5 способов опреснения воды. Как опреснить морскую воду с помощью подручных средств. Технические характеристики установки

Опреснение воды - это снижение количества солей, содержащихся в природных водах. Для питьевых целей воду обычно опресняют частично, снижая содержание солей до величины, когда вода по своим вкусовым качествам становится пригодной для питья (менее 1000 мг/л).

Для опреснения воды используются различные методы. Химический метод ионного обмена, основанный на фильтрации воды через специальные зернистые материалы- иониты, широко применяется на практике для обессоливания вод с общим содержанием солей до 2- 3 г/л. Обессоливание воды электродиализом основано на том, что в электрическом поле катионы и анионы воды движутся к погруженным в воду катоду и аноду. Электродиализаторы разделены проницаемыми для катионов и анионов перегородками (мембранами), а в средней их части, между перегородками скапливается опресненная вода.

При опреснении воды дистилляцией образуется пар, свободный от солей, поэтому при его конденсации получается дистиллированная вода.

Опреснение воды замораживанием основано на том, что при медленном охлаждении воды ниже 0° кристаллы пресного льда, которые смерзаются в агрегаты, образуются раньше, чем замерзает рассол. При постепенном нагревании замерзший между пресным льдом рассол перейдет в жидкое состояние и будет стекать раньше, чем начнут таять кристаллы пресного льда. При дальнейшем таянии образуется пресная вода.

Перед подачей опресненной воды в водопроводную сеть ее необходимо обеззараживать.

Опреснение воды с помощью опреснительных ядерных установок производится методами дистилляции, и замораживания. Предпочтение отдается дистилляции. Сброс рассола на поверхность земли или в местные водоемы недопустим. Опресненная вода лишена микроэлементов, безвкусна, малопригодна для питья, приготовления напитков и пищи. Нуждается в обогащении минеральными солями.

Опреснение воды - частичное обессоливание засоленной и морской воды с целью уменьшения содержания растворенных солей до степени, делающей воду
пригодной для хозяйственно-питьевых целей. Опреснение воды отличается от умягчения, т. е. частичного удаления из воды катионов кальция и магния. В связи с освоением новых районов с ограниченными ресурсами пресной воды и с ростом потребности в питьевой воде все чаще возникает необходимость использования источников засоленных вод и даже морской воды (районы Казахстана, Прикаспия и др.).

Опреснение воды достигается изменением ее агрегатного (фазового) состояния (дистилляция, замораживание) и удалением из нее растворенных солей (химические, электрохимические и ионообменные методы). Методом дистилляции, применяемым приблизительно на 80% существующих установок, опреснение воды ведется при температуре немного более 90°, что способствует одновременно и обеззараживанию питьевой воды (см.). Существуют установки, работающие и при низких температурах. Получающаяся путем дистилляции вода, лишенная солей, обладает неприятным вкусом и совсем не содержит микроэлементов; поэтому к ней добавляется исходная минерализованная вода, но не более чем это допускается стандартом качества питьевой воды. В природных условиях опреснение воды путем ее вымораживания и солнечного опреснения возможно лишь в определенных климатических районах. При опреснении воды вымораживанием нельзя допускать загрязнения льда, резервуаров и транспортных средств.

Новые перспективы в области опреснения воды возникли в связи с производством синтетических ионообменных веществ. Эти твердые нерастворимые в воде зернистые органические кислоты и основания обладают свойством обменивать входящие в их состав ионы на ионы, содержащиеся в опресняемой воде. Различают ионообменные смолы как катиониты, извлекающие из воды катионы (Са +2 , Mg +2 , Na+ и др.), и аниониты, извлекающие из воды анионы - хлор-ион (Cl-), сульфат-ион (SO -2 4) и др.

Опреснение воды ионообменным методом производится фильтрованием через фильтры напорные (подземные воды, не требующие предварительной очистки и обеззараживания) и безнапорные (воды поверхностного водоисточника, подлежащие предварительной очистке и последующему обеззараживанию). Ионообменные смолы не должны изменять органолептических свойств воды, вызывать появление веществ, которые могут оказаться опасными для здоровья (формальдегид, бластомогенные и другие небезопасные вещества, используемые при производстве органических ионитов).

Электрохимический метод опреснения воды основан на явлении электродиализа: практическое применение его стало возможным с удешевлением электроэнергии и после замены инертных диафрагм ионитовыми (из катионо- и анионообменных смол), соответственно пропускающими катионы и анионы. Использование вновь рекомендуемых ионообменных материалов допускается лишь с одобрения санитарных органов.

