Как из морской воды сделать пресную

Как сделать соленую морскую воду пригодной для питья: лайфхак выживания

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.

Жизнь может преподносить немало сюрпризов. И не всегда приятных. Надеемся, вам не придётся застрять на необитаемом острове или посреди африканской пустыни без доступа к питьевой воде. Но, всё же, советуем узнать, как опреснить морскую воду с помощью подручных средств. Вдруг пригодится?

Метод, описанный ниже, пользуется большой популярностью среди поклонников лайфхаков для выживания. И не зря: процесс прост, требует не так много «инвентаря» и относительно немного времени. Если начать процесс дистилляции на рассвете, уже к полудню морская вода станет пригодной для питья.

Чтобы опреснить морскую воду и сделать её питьевой, вам понадобятся:

1. Ведро, миска или кастрюля;
2. Тёмная ёмкость (чёрный цвет эффективнее притягивает солнечное тепло и нагревается);
3. Стакан или пластиковая бутылка без горла;
4. Плёнка, полиэтиленовый пакет или крышка;
5. Солнечный свет

Шаг 1

В большую миску или ведро поместите тёмную ёмкость.

Шаг 2

В середину конструкции поставьте стакан или пластиковую бутылку со срезанным горлом.

Шаг 3

Чёрную ёмкость наполните морской водой. Следите, чтобы она не попала в стакан посередине.

Шаг 4

Накройте всю конструкцию плёнкой или плотной крышкой. Герметичность – наше всё. Если используете плёнку, по центру, прямо над стаканом для опреснённой воды, положите камень или другой грузик.

Шаг 5

Оставляйте ваш дистилляционный аппарат на солнце и ждите. За 8-10 часов под плёнкой в условиях искусственной «жары» морская вода будет испаряться, превращаться в конденсат и в виде пресных «осадков» выпадать прямо в стакан.

Несколько способов, как сделать из морской воды пресную

Пресная вода является основой жизни всех организмов. Из-за недостатка пресной воды актуальной проблемой стало ее получение. Одним из основных методов считается опреснение морской воды.

Статья раскрывает суть методов опреснения и детально отвечает на вопрос, как сделать пресную воду из морской самостоятельно.

Можно ли опреснить?

Да, опреснить жидкость можно. Процесс опреснения представляет собой вывод из воды растворенных солей.

Насущной проблемой является создание такой технологии, которая была бы дешевле по сравнению с существующими методами. Тогда увеличится и доступность пресной воды.

Как опресняют на производствах?

Опреснение воды в промышленных масштабах — трудоемкий и энергоемкий процесс. Производственные установки громоздки и сложны в обслуживании.

Все исследования в этой области направлены на создание более экономичных методов отделения H2O от солей. Далее описаны наиболее популярные методы.

Вымораживание

Свойство воды таково, что в твердое состояние переходят только молекулы самой воды, а остальные содержащиеся в ней элементы заморозке не подвергаются. Лед всегда исключительно пресный.

Процесс опреснения проходит следующие этапы:

Ультрафильтрация или обратный осмос

Ультрафильтрацию стали применять для опреснения только в конце 20 века, ранее ее применяли в других сферах. Технология предполагает наличие мембраны в фильтрационном аппарате.

Мембранами выстилают тысячи тонких труб, по которым прогоняют концентрированную солями воду.

Принцип использования мембраны основан на физических свойствах молекул воды и частиц солей. Волокна мембраны способны пропустить молекулы воды и задержать более крупные частицы соли.

Простейший механизм для фильтрации обратным осмосом представлен следующими этапами:

Перспектива этого метода в создании более эффективных мембран.

Электродиализ

Еще один мембранный способ. Здесь вместо насоса, создающего давление, применяются электродиализные установки.

Под воздействием электричества ионы, из которых состоят молекулы растворенных солей, проходят через мембраны:

Затем концентрированные рассолы утилизируют при помощи проточной воды.

Химический способ

Химический способ основан на свойствах растворенных в воде примесей. При взаимодействии с реагентами они образуют нерастворимый осадок и опускаются на дно.

Дистилляция или перегонка

Морскую воду подвергают испарению. Более летучая составляющая превращается в пар в большом количестве и переходит в дистиллят, оставшаяся менее летучая часть переходит в кубовый остаток.

Существуют одноступенчатые и многоступенчатые дистилляторы. Многоступенчатые намного более производительны при сравнительно небольшом потреблении энергии.

В процессе разработки находится электрохимический способ отделения от примесей солей. Для этого применяют высокотехнологичную микросхему, которая будет разделять воду на потоки с высоким и низким содержанием солей.

Пошаговая инструкция, как получить пригодную для питья H2O в домашних условиях

Опреснение не обязательно требует громоздких установок. Очистить воду от солей можно и дома. Если появилась такая необходимость, следует применить пошаговую инструкцию, заранее выбрав приемлемый способ.

Заморозка

Данный способ по принципу аналогичен производственному методу вымораживания. Лед состоит исключительно из молекул воды, соли в нем нет.

Шаги для получения пресной воды дома:

Готово! Вода из растопленного льда будет пресной.

Дистилляция

Метод предполагает сооружение установки, состоящей из кастрюли с крышкой, трубки и емкости для сбора дистиллята.

Этапы:

Метод дистилляции можно использовать и без применения огня. Понадобятся две бутылки и скотч:

Видео по теме статьи

О том, как опреснить воду, расскажет видео:

Заключение

Опреснение воды является востребованным процессом и представляет широкий интерес для исследователей. Актуальность проблемы диктуется неравномерным распределением пресной воды на земном шаре.

Существующие методы очистки можно сгруппировать в химические методы, дистилляционные и физические. Все промышленные методы требуют больших финансовых и энергетических затрат.

В домашних и диких условиях возможно использовать метод дистилляции и заморозки. Они основаны на физических законах и просты в применении.

Как сделать морскую воду пригодной для питья при помощи пластиковой бутылки

Чудеса физики: опресняем морскую воду с помощью испарения

Причина, по которой пить соленую воду настолько вредно, заключается не в том, что ее нельзя пить. Хомо сапиенс — единственный на планете вид животных, который потребляет такое огромное количество соли. Мы все время потребляем соленую жидкость, такую ​​как супы, тушеные блюда, а к суши подают просто запредельно соленый соевый соус. И, вроде ведь, ничего — живем, наши почки без проблем фильтруют соль и обрабатывают ее. Как так получается?

Дело в том, что этот процесс работает, потому что мы также пьем много пресной воды, что в итоге снижает общую концентрацию соли в нашем организме, оперативно вымывает ее и поддерживает солевой баланс.

Когда человек начнет пить только соленую воду, он нарушит этот баланс. Его почки перегрузятся. Организм начнет избавляться от избытка соли, позывая человека чаще мочиться. При этом сколько бы соленой воды человек ни выпил, наверстать уходящую из организма влагу не получится, с каждой минутой состояние дегидрации будет ухудшаться, стремительно подводя к конечной стадии обезвоживания организма — летальному исходу.

Из курса географии и природоведения мы знаем, что облака, проливающиеся дождем, концентрируют в себе пресную воду, несмотря на то что большая их часть формируется из испарений с океанской поверхности. Солнце нагревает поверхность воды в океане, в нем же остается соль и другие тяжелые частички. Влажный воздух поднимается, охлаждается, образует облака, и если массивность водяного пара доходит до определенного объема — пройдет дождь. Это очень важное знание основ окружающей среды поможет вам выжить в сложной ситуации.

Приведенный ниже метод (инструкция в конце материала) опреснения полностью полагается на вышеописанный процесс испарения и конденсации и может помочь собрать чистую жидкость в емкость для питья. В примере используется простая бутылка из-под Coca-Cola.

Все, что вам понадобится, это большая пластиковая бутылка и баночка (впрочем, можно использовать любую тару для сбора конденсата). Учтите, что используемая пластиковая бутылка должна иметь крышку. В противном случае испарившаяся морская вода выйдет через верх в атмосферу…

Итак, вот инструкция, которая, искренне надеемся, никогда вам не пригодится!

