Одна из самых сложных проблем человечества состоит во все нарастающем дефиците питьевой воды. Парадокс заключается в том, что на Земле имеются неисчерпаемые запасы соленой воды морской и океанской, пресной же явно недостаточно. Высокая концентрация примесей в первой не позволяет ее использовать ни в хозяйственной деятельности, ни для питья, ни для бытовых нужд.

Проблема решается переработкой пресной воды из морской воды с использованием разных технологий. Оборудование для опреснения воды позволяет удалять из жидкости большую часть солей и химических соединений в промышленных масштабах. Выпускаются также небольшие установки использования в быту, производительности которых достаточно для удовлетворения потребностей жильцов частного дома или коттеджа.

Опреснение воды: основные понятия и определения

Технологии деминерализации соленых вод в последние годы стремительно развиваются, особенно в последние годы с появлением материалов с уникальными свойствами. Для понимания, что такое пресная вода и морская или солоноватая следует привести определения той и другой:

К первой категории относят природные воды, находящиеся в жидком или твердом агрегатном состоянии, с низким содержанием солей и других растворенных соединений. К пресным относят воды рек, озер, ручьев, а также природные осадки в форме дождя или снега и все виды льда и ледяного покрова. Это ограниченный, но возобновляемый ресурс.

Другая категория морских, океанских и солоноватых вод включает воды, соленость которых варьируется в пределах от 3,4% до 3,6%. В составе примесей наибольшую часть составляет и другие NaCl , также другие химические элементы магний (0,1350%), сера (0,0885%), кальций (0,04%), калий (0,0380%), бром (0,0065%) и углерод (0,0026%).

Процесс опреснения воды подразумевает ее деминерализацию с использованием различных физико-химических принципов. Наиболее примитивный и доступный метод - термальная дистилляция известен с давних времен, и состоит он в нагреве солевого раствора и последующей его конденсации с помощью змеевика или холодильника иной конструкции.

Опресненная вода является возобновляемым природным ресурсом, который может использоваться в промышленности, для хозяйственных и санитарно-бытовых нужд. По органолептическим свойствам она вполне пригодна для питья и приготовления пищи.

История развития и опыт опреснения воды в России и за рубежом

Во многих странах водные ресурсы, пригодные для жизнедеятельности человека, крайне скудны. Опресненная морская вода составляет значительную долю потребления в таких странах, как Израиль, Кувейт, ОАЭ и Саудовская Аравия. Промышленные установки активно эксплуатируются в Калифорнии (Соединенные Штаты Америки). Семь крупнейших станций деминерализации построены на Ближнем Востоке, и каждая из них способна выдавать до 400 тыс. куб. метров в сутки.

В нашей стране темпы роста опреснительной индустрии довольно скромные. В последние годы наблюдается рост спроса, а соответственно и цен на опреснительные установки морской воды в оренбургских и прикаспийских степях. Значительные средства вкладываются в строительство промышленных установок на Ставрополье, Краснодарском крае, Республике Крым и других регионах. Дебета природных источников водоснабжения в этих зонах явно недостаточно.

Процессы опреснения воды

Для водоснабжения пригодны водные ресурс из открытых и подземных источников, содержание солей в которых не превышает 1 г/дм³. Процесс опреснения - это очистка морской воды от солей с использованием той или иной технологии. Существующие методы деминерализации отличаются высокой энергозатратностью, которая достигает от 0,7 до 20 кВт∙ч на один куб. метр жидкости (от 2,5 до 72 Дж).

Для работы больших промышленных установок строятся собственные электростанции. Так на полуострове Мангышлак в 70-е года прошлого века была возведена Шевченковская АЭС, обеспечивающая работу опреснителя.

Для того чтобы опреснить соленую воду морей и океанов применяются различные методы:

1. Дистилляционные. Обычные и многоступенчатые флеш-дистилляции, вакуумные (при пониженном давлении), а также термокомпрессионные.
2. Вымораживание с последующим использованием талой воды, и с помощью гидратов газовых.
3. Фильтрационные. Обратный и прямой осмос, ультрафильтрация сепарация (разделение гидродинамическое).

В настоящее время проходит испытания промышленная установка опреснительная для морской воды, в которой реализован перспективный электрохимический метод. Технология обеспечивает разделение потока на две части со сниженным содержанием солей и концентрированный раствор с помощью специальной микросхемы.

Сферы применения опреснительных установок

Станции деминерализации соленой воды, работающие на различных принципах, получают все более широкое распространение в нашей стране. В России высокопроизводительные установки применяются в коммунальном хозяйстве, промышленности, гостиничном деле, агробизнесе и на морских судах. Сравнительно невысокая цена опресненной воды делает их использование рентабельным. Основная часть затрат составляет оплату электроэнергии, заменяемых компонентов и расходных материалов.

