Для нормальной жизни человеку ежедневно нужна пресная вода, и большая часть его тела состоит из воды. Рост численности населения способствовал увеличению количества воды, пригодной для жизни. В результате возникла нехватка пресной воды, что заставило людей искать различные искусственные средства.
Единственным таким источником является морская вода, которая содержит большое количество соли и не пригодна для питья. Вода проходит специальную технологию обработки, состоящую из нескольких этапов. Жидкость очищается от лишних и ненужных человеку солей. Для этого используется специальное оборудование, известное как опреснительные установки.
Они позволяют добывать из соленой воды питьевую воду, пригодную для жизни человека. Опреснение осуществляется по различным технологиям в промышленности. Большинство этих процессов основано на использовании громоздких и энергоемких агрегатов. К ним относятся специальное оборудование для дистилляции и различные типы фильтров.
Виды опреснителей
В последнее время внедряются новые альтернативные разработки оборудования опреснения воды из моря (опреснители). Многообразие способов опреснения можно объяснить тем, что они индивидуальны для определенных условий. Наиболее распространенные способы и виды оборудования.
Химический
В морскую воду добавляют специальные вещества, которые реагируют с ионами соли в виде сульфатов и хлоридов, образуя нерастворимые осадки. В этой воде так много растворенных солей, что расход химикатов довольно высок и может составлять до 5% от объема добываемой пресной воды. Реагенты, которые могут привести к образованию нерастворимого осадка, включают соли бария и серебра.
Недостатки химического способа:
- Реагенты — это дорогостоящие химические вещества.
- Реакция осаждения протекает медленно.
- Опасность процесса заключается в токсичности соли бария.
Из-за этих недостатков применение химического опреснения в промышленности ограничено.
Дистилляторы
Эти устройства работают по принципу дистилляции, который основан на разнице в составе между водяным паром и водой. Дистилляция осуществляется на специальных перегонных установках, где вода испаряется, а пар конденсируется. Наиболее летучие компоненты превращаются в пар в большем объеме, чем менее летучие, что способствует конденсации большего количества низкокипящих компонентов.
Если дистилляция проводится с целью получения нескольких фракций, то такая дистилляция называется фракционной. Существует два типа дистилляции — простая дистилляция и молекулярная дистилляция.
Новые типы дистилляторов классифицируются как.
- 1-ступенчатый обессоливатель.
- Многоступенчатые опреснители с нагревательными элементами и функцией быстрого кипячения.
Основным преимуществом многоступенчатых опреснительных установок является гораздо более высокий выход пресной воды по сравнению с одноступенчатыми установками. Стоимость обоих методов дистилляции заключается в высоком потреблении тепла, которое составляет 40% от стоимости полученной воды.
Источником тепла является тепловая электростанция. Эффективность дистилляторов часто ограничивается большим количеством стадий в установке. Это снижает теплопроводность теплообменника, что приводит к повреждению труб. Это, в свою очередь, требует использования специальных противонакипных добавок, что увеличивает стоимость пресной воды. В последнее время чаще используются другие методы.
Ионные опреснители
Этот метод предполагает использование обменных свойств полимерных смол с ионами соли, содержащимися в воде. Процесс ионного опреснения работает следующим образом: вода постепенно пропускается через слой ионообменной смолы. Ионы соли в воде соединяются с ионообменником. В результате содержание соли в воде уменьшается.
На скорость ионного обмена влияют наличие ионов в ионообменнике, размер частиц и рабочая температура. Основным фактором, влияющим на скорость процесса, является диффузия ионов.
Ионная очистка используется при производстве пресной и мягкой воды в различных отраслях промышленности, атомной энергетике, металлургии и пищевой промышленности. Ионный обмен также используется в производстве антибиотиков для медицинской промышленности.
Промышленные ионообменные установки классифицируются как.
- Смесители для осадочных резервуаров.
- Опреснители с ионообменниками с подвижным и неподвижным слоем.
Первый тип используется в мокрой металлургии. В установках с неподвижным слоем ионообменной смолы раствор течет в одном или другом направлении. В зависимости от степени очистки устанавливаются установки с несколькими ступенями.
Преимущества ионной очистки
- Простая конструкция устройства.
- Низкое потребление воды.
- Низкое потребление электроэнергии.
Недостатки
- Высокое потребление химических веществ.
- Сложный процесс.
Устройства обратного осмоса
В этом процессе вода, подлежащая обработке, пропускается под высоким давлением через специальные мембраны. Эти полупроницаемые мембраны изготовлены из ацетата целлюлозы и упакованы в рулоны. Молекулы воды могут проходить через микроскопические поры мембран. Ионы соли и более крупные примеси не могут пройти через эти мембраны.
