Виды опреснение морская вода

Что собой представляет, для чего нужен и как работает опреснитель морской воды?

Опреснение морской воды позволяет сделать ее пригодной для питья и для использования в любых хозяйственных и бытовых целях.

Это актуально для жителей пустынных регионов, омываемых морями (например, для Аравийского полуострова), а еще – на промышленных предприятиях, на морских судах и т.д.

Какие же существуют опреснители морской воды и в чем их отличия друг от друга, как они работают и какова их цена?

Что это такое?

Это устройство предназначено для удаления из воды растворенных в ней солей. Другие загрязняющие примеси оно может и не удалять, все зависит от типа прибора.

В результате получается опресненная жидкость, которую можно использовать для:

• питья,
• приготовления пищи,
• гигиенических процедур,
• в хозяйственных целях.

Устройство и принцип работы опреснительной установки

Устройство опреснителя можно разобрать на примере тех, что устанавливаются на судах:

1. Дистилляционные установки. Суть состоит в том, что морскую воду нагревают до температуры кипения, потом собирают сконденсированный пар и получают дистиллированную воду. Это трудоемкий процесс, который отнимает много времени.
2. Электродиализные устройства. Они основаны на химическом методе опреснения. Применяют их только в крайнем случае, и полученная таким способ вода редко используется в качестве питьевой, поскольку химические реагенты токсичны.
3. Установки обратного осмоса. Они являются наиболее распространенным типом корабельных установок для получения пресной воды. Эти устройства состоят из нескольких блоков. Суть метода заключается в том, что забортная вода проходит предварительную обработку, а затем содержащая соли вода проходит под высоким давлением через специальную мембрану и остается в накопителе, а загрязненная вода через какое-то время сливается за борт.

Где используются?

Это оборудование используется чаще всего на морских судах. Однако существуют еще промышленные опреснители, которые помогают решить проблему нехватки питьевой воды в отдельных регионах – например, в Израиле, в Австралии, в Саудовской Аравии.

Виды в зависимости от технологии опреснения

В зависимости от того, какая технология используется для опреснения воды, выделяют несколько видов опреснителей.

Мембранный

Этот метод также называется механическим. В нем используется оборудование для обратного осмоса. В этом случае важным элементом опреснительной установки являются мембраны, через которые морская вода проходит под высоким давлением.

Преимуществами такого оборудования являются:

• простота устройства и его надежность;
• компактность;
• возможность автоматизации;
• отсутствие больших затрат энергии.

Минусом считается: качество очистки воды в таком случае сильно зависит от предварительной подготовки воды.

Солнечный

Этот тип опреснителей называют также дистилляционными или термальными. Они часто применяются в промышленных условиях.

Принцип заключается в том, что такой агрегат нагревает H2O из моря, она испаряется. Устройство улавливает пар, доводит его до определенной температуры, и получает уже пресную воду. При этом используется солнечная энергия.

Многие модели такого типа имеют форму конуса, по стенкам которого стекает уже сконденсированная влага. Пространство под конусом делают герметичным, чтобы пары не выходили наружу.

Форма конуса позволяет поддерживать определенную температуру внутри прибора. Производители разрабатывают и другие модели дистилляционных опреснителей.

Вакуумный

Такие устройства обладают достаточно высокой производительностью, позволяя получить 800 л воды в час и даже больше. Принцип их работы основан на утилизации тепла воды, которая используется для охлаждения дизелей.

Такое оборудование состоит из нескольких элементов:

• подогреватель для морской воды;
• вакуумный насос;
• центробежный насос для воды, которую берут за бортом;
• вихревой насос для уже полученной дистиллированной воды;
• испаритель вакуумного типа — в нем морская вода начинает кипеть уже при температуре в 38-40 градусов.

Морская вода закачивается в испаритель. Его нагрев осуществляется за счет пресной воды, которая используется для охлаждения дизелей и получает их тепло. Вода кипит, испаряется, затем пар конденсируется, улавливается дистиллят и распределяется в систему для подачи пресной воды.

Где продается, какова цена?

Опреснители можно купить в компаниях, которые специализируются на поставках судового оборудования. Стоимость устройств зависит от их разновидности, мощности и производительности.

Например, небольшой опреснитель для спасательной шлюпки может стоить от 80000 рублей, в то время как устройство для обеспечения пресной водой яхты или катера – от 800000 рублей и выше.

Как выбрать для использования?

Особенности выбора устройства зависят от того, где оно будет использоваться.