Как из соленой воды сделать пресную?

Одной важнейших проблем современного мира является дефицит питьевой воды. Вопрос ее недостачи актуален практически для всех стран и континентов. Суть задачи состоит не в добыче или доставке пресной воды, а ее производстве из соленой.

Актуальность проблемы

Если вода содержит в себе до одного грамма соли на литр, она уже пригодна для употребления в ограниченном количестве. Однако если этот показатель приближается к соотношению десять грамм на один литр, такую жидкость уже нельзя пить. Есть также ряд ограничений для питьевой воды относительно содержания в ней микроорганизмов и органических компонентов. Таким образом получение чистой жидкости представляет собой довольно сложный многоуровневый процесс.

Наиболее популярный способ получения питьевой воды — опреснение. Причем этот метод актуален не только для регионов с засушливым климатом, но и для Европы и Америки. Получение пресной воды из соленой — это лучший способ решения проблемы.

Разнообразные залежи жидкости с большим содержанием соли можно найти практически в любом регионе планеты. В них отсутствуют условия для размножения микроорганизмов. Рассолы залегают на относительно большой глубине, что исключает возникновение внешнего загрязнения опасными химическими элементами. Получать пресную воду также можно из морской. В этой статье мы рассмотрим наиболее популярные способы решения этой задачи.

Дистилляция воды кипячением

Данная методика применялась еще в древности. В наше время используют несколько вариантов дистилляции. Суть состоит в том, чтобы довести жидкость до кипения, и сконденсировать пар. В результате получается опресненная вода.

Для производства жидкости в значительном объеме используют две популярные технологии. Одна из них называется многоколонной дистилляцией. Суть технологии заключается в доведения жидкости до состояния кипения в первой колонне. Образовавшийся пар применяют для передачи тепла остальным колоннам. Данная методика результативная. С ее помощью можно получать пресную воду в промышленных масштабах. Однако эта технология очень энергозатратная. Поэтому в наше время ее используют довольно редко.

Дистилляция мгновенным вскипанием признана более результативной. Суть технологии заключается в испарении соленой жидкости в специальных камерах. В них показатель давления постепенно снижают. Соответственно для получения водяного пара нужен меньший показатель температуры. Именно поэтому данная технология является более эффективной.

Есть еще две методики дистилляции: мембранная и компрессионная. Они возникли вследствие модернизации первых двух технологий. Мембранная дистилляция основана на применении мембраны гидрофобного типа, выполняющей функцию охлаждающего змеевика. Она удерживает воду, пропуская при этом пар. Компрессионная дистилляция основана на использовании в первой колонне сжатого (перегретого) пара.

Все перечисленные технологии имеют один и тот же недостаток. Они слишком энергозатратные. Для нагрева жидкости от нуля до ста градусов нужно затратить четыреста двадцать килоджоулей. А чтобы изменить состояние воды из жидкого в газообразное уже потребуется две тысячи двести шестьдесят килоджоулей. Оборудование, работающее по принципу рассмотренных технологий, расходует от трех с половиной и более киловатт в час на один кубический метр получаемой опресненной жидкости.

Дистилляция солнцем

В южных странах для осуществления процесса дистилляции используют солнечную энергию. Это позволяет существенно снизить издержки на опреснение соленой воды. Для выполнения процесса дистилляции можно использовать солнечные батареи или непосредственно тепловую энергию Солнца. Наиболее простой в техническом плане является технология на основе испарителей. Последние представляют собой специальные призмы, сделанные из стекла или пластика, в которые наливают соленую жидкость.

В результате солнечная энергия повышает температуру воды. Жидкость начинает испаряться и выпадает в виде конденсата на стенках. Появляющиеся из пара капли стекают в специальные приемники. Как вы видите, технология очень простая. Из ее минусов стоит выделить низкий показатель КПД. Он не превышает пятидесяти процентов. Поэтому эту технологию используют лишь в бедных регионах. С ее помощью можно обеспечить пресной водой в лучшем случае небольшой поселок.

Многие инженеры продолжают вести работу по модернизации рассмотренной технологии. Их главная цель состоит в увеличении отдачи подобных систем. К примеру, применение капиллярных пленок позволяет существенно улучшить результативность солнечных дистилляторов.

Отметим, что системы работающие за счет альтернативных источников энергии не являются основным инструментом в деле получения пресной воды. Хотя, их применение не требует существенных затрат на выполнения процесса дистилляции.

Чтобы удалить из жидкости соли можно применять и другие технические решения. Довольно популярным способом очистки воды является электродиализ. Для реализации метода применяют пару мембран. Одна из них необходима для пропуска катионов, а вторая используется исключительно для анионов. Частицы распределяются по мембранам под воздействием постоянного тока. Подобное решение часто реализуют совместно с солнечными и ветровыми генераторами.

Обратный осмос

Технологии опреснения воды постоянно совершенствуются. В наши дни все большую популярность получают методики, основанные на обратном осмосе. Суть заключается в применении полупроницаемой мембраны. Сквозь нее проходит соленая жидкость. В результате частицы солевых примесей остаются со стороны, где показатель давления избыточный.

Метод обратного осмоса является наиболее экономным. Особенно если его применять для опреснения воды с некритичным содержанием соли. В этом случае для получения одного кубометра воды может хватить одного киловатта-час энергии. Поэтому технология обратного осмоса считается наиболее перспективной.

Итоги

Каждый метод опреснения воды имеет свои особенности. Чтобы производить пресную воду в промышленном масштабе необходимо подбирать наиболее экономный и результативный вариант. Метод обратного осмоса на сегодняшний день является самым эффективным.

Как опресняют воду?

На фотографиях, сделанных из космоса видно, что на нашей планете больше воды, чем суши. При этом совершенно неожиданно и несколько непостижимо, что менее трех процентов земной воды – это пресная вода. По данным Геологической службы США, большая часть этих трех процентов недоступна. Более 68% пресной воды на Земле находится в ледяных шапках и ледниках, а чуть более 30% в грунтовых водах. Всего около 0,3% всей пресной воды находится в поверхностных водах озер, рек и болот. Из всей воды на планете более 99% земной воды непригодно для использования людьми и многими другими живыми существами! Кажется невероятным, что воды, которая поддерживает всю земную и водную жизнь, на самом деле так мало. Вместе с этим ошеломляющим осознанием приходит понимание того, что мы должны использовать этот ресурс очень мудро.

Вода покрывает около 70% поверхности нашей планеты

Сколько пресной воды на Земле

Вода состоит из двух атомов водорода, связанных с атомом кислорода. Вы, вероятно, слышали об атомах – самых крошечных строительных блоках всей материи во Вселенной. На самом деле мы все сделаны из атомов, склеенных вместе (или, как сказали бы ученые, «связанных»).

Атомы, связанные вместе, образуют молекулы. Ученые считают, что вода на Земле могла появиться в результате таяния богатых водой минералов во время формирования планеты и ледяных комет, которые миллиарды лет назад врезались в Землю и расплавились. В то время как создание небольших объемов чистой воды в лаборатории возможно, нецелесообразно «делать» большие объемы воды, смешивая водород и кислород вместе, так как это высвобождает много энергии и может стать причиной мощного взрыва. Так как общий объем воды на Земле остается примерно одинаковым, вода постоянно меняет свое местоположение и состояние. Это означает, что иногда она принимает жидкую форму (например, вода, которую мы пьем), твердую (лед) или газовую (водяной пар).

Ученые называют этот процесс изменения гидрологическим (водным) циклом, который заключается в том, что вода постоянно движется по планете, совершая круговорот между воздухом, землей и океаном.

Мы пьем пресную воду, но большая часть воды на Земле соленая. И подавляющее большинство доступной пресной воды фактически скрыто под землей в виде подземных вод. На самом деле, если вы представите себе, что вся вода на Земле может поместиться в один литровый пакет молока, то все это будет океанская вода, за исключением только двух столовых ложек пресной воды. Из этих столовых ложек пресной воды чуть меньше четверти превратится в лед, а большая часть – в грунтовые воды. Пресная вода в реках, болотах и озерах составляет всего лишь две капли воды в мире.