Коттеджные поселки Краснодарский край, Крым и Приморье

Во многих регионах Российской Федерации отмечается растущий дефицит водных ресурсов. Для обеспечения качественной питьевой и технической водой планируется строительство опреснительных установок морской воды в Крыму в Ялте и Севастополе. В них будут использоваться сверхкомпактный модуль с аксиально-плунжерным насосом, скомбинированный с эффективным рекуператором.

Станции переработки морской воды в пресную обеспечивают надежное и качественное водоснабжение ряда коттеджных поселков к Краснодарском крае и в Приморье. В, частности в Геленджике, разрабатывается проект строительства установки опреснения на побережье Черного моря. Планируемая производительность будет достигать 20 тыс. куб. метром воды в сутки. Кампус Дальневосточного университета на острове Русский снабжается водой из мембранного опреснителя, выдающего до 10 тыс. куб. метров в сутки.

Гостиницы, санатории и дома отдыха в рекреационных зонах

Применение опреснительных станций воды позволяет решить проблемы водоснабжения во многих прибрежных районах, где нет крупных рек и других водоемов. Во многих гостиничных комплексах в Анапе, Новороссийске, Туапсе и Сочи применяются бытовые дистилляторы разной производительности. Для создания запасов пресной воды устанавливаются большие емкости.

В небольших домах отдыха и санаториях Крыма и черноморского побережья Кавказа с успехом применяются мембранные фильтры морской воды в пресную разных конструкций. Установки работают с использованием метода обратного или прямого осмоса. С их помощью обеспечивается питьевое и санитарно-бытовое водоснабжение упомянутых объектов.

Для промышленных предприятий (технологические цели)

Станции по переработке пресной воды из морской применяются в самых разных отраслях производства. Такие установки строятся в прибрежных зонах, где имеется дефицит водных ресурсов с необходимыми показателями минерализации. Преимущественно используются две технологии удаления избыточных солей:

1. Мембранная. Метод глубокой очистки с обратным осмосом, фильтрующие элементы изготавливаются из полиамида или ацетата целлюлозы. Оборудование отличается компактностью, может работать в автоматическом режиме и требует минимального обслуживания.
2. Термальная. Производится кипячение воды или выпаривание при повышенном давлении, сбор и охлаждение пара с последующей конденсацией. В итоге образуется дистиллят, который используется для технологических целей. В Саудовской Аравии на этом принципе работает целый завод Shoaiba 3, производящий почти 880 тыс. куб. метров воды ежесуточно.

Технологии, с помощью которых опресняют морскую воду в промышленных масштабах, применяются в Российской Федерации на ряде предприятий. Высокую эффективность обеспечивает метод Multi-effect Distillation (MED), многоколонной дистилляции и последовательным нагревом каждой из ступеней паром от предыдущей. Такие установки часто интегрируются с АЭС, что позволяет минимизировать затраты.

Для сельскохозяйственных предприятий

В аграрных комплексах часто сталкиваются с проблемой засоления почв, когда в них происходит накапливание легкорастворимых соединений в концентрациях, опасных для растений. Регулярный полив опресненной водой сельскохозяйственных угодий в местах, где наблюдается недостаток влаги, позволяет уменьшить негативные последствия от искусственного орошения. Этот метод применяется для вымывания избыточных солей из корневой системы растения посредством обильных проливов участков.

Полив сельхозугодий обеспечивается опреснительными установками морской воды, которые производят дистиллят термальным или мембранным методом. Деминерализованная вода применяется также для приготовления растворов удобрений, стимуляторов роста или средств защиты растений. Используется также для содержания животных на мясомолочных фермах.

Судовые опреснители для морских судов и яхт

Во время плавания необходимо обеспечивать экипаж и корабельные механизмы достаточным количеством воды для санитарно-бытовых и технических нужд. Современные методы получения пресной воды из морской воды отличаются достаточно большой производительностью и высоким уровнем деминерализации. На судах применяются установки преимущественно мембранных типов с невысоким уровнем энергозатрат.

Обратноосмотический фильтр из морской в пресную воду перерабатывает в количествах, необходимых для команды и иных потребностей. Полученная при этом жидкость используется в парогенераторах и для охлаждения силовых установок и вспомогательных систем. Установки работают в движении и во время стоянок, они подключаются к бортовой электросети.

Промышленные методы опреснения воды

Ведущие производители оборудования для водоподготовки предлагают ряд эффективных технологий деминерализации. Наибольшее распространение получили пять способов превращения морской воды в пресную:

• ионообменный;
• химический;
• дистилляция;
• вымораживание;
• обратный осмос.

Применение той или иной технологии обусловлено несколькими факторами: концентрацией солей в исходной воде, требованиями заказчика к дистилляту и объемами потребления. Подбор оборудования осуществляется с учетом его технических характеристик и особенностей эксплуатации.

Ионообменное опреснение

В морской воде содержится значительное количество хлорида натрия, которое и определяет ее горько-соленный вкус. Ионообменные фильтры для морской воды в пресную обеспечивают ее очистку путем замены положительно заряженных ионов натрия (Na⁺) ионами водорода (H⁺), а отрицательно заряженные частицы хлора (Cl^-) на гидратные группы (OH^-). Данная технология эффективна при уровне минерализации не более 2,5 г/л.