На яхте

С учетом условий эксплуатации на яхте или на катере, нужно обратить внимание на следующие детали:

1. Все части оборудования, которые контактируют с морской водой, должны обладать повышенной устойчивостью к коррозии, им нужна дополнительная защита.
2. Мощность и производительность подбираются с учетом величины судна, числа человек на борту, наличия агрегатов, для обслуживания которых нужна пресная вода.
3. Желательно выбирать оборудование с высоким уровнем автоматизации процесса, чтобы минимизировать ручную работу.
4. Низкий уровень шума при работе является одним из важнейших критериев выбора.
5. Оборудование должно отличаться высокой энергоэффективностью, поскольку будет работать в таких условиях, когда экономия энергии считается решающим фактором.

Для домашнего оборудования важнейшими критериями выбора являются легкость, компактность, а также простота установки и эксплуатации. Желательно подбирать модели с низким уровнем шума.

Портативные модели

Промышленность выпускает компактные модели, которые можно использовать не только на яхтах и катерах, но даже на спасательных шлюпках.

Например, самой компактной и легкой моделью считается Katadyn Survivor 06, который используется в качестве аварийных устройств для спасательных шлюпок. Его мощности и производительности на уровне 0,89 л/час хватит только для обеспечения пресной водой одного человека.

Вес устройства составляет чуть более 1 кг. Устройство удаляет до 98,5% солей. Стоит оно около 80000 рублей.

Компактный опреснитель, который можно использовать в домашних условиях или в экспедиции – это модель Spectra Aquifer 200-PPS 12 В Power&Solar. Однако его вес (включая складные солнечные батареи) составляет порядка 60 кг.

Он основан на принципе обратного осмоса и в сутки может выдавать более 750 л воды, очищая ее от соли на 99,4%. Стоимость такого оборудования превышает 10 тысяч долларов США.

Правила эксплуатации

Для каждого типа оборудования существуют свои правила эксплуатации. Но есть и несколько общих моментов:

1. Регулярно проводить технический осмотр оборудования, в том числе – перед каждым запуском следует убедиться в его исправности. Внутренний осмотр проводится через каждые 15000-3000 часов работы, в зависимости от агрегата.
2. Нужно поддерживать оптимальные, указанные в технической документации температурные параметры.
3. Работа оборудования должна осуществлять с учетом его мощности и производительности, то есть необходима рациональная подача морской воды в таких количествах, чтобы агрегат не перегревался, но и не простаивал впустую.
4. Изоляцию опреснительной установки нужно постоянно поддерживать в рабочем состоянии. Все поверхности нужно чистить, чтобы не допустить коррозии.

Видео по теме статьи

Об использовании опреснителя на парусной яхте расскажет видео:

Заключение

Опреснительные установки – это важнейшее оборудование для тех регионов, где существует недостаток пресной воды. Но для того, чтобы они эффективно функционировали, за такими агрегатами нужно ухаживать, контролировать весь технологический процесс.

Источник

Опреснение морской воды: технологии современного мира

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Почему назрела необходимость в опреснении морской воды
• Какие существуют способы опреснения морской воды
• Как опреснить морскую воду в домашних условиях
• Какие проблемы присущи процессу опреснения морской воды

Очищение и опреснение морской воды – это промышленный процесс, в результате которого из неё удаляются соли и получается продукт, пригодный для использования в быту и употребления. Наша статья расскажет о методах и технологиях опреснения морской воды.

Насколько актуально опреснение морской воды

Земная поверхность на 60 % состоит из территорий, где источников пресной воды или нет совсем, или есть, но очень небольшое количество. Поскольку во многих засушливых областях мало пресноводных водоемов, возникают проблемы с поливом почвы. Их можно было бы решить благодаря возможности использовать для этих целей опресненную морскую воду. На Земле присутствуют значительные запасы такой воды, но из-за высокого содержания солей ее невозможно применять в хозяйственных целях.

Чтобы выращивать сельскохозяйственные культуры, необходимо поливать их водой с очень низким содержанием солей. Если растения получат с влагой более 0,25 % солей, они просто не будут расти. Также на них отрицательно скажется присутствие в воде щелочей. Многие государства, в том числе и Россия, ищут пути опреснения соленых водных источников, что помогло бы справиться с проблемами засухи в областях, расположенных недалеко от моря.

В странах с хорошо развитой промышленностью все острее ощущается нехватка пресных водных запасов. В частности, это касается США и Японии, где требуемые для промышленности, сельского хозяйства и бытовых нужд объемы воды давно превысили имеющиеся.

Количество пресной воды не соответствует потребностям и в развитых странах с низким уровнем осадков, таких как Израиль и Кувейт.

Первое место в мире по наземным пресноводным ресурсам занимает Россия. Достаточно одного только Байкала, чтобы удовлетворить сегодняшнюю потребность российского населения и промышленности в пресной воде. Это озеро настолько глубокое, что если направить в его котловину потоки всех рек земного шара, то заполняться она будет почти 300 дней.