Чтобы всегда быть в курсе новостей из мира популярной науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram

Можно ли сделать воду пресной?

Изменение климата, вероятно, поменяет многие аспекты жизни на Земле, в том числе сделает доступ к чистой воде проблемой. Повышение температуры, засуха и природные катаклизмы потенциально могут оказать негативное влияние на водные ресурсы в некоторых регионах и засуха – лишь один из возможных вариантов развития событий. Повышение уровня моря также угрожает прибрежным водным ресурсам, которые часто черпают пресную воду из подземных грунтовых вод. В связи с многочисленными угрозами для источников пресной воды все большую озабоченность вызывает поиск новых и более совершенных способов производства питьевой воды.

Океан – самый большой источник воды на планете, но воду из него нельзя пить из-за высокого содержания в ней соли. К счастью, ученые придумали несколько способов, чтобы извлечь соль из воды и сделать ее пригодной для питья. Более того, ведется разработка еще одного. К сожалению, опреснение любым методом является дорогостоящим и в настоящее время непрактичным для каждого сообщества, испытывающего нехватку воды. Но, как пишет National Geographic, ученые работают над усовершенствованием существующих методов, чтобы сделать их более эффективными и менее дорогостоящими. Ранее мой коллега Рамис Ганиев в своей статье рассказал об одном из самых больших запасов пресной воды в США.

Что такое дистилляция

Дистиллированная вода является самым старым и наиболее распространенным методом, используемым для очищения воды от соли. Проще говоря, дистилляция включает в себя испарение воды, а затем ее конденсацию обратно в жидкость. Соль не испаряется и остается на дне сосуда. Когда вода испарится, то она может быть собрана в отдельный контейнер.

Дистилляция (лат. stillare — «стекание каплями» от лат. stilla – «капля» и приставки «de-», которая означает «убирание»)

На самом деле воду дистиллировать можно в домашних условиях, естественно, проведя упрощенную версию процесса. Для этого нужно натянуть лист прозрачного пластика на чашу или отверстие, в котором находится загрязненная вода. Солнце будет светить сквозь пластик, нагревая воду внизу и заставляя ее медленно испаряться, оставляя соль и другие загрязнения внизу. Выпаренная вода будет конденсироваться на нижней стороне пластикового листа, где вы сможете затем собрать ее в отдельный контейнер. Дистилляционные установки выполняют этот основной научный процесс в гораздо крупном масштабе, но для ускорения процесса они работают на электричестве. Кроме того, существуют электрические бытовые дистилляторы, которые можно приобрести за сумму от 100$ до тысячи долларов, в зависимости от размера и эффективности устройства. Однако большинство из них может производить только около 10 литров чистой воды за раз, и в целом процесс дистилляции требует много энергии.

На нашем канале Яндекс.Дзен можно найти статьи, которых нет на сайте. Подписывайтесь, чтобы не пропустить ничего интересного!

Что такое обратный осмос

Это один из самых распространенных методов, используемых сегодня на опреснительных установках. Этот метод использует насосы высокого давления для вытеснения соленой или загрязненной воды через специальную мембрану, которая отсеивает вредные вещества и пропускает чистую воду. Недавно ученые исследовали новый тип мембраны, которая позволит легче проталкивать воду через нее. Экспериментальный метод использует графен, и исследователи из Массачусетского технологического института сумели создать сверхтонкую графеновую мембрану толщиной всего в один атом, которая, как они говорят, сделает обратный осмос проще, менее энергоемким и дешевым.

Вода, соленость которой не превышает 0,5%, считается пресной.

Графен – это самый тонкий и прочный материал, известный человеку. Графен используется для создания электронных чипов, сенсоров для газов, мембран для очищения воды.

В то время как обратный осмос рекламируется как более дешевая, энергетически низко затратная альтернатива крупномасштабной дистилляции, однако стоимость строительства одного такого водоочистительного сооружения может достигать миллиарда долларов. Также это является напоминанием о том, что такие установки все еще могут быть непрактичны для сообществ, столкнувшихся с нехваткой питьевой воды. Например, в докладе Тихоокеанского института говорится, что опреснительная установка Kwinana в Перте, Австралия, требует примерно 17 миллионов долларов в год, а обслуживание опреснительной установки Gold Coast в Тугуне, Австралия, требует 30 миллионов долларов в год. О том, какие еще существуют способы очистки воды, читайте в нашем материале.

Несколько способов, как сделать из морской воды пресную

Постоянный рост потребления пресной воды приводит к повышению нагрузки на существующие источники, мощность которых во многих регионах Земли уже истощена, что приводит к нехватке водных ресурсов.

В аспекте решения данной задачи все более актуальным становится внедрение методов получения пресной воды из вод мирового океана и других сильно минерализованных источников, использование воды из которых без специальной обработки невозможно.

Большие объемы воды мирового океана, легкая доступность (для прибрежных территорий), а иногда и безальтернативность источника, уже достаточно длительное время привлекают ученых и конструкторов для создания новых и улучшения существующих способов опреснения.

Все способы получения пресной воды из морской можно разделить на два основных направления:

1. Методы, связанные с изменением агрегатного состояния вещества:

2. Методы, в которых агрегатного изменения состояния не происходит:

Далее рассмотрим эти методы более подробно. Начнем с методов, связанных с изменением агрегатного состояния вещества.

Дистилляция

В ходе дистилляции морская вода нагревается за счет различных видов энергии. Молекулы воды имеют большую подвижность, чем ионы растворенных солей, легче переходят в газовую фазу (испаряются), которая удаляется с последующим конденсированием из неё чистой воды.

В ходе данного процесса энергия затрачивается как на переход воды в газовую фазу, так и на переводы газовой фазы в жидкую.

Снижение необходимого для испарения количества подводимого тепла можно получить, используя метод вакуумной дистилляции, который отличается от классической схемы разряжением, создаваемым в испарителе. Температура закипания воды при понижении давления снижается, что обеспечивает снижение энергозатрат и повышение КПД установки в целом.

Для более полного использования тепловой энергии используют процесс многоступенчатой дистилляции (флеш дистилляции), в ходе которого испарение происходит в разряженной среде, а тепловая энергия используется максимально (утилизация тепла, уносимого потоком сконденсированной воды).

Данная технология позволяет более эффективно использовать энергию, т. к. при снижении давления газовой фазы над жидкой снижается температура кипения последней, а движение потоков продуктов противотоком позволяет минимизировать унос тепла как с очищенной водой, так и отводимым остатком.

Другим вариантом проведения процесса очистки при испарении/конденсации воды является термокомпрессионная дистилляция. При реализации данного метода очистки исходная вода переводится в газообразное состояние за счет энергии, выделяемой при конденсации воды очищенной. Для этого перешедшую в пар воду из испарителя откачивают специальным компрессором, который так же служит для создания повышенного давления пара в конденсаторе.

Благодаря разнице давлений в испарителе и конденсаторе выделяемой при конденсации (при повышенном давлении) энергии достаточно для перевода в газовую фазу исходной воды (при пониженном давлении) и практически не требуется расходовать стороннюю энергию для осуществления такого перехода.

Как опресняют на производствах?

Опреснение воды в промышленных масштабах — трудоемкий и энергоемкий процесс. Производственные установки громоздки и сложны в обслуживании.

Все исследования в этой области направлены на создание более экономичных методов отделения H2O от солей. Далее описаны наиболее популярные методы.

Вымораживание

Свойство воды таково, что в твердое состояние переходят только молекулы самой воды, а остальные содержащиеся в ней элементы заморозке не подвергаются. Лед всегда исключительно пресный.

Процесс опреснения проходит следующие этапы:

Данный способ требует сложного технологического оборудования. Такие механизмы потребляют много электроэнергии, поэтому такой метод не пользуется популярностью.

