Как опреснить воду: Вывести на чистую воду: как работает система опреснения

Содержание

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.

Кстати, именно прямой осмос лежит в основе обменных процессов всех живых организмов на клеточном уровне – так «работают» водно-солевой обмен, получение питательных веществ, вывод продуктов жизнедеятельности. В природе роль полупроницаемой перегородки играет стенка клетки. По иронии именно из-за осмоса и нельзя пить морскую воду. Когда соленая вода попадает в пищеварительный тракт, осмос вытягивает воду из клеток, в итоге наступают обезвоживание и смерть.

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.

как его сделать, видео и описание

Удивительно простой и надежный способ опреснить воду и очистить ее от грязи в походных условиях предложил канал NightHawkInLight. И для того, чтобы сделать опреснитель воды своими руками понадобятся лишь две пустые бутылки и открытый источник тепла!

Василий Макаров

Вопрос с водой может встать неожиданно остро даже для опытных походников, которые всегда берут с собой приличный запас жидкости. Случайно забытая поклажа, повреждение тары, непредусмотренные расