и опреснение воды

Метод опреснение воды с помощью химических веществ основан на дозированном добавлении реагентов, направленном на связывание растворенных ионов в нерастворимые соли и последующей фильтрацией осадка. В качестве связующих химических соединений применяют соли серебра и бария в концентрации 5% к общему объему воды. Образуются в результате реакций осаждения хлористое серебро AgCl и сернокислый барий BaSO4. Соли бария токсичны, а реакция осаждения с их участием протекает с малой скоростью, что обуславливает редкое применение данного способа в промышленных масштабах опреснения морской воды.

Вымораживание и газогидратный метод опреснения вод мирового океана

Способ вымораживания основан на медленном искусственном замораживании воды. Для формирования кристаллов льда применяют дополнительное пропускание углеводородных газов (пропан, бутан, этилен, фреон-31 и др.) через соленый водный раствор. При определенной температуре и давлении они образуют с молекулами воды газогидраты. В дальнейшем их отделяют от рассола и, растапливая лед, получают пресную воду. Газ, выделяющийся при топлении льда, подвергают рекуперации и отправляют в следующий цикл вымораживания. Газогидратный метод опреснения воды имеет все плюсы стандартного замораживания, но позволяет снизить энергозатраты и потери холода за счет более высокой рабочей температуры.

Ионообменное умягчение и опреснение воды

Для опреснения воды также используют ионообменные фильтры. Опреснение способом ионообмена применяется только для морской воды с солесодержанием менее 2,0 г/л и общей концентрацией сульфатов и хлоридов до 5 мг/л, взвешенных веществ — до 7 мг/л. Применяют методы Na и H-Na катионирования, Na-Cl ионирование воды. Объединение в одном фильтре смешанного действия анионита и катионита оптимизирует показатели чистоты получаемого раствора: за одну фильтрацию связываются практически все растворенные ионы. На выходе имеем опресненную воду с низкой минерализацией и нейтральным рН. К минусам ионообменного опреснения можно отнести большой расход реагентов, необходимость восстановления сорбционной емкости ионитов и невысокую скорость фильтрации.

Почему обратный осмос наиболее востребован для опреснения морской воды

Сегодня в мировой практике наиболее востребованы два метода опреснения и обессоливания воды: механический или мембранный (обратный осмос) и термический на основе дистилляции. В первом случае речь идет о технологии обратного осмоса. Станции обратного осмоса работают на основе физико-химического процесса баромембранного разделения. Полупроницаемые мембраны из полиамида и ацетата целлюлозы в виде пустых волокон задерживают практически все соединения, растворенные в воде. Чистота очистки достигает 98%. Надо помнить, что на эффективность и скорость опреснения соленых вод способом обратного осмоса, а также на долговечность мембраны влияет предварительная первичная подготовка воды.

Современные производственные обратноосмотические станции состоят из:

Установки обратного осмоса просты, легко монтируются, не требуют больших энергозатрат, удобны в обслуживании за счет практически полной автоматизации процесса. Главным контролируемым параметром является стабильность давления при подаче воды на мембрану.

Опреснение морской воды — технология будущего

По прогнозам ученых к 2035 году более 2 миллиардов людей на планете будут испытывать нехватку чистой питьевой воды, не говоря о производственных мощностях. Основная часть пресной воды остается недоступной, замороженная в полярных льдах, а грунтовые и подземные воды все больше загрязняются отходами жизнедеятельности. Ввиду этого человечеству очень скоро придется обратить пристальное внимание на ресурсы Мирового океана как неисчерпаемый источник получения пресной воды. При выборе метода опреснения морской воды следует учитывать степень минерализации, требования к качеству пресной воды на выходе, энергетические и экологические ограничения.

Источник