Опреснительные ядерные установки . На Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии в 1964 г. было указано на целесообразность строительства комбинированных ядерных опреснительных установок, рассчитанных на одновременное опреснение воды и выработку электроэнергии. Опреснение морской воды на ядерной установке может производиться методами дистилляции, электродиализа и замораживания. В настоящее время предпочтение отдается дистилляции. Экспериментальные установки, построенные в США и СССР, продемонстрировали эффективность и рентабельность двухцелевых станций, предназначенных для опреснения воды и выработки электроэнергии. Советская опреснительная установка рассчитана на 150 мгвт электроэнергии и 120 000 м 3 пресной воды в день. Предварительные расчеты, сделанные в США, показывают, что стоимость 1 м 3 опресненной воды не будет превышать 7 центов на больших установках и 14 центов на малых.

Однако опреснение воды и использование опресненной воды в народном хозяйстве - проблема не только техническая, ной гигиеническая. Опресненная вода лишена микроэлементов, необходимых для организма человека, безвкусна, малопригодна для питья, приготовления напитков и пищи. Она нуждается в обогащении минеральными солями; необходимо определить, какие минеральные элементы и в каких количествах следует добавлять к опресненной воде, предназначаемой для питья и приготовления пищи, какое количество минеральных элементов допустимо в опресненной воде. Как известно, в морской воде количество минеральных солей достигает 35 000 частей на миллион (ч/млн); в солоноватой воде степей и пустынь - от 2 000 до 4 000 ч/млн; в ирригационной дренажной воде - 4000 ч/млн и выше. Комитету экспертов ВОЗ в 1964 г. были даны рекомендации по содержанию минерального остатка в опресненной воде: от 500 до 1000 частей на 1 миллион.

При опреснении воды на ядерных установках сброс рассола, остающегося после упаривания горько-соленой воды, на поверхность земли или отведение его в местные водоемы недопустимы. В странах жаркого климата для атмосферного упаривания сточных вод до сухого осадка можно устраивать пруды, выложенные полиэтиленовой пленкой. На установках, располагающихся на побережье, отходы после дистилляции воды сбрасываются в море.

Начнем с определения терминологии. Итак, что же такое опреснение морской воды и зачем это нужно? Это процесс, заключающийся в удалении из воды различных солей, дабы ее можно было пить или использовать для решения некоторых технических задач.

В море обычно содержится 3,5% солей, тогда как солевая концентрация в водопроводной воде, например, в США всего лишь 0,05%. Высокая концентрация нелетучих твердых веществ, растворенных в морской воде, исключает возможность ее использования в каких-либо целях.

Способы опреснения морской воды

Актуальные на сегодняшний день способы опреснения морской воды подразделяются на две группы:

1. Без вмешательства в агрегатное состояние воды.
2. Преобразование воды в газообразное или твердое состояние

Химическое опреснение морской воды

В соленую воду добавляют реагенты, которые соединяются с ионами солей, образовывая нерастворимые вещества. Для успешного завершения процесса объем реагентов обычно составляет около 5% от имеющегося объема воды. В качестве реагентов используют ионы и серебра.

Химическое опреснение применяется весьма редко из-за относительной дороговизны реагентов, больших временных затрат и ядовитости солей.

Для электродиализа используются специальные активные диафрагмы. Их изготавливают из пластмассы, катионитовых или анионитовых смол и резиновых наполнителей.

Ванна, наполненная морской водой, ограничивается положительной и отрицательной диафрагмами. Самые главные камеры, предназначенные для опреснения, отделяются от остальных отсеков ионитовыми полупроницаемыми мембранами.

Метод, также известный как «обратный осмос ». Его суть состоит в оказании давления на раствор с той стороны мембраны, где соль не будет проникать вместе с водой.

Специальные обратноосмотические системы, имеющие производительность 4 кубических метра в сутки и оказывающие на соленую воду давление примерно 160 кгс/см₂, оснащены мембранами из ацетилцеллюлозы. С обратной стороны мембран находятся пористые плиты из бронзы, способные оказывать сопротивление сильному давлению.

Среди недостатков ультрафильтрации отмечаются короткий эксплуатационный срок мембран и внушительные размеры поверхности, предназначенные для фильтрации.

Вымораживание морской воды

Поскольку океанский и морской лед не содержит солей, этот способ опреснения является довольно распространенным. Ради более качественного опреснения замороженную морскую воду плавят при температуре 20 градусов: таящая вода вымывает соли изо льда гораздо тщательнее.

Этот метод отличается простотой и экономичностью, однако для вымораживания необходимо громоздкое и профессиональное оборудование.

Термическое опреснение морской воды - самый популярный способ вывода солей из морской воды.

Суть процесса довольно проста: во время кипячения выходящий пар подвергается конденсации, вследствие чего получается опресненная вода (дистиллят).

В продаже наиболее часто встречаются установки, работающие по принципу обратного осмоса. Они идеально подходят для обработки жидкости из любых источников: рек, озер, морей и т.д. Тем не менее производительность установки зависит от уровня солености и температуры воды, предполагаемой к обработке.

Опреснительные установки состоят из теплообменных устройств (водонагреватели, испарители, конденсаторы), насосов для циркуляции и дистилляции воды, трубопроводов для соленой и пресной воды, а также различных приборов для управления и слежения за работой.