Ультрафильтрация или обратный осмос

Ультрафильтрацию стали применять для опреснения только в конце 20 века, ранее ее применяли в других сферах. Технология предполагает наличие мембраны в фильтрационном аппарате.

Мембранами выстилают тысячи тонких труб, по которым прогоняют концентрированную солями воду.

Принцип использования мембраны основан на физических свойствах молекул воды и частиц солей. Волокна мембраны способны пропустить молекулы воды и задержать более крупные частицы соли.

Простейший механизм для фильтрации обратным осмосом представлен следующими этапами:

Это многообещающий и эффективный способ, однако, он на данный момент требует наличия большой площади мембранных труб для опреснения воды в промышленных масштабах.

Перспектива этого метода в создании более эффективных мембран.

Электродиализ

Еще один мембранный способ. Здесь вместо насоса, создающего давление, применяются электродиализные установки.

Под воздействием электричества ионы, из которых состоят молекулы растворенных солей, проходят через мембраны:

Затем концентрированные рассолы утилизируют при помощи проточной воды.

Способ отличается экономичностью, а используемые мембраны позволяют увеличить эффективность очистки благодаря возможности использования высоких температур.

Химический способ

Химический способ основан на свойствах растворенных в воде примесей. При взаимодействии с реагентами они образуют нерастворимый осадок и опускаются на дно.

По той причине, что приходится использовать большое количество дорогостоящих реагентов, реакции могут протекать долго, а осадок получается токсичным, этот способ применяется редко.

Дистилляция или перегонка

Морскую воду подвергают испарению. Более летучая составляющая превращается в пар в большом количестве и переходит в дистиллят, оставшаяся менее летучая часть переходит в кубовый остаток.

Существуют одноступенчатые и многоступенчатые дистилляторы. Многоступенчатые намного более производительны при сравнительно небольшом потреблении энергии.

Их главный минус в образовании накипи на стенках аппарата, что требует постоянного обслуживания. Из-за этого затраты на работу увеличиваются.

В процессе разработки находится электрохимический способ отделения от примесей солей. Для этого применяют высокотехнологичную микросхему, которая будет разделять воду на потоки с высоким и низким содержанием солей.

Замораживание

Ещё одним направлением получения опресненной воды с использованием фазового перехода является процесс замораживания (вымораживания). Данный метод основан на процессе перехода пресной воды в твердую фазу с последующим плавлением полученного льда.

Разновидностью метода вымораживания можно считать метод опреснения с использованием газовых гидратов. Данный метод является разновидностью метода замораживания с использованием вторичного теплоносителя, в роли которого выступает газ, способный образовывать с водой соединения клатратного типа — газогидраты. В роли такого газа используют некоторые углеводороды (пропан, бутан и т.д.). Для получения опресненной воды полученные газогидраты сепарируют от рассола (отделяют) и подвергают плавлению, выделяемый при этом газ возвращается в процесс.

Следующие методы основаны на физико-химических методах без изменения агрегатного состояния вещества.

Опреснение в странах Аравийского полуострова

Аравийский полуостров — одно из самых засушливых мест мира, поэтому проблема пресной воды там всегда стояла особенно остро. Высокие доходы от экспорта углеводородов позволяют монархиям Персидского залива опреснять воду в большом объёме (в 2000-е годы на опреснение одного м³ воды тратилось в них 3,5 кВт·ч). Показатели опреснения в 2000-е годы были следующие (в миллионах м³, в скобках указан год): Саудовская Аравия — 1033 (2006), ОАЭ — 950 (2005), Кувейт — 254 (2008), Катар — 180 (2005), Оман — 109 (2006), Бахрейн — 102 (2003)[4].

Электродиализ

При подаче электрического тока на электроды, помещенные в раствор солей в воде (в данном случае — морскую воду), можно наблюдать процесс электродиализа — перемещение зараженных частиц к соответствующим электродам: катионы направляются к отрицательному электроду — катоду, а анионы — к положительному — аноду. Между электродами со временем появляется область с пониженной концентрацией солей. Технически этот метод применен в электродиализаторах, в которых кроме катода и анода так же присутствуют камеры из катионообменных и анионообменных мембран, что позволяет значительно более эффективно вести процесс разделения.

Феномен соленой жидкости

Если развести в питьевой воде поваренную соль и попытаться выпить раствор, то удовольствия эта процедура точно не доставит.

Все правильно, ведь ваш организм вместе с влагой получил соль, которая существенно осложняет работу внутренних органов. Ее присутствие в организме может быть смертельно опасным для человека, если вовремя не принять меры. То есть, не снизить концентрацию. Сделать это можно при помощи обычной воды.

Доказано, что для нормального функционирования человеческого организма необходимо выпивать в день не менее 2-3 л жидкости. Подразумевается, что это вода либо напитки, которые не содержат соль. Нужны они для того, чтобы растворить те микроэлементы, которые поступили в организм с пищей, и вывести их излишки вместе с мочой. Неудивительно, что после соленой и острой пищи человеку всегда хочется пить: так «работает» защитный механизм, который регулирует уровень химических веществ в крови.

Теперь представьте, что вместо чистой воды ваш организм получает солевой раствор, который приводит к увеличению концентрации веществ. Они не выводятся вместе с мочой и накапливаются в органах, которые отвечают за самые разнообразные процессы. Естественно, начнутся сбои в их работе, которые со временем могут привести к тяжелым расстройствам. Как результат – гибель.

Морская вода в этом отношении не исключение, но она обладает своими особенностями. Это не просто солевой раствор, это – концентрация самых разнообразных химических веществ.

Таким образом, в морской воде сегодня содержится практически вся таблица Менделеева, поэтому употребление такой жидкости на первых порах дает неожиданные результаты. В частности, вода из моря:

Казалось бы, такая жидкость очень полезна, и ею можно смело заменять родниковую воду. Но все не так просто, как кажется на первый взгляд. Доказано, что употребление морской воды вместо пресной без серьезного ущерба для организма человека возможно лишь в течение первых суток. Затем концентрация химических элементов в крови начинает превышать допустимые нормы, что приводит к общей интоксикации. И это на фоне жажды, которую такая жидкость утолить не в состоянии.

Прямой осмос для получения пресной воды

Еще один физический процесс широко применяющийся для получения пресной воды — процесс осмоса — движение молекул растворителя через полупроницаемую (проницаемую только для молекул растворителя) мембрану в сторону более концентрированного раствора. Учитывая, что морская вода является достаточно насыщенным солями раствором изначально, процесс осмоса — прямой осмос, используется редко, т. к. для получения опресненной воды из морской необходимо использовать концентрированный раствор специального вещества, которое должно впоследствии достаточно легко удаляться — например, при изменении температуры разлагаться (карбонат аммония) или выпадать в осадок.

Полученная вода характеризуется меньшим содержанием примесей, чем исходная, и может быть в дальнейшем очищена с использованием данного метода и другого специального вещества (с более низкой концентрацией), так и с использованием другого метода опреснения. При применении метода прямого осмоса часть энергии, необходимой для опреснения воды можно использовать в виде низкопотенциальной энергии (тепловой, солнечной) имеющей более низкую стоимость (по сравнению с электрической). Это позволяет использовать менее энергозатратные способы очистки на финишной стадии.

Обратный осмос для опреснения морской воды

Наиболее широко распространенном методом опреснения морской воды в настоящее время стал метод обратного осмоса. Данный метод основан на ранее описанном явлении осмоса, но направление движение растворителя (чистой воды) изменено на обратное — от более соленого раствора в сторону более чистого (концентрированного) за счет создания давления со стороны более «разбавленного» раствора (исходной воды). Давление, требуемое для проведения процесса обратного осмоса зависит от минерализации исходной воды и при опреснении воды с соленостью 35 г/л (соленость мирового океана) рабочее давление достигает значений 70-80 бар.

