Бытовые и промышленные способы и методы опреснения воды
Естественный кругооборот воды в природе и ее природные запасы не могут полноценно удовлетворить все потребности человечества. Рост населения, расширение промышленного и сельскохозяйственного производства – вот основные источники проблем. По статистике, которая приводится компетентными международными организациями, в настоящее время более нескольких десятков стран во всем мире испытывают дефицит очищенной от примесей воды. Даже в России, занимающей огромную территорию, большинство пригодных к немедленному употреблению ресурсов находиться на Крайнем Севере, в других труднодоступных районах. Именно поэтому, во многих местах повышенным спросом пользуются качественные бытовые и промышленные способы и методы опреснения воды. Рассмотрим далее эти технологии, их отличия, экономическую целесообразность применения на практике и другие, важные для потребителей факторы.
Общие данные
Для лучшего понимания проблемы приведем несколько цифр. Общее количество запасов чистой, или нуждающейся в сравнительно простой очистке морской воды, составляет по разным оценкам не более 2-4% от всего ее количества. Даже в подземных источниках жидкость часто является солоноватой. Если такие примеси даже неотличимы на вкус, то надо помнить, что минимальное наличие соединений кальция и магния способно при небольшом нагреве образовать накипь, которая представляет существенную угрозу для отопительного и другого оборудования.
Минерализация некоторых подземных вод может достигать уровня 30-35 г на 1 литр, что сопоставимо с содержанием солей в морях и океанах. В таких растворах находятся самые разные химические соединения, поэтому удаление примесей вполне можно совместить с добычей полезных веществ. Но, оставим решение таких задач коммерсантам и продолжим обсуждение обозначенной темы.
Итак, следует констатировать, что в настоящее время применяются различные способы и методы опреснения воды. Они основаны на физических и химических принципах, ионном обмене и механической фильтрации, дистилляции и вымораживании, органических технологиях. Такое многообразие является убедительным свидетельством того, что идеальной технологии не существует. Как минимум, приходится учитывать при выборе реагентного способа обработки воды или набора соответствующего оборудования бытовое или промышленное целевое назначение, близость моря и другие факторы.
Так, если поблизости есть крупная электростанция, то можно будет использовать отводимое технологическое тепло для решения вопросов очистки, например, выпариванием, или дистилляцией. Если количество потребителей в данном месте недостаточно велико, то, вполне возможно, что дешевле будет транспортировка чистой морской воды из других источников.
Подобные расчеты способен произвести и внимательный рядовой пользователь. Ему понадобится учесть, в каком из вариантов будут меньше затраты. Разумеется, следует принимать во внимание не только стоимость оборудование, но и его монтаж, последующее обслуживание, плановые ремонты, общую надежность и предполагаемый срок службы.
Экзотические и редко используемые способы и методы опреснения морской воды
Некоторые виды микроорганизмов (бактерии), а также растения способны извлекать из воды и удерживать соли. Эти способы и методы опреснения морской воды можно назвать наиболее перспективными. Они основаны на естественных природных процессах и при правильной регулировке будут выполнять все свои функциональные обязанности с минимальными затратами. Но в наше время их реальные возможности невелики. Процессы слишком медленны. Их приходится тщательно контролировать, обеспечивать особые условия.
Реагентное опреснение также следует причислить к экзотическим методикам. Соответствующие установки опреснения морской воды основаны на переводе химических солевых соединений в твердое состояние, последующее осаждение и удаление созданных примесей. Эти операции производятся с добавлением специально подобранных химических реагентов. Их расход при использовании в качестве исходного сырья морской воды будет слишком высок. Качественные препараты такого типа стоят дорого. Некоторые из них являются высокотоксичными, что требует дополнительного контроля.
Замораживание. Лед, как известно, пресный. Только вода трансформируется в кристаллы, а примеси, в том числе и соли, могут быть удалены без больших затруднений. Такими возможностями можно пользоваться в соответствующем естественном окружении, но искусственное вымораживание будет сопряжено с большими энергетическими затратами. Именно это и является основным ограничением в данном случае.
Распространенные методы и способы опреснения воды
Начнем с электродиализа. Эта технология, из-за своей сложности, используется для создания промышленных производительных установок. В ней используются одновременно несколько процессов и специальных изделий:
- Электрический ток. При правильном выборе его силы и напряжения можно обеспечить достаточно быстрое перемещение ионов примесей в растворе. Положительно заряженные частицы (катионы) будут двигаться по направлению к катоду. Анионы, несущие отрицательны заряд – направятся к аноду;
- Мембраны. Эти перегородки создают из полимерных, стойких к внешним воздействиям разной природы, материалов. Их электрическое сопротивление невелико, а размеры пор в них создаются такими, чтобы было обеспечено пропускание только определенных ионов;
- Основная емкость. В ней располагаются: катод, анод, мембраны, обрабатываемая жидкость. Правильно установив перегородки можно создать несколько объемов. Из одних – опресненная морская вода поступает потребителям. В других – накапливаются насыщенные солями растворы, которые удаляются оттуда по мере необходимости.
Электролиз используется для решения различных производственных задач. Его часто применяют в тех случаях, когда требуется из стоков извлечь полезные компоненты, находящиеся в них в растворенном состоянии. Одновременно будет произведено опреснение воды, что в данном случае является процессом очистки промышленных отходов.
Следующий метод опреснения морской воды известен многим со времен обучения в школе. Это – дистилляция. При испарении жидкости концентрация загрязнений оказывает сильное влияние на летучесть образованных соединений. Если создать правильно конструкцию, произвести точно последующее охлаждение, то потребителю можно будет обеспечить подачу дистиллята, а накопленный в главной емкости на дне раствор с вредными примесями – сливается в канализацию.
Простота конструкции, легкость определения с принципами работы, надежность качественного оборудования – все эти положительные параметры пригодятся на практике. Подобные наборы оборудования применяются и в быту, но там с их помощью, чаще всего производятся домашние спиртные напитки. Опреснение воды с помощью дистилляции является слишком длительным и энергетически-затратным процессом. В промышленности используют такое оборудование, причем достаточно часто его составляют из нескольких ступеней, работающих последовательно.
Перечисленные далее способы и методы опреснения воды могут с успехом применяться дома и в промышленности:
- Ионообменные технологии. В них используют специальные смолы, способные извлекать из раствора определенные примеси при насыщении их же безвредными соединениями. В последующем, процесс регенерации позволит быстро и без существенных затрат вернуть полезные свойства смол в исходное состояние;
- Аппаратура обратного осмоса. Именно такое название дают часто установкам со специальными мембранами. Эти элементы не пропускают соли и другие вредные соединения, которые скапливаются в рабочем пространстве перед ними и автоматически сливаются в дренаж.