Этот метод используется для опреснения воды в России с 1970-х годов. Производственное оборудование для очистки воды методом обратного осмоса состоит из фильтров, насосов, реагентных систем и установок химической промывки. Трубы изготовлены из пористого материала и содержат мембрану из ацетата целлюлозы. Он действует как полупроницаемая мембрана.
Сила воды, проходящей через мембрану, зависит от величины давления. Если давление будет слишком высоким, мембрана разорвется, засорится примесями и начнет пропускать соль. Если давление слишком низкое, то для очистки воды потребуется много времени.
Этот метод опреснения имеет большие преимущества перед другими методами.
- Низкое энергопотребление.
- Компактная и простая конструкция оборудования.
- Автоматизация возможна.
Для уменьшения отложений в трубах используются специальные ингибиторы. Мембраны подвергаются химической очистке для удаления солевых отложений. Для проверки качества воды используется проточный солевой индикатор.
Электродиализное оборудование
Метод электродиализа включает в себя поток ионов соли через мембрану с помощью электрического поля. Катионы движутся к катоду, а анионы — в другом направлении. Эти частицы разделяются ионоселективной мембраной. В результате концентрация солей снижается.
Ионоселективные мембраны изготавливаются из полимерных пористых материалов. Эти мембраны характеризуются высокой прочностью, электропроводностью и ионной проницаемостью. Срок службы таких мембран не превышает 5 лет.
Электродиализные опреснительные мембраны изготавливаются в виде многокамерных блоков. Эти камеры окружены катионной и анионной мембранами, которые делят объем аппарата на несколько камер. К аноду и катоду подводится постоянный ток.
Морская вода поступает в емкость для опреснения. Электрическое поле заставляет ионы соли двигаться в разных направлениях к соответствующим электродам. Конечным результатом является отделение ионов соли, которые накапливаются в специальных рассольных камерах, которые очищаются промывочной водой.
Потребление электроэнергии для электродиализного опреснения зависит от первоначального содержания солей. Выход опресненной воды в таком оборудовании обычно составляет от 90 до 95%. Существуют опреснители производительностью до 1000 кубометров в сутки. Они используются для промышленных и бытовых целей, получения технической воды, очистки производственных стоков.
Процесс электродиализа более экономичен, чем другие методы, такие как обратный осмос. Электродиализные установки могут концентрировать растворы, а также извлекать из морской воды различные соли, например, хлорид натрия.
Преимуществом этого процесса является использование химически стабильных и термостойких мембран, что позволяет опреснять морскую воду при высоких температурах.
Кристаллизаторы
Работа этой опреснительной установки основана на действии свежего льда. Когда вода кристаллизуется, кристаллы льда могут образовываться только из молекул воды. Это явление известно как криоконтроль. Во время постепенной кристаллизации рассола вокруг центров кристаллизации появляется свежий лед, который имеет игольчатую структуру. В пространстве между ледяными иглами концентрация раствора увеличивается. Этот более плотный и тяжелый раствор выпадает в осадок при замерзании.
Когда лед тает, получается опресненная вода с низким содержанием солей, которое не превышает допустимую норму.
Замораживание происходит в специальном оборудовании — кристаллизаторах, которые воздействуют на воду жидким или газообразным хладагентом. Для лучшего опреснения лед плавится при температуре 20 градусов Цельсия, кристаллы отделяются от маточного раствора и очищаются путем фильтрации, прессования или отжима на центрифуге.
Этот метод может быть использован для очистки морской воды, химического разделения и других применений. Замораживание — простой метод, но он требует энергозатратного и сложного технологического оборудования, поэтому используется редко.
Газогидратные устройства
Недавно были разработаны установки для опреснения газогидратов, которые по своей структуре похожи на кристаллизаторы с хладагентами. Эта обработка включает в себя способность углеводородных газов удалять соли и плавить их, вступая в реакцию с водой с образованием газовых гидратов при определенной температуре.
Процесс гидратации газа происходит при более высокой температуре, что приводит к меньшему потреблению энергии и меньшей передаче холода во внешнюю среду. Подразновидностью этого процесса является обработка природного газа в соленой воде. Газ в солоноватой воде замерзает. При снижении давления и повышении температуры происходит отделение замороженного льда. В этом процессе углеводороды испаряются, а пресная вода остается на месте. Испарившиеся углеводороды извлекаются и повторно используются в этом процессе.