Исходя из способа обессоливания, соответствующее оборудование разделяется на установки поверхностного и бесповерхностного типа. Помимо этого, они классифицируются по назначению (опреснительные, испарительные, комбинированные), типу теплоносителя (паровые, газовые, водяные, электрические), методу выработки тепла (компрессионные и ступенчатые) и условиям работы (автономные и неавтономные).

Катера и яхты малых габаритов, как правило, оснащаются опреснительными установками с системой рекуперации энергии, которые работают от напряжения 12/24 вольта. Подобное оборудование может выдавать примерно 100 литров обессоленной воды в час.

Коммерческие, промысловые и рабочие судна оборудуются более производительными опреснителями, производящими до 30.000 литров чистой воды в сутки. Такие установки часто эксплуатируются на , в курортных зонах и прибрежных поселениях.

Проблемы опреснения морской воды

Наиболее востребованная на текущий момент технология обратного осмоса требует существенных затрат на производство и эксплуатацию мембран, а также большие энергетические мощности для работы установок. К тому же после опреснения остается соляной раствор высокой концентрации, который зачастую возвращают в океан или море, тем самым повышая уровень солености воды. С каждым годом эти обстоятельства делают опреснение все более сложным и дорогостоящим занятием.

Помимо этого, около 2/3 запасов пресной воды в мире заморожены в ледниках и снежных покровах. Остальная часть находится в почве, откуда ее выкачивают настолько быстро, что природа просто не успевает восполнять потери.

В связи с этим прогнозируется рост дефицита пресной воды в мировом масштабе.

По оценкам экспертов, к 2030 году более двух миллиардов человек, вероятно, будут испытывать ее нехватку.Тем более что количество пресной воды, используемое жителями в разных странах, имеет радикальные различия.

Например, американцы ежедневно расходуют около 400 литров на человека, тогда как в ряде малоразвитых стран потребляется всего лишь 19 литров, а дома почти половины всего населения планеты и вовсе не имеют водопровода.Все эти проблемы вскоре заставят человечество обратить пристальное внимание на океаны как источник воды для последующего опреснения.

Планета Земля имеет огромные запасы воды, но основная ее часть входит в состав мирового океана и является соленой морской водой. Качество морской воды не позволяет использовать ее в чистом виде для промышленных сельскохозяйственных и тем более для пищевых целей. В составе морской воды в растворенном виде присутствует более 50 элементов системы Менделеева. Концентрация каждого элемента в отдельности крайне ничтожна, но все вместе они определяют показатель, из-за которого морскую воду называют соленой. Вода, пригодная для пищевых целей должна содержать солей не более 0,002 г/мл. Для достижения такой концентрации разработано большое количество способов, главная цель которых очистить морскую воду от солей и очистить ее. Главная задача разработчиков состоит в том, чтобы найти способ, который имел бы низкое потребление энергии и максимально полную очистку, после которой вода могла бы использоваться населением.

Способы опреснения

Сегодня существуют такие методы опреснения как дистилляция, обратный осмос, ионизация и электродиализ, которые можно использовать в промышленных масштабах.

• Самым популярным способом является обычная или многостадийная дистилляция , при которой используется свойство закипания и парообразования при высоких температурах. Более половины опресненной воды получают именно таким способом.
• 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 относительно дешевый, так как один вложенный доллар позволяет получить 16 тон пресной воды. Прилагая к морской воде давление, и продавливая ее через мельчайшие фильтры можно получить пресную воду с низким содержанием солей. Производительность мембраны и степень опреснения зависят от многих факторов: от количества содержания соли в исходном сырье, солевого состава, температуры и давления.
• Использование электродиализа , при котором вода проходит через камеру с электродами, приводит к тому, что катионы и анионы распределяются на соответствующих электродах. Преимущество электродиализа состоит в том, что в процессе используются химически и термически стойкие мембраны, это дает возможность проводить опреснение при высоких температурах.
• Газогидратный метод основан на способности углеродных газов при определенном давлении и температуре, создавать, с участием воды, соединения клатратного типа. Замороженную соленую воду обрабатывают гидрат образующим газом, после чего формируются кристаллы. После отделения их от рассола, кристаллы промывают и плавят, получая чистую пресную воду.

Для опреснения в южных регионах используют солнечные опреснители, в которых морская мода нагревается и испаряется. Существует и совершенно противоположный способ, при котором просто замораживают морскую воду, вернее замораживают и отделяют пресную, так как она замерзает быстрее, чем морская.

Промышленное опреснение

Недостаток в чистой питьевой воде испытывают в более чем 80 странах мира. Этот кризис спровоцирован ростом промышленного производства, ростом численности населения, ухудшением экологической обстановки во всем мире и планетарных изменений в климате. Мировое сообщество стоит на грани острого дефицита пресной воды. В такой ситуации особенно остро встает вопрос поиска альтернативных технологий по пополнению запасов пресной воды. Самым оптимальным считается путь опреснения вод мирового океана. Целесообразность этого пути ученые видят в том, что большое количество населения проживает в прибрежной зоне, имея доступ свободный к практически бесплатному ресурсу.