Производительность оборудования опреснения морской воды методом обратного осмоса зависит от типа и количества стандартизованных мембранных элементов. Наша компания в своем модельном ряде поддерживает модели производительностью от 50 до 1000 л/ч (опреснительные установки СОМ О 50-60 — СОМ О 1000-60). Простота конструкции и большой выбор доступных комплектующих позволяют использовать опреснительные мембранные установки практически на любых объектах, где требуется решение задачи получения пресной воды из воды минерализованной в максимально удобном исполнении оборудования.

Такие установки применяются как для опреснения воды на катерах и яхтах, судах и буровых платформах, так и для обеспечения питьевой водой поселений с солеными источниками воды (соленые скважины, морское побережье).

Кроме рассмотренных выше существует еще ряд методов опреснения основанных на иных физических процессах, но в настоящее время они не получили широкого распространения или находятся в стадии экспериментальных моделей.

Плюсы и минусы домашнего устройства для опреснения

Собранный своими руками опреснитель имеет свои плюсы и минусы:

Опреснитель воды своими руками

В последние годы во всем мире остро ощущается нехватка чистой питьевой воды. Справиться с ситуацией помогает опреснение морской воды в промышленных масштабах. Однако этот процесс очень трудоемкий и требует больших финансовых вложений. Опреснить же небольшое количество морской воды можно и в домашних условиях.

Насколько актуально опреснение морской воды

Особенно остро эта проблема ощущается в засушливых регионах, где отсутствуют пресноводные водоемы и редко выпадают осадки. Возникают проблемы с выращиванием сельскохозяйственной продукции, что угрожает продовольственной безопасности.

Сельскохозяйственные угодья в засушливых регионах мира страдают от недостатка воды

Уже несколько лет страдают от нехватки чистой воды США, Кувейт, Япония, Израиль. В развитых странах потребление пресной воды для нужд промышленности и сельского хозяйства давно превысило все допустимые нормы. Строительство крупных заводов по опреснению морской воды требует установки сложного, дорогостоящего оборудования и дополнительных затрат на обслуживание.

Первое место в мире по объему пресной воды занимает Россия, но юго-восточные регионы и Средняя Азия водоемов с пресной водой не имеют.

Интересно, что именно в РФ есть огромное количество подземных источников с разным уровнем минерализации. Для бытовых нужд такую воду использовать нельзя из-за высокого содержания соли, но после опреснения, она становится питьевой.

С какими проблемами опреснения морской воды сталкивается человечество

Самая популярная на сегодняшний день методика опреснения воды – это обратный осмос. Однако такая технология требует огромных финансовых и энергетических затрат.

Еще одна проблема в том, что после очищения морской воды остается большое количество солевого концентрата, который выливается обратно в море, значительно увеличивая соленость морской воды. Это приводит к определенным осложнениям, и опреснение требует еще больших затрат.

Следует отметить, что в почве содержится всего лишь треть мировых запасов питьевой воды. Они расходуются людьми так быстро, что не успевают пополняться. По подсчетам ученых, к 2030 году ситуация станет критической, и проблемы с пресной водой затронут большинство населения земного шара. Тогда только моря и океаны станут единственным источником чистой питьевой воды. В этом случае основной задачей ученых станет поиск возможности минимизировать расходы на опреснение воды.

Страна, больше всех нуждающаяся в питьевой воде, не должна испытывать экономическую конкуренцию со странами, у которых таких проблем нет. В засушливых регионах, не имеющих доступа к пресноводным источникам, опреснение является единственным выходом.

Что такое опреснитель морской воды, где и за сколько он продается

Опреснителем называется специальное устройство, с помощью которого из морской воды удаляется соль. Полученную жидкость можно использовать как для бытовых нужд, так и для питья, приготовления пищи. Часто такие устройства применяется на крупных морских судах.

Существуют разные судовые опреснители, которые очищают воду для технических и хозяйственных нужд. В некоторых применяют метод обратного осмоса, но иногда он может сочетаться с методом дистилляции или электродиализа. Другие способы, вроде вымораживания или использования химических реагентов, применяются только в промышленных масштабах.

Компактные опреснители для небольшой яхты или дома иногда можно встретить в строительных магазинах. Такие аппараты способны очистить от 1000 л морской воды в день, а стоимость варьируется от 150000 до 950000 рублей.

Туристические опреснители в продаже появляются крайне редко, выбор моделей небогатый, а цена сильно завышена. Их выпускается всего два вида, один из которых предназначен для американских военных, перерабатывает около 1 л жидкости в час и стоит 50000 рублей. Второй более продуктивный и способен очистить до 30 л за это же время, но цена составит уже 150000 рублей.

Способы для производственных масштабов

Самые большие опреснители в мире находятся в Австралии и Израиле. Всего за день они способны полностью очистить от 330000 до 450000 кубометров морской воды. Здесь, как и в большинстве промышленных сооружений, используется метод обратного осмоса.

Дистилляция

Этот термальный способ обессоливания заключается в кипячении морской воды. При этом пар собирается в специальной камере, где конденсируется и превращается в дистиллированную воду. Можно не доводить жидкость до кипения, но нагревать ее придется при высоком давлении.

Пар образуется от температуры самой воды. К недостаткам этого метода относится большое потребление энергии и недолговечность подобного прибора. Солевые отложения в большом количестве скапливаются в дистилляторе, выводя его из строя.

Метод обратного осмоса

Этот способ широко используется на больших опреснительных станциях, ведь у него немало плюсов. Простые и компактные приборы работают автоматически, с минимальным присутствием человека:

Однако и здесь есть свои недостатки. Качество полученной воды зависит от ее предварительной обработки, а регулярная замена мембранных фильтров и закупка химических реагентов требует немалых финансовых затрат.

Замораживание

Заморозить можно только сами молекулы воды, а все остальные микроэлементы, в том числе и соль, никогда не замерзают. Благодаря этим уникальным свойствам и был придуман такой вариант опреснения.

Принцип работы метода:

Химический метод

Самый опасный, а потому редко применяемый способ очистки воды заключается в добавлении в нее химических реагентов. При взаимодействии с ними соль оседает на дно емкости, а пресная вода остается наверху. Мало того, что этот процесс занимает много времени и требует значительных финансовых вложений на закупку химикатов, так еще и полученный осадок является крайне ядовитым.

Электродиализ

Простой метод очистки с использованием электродиализной камеры. Соленую жидкость помещают в установку с электродами, где под воздействием тока ионы соли пропускаются через тонкие мембраны, разделяясь на катионы и анионы. Достоинствам электродиализа считается применение прочных мембран, позволяющих очищать воду при высокой температуре.

По какому общему принципу работают установки для опреснения морской воды

Самыми популярными и широко распространенными являются технологии фильтрации (обратного осмоса) и дистилляции. Фильтрационная установка не выпускает испарения наружу, герметично сохраняя большой объем чистой воды.

Дистиллированная вода вырабатывается с помощью вакуумного опреснителя. Такой прибор обеспечивает получение около 800 л/час без дополнительных затрат на топливо.

Совсем недавно ученые разработали еще один уникальный метод получения питьевой воды с использованием солнечной энергии. Под действием солнечных лучей залитая в резервуар жидкость испаряется, а конденсат оседает на стенках.

Российские технологии опреснения морской воды

Россия почти не имеет проблем с пресными водными ресурсами, но после вхождения Крыма в состав РФ чистая вода здесь стала дефицитом. Сейчас в Керчи планируется строительство опреснительной станции, которая будет очищать от соли до 50 тонн морской воды в час.

Разработчики предложили тройной способ опреснения, при котором вода сначала очищается с использованием мембранной технологии, затем методом обратного осмоса, а на выходе производится ионообменное умягчение. Такая система будет работать автономно, с привлечением минимального количества работников.

Для решения проблем с водоснабжением в Крыму построят уникальную опреснительную систему

Существующие на сегодняшний день методы опреснения требуют серьезной доработки. Качество получаемой жидкости не соответствует стоимости современных очистительных установок. Поэтому использовать такую воду для полива культур в засушливых регионах нерентабельно.