Таким способом можно опреснить солоноватую воду скважины в частном доме, на даче или в коттедже. Одним из основных недостатков ионообменного метода является огромный расход химических реагентов, применяемых для регенерации фильтров. Большинство современных моделей установок автоматизировано и работает без участия человека.

Химическое опреснение

Технология обеспечивает эффективную деминерализацию насыщенных растворов. Химические опреснительные установки воды оснащаются емкостями для реагентов на основе серебра и бария и дозирующей системой. Эти вещества вступают в реакцию с солями, и образует нерастворимые соединения, выпадающие в осадок.

Химический метод позволяет опреснять морскую воду с высоким уровнем минерализации до 3,5 г/дм³. Основной недостаток этой технологии - высокая токсичность используемых реагентов. Работа с нами должна осуществляется с использованием средств защиты органов дыхания и зрения. Другой минус состоит в дороговизне применяемых химических соединений.

Дистилляция

Термальная перегонка морской воды в пресную обеспечивается методом выпаривания при повышенном, нормальном или пониженном давлении. В опреснительных установках происходит нагрев исходного раствора, который разделяется в конечном итоге на дистиллят и концентрат. Пар после конденсации и охлаждения используется для питья, хозяйственно-бытовых или технологических нужд, концентрированный раствор солей сливается в дренаж.

Дистилляционная технология получения пресной воды из морской отличается исключительно высокой энергозатратностью. Промышленные установки имеют большие размеры, кроме того требуются оборудование для безопасной утилизации концентрата. Лучшие показатели обеспечивает метод мембранной дистилляции. Сквозь пористую мембрану проходит чистый пар, который превращается в питьевую воду.

Вымораживание

При замерзании морской воды происходит ее кристаллизация, а концентрированный солевой раствор остается в нижней части емкости. Дополнительная очистка опресненной воды для питья производится газогидратным способом. Образующийся лед обрабатывается углеродным газом при заданных параметрах температуры среды и давления. В результате создаются кристаллические соединения клатратного типа, которые легко отделяются от рассола и после промывка плавятся для получения дистиллята.

Эффективно опреснять соленую воду с помощью газовых гидратов возможно при невысоких энергетических затратах. Еще одно преимущество этого метода состоит в отсутствии процессов поверхностного массо- и теплообмена. Соответственно на внутренних частях оборудования не образуется отложений нерастворимых солей или вредных биологических загрязнений.

Обратный осмос

Мембранная фильтрация морской воды в пресную пригодна для больших объемов и способна работать в постоянном режиме. Широкое распространение установок обратного осмоса обусловлено:

• сравнительно небольшими энергозатратами;
• высоким уровнем автоматизации систем водоподготовки;
• исключительной степенью очистки не менее 97-99%;
• превосходными органолептическими показателями очищенной жидкости.

Получение качественной питьевой пресной вода из морской фильтрацией с использованием обратноосмотических мембран происходит при высоком давлении от 25 до 60 бар. Установки водоподготовки комплектуются компрессорами с электрическим приводом и автоматическим управлением.

Опреснение воды методом обратного осмоса

Инновационные системы очистки морской вода с полупроницаемой мембраной обеспечивают разделение жидкости на две части с различным уровнем концентрации примесей. Пористая структура пропускает молекулы H₂O и задерживает более крупные молекулы солей и металлов. В результате на входе образуется насыщенный раствор с большим содержанием вредных соединений, который утилизируется.

Обратноосмотический метод очистки морской воды от солей позволяет удалять из нее частицы размеры, которых составляют от 0,0001 до 0,001 мкм:

• сульфаты;
• гидраты;
• нитраты;
• красители;
• органические соединения;
• соли жесткости.

Качественные мембранные фильтры по очистке морской воды состоят из следующих элементов:

• многоступенчатую систему предварительной очистки из механических и адсорбционных фильтроэлементов;
• модуля с осмотической мембраной;
• насосов высокого давления и циркуляционного;
• приборы контроля;
• трубопроводы и запорная арматура.

При использовании этого метода очистки воды в море и на суше перед мембраной создается давление превышающее осмотическое. Модуль отфильтровывает все высокомолекулярные соединения, но пропускает растворенные газы. Благодаря этому свойству очищенная вода имеет слабокислый вкус, который обеспечивается содержащейся в ней углекислотой.

Диасел - производитель опреснительных установок воды

Компания ООО "НПК "Диасел" предлагает опреснители морской воды дистилляционного или мембранного типа. Наши специалисты готовы спроектировать установку необходимой производительности с учетом технических требований заказчика. Приемлемая стоимость опресненной воды обеспечивается за счет оптимизации затрат на закупку оборудования без посредников и минимизации энергозатрат. Сотрудники предприятия обеспечивают доставку и монтаж системы водоподготовки "под ключ". При необходимости заключаются договора на регламентное обслуживание.