Опреснительные станции строят во многих странах, где ощущается недостаток в питьевой воде, например в Кувейте, Саудовской Аравии, Израиле, Объединенные Арабские эмираты, США (Калифорния). Самые мощные опреснительные установки расположены на Ближнем Востоке, например в Саудовской Аравии таких установок семь и каждая из них может производить до 400000 кубометров пресной воды в сутки. Рынок производства постоянно расширяется. Такие государства как Австралия, Испания и Алжир разрабатывают масштабные программы государственной поддержки по стимулированию промышленного производства пресной воды.

Россия в этом вопросе значительно отстает, рынок опреснительной промышленности у нас не развит. Климатическое и географическое расположение страны позволяет не стремиться в лидеры государств, вкладывающих огромные средства в опреснение воды. Но природа всегда оставляет последнее слово за собой и выносит свой вердикт. Наличие таких проблемных зон как Ставрополье, Волгоградская область, Прикаспийский регион и оренбургские степи не дает возможности забывать о дефиците пресной воды.

Альтернативные возможности

• Антарктида дает надежду. Пока ученые ломают голову над новыми промышленными способами опреснения морской воды, другая часть светлых голов повернулась в сторону Антарктиды. Существует проекты, основывающиеся на идее транспортировки ледяных глыб с пресной водой прямо в Средиземное море. Расчеты показывают, что транспортировка льдины, размер которой равен футбольному полю, может быть осуществлен не менее чем за год, так как более высокая скорость сопровождающего каравана не возможна технически. Существуют и другие проекты, которые предусматривают измельчение реликтового айсберга и доставку его в измельченном виде в трюмах.
• Регенерация воды. Для районов, которые расположены в большой отдаленности от морского побережья и где нет других источников пресной воды, найти альтернативные варианты довольно трудно. Здесь люди полагаются только на восстановление воды. Сбор сточных и поверхностных вод, возврат их в оборот может стать идеальным вариантом при получении воды. Этот способ используется при ирригации земель. Сбор дождевой воды, целенаправленный захват и последующее хранение в подземных хранилищах, позволяет решить проблему пусть даже в незначительной ее части.

Судовые опреснители

Для решения проблемы опреснения морской воды в мировом масштабе требуется согласие и взаимопонимание ученых, бизнесменов и политиков из разных стран. Более мелкие проблемы, такие как судовые опреснительные установки, решаются сегодня на уровне промышленных предприятий, занимающихся машиностроением. Судовые очистители-опреснители с мембранными фильтрами, это самое идеальное решения для оснащения морского судна в целях получения пресной воды в период длительного пребывания в плавании. Потребность в таких установках растет с каждым днем, и не только из-за того, что выросло количество судов, яхт и подводных лодок. Такие установки используются и в прибрежных зонах, в местности, где имеется повышенная солоноватость воды в устье реки или в озере.

Бытовые опреснители - дистилляторы

Бытовые опреснители используются для очистки и опреснения воды в бытовых условиях, в лабораториях, автосалонах, лечебных учреждениях и в косметических салонах. Бытовые дистилляторы работают по принципу круговорота воды в природе: нагревание, преобразование в пар, испарение и охлаждение. Этот метод позволяет получить мягкую и чистую воду.

Существует еще ряд методик об­работки воды при которых также про­исходит ее обеззараживание. Но обеззараживание не является един­ственной целью их применения, наряду с обеззараживанием происходит опреснение воды. Это такие ме­тоды как обратноосмотическая филь­трация и дистилляция воды.

Опреснение воды - методы уда­ления из нее растворенных солей и других примесей. Эту группу можно в свою очередь разделить на химичес­кие и физические методы. Рассмотрим их поподробнее.

Химическое осаждение. Этот ме­тод основан на переводе растворен­ных солей в нерастворимые соединœе­ния, которые выпадают в осадок и уда­ляются. Применяемые реактивы меня­ются исходя из солевого соста­ва опресняемой воды. К примеру, из­быток солей магния осаждается содой, а сульфаты бывают удалены обра­боткой гидратом окиси бария. Метод химического осаждения тре­бует использования дорогостоящих ре­активов, каждый из которых направлен на строго определœенную примесь воды, реагенты не подвергаются регенерации. По этой причинœе данный метод имеет очень ограниченное применение.

Ионный обмен. Метод основан на свойстве некоторых веществ обратимо обмениваться ионами с раствора­ми солей. Эти вещества называют ионообменными смолами. Это своего рода твердые электролиты, которые делятся на катиониты и аниониты.