Как сделать опреснитель своими руками, пошаговая инструкция

В домашних условиях опреснить морскую воду можно с помощью заморозки и дистилляции. Компактный домашний дистиллятор вполне можно сделать своими руками.

Из бутыли убрать прокладку и просверлить отверстие в центре, равное диаметру трубки. С краю сделать еще одно, но диаметром не более 2 мм. Зачистить, вставить отрезки трубки и запаять. Навинтить крышку с силиконовой прокладкой, подсоединить штуцер. Трубку обмотать вокруг бутыли несколько раз, чтобы получился змеевик.

Далее получившуюся емкость наполнить морской водой, к штуцеру прикрепить змеевик и закрепить над костром под небольшим уклоном. К концу змеевика подставить кружку для сбора очищенной жидкости.

В некоторых случаях используют систему, состоящую из нескольких фильтров, соединенных между собой. Однако такое очищение не удалит из воды все вредные соединения и примеси.

Есть еще несколько простых способов, как можно опреснить морскую воду дома. Например, вымораживание, длительное кипячение или использование активированного угля в качестве фильтра. В последнем случае результат зависит от концентрации соли в очищаемой воде. Для слишком соленой влаги потребуется не один угольный фильтр.

Для опреснения морской воды можно использовать угольный фильтр

Можно ли получить опресненную воду в походных и экстремальных условиях

Дома опреснить жидкость легко с помощью плиты или морозильной камеры. В походных условиях таких возможностей нет, а значит, придется пользоваться подручными средствами.

Проще всего получить чистую воду, используя дистилляцию, а в жаркую солнечную погоду – конденсацию.

Самый легкий способ:

Таким образом можно получить около 50 мл питьевой воды за 4 часа.

Некоторые специалисты по выживанию советуют отварить в соленой жидкости немного риса. Крупа впитает лишнюю соль, а оставшаяся вода будет пригодной для питья.

Вымораживание

Этот метод доступен, только если под рукой есть природный лед, ведь без домашней морозилки заморозить воду невозможно. Потребуется любая чистая широкая емкость, миска или тазик. Ее нужно наполнить льдом и поставить в теплое место, с температурой не ниже 0. Получившаяся талая вода готова к употреблению.

Дистилляция с помощью солнца

Достаточно иметь при себе кусок пленки и широкую мисочку или банку. Необходимо выкопать в земле яму немного меньшего диаметра, чем отрезок полиэтилена. Дно хорошо пролить водой и установить на него миску.

Яму накрыть пленкой, плотно закрепить края, а в центр поместить небольшой камень. В результате парникового эффекта, влага с земли испаряется, и под воздействием груза конденсат поступает в емкость.

Дистилляция с помощью костра

На открытом огне можно быстро превратить морскую воду в питьевую.

В железную посуду налить соленую воду. Трубку присоединить к плотно закрытому резервуару, а если это невозможно, то просто крепко прижать крышкой.

С помощью костра можно опреснить сразу большое количество воды

Развести костер и установить над ним всю конструкцию таким образом, чтобы второй конец трубки находился ниже большой емкости. Еще ниже поставить стакан для сбора чистой влаги и поместить в него часть трубки.

Дистилляция с помощью бутылок

Есть еще один легкий способ добыть воду в экстремальных условиях, для которого потребуется только скотч и 2 пластиковые бутылки. Желательно, чтобы одна из них была темная, а вторая светлая.

В темную налить воду, которую нужно опреснить, а потом соединить горлышки обеих бутылок скотчем. Самодельный опреснитель уложить под солнечные лучи, следя за тем, чтобы темная бутылка располагалась чуть ниже.

Метод дистилляции с помощью бутылок подойдет для опреснения морской воды в домашних условиях

Можно ли опреснить воду в домашних условиях

Дома очистить морскую воду от соли намного проще, чем в походе. Для этого понадобится только плита (газовая или электрическая) или морозильник.

Заморозка

Соленую жидкость налить в широкую миску и поставить в морозильную камеру. Как только на поверхности будет появляться лед, его нужно собирать в чистую емкость. Когда он растает, то получится абсолютно чистая питьевая вода, ведь в талой воде соли быть не может.

Опреснить соленую воду можно путем ее замораживания в холодильнике

Дистилляция

Процесс напоминает дистилляцию на костре, но в качестве нагревательного элемента используется плита.

К носику чайника с морской водой плотно, без щелей и зазоров прикрепить трубку. Поставить все это на плиту и зажечь конфорку. Второй конец трубки вставить в сборник и установить его немного ниже. Важно следить за тем, чтобы трубка при нагревании не выскочила из чайника.

Способ опреснения с использованием плиты очень похож на метод с применением костра

Плюсы и минусы домашнего устройства для опреснения

Самодельный опреснитель поможет в нестандартных ситуациях, но у него есть как свои достоинства, так и недостатки.

Самостоятельно опреснить соленую морскую жидкость очень просто. Потребуется минимальное количество подручных материалов. В масштабах планеты нехватка пресных питьевых источников может в скором времени привести к катастрофе. Важно экономно относиться к использованию водных ресурсов, тогда и опреснитель может не понадобиться.

А вам приходилось опреснять воду в походе? Какими способами пользовались? Делитесь в комментариях.

Видео по теме

Вывести на чистую воду: как работает система опреснения

Ни для кого не секрет, что на нашей планете больше воды, чем суши – свыше двух третей поверхности Земли покрыто водой. Но, пожалуй, для многих станет неожиданным тот факт, что менее трех процентов этого огромного количества воды является пресной. В некоторых засушливых регионах планеты приходится в буквальном смысле бороться за каждый литр воды. Сегодня в таких странах все чаще применяют промышленное опреснение. Для этого существуют различные современные методы, один из самых распространенных – обратный осмос. Именно так устроена новейшая система опреснения морских и океанических вод холдинга «Швабе». Рассказываем, как вода из соленой превращается в пресную.

Пресная вода: как капля в море

По подсчетам ученых, на Земле примерно 1,5 зетталитров воды. При этом запасы пресной воды составляют лишь 2,5% от этого объема. Более наглядно это можно изобразить так: если вся вода на нашей планете поместится в литровую банку, то только две столовые ложки воды из этой банки будут пресными. Из этого мизерного количества большая часть превратится в грунтовые воды, примерно четверть – в лед, а около двух капель станут пресной водой в реках и озерах. И вот это малое количество пресной воды нужно разделить на 8 млрд человек. Вместе с осознанием данного факта приходит понимание того, насколько важно подойти со всей ответственностью к использованию такого драгоценного ресурса.

Во многих развитых странах уже давно воспитывается культура экономии воды. Тем не менее сегодня в среднем каждый человек расходует около 100 литров ежедневно, а в некоторых странах, как, например, США, этот показатель достигает 500 литров. Конечно, речь идет не только о двух литрах воды в день для питья и воды для личной гигиены, большая часть потребления пресной воды приходится на производство продуктов питания. Кроме того, здесь учитываются и расходы на орошение. Сейчас все чаще растения не просто беспечно поливаются водой из шланга, постепенно внедряется система капельного орошения, когда точное количество воды подается для полива каждого саженца по отдельности.

Пока человечество переосмысливает подходы к использованию водных ресурсов, ситуацию с нехваткой чистой пресной воды осложняют и факторы, не зависящие от нас. В их числе и климатические изменения, повышение общей температуры Земли, а также различные природные катаклизмы. Осознавая все риски для источников пресной воды, человечество продолжает активную работу по поиску новых и более совершенных способов производства пресной воды.

Из соленой в пресную: от Аристотеля до наших дней

Уже сегодня для многих стран опреснение воды стало стратегической государственной программой, например для Израиля или ОАЭ. Ученые постоянно работают над совершенствованием способов, как сделать морскую воду пригодной для потребления.

