Опреснение воды

Опреснение воды (далее О), способ обработки воды с целью снижения концентрации растворенных солей до степени (обычно до 1 г/л), при которой вода становится пригодной для питьевых и хозяйственных целей. Дефицит пресной воды ощущается на территории более 40 стран, расположенных главным образом в аридных, а также засушливых областях и составляющих около 60% всей поверхности земной суши (по расчетам, к началу 21 в. достигнет 120-150·10⁹ м³ в год). Этот дефицит может быть покрыт опреснением соленых (солесодержание более 10 г/л) и солоноватых (2-10 г/л) океанических, морских и подземных вод, запасы которых составляют 98% всей воды на земном шаре (см. также Водные ресурсы). Недостаток пресной воды может быть ликвидирован и подачей ее по трубопроводам или каналам из районов, в которых она имеется в избытке. Например, в СССР сооружены каналы Северский Донец - Донбасс (около 130 км), Иртыш - Караганда (около 460 км), 3 очереди крупнейшего в мире Каракумского канала, имеются (в Казахской ССР) водопроводы Ишимский и Булавинский, протяженностью более 1700 км каждый. Однако при значительном удалении пресноводных источников опреснение соленой воды на месте стоит дешевле пресной воды, поступающей по водоводам. При водопотреблении до 1000 м³/сут опреснение соленой воды на месте выгоднее, чем подача пресной воды на расстояние, большее 40-50 км, при водопотреблении 100 000 м³/сут - выгоднее, чем подача пресной воды на расстояние, большее 150-200 км.

Во всем мире в 1974 находилось в эксплуатации св. 800 крупных стационарных опреснительных установок (ОУ) суммарной производительностью около 1,3 млн. м³/сут пресной воды. Наиболее крупные из них имеют производительность 160 тыс. м³/сут (в г. Шевченко, СССР; тепло поступает от электростанции с реактором на быстрых нейтронах) и 220 тыс. м³/сут (в г. Эль-Кувейте, Кувейт; котельная ОУ работает на попутном газе нефтедобычи). Большинство морских судов имеет свои ОУ (только дистилляционного типа).

О может быть осуществлено как с изменением агрегатного состояния воды (дистилляция, замораживание), так и без изменения ее агрегатного состояния (электродиализ, гиперфильтрация, или обратный осмос, ионный обмен, экстракция воды органическими растворителями, экстракция воды в виде воды нагрев воды до определенной температуры, сорбция ионов на пористых электродах, биологический метод - с использованием способности некоторых водорослей поглощать соли на свету и отдавать их в темноте и др.). В соответствии со способами О существуют различные типы ОУ. Дистилляционные ОУ (однокорпусные и многокорпусные, по способу опреснения - парокомпрессионные и солнечные) применяются при опреснении морской воды и соленых вод. О электродиализом и гиперфильтрацией (обратным осмосом) экономично при солесодержании 2,5-10 г/л, ионным обменом - менее 2,5 г/л. Из всего объема получаемой в мире опресненной воды 96% приходится на долю дистилляционных ОУ, 2,9% - электродиализных, 1% - гиперфильтрационных и 0,1% - на долю замораживающих и ионообменных ОУ. В зависимости от производительности ОУ состоит из одного или нескольких включенных параллельно опреснителей.

Дистилляционные опреснители бывают одноступенчатые (рис. 1), многоступенчатые с трубчатыми нагревательными элементами, или испарителями (рис. 2), многоступенчатые с мгновенным вскипанием (рис. 3) и парокомпрессионные. Многоступенчатый испаритель состоит из ряда последовательно работающих испарительных камер с трубчатыми нагревательными элементами. Нагреваемая соленая вода движется внутри трубок нагревательного элемента, греющий пар конденсируется на внешней их поверхности. Нагрев и испарение воды в первой ступени осуществляются паром котла, работающего на дистилляте; греющим паром следующей ступеней служит вторичный пар предыдущей испарительной камеры. В опреснителях с мгновенным вскипанием соленая вода проходит последовательно, от последнего к первому, через конденсаторы, встроенные в испарительные камеры, нагреваясь за счет тепла конденсации, поступает в головной подогреватель, нагревается выше температуры кипения воды в первой испарительной камере, где вскипает. Затем пар конденсируется на поверхности трубок конденсатора, а конденсат стекает в поддон и насосом откачивается потребителю. Неиспарившаяся вода перетекает через гидрозатвор в следующую камеру с более низким давлением, где она снова вскипает, и т.д. Расход тепла на получение 1 кг пресной воды в одноступенчатом дистилляционном опреснителе составляет около 2400 кдж; рекуперация тепла фазового перехода в многоступенчатом опреснителе позволяет снизить расход тепла на 1 кг пресной воды до 250-300 кдж.

Электродиализный опреснитель (рис. 4) представляет собой многокамерный аппарат фильтр-прессового типа, состоящий из камер, ограниченных с одной стороны катионитовой, с другой - анионитовой мембранами. Камеры размещены между катодом и анодом, к которым подведен постоянный электрический ток. Опресняемая вода поступает в опреснительные камеры. Под действием электрического поля катионы растворенных в воде солей движутся в направлении катода, анионы - анода. Т. к. катионитовые мембраны проницаемы в электрическом поле для катионов, но непроницаемы для анионов, а анионитовые мембраны проницаемы для анионов, но непроницаемы для катионов, соленая вода в опреснительных камерах опресняется, при этом удаляемые из нее соли концентрируются в рассольных камерах, откуда они удаляются вместе с промывочной соленой водой. Расход электроэнергии на О электродиализом зависит от солености опресняемой воды (2 вт·ч на 1 л при опреснении воды с солесодержанием 2,5-3 г/л и 4-5 вт· ч на 1 л при опреснении воды с содержанием солей 5-6 г/л).

Гиперфильтрационные опреснители состоят из насоса высокого давления (5-10 Мн/м², или 50-100 бар), прокачивающего соленую воду через плоские или трубчатые мембраны или полое волокно, изготовленное из ацетилцеллюлозы или полиамидных смол, способных под давлением выше осмотического пропускать молекулы воды, но не пропускать гидратированные ионы растворенных в воде солей.

В пустынных южных районах и на безводных островах применяются солнечные опреснители; они дают в летние месяцы около 4 л воды в сутки с 1 м² поверхности, воспринимающей солнечную радиацию.

Лит.: Апельцин И. Э., Клячко В. А., О, М., 1968; Павлов Ю. В., О, М., 1972: Слесаренко В. Н., Современные методы опреснения морских и соленых вод, М., 1973, Spiegler К. . (е. d.), Principles of desalination, . . - L.,1966.

В. А. Клячко.

		Новости 21.11.2024 12:28:27

	Copyright © 1999-2024 Oval.ru, All Rights Reserved.