Катиониты - вещества типа твер­дых кислот, у которых анионы пред­ставлены в виде нерастворимых в воде полимеров. Аниониты - по своей сути твердые основания, нерастворимую структуру которых образуют катионы. Их анио­ны (обычно это гидроксильная группа) подвижны и могут обмениваться с ани­онами растворов.

Химический механизм работы ионо­обменных смол состоит в последо­вательном прохождении воды через катионит и анионит. В итоге из воды уда­ляются катионы и анионы и она тем са­мым обессоливается. Обменная способ­ность ионообменных смол (ионитов) не бесконечна, постепенно она снижается, и, в конце концов, исчерпывается вов­се. В этом случае требуется регенера­ция раствором кислоты (катионит) или щелочи (анионит), что полностью вос­станавливает исходные химические свойства смол. Эта ценная особенность позволяет использовать их в течение длительного времени. Сложная процедура использова­ния ионообменных смол и их после­дующей регенерации требует автома­тизации, сложной системы управления и крайне важно е оборудование являет­ся довольно громоздким, что ограни­чивает его применение в быту. В на­стоящее время данный метод часто включается как один из элементов про­цесса водоподготовки в частных домах с автономной системой водоснабже­ния.

Электроосмос. Опреснение на принципе электроосмоса производит­ся в специальных аппаратах, пред­ставляющих собой электролитическую ванну, разделœенную двумя полупрони­цаемыми мембранами на три отделœе­ния. Исходная вода подается в сред­нюю камеру. Ионы находящихся в воде солей устремляются сквозь мембраны к электроду, имеющему противополож­ный заряд. Чистая вода остается в средней камере. Данный метод требует затрат элект­роэнергии, хотя и является достаточно эффективным. Эффективность составля­ет более 90%, достигая в некоторых слу­чаях 96%. Мембраны имеют ограничен­ный срок службы, который максимально составляет 5 лет, а при неблагоприятных условиях эксплуатации - значительно меньше. Вместе с тем, данный метод, как и боль­шинство других методов использующих полупроницаемые мембраны, требует предварительной подготовки очищаемой воды. Есть и еще одна особенность, кото­рая значительно ограничивает примене­ние данного метода. Это то, что всœе веще­ства, которые не превратились при раство­рении в ионы, не реагируют на электри­ческое поле. Т.е. большинство органичес­ких веществ, бактерий, вирусов и т.п. ос­танется в растворе.

Опреснение вымораживанием. Этот метод основан на том, что образова­ние кристаллов льда при снижении тем­пературы ниже 0 градусов происходит только из молекул воды (явление криос­копии). Вследствие этого пресная вода выделяется в виде льда из раствора. Ра­створ становится всœе более и более кон­центрированным. В случае если затем слить обра­зовавшийся рассол и растопить лед, то получится обессоленная вода.

Этот метод является крайне трудоем­ким, тем более что автоматизировать его очень сложно. Степень очистки таким ме­тодом сложно спрогнозировать и возмож­но потребуется несколько циклов замора­живания-размораживания, чтобы полу­чить действительно обессоленную воду. Вместе с тем, нельзя гарантировать полной дезинфекции этой воды. Есть и еще одна особенность, связанная с данным мето­дом. Это накопление концентрации так называемой тяжелой воды, химически такой же, как и обычная, но имеющей в своем составе более тяжелый изотоп во­дорода, который является радиоактив­ным. Тяжелая вода замерзает первой и сразу включается в состав образующего­ся льда. Избежать этого можно только если убирать первую корочку льда, образующу­юся в самом начале вымораживания. Это еще больше усложняет и без того не про­стую методику.

Опреснение фильтрацией. В про­цессе фильтрации используется множе­ство различных фильтрующих устройств исходя из цели применения. Наи­более часто используемые фильтры:

Фильтры-корректоры рН. Это филь­тры способные изменять кислотно-щелоч­ное равновесие (рН) проходящей сквозь них жидкости. Необходимость в измене­нии рН воды возникает в двух случаях: 1. Для борьбы с коррозией, т.к. вода с высо­ким и низким рН обладает высокими кор­розийными свойствами; 2. Для обеспечения оптимального ре­жима эксплуатации систем очистки воды, так как для нормальной работы некоторых видов фильтрующих сред требуется опре­делœенное значение рН.

Фильтры-обезжелœезиватели. Эти фильтры предназначены для удаления желœеза и марганца из воды. В качестве реактива в большинстве таких фильтров используется двуокись марганца, который служит катализатором реакции окисления, при которой растворенные желœезо и мар­ганец переходят в нерастворимую форму и выпадают в осадок. Этот осадок задер­живается фильтрующей средой и в даль­нейшем вымывается в дренаж при обрат­ной промывке.

Фильтры-умягчители. Οʜᴎ предназ­начены для снижения жесткости воды. Благодаря применению специальных за­сыпок фильтры этого типа могут обладать комплексным действием и способны уда­лять из воды определœенные количества желœеза, марганца, нитратов, нитритов, сульфатов, солей тяжелых металлов.