На первый взгляд, эта задача не кажется сложной – всего лишь удалить 35 граммов соли из литра воды. Именно столько соли содержится в литре морской воды, а для питьевой эта величина не должна превышать одного грамма. Над этим задумывался еще Аристотель, пытаясь изобрести особые фильтры. В своих наблюдениях древнегреческий философ отмечал, что соленая морская вода, проходя через стенки воскового сосуда, опресняется. По сути, это были первые опыты с применением технологии обратного осмоса – этот метод найдет свое применение спустя более 2 тысяч лет, в середине XX века.

Кроме обратного осмоса, было придумано и множество других способов получить из морской воды опресненную, и даже в домашних условиях. Самый распространенный способ, который сегодня применяется не только путешественниками в экстремальных условиях, но и в промышленном опреснении, – дистилляция.

Опыт по дистилляции воды можно провести и в домашних условиях. Для этого достаточно разместить лист прозрачного пластика на чаше с соленой водой. Если поставить такую конструкцию под солнечные лучи, вода будет медленно испаряться. Образовавшийся в итоге конденсат на нижней стороне пластикового листа – это и есть пресная вода. Промышленные дистилляционные установки повторяют данный процесс в крупном масштабе, работая на электричестве, – дистилляция достаточно энергозатратна.

Сегодня применяется и множество других способов опреснения. Например, ионный обмен. Воду пропускают через фильтры из ионообменных смол – таким образом можно заменить ионы. К примеру, ионы натрия – на ионы водорода, а ионы хлора – на гидроксид-ионы. В итоге вместо NaCl (хлорид натрия, то есть та самая соль в морской воде) получается H₂O. Это и есть опреснение. По такому принципу работают некоторые бытовые фильтры водопроводной воды. Недостаток данного метода – в его стоимости. Ионообменные системы – достаточно затратны, поэтому для опреснения морской воды их практически не используют.

На сегодняшний день один из самых современных методов опреснения, который нашел применение и в крупных опреснительных установках, и на обычной кухне, основан на явлении обратного осмоса.

Обратный осмос: как это работает

Перед тем как разобраться, что такое обратный осмос, нужно понять явление обычного осмоса. Прямой осмос – это баромембранный массообменный процесс. Простыми словами его можно описать следующим образом: молекулы растворителя под осмотическим давлением через мембрану переходят на сторону раствора и разбавляют его. Раствор увеличивается, в свою очередь, под ростом гидростатического давления. Процесс прекращается, когда статическое и осмотическое давления приходят в равновесие. Таким образом для этого процесса нужны раствор, растворитель, а также барьер – полупроницаемая мембрана.

Однако процесс осмоса – обратимый. Если солевой раствор будет находиться под высоким давлением, молекулы воды станут проходить через мембрану в обратном направлении – в сторону емкости с чистой водой. Таким образом, полупроницаемая мембрана действует как очень тонкий фильтр: чистая вода проходит, а в контейнере остается меньшее количество более концентрированного солевого раствора.

Именно такой принцип лежит в основе работы новой установки МО-140-М от холдинга «Швабе». Разработана она для опреснения воды с высокими концентрациями соли (до 59 г/л) и окисляемыми примесями, например нефтепродуктами и взвесями. В ходе очистки также устраняются бактерии, вирусы, запах, привкус, мутность, минимизируется количество железа и марганца.

Так что система на основе обратного осмоса не только поможет получить питьевую воду из морской воды, но и особо чистую воду для медицины, промышленности и других нужд. Обратный осмос считается более экономически выгодной альтернативой промышленной дистилляции, однако стоимость строительства одного такого крупного водоочистительного сооружения может достигать миллионов долларов. Эти установки все еще могут быть непосильны для некоторых регионов, где присутствует дефицит питьевой воды.

В таких случаях на помощь могут прийти более компактные варианты, такие как новая система от «Швабе». К тому же она существенно дешевле существующих аналогов – если брать минимальную рыночную цену на подобное оборудование, экономия составит почти 25%. Эта техника точно будет востребована в Крыму и в других южных регионах России, которые периодически сталкиваются с проблемами обмеления водохранилищ из-за сильной засухи и, как следствие, ограничением водоснабжения.

Разработке пророчат и хороший экспортный потенциал. Функционал установки позволяет применять ее для опреснения воды практически любого моря. Потенциальными экспортными рынками сбыта могут стать Южная Африка, страны Персидского залива – там потребность в подобном оборудовании действительно высока.

События, связанные с этим

«Интерполитех»: зона особой безопасности

Вологодский оптико-механический завод: с прицелом на будущее

Как опресняют морскую воду?

Опреснение морской воды — отличный способ пополнить запасы пресной, особенно в засушливых, пустынных районах, где нет водоносных горизонтов.

Процесс подразумевает существенное уменьшение солей в составе: если соленость морской воды может составлять 35г/литр (среднее значение для мирового океана), то для питьевой эта величина не должна превышать 1 грамм на литр.

Методы опреснения морской воды

Ключевые технологии подразделяются на две основные группы. Первая — та, что не подразумевает изменения агрегатного состояния вода (она остается жидкостью на всех этапах обработки). Вторая предполагает переход жидкости в твердую или газообразную форму на определенном этапе.

Химический способ

В воду вводят реагенты, которые связывают ионы солей и способствуют их выпадению в осадок. В качестве реагентов используются соли серебра и бария, причем их нужно до 5% от общего количества опресняемой воды. Реакция проходит с выделением ядовитых веществ, поэтому этот метод практически не используется.

Электродиализ

В ванну с рассолом устанавливают 2 электрода в виде электрохимических активных диафрагм (с пластмассовым или резиновым корпусом и наполнителем из смол), после чего пропускают постоянный ток.

Проходит химическая реакция с выделением в атмосферу хлора и кислорода. Вода скапливается в промежуточных камерах и отводится, а соляной раствор остается в емкости.

Такой метод еще называют ионообменное опреснение: он применяется там, где соленость морской воды изначально невысока. Также он часто используется для мобильных установок на рыболовецких судах, траулерах.

Ультрафильтрация (обратный осмос)

В этом случае солевой раствор подают под давлением через мембрану, которая проницаема для воды, но непроницаема для соли. Такие мембраны создают из ацетилцеллюлозного волокна и пропитывают перхлоратом магния, что позволяет увеличить водопроницаемость.

Поскольку давление значительное, до 150 кгс/см2, мембраны дополняются пористыми бронзовыми плитами. Управление процессом возможно в автоматическом и полуавтоматическом режиме, при этом главное здесь — контроль стабильного давления подачи воды. Выход пресной воды из соленой — до 70%.

Вымораживание

В природных условиях лед, покрывающий океаны и моря, — пресный. Искусственно проводят медленное замораживание. что позволяет получать лед с игольчатой кристаллической структурой. Рассол при этом оседает и не попадает в толщу льда.

Полученный лед растаивают, что позволяет получить воду с соленостью не выше 500-1000 мг/л. Для замораживания используют кристаллизаторы (контактные, вакуумные, с теплообменом через стенку), где обеспечивается контакт воды с газообразным или жидким хладагентом.

Термическое опреснение (дистилляция)

Такой метод часто используют на морских судах для получения пресной воды из забортной соленой. В этом случае морскую воду нагревают до кипения, а выходящий пар конденсируют. Так собирается дистиллят, представляющий собой пресную воду.

Дистилляционные установки включают в себя испарители, нагревательные элементы, конденсаторы и сборники дистиллята. Сам процесс испарения может быть, как одно-, так и многоступенчатым.

При этом из первичного пара получается до 90% пресной воды за одну ступень. В установках с многоступенчатым опреснением, когда не вскипевшая вода перетекает из одной камеры в другую, и так до 50-60 раз, выход воды увеличивается в 15-20 раз. Однако такие системы гораздо сложнее в работе из-за существенной концентрации солевого раствора на последних этапах и порчи оборудования из-за отложения солей на трубопроводах.

Технологии, активно используемые в странах-лидерах по опреснению

Лидером в этой отрасли считается Израиль, где расположены крупнейшие заводы по опреснению, обеспечивающие более 15% потребности в питьевой воде, и более 50% — в технической. Один из самых крупных местных заводов производит забор воды из Средиземного моря и фильтрует ее посредством специальных мембран. Дальше осуществляется перегонка, после чего чистая вода поступает в хранилища, а соляной раствор сбрасывается в море.