Однако большая часть водных ресурсов России сосредоточена в практически не заселенных и не освоенных районах Сибири, Севера и Дальнего Востока. На высокоразвитые центральные и южные регионы с высоким уровнем промышленности, сельского хозяйства и плотности населения приходится только 20 % пресноводных запасов.

Определенные страны Средней Азии (Туркмения, Казахстан), а также Кавказ, Донбасс и юго-восточная часть РФ обладают огромными минерально-сырьевыми ресурсами, а пресноводных источников не имеют.

Рекомендуемые статьи по данной теме:

В России есть большое количество подземных источников, уровень минерализации которых составляет от 1 до 35г/л. Они не могут применяться для нужд населения, так как содержат большое количество солей, но после опреснения их вполне можно будет использовать.

В процессе опреснения морской воды важным параметром является её соленость, под которой понимается масса сухих солей в граммах на 1 кг вещества. Количество солей в единице объема жидкости может существенно колебаться в зависимости от моря. Например, Черное, Каспийское и Азовское моря характеризуются как слабосоленые. Средний показатель солености Мирового океана составляет 35г/кг.

Кроме поваренной соли (NaCl), морская вода содержит и ряд других химических элементов, в основном в виде ионов, которые можно получать из нее в промышленных масштабах: K+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Br-, F-, H3BO3. Всего в морских недрах обнаружено около 50 химических элементов в разной концентрации, среди которых литий (Li), рубидий (Rb), фосфор (P), йод (J), железо (Fe), цинк (Zn) и молибден (Mo).

Способы опреснения морской воды

Морские водные запасы содержат в своем составе более 50 химических элементов. Концентрация каждого из них крайне мала, но их общая масса определяет соленость жидкости. Для пищи может быть пригодна только вода, в которой содержится не более 0,001г/мл солей. Для того чтобы достичь подобной концентрации, применяются различные технологии опреснения морской воды. Специалисты пытаются разработать такие системы опреснения, которые бы потребляли мало энергии, но при этом максимально очищали воду для использования населением.

Сегодня применяются следующие методы опреснения морской воды: дистилляция, обратный осмос, ионизация и электродиализ.

• Обычная, или многостадийная дистилляция – наиболее популярный способ, в основе которого лежит использование свойства воды закипать и образовывать пар при высоких температурах. Более половины пресных водных ресурсов получают именно путём дистилляционного опреснения морской воды.
• Мембранная дистилляция – метод, при котором производится нагрев воды с одной стороны мембраны, которая пропускает только пар и образует из него пресную воду.
• Метод обратного осмоса – довольно дешевая технология: один вложенный доллар позволяет получить 16 тонн пресной воды.
  Технология обратного осмоса для опреснения морской воды заключается в том, что вода под давлением проходит через мельчайшие фильтры, в результате чего содержание солей становится очень низким. Степень очищения и производительность мембраны зависят от таких факторов как количество соли в исходном сырье, солевой состав, температура и давление.
• Электродиализ – метод, при котором водный поток пропускают через камеру с электродами, в результате чего катионы и анионы распределяются на соответствующих электродах. Плюсом подобного способа опреснения морской воды является использование химически и термически стойких мембран, что дает возможность осуществлять очистку при высокой температуре.
• Газогидратный метод основывается на способности углеродных газов при определенном давлении и температуре создавать с участием воды соединения клатратного типа. Соленую воду замораживают, затем обрабатывают газом, вследствие чего формируются кристаллы. Эти кристаллы отделяют от рассола, промывают, плавят и в итоге получают чистую пресную воду.

В южных регионах активно используют солнечные опреснители, в которых происходит нагрев и испарение морской воды. Существует и противоположный способ, при котором солёную воду замораживают, а затем отделяют от нее пресную, поскольку она замерзает быстрее.

По какому принципу работают установки для опреснения морской воды

Опреснитель морской воды – устройство, которое может удалить из воды соли, растворенные в ней. После процедуры очистки получают воду, которую можно использовать не только для хозяйственных нужд, но и для питья. Конструкцию аппарата отличает удобство и практичность в эксплуатации.

Однако опреснённая вода не является вместе с этим чистой, ведь в ней сохраняются и другие компоненты, от плотности которых и зависит область ее применения. Так, на морских судах требуются разные виды водных запасов:

• питьевая, которая используется только для готовки и питья;
• вода для личной гигиены и мытья палубы;
• вода для парогенераторов, или питательная;
• техническая вода, которая применяется в качестве охлаждающей жидкости для двигателей;
• дистиллированная вода.