Угольные фильтры. Активирован­ный уголь уже достаточно давно приме­няется в водоочистке для улучшения не­которых показателœей воды. В частности, такими фильтрами удаляется многие не­приятные привкусы и запахи, некоторые органические примеси и т.п. Сейчас вмес­то активированного угля стали использо­вать уголь скорлупы кокосовых орехов, адсорбционная способность которого в 4 раза выше. Уже разработаны и другие сорбенты.

Угольные фильтры достаточно деше­вы и в связи с этим приобрели довольно боль­шое распространение. При этом их приме­нение имеет ряд больших недостатков:

1. Маленькая пропускная способ­ность. Это связано с тем, что качество фильтрации сильно зависит от скорости прохождения воды через него. Чем ниже скорость, тем лучше фильтрация, и наобо­рот, при увеличении скорости не только снижается качество фильтрации, но и может произойти сброс адсорбированных ранее примесей. В результате неправиль­ной эксплуатации вода может даже ухуд­шить свой состав в результате этого сбро­са.

2. Биообрастание. При фильтрации происходит накопление большого количе­ства органических веществ, которые яв­ляются питательной средой для многих микроорганизмов. В результате, через неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ время использования можно получить более опасную в бактериологичес­ком отношении воду, чем исходная водо­проводная. На некоторые современные фильтры наносятся специальные антисеп­тические присадки, задачей которых яв­ляется предотвращение роста бактерий. Но это "палка о двух концах". Безопасность этих присадок для здоровья тоже являет­ся большим вопросом. К примеру, серебрение угля повышает содержание в воде серебра, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ является тяжелым ме­таллом. Залповые выбросы загрязнений. Это сбросы уже накопленных загрязнений органической и неорганической природы, а также микроорганизмов, обильно разви­вающихся внутри фильтра, которые про­исходят при изменении скорости тока жид­кости, или по другим причинам. В резуль­тате потребитель может получить водудалеко не того качества, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ ожида­лось.

Исходя из этих особенностей, в совре­менных системах очистки воды угольные фильтры используются исключительно для предварительной подготовки воды, которая затем подвергается более каче­ственной очистке. Примером такой систе­мы являются обратноосмотические систе­мы, основной рабочей частью которых является специальная мембрана, но для того чтобы увеличить срок ее службы ис­пользуются несколько угольных фильтров предварительной фильтрации.

Фильтры механической очистки. Предназначены для удаления грубых ча­стиц размером больше 1 микрона. Это бывают частицы песка, взвеси, ржав­чина, коллоидные вещества. Некоторые бактерии (размером 1-2 микрона) также могут отфильтровываться таким фильт­ром. Такие фильтры используются обыч­но в качестве префильтров грубой фильт­рации в более сложных системах водоподготовки. Их недостатком является сравни­тельно низкая грязеемкость, в связи с этим при сильном загрязнении воды или больший производительности системы они требу­ют частой промывки.

Фильтры микрофильтрации. Это фильтры с порами от 0,03 до 2 микрон. В эту категорию входят мембранные филь­тры, способные удалить большинство бак­терий, волокна асбеста͵ некоторые виру­сы и сажу. Это также довольно грубая фильтрация, но приборы, использующие ее, довольно дешевы и в связи с этим пользу­ются популярностью.

Фильтры ультрафильтрации. Бо­лее тонкие и высокотехнологичные филь­тры. Οʜᴎ способны отфильтровывать ча­стицы размером от 0,003 до 0,1 микрона, ᴛ.ᴇ. способны отфильтровать даже мелкие вирусные частицы и некоторые бактери­альные токсины.

Фильтры нанофильтрации. Позво­ляют осуществлять довольно качествен­ную фильтрацию частиц размером от 0,0006 до 0,009 микрон, а это уже герби­циды, пестициды, токсины, синтетические фаски. Это более высокотехнологичные мембраны, способные освободить воду от большинства опасных примесей. Но даже этим мембранам не под силу освободить воду от ионов тяжелых металлов и раз­личных солей.

Фильтры обратноосмотической фильтрации. Это самые качественные фильтрующие мембраны, способны осво­бодить воду от 99% примесей. Диаметр пор составляет около 0,0001 микрона. Та­кие размеры сложно даже представить. Такими мембранами фильтруются даже ионы металлов, не говоря уже об осталь­ных возможных примесях.