А французские заводы используют несколько другие способы опреснения воды: большинство установок работают на принципе обратного осмоса. Популярной в промышленных масштабах стоит назвать и технологию выпаривания.

Способы опреснения морской воды

На нашей планете примерно 96,5% воды приходится на океаны, 1,7% мировых запасов составляют грунтовые воды, ещё 1,7% — ледники и ледяные шапки Антарктиды и Гренландии, небольшая часть находится в реках, озёрах и болотах, и 0,001% в облаках (образуются из взвешенных в воздухе частиц льда и жидкой воды). Большая часть земной воды — солёная, непригодная для сельского хозяйства и питья. Доля пресной составляет около 2,5%, причём 98,8% этой воды находится в ледниках и грунтовых водах. Менее 0,3% всей пресной воды содержится в реках, озёрах и атмосфере.

Постоянный рост потребления пресной воды приводит к повышению нагрузки на существующие источники, мощность которых во многих регионах Земли уже истощена, что приводит к нехватке водных ресурсов.

В аспекте решения данной задачи все более актуальным становится внедрение методов получения пресной воды из вод мирового океана и других сильно минерализованных источников, использование воды из которых без специальной обработки невозможно.

Большие объемы воды мирового океана, легкая доступность (для прибрежных территорий), а иногда и безальтернативность источника, уже достаточно длительное время привлекают ученых и конструкторов для создания новых и улучшения существующих способов опреснения.

Все способы получения пресной воды из морской можно разделить на два основных направления:

1. Методы, связанные с изменением агрегатного состояния вещества:

2. Методы, в которых агрегатного изменения состояния не происходит:

Далее рассмотрим эти методы более подробно. Начнем с методов, связанных с изменением агрегатного состояния вещества.

Заполните форму для получения консультации специалиста по водоподготовке

Дистилляция

В ходе дистилляции морская вода нагревается за счет различных видов энергии. Молекулы воды имеют большую подвижность, чем ионы растворенных солей, легче переходят в газовую фазу (испаряются), которая удаляется с последующим конденсированием из неё чистой воды.

В ходе данного процесса энергия затрачивается как на переход воды в газовую фазу, так и на переводы газовой фазы в жидкую.

Снижение необходимого для испарения количества подводимого тепла можно получить, используя метод вакуумной дистилляции, который отличается от классической схемы разряжением, создаваемым в испарителе. Температура закипания воды при понижении давления снижается, что обеспечивает снижение энергозатрат и повышение КПД установки в целом.

Для более полного использования тепловой энергии используют процесс многоступенчатой дистилляции (флеш дистилляции), в ходе которого испарение происходит в разряженной среде, а тепловая энергия используется максимально (утилизация тепла, уносимого потоком сконденсированной воды).

Данная технология позволяет более эффективно использовать энергию, т. к. при снижении давления газовой фазы над жидкой снижается температура кипения последней, а движение потоков продуктов противотоком позволяет минимизировать унос тепла как с очищенной водой, так и отводимым остатком.

Другим вариантом проведения процесса очистки при испарении/конденсации воды является термокомпрессионная дистилляция. При реализации данного метода очистки исходная вода переводится в газообразное состояние за счет энергии, выделяемой при конденсации воды очищенной. Для этого перешедшую в пар воду из испарителя откачивают специальным компрессором, который так же служит для создания повышенного давления пара в конденсаторе.

Благодаря разнице давлений в испарителе и конденсаторе выделяемой при конденсации (при повышенном давлении) энергии достаточно для перевода в газовую фазу исходной воды (при пониженном давлении) и практически не требуется расходовать стороннюю энергию для осуществления такого перехода.

Замораживание

Ещё одним направлением получения опресненной воды с использованием фазового перехода является процесс замораживания (вымораживания). Данный метод основан на процессе перехода пресной воды в твердую фазу с последующим плавлением полученного льда.

Следующие методы основаны на физико-химических методах без изменения агрегатного состояния вещества.

Химическое опреснение

Химическое опреснение основано на переводе растворенных солей в процессе химических реакций в твердые осадки, которые в последующем отфильтровываются. В связи с большим количеством солей в морской воде расход реагентов может достигать 5% от массы опресняемой воды, что не позволяет применять данный метод в серьезных масштабах.

Метод ионного обмена

Метод ионного обмена основан на использовании ионитов для удаления содержащихся в воде катионов (используются H-катионты) и анионов (используются ОН-аниониты). В ходе ионного обмена емкость ионитов (ионообменных смол) исчерпывается и для продолжения процесса очистки требуется проведение регенерации материала: раствором кислоты для катионита и раствором щелочи для анионита. Высокий расход агрессивных реагентов обуславливает узкое применение данного метода.

Электродиализ

При подаче электрического тока на электроды, помещенные в раствор солей в воде (в данном случае — морскую воду), можно наблюдать процесс электродиализа — перемещение зараженных частиц к соответствующим электродам: катионы направляются к отрицательному электроду — катоду, а анионы — к положительному — аноду. Между электродами со временем появляется область с пониженной концентрацией солей. Технически этот метод применен в электродиализаторах, в которых кроме катода и анода так же присутствуют камеры из катионообменных и анионообменных мембран, что позволяет значительно более эффективно вести процесс разделения.

Прямой осмос для получения пресной воды

Еще один физический процесс широко применяющийся для получения пресной воды — процесс осмоса — движение молекул растворителя через полупроницаемую (проницаемую только для молекул растворителя) мембрану в сторону более концентрированного раствора. Учитывая, что морская вода является достаточно насыщенным солями раствором изначально, процесс осмоса — прямой осмос, используется редко, т. к. для получения опресненной воды из морской необходимо использовать концентрированный раствор специального вещества, которое должно впоследствии достаточно легко удаляться — например, при изменении температуры разлагаться (карбонат аммония) или выпадать в осадок.

Полученная вода характеризуется меньшим содержанием примесей, чем исходная, и может быть в дальнейшем очищена с использованием данного метода и другого специального вещества (с более низкой концентрацией), так и с использованием другого метода опреснения. При применении метода прямого осмоса часть энергии, необходимой для опреснения воды можно использовать в виде низкопотенциальной энергии (тепловой, солнечной) имеющей более низкую стоимость (по сравнению с электрической). Это позволяет использовать менее энергозатратные способы очистки на финишной стадии.

Обратный осмос для опреснения морской воды

Наиболее широко распространенном методом опреснения морской воды в настоящее время стал метод обратного осмоса. Данный метод основан на ранее описанном явлении осмоса, но направление движение растворителя (чистой воды) изменено на обратное — от более соленого раствора в сторону более чистого (концентрированного) за счет создания давления со стороны более «разбавленного» раствора (исходной воды). Давление, требуемое для проведения процесса обратного осмоса зависит от минерализации исходной воды и при опреснении воды с соленостью 35 г/л (соленость мирового океана) рабочее давление достигает значений 70-80 бар.

Производительность оборудования опреснения морской воды методом обратного осмоса зависит от типа и количества стандартизованных мембранных элементов. Наша компания в своем модельном ряде поддерживает модели производительностью от 50 до 1000 л/ч (опреснительные установки СОМ О 50-60 — СОМ О 1000-60). Простота конструкции и большой выбор доступных комплектующих позволяют использовать опреснительные мембранные установки практически на любых объектах, где требуется решение задачи получения пресной воды из воды минерализованной в максимально удобном исполнении оборудования.

Такие установки применяются как для опреснения воды на катерах и яхтах, судах и буровых платформах, так и для обеспечения питьевой водой поселений с солеными источниками воды (соленые скважины, морское побережье).

Кроме рассмотренных выше существует еще ряд методов опреснения основанных на иных физических процессах, но в настоящее время они не получили широкого распространения или находятся в стадии экспериментальных моделей.