Для получения всех этих видов используют разные судовые опреснители.

Среди технологий опреснения выделяют следующие:

1. Дистилляционная, при которой опреснитель нагревает и испаряет морскую воду. Полученный пар «ловится» и доводится до необходимой температуры.
2. Фильтрационная, при которой устройство работает по принципу обратного осмоса. Соленая вода очищается без перехода из одного состояния в другое. Работа такого аппарата основывается на доведении концентрации растворенных примесей до оптимальной. Очень высокое давление позволяет «выдавить» лишние частицы солей.

В израильском городе Хадере находится самый большой на планете опреснитель. Этот агрегат по размеру соизмерим с целым заводом. Каждый год он опресняет около тридцати трех миллиардов галлонов морской воды. Работает опреснитель по принципу обратного осмоса, вследствие чего средиземноморские воды не подвергаются тепловой обработке.

Установка полностью герметична, в ней создается эффект парника, при этом не допускается утечка испарений наружу. В итоге чистый водный остаток сохраняется в большем объеме. В конце откручивается пробка, и очищенная жидкость сливается в какую-либо емкость.

Подобные аппараты применяются в морском флоте. Они используют тепло жидкости, которая служит для охлаждения главных и вспомогательных дизелей. Очищенная вода, подогретая до 60 °С, на входе поступает через трубы батареи нагрева. При выходе температура жидкости снижается примерно до 10 °С.

Вакуумный опреснитель вырабатывает в час порядка 800 литров дистиллированной воды. Он может удовлетворить всю потребность в пресном водном запасе без излишних трат на топливную энергию, а полная автоматизация позволяет сэкономить на сервисном обслуживании. Поскольку температура испарений довольно низкая, водоопреснитель может работать от шести до двенадцати месяцев, не требуя очистки.

Известно, что население Израиля страдает от серьезной нехватки питьевых запасов. Работа описанного выше аппарата позволяет покрыть почти две трети потребности в воде целой страны.

Сегодня для опреснения морской воды используется самое разное оборудование, в том числе уникальные опреснители, работающие на солнечной энергии. В них заливается вода, которая под воздействием солнечного тепла превращается в пар, конденсируется на стенках корпуса и затем оседает в нижней части прибора.

Какие технологии используются в промышленном опреснении морской воды

На сегодняшний день в промышленности широко применяются два метода опреснения: мембранный (механический) и термальный (дистилляционный). В первом случае используется технология обратного осмоса. Морская вода пропускается через полунепроницаемые мембраны под давлением, существенно превышающим разницу давления пресной и морской воды (для последней это 25-50 атм.).

Микроскопические поры фильтров свободно пропускают только небольшие водные молекулы, задерживая более крупные ионы соли и других примесей. Материалом для таких мембран служит полиамид или ацетат целлюлозы, выпускают их в виде полых волокон или рулонов.

Метод глубокого обратноосмического опреснения воды обладает рядом плюсов по сравнению с другими способами. Во-первых, аппараты просты и компактны, а во-вторых, не требуют больших затрат энергии. К тому же, управление системой обратного осмоса происходит в полуавтоматическом и автоматическом режиме.

Но все же данный способ имеет и свои минусы. Качество очистки здесь зависит от того, насколько эффективной была предварительная обработка. Помимо этого, полученная питьевая вода всё равно содержит достаточно большое количество соли (500 мг/м3 общей концентрации солей). Также этот способ требует повышенных эксплуатационных расходов, поскольку необходима регулярная закупка сопутствующих химикатов и смена мембранных фильтров.

Wonthaggi Desalination Plant – самый большой в мире завод по опреснению воды с помощью мембранных фильтров, расположенный в Мельбурне. Он способен перерабатывать в день 440 тысяч кубометров воды. В израильском городе Ашкелоне располагается завод, где воду очищают от солей методом обратного осмоса. Он обрабатывает в день 330 тысяч кубометров воды.

Суть термального способа (дистилляции) в том, что на станции опреснения морской воды жидкость кипятят, а полученный в итоге пар аккумулируют и конденсируют. Так образуется дистиллят – пресная вода. Выпаривать воду можно и не доводя до кипения. В этом случае её нагревают при более высоком давлении, чем в камере испарения. Для образования пара используют теплоту самой воды. При этом она охлаждается до температуры насыщения оставшегося рассола. Минусы этого способа – затратность, высокая энергоемкость, наличие внешнего источника пара. Однако именно он дает самый большой объем пресной воды за единицу времени. К примеру, завод Shoaiba 3 (Саудовская Аравия) производит дистилляционным методом до 880 тысяч кубометров пресной воды в день.

Эти два метода можно сравнить по нескольким ключевым параметрам:

Источник