Обратноосмотическая фильтрация - это метод фильтрации, основанный на явлении так называемого обратного ос­моса. Прежде чем объяснять, что это такое, стоит определиться, что же такое обычный осмос. Иллюстрацией осмоса может служить простой пример с полу­проницаемой мембраной, ᴛ.ᴇ. такой мембраной, через которую проходят молекулы воды и практически не про­никают остальные вещества. В случае если по­местить такую мембрану в качестве раз­делителя двух частей сосуда, с одной стороны которого налит раствор пова­ренной соли, а с другой дистиллированная вода, то скоро будет наблюдаться перенос воды в ту часть, где находится рассол и его концентрация станет сни­жаться. Уровень жидкости в этой части сосуда начнет подниматься, а во второй - опускаться. В случае если вода и рассол изна­чально находятся под одинаковым дав­лением, перенос, снижая различие в концентрациях, всœегда происходит из растворителя (более разбавленного ра­створа) в более концентрированный раствор (рассол). Это природное явле­ние переноса растворителя в рассол получило название осмос, а процесс принято называть осмотическим. При этом увеличение давления со стороны рассола приводит к уменьше­нию осмоса, и в определœенной точке процесс полностью прекращается. Дав­ление, при котором происходит эта ос­тановка принято называть осмотическим.

Пожалуй, стоит сказать, что явле­ние осмоса лежит в базе обмена ве­ществ всœех живых организмов. Благода­ря ему в каждую живую клетку поступа­ют питательные вещества и, напротив - выводятся продукты жизнедеятельнос­ти. Этот природный процесс играет зна­чительную роль в растительных и жи­вотных организмах.

Итак, вернемся к нашему экспери­менту. При дальнейшем увеличении давления на рассол можно поменять направление процесса. В этом случае через мембрану преимущественно бу­дет транспортироваться растворитель, ᴛ.ᴇ. вода. И именно это явление послу­жило основой обратноосмотического метода опреснения воды.

Механизм работы полупроницае­мых мембран. Для объяснения механиз­ма работы обратноосмотических мембран было выдвинуто несколько гипотез. Со­гласно так называемой гипотезе гипер­фильтрации в мембране существуют поры, пропускающие молекулы воды, и при этом ничтожно малые, чтобы пропус­кать через себя ионы растворенных в воде солей. Предложенная модель позволила объяснить многие закономерности в ра­боте обратноосмотических систем. Позже была предложена модель сорбционного механизма избиратель­ной проницаемости, согласно которой на поверхности мембраны, ᴛ.ᴇ. на повер­хности раздела сред, образуется слой связанной воды, обладающей понижен­ной растворяющей способностью. Такой же слой образуется и внутри поры. При фильтрации происходит вытеснение этой воды, при котором вытесненные молекулы заменяются только молекула­ми воды. И так слой за слоем. Согласно другой теории, в структу­ре мембраны вода может находиться в связанном и капиллярном состояниях. Под действием давления через такую мембрану переносится преимуществен­но пресная вода, непрерывно образуя и разрывая водородные связи.

Особенности метода обратно-осмотической очистки воды. В сис­темах обратного осмоса давление вход­ной воды на мембрану соответствует давлению воды в трубопроводе. Важно, что чем выше давление на входе, тем лучше происходит процесс очистки. Это не только увеличивает производитель­ность мембраны, но и улучшает каче­ство очистки. И наоборот, в случае если давле­ние в водопроводной системе низкое, мембрана работать не будет. По этой причине некоторые модели обратноосмотичес­ких систем комплектуются специальным насосом для повышения входного дав­ления. Такие системы стоят несколько дороже, но только они способны рабо­тать при давлениях ниже 4,2 атмосфе­ры (именно такое давление считается пороговым для обратноосмотических мембран). В процессе очистки концентрация солей со стороны входа возрастает, из-за чего мембрана может засориться и перестать работать. Для предотвраще­ния этого вдоль мембраны создается принудительный поток воды, смываю­щий "рассол" в дренаж. Неорганические вещества очень хорошо отделяются обратноосмотичес-кой мембраной. Степень очистки по большинству неорганических элементов составляет от 85 до 98% исходя из типа применяемой мембраны. Обратноосмотическая мембрана так­же удаляет из воды и органические веще­ства. Органика с молекулярной массой более 300 удаляется полностью, а с мень­шей - может проникать через мембрану в незначительных количествах. Большой размер вирусов и бакте­рий практически полностью исключает вероятность их проникновения через мембрану. В то же время мембрана про­пускает растворенные в воде кислород и другие газы, определяющие ее вкус. В результате на выходе системы обратного осмоса получается свежая, вкусная, настолько чистая вода, что она не требует дополнительного кипячения. Вода, прошедшая обработку на обратноосмотической установке, может ус­пешно применяться для решения следу­ющих домашних задач: питьевых нужд, приготовления пищи и напитков, полива растений, аквариумов, систем централь­ного отопления и даже приготовления электролита аккумуляторных батарей.

Хочется также сказать что мы час­то пьем воду, очищенную обратноосмо-тическим методом, даже и не подозре­вая об этом. Это происходит потому, что данный метод используется не только в бытовых, но и в промышленных систе­мах. Так производится качественная вода для ликеро-водочной, молочной промышленности, производства безал­когольных напитков и продуктов пита­ния. В общем - везде, где требуется вода высокого качества. Некоторые компании даже наладили продажу этой чистой воды в бутылированном виде. И в этой ситуации именно бытовые обратноосмотические системы позволя­ют не покупать бутыли, а делать такую же воду самостоятельно.

Существует и очень важный эконо­мический аспект, который тоже стоит принимать во внимание: В среднем человек потребляет в пищу за сутки около 3 литров воды. В случае если вода также используется для приготовления пищи, то нужно исходить из потребностей в 5 литров на каждого члена семьи. В случае если покупать питьевую воду в бутылирован­ном виде, то одна бутыль (5 литров) стоит примерно 1 доллар США. То есть 365 дол­ларов на члена семьи в год. В то же время обратноосмотическая система стоит от 350 долларов США. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, ее ис­пользование окупается уже за первый год эксплуатации. В случае если семья состоит из трех человек, то окупаемость составит всœего 4 месяца. Задумайтесь над этим, прежде чем идти в магазин за очередным бутылем воды.

Опреснение воды. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Опреснение воды." 2017, 2018.

Пресная вода – незаменимая часть нашего рациона, необходимая для выживания. Стремительный рост населения вызвал ее дефицит на планете. Исчерпание запасов питьевой воды заставило человечество искать способы ее самостоятельного изготовления. В качестве источника для опреснения используется мировой океан. Его воды очищают от излишка солей с помощью специальных установок, таких, как опреснитель морской воды.

Существуют различные методы, как опреснить воду в промышленных масштабах. Многие из них связаны с использованием больших энергоемких установок – дистилляторов и специальных фильтров. К основным методам опреснения в промышленности относятся следующие.

Применение химических реагентов

Для опреснения используют специальные вещества, которые реагируют с солями морской воды, образуя нерастворимые химические соединения. После окончания реакции нужно всего лишь убрать полученный осадок методом фильтрации.

В промышленности этот метод используют крайне редко, а в быту – никогда. К основным недостаткам такого способа очистки относятся:

• большое количество реагентов;
• значительная длительность процесса;
• дороговизна.

Метод обратного осмоса

Этот хорошо зарекомендовавший себя способ получения питьевой воды применяется в промышленности давно. Он состоит в использовании очистительных мембран, которые изготавливают из полупроницаемого материала – полиамида или целлюлозы. Воду с высоким содержанием солей пропускают под давлением через мембраны, в результате чего молекулы H2O проходят через поры, а крупные ионы примесей задерживаются. Данный способ позволяет получить достаточно большое количество очищенной воды.

Опресняем воду самостоятельно

Многие люди проживают в засушливых районах, где дефицит пресной воды является серьезной проблемой. В некоторые населенные пункты питьевая вода не доставляется, поэтому местным жителям приходится добывать ее самостоятельно. Они накопили большой опыт,как опреснить морскую воду в домашних условиях.

Дистилляция воды

Вот как сделать опреснитель морской воды своими руками. Его действие основано на таком физическом процессе, как конденсация. Можно просто кипятить морскую воду в кастрюле, накрытой крышкой. Пар скапливается под крышкой и превращается в чистый конденсат. Однако при этом теряется большая часть пресной воды, так как она стекает назад в емкость.

Для решения проблемы можно усовершенствовать данный метод:

1. Просверлите в крышке для кастрюли отверстие.
2. Проденьте в него гибкую трубку и накройте кастрюлю крышкой.
3. Второй конец трубки поместите в другой сосуд.
4. Трубку накройте мокрым полотенцем, чтобы водяной пар остужался.
5. Поставьте кастрюлю на огонь и дождитесь, когда вся вода сконденсируется в другом сосуде.

В кастрюле останется соль и остальные примеси, а в другом сосуде – чистая вода.

Но важно учесть, что полученная вода будет дистиллированной и не полезной для организма. Поэтому перед употреблением рекомендуется немного разбавить ее соленой водой.

К преимуществам метода относится его простота и возможность использования в быту, к недостаткам – небольшое количество полученной жидкости.

Метод замораживания

Поучиться,как из морской воды сделать пресную, можно и у жителей холодных районов земного шара. Речь идет об эскимосах, которые пользуются большими запасами пресной воды из ледников. Также они специально выставляют на мороз соленую воду и ждут образования кристаллов льда. Этот лед представляет собой замершие молекулы воды. Его растапливают и используют для питья и приготовления пищи.

Вода с примесями остается в жидком состоянии, поэтому от нее легко избавиться, просто вылив.

Использование специальных установок

В продаже появились специальные опреснительные установки для очистки морской воды. Наиболее популярный из них – солнечный опреснитель. Он обеспечивает испарение молекул H2O с помощью энергии солнца.

На дно помещается соленая вода. Пар конденсируется на стенках конуса, стекает и накапливается в приемнике внизу. Герметичная структура установки создает эффект парника и не позволяет пару выходить наружу, что повышает эффективность метода. Чтобы извлечь чистую воду, нужно, когда все выпарится, открутить пробку и слить жидкость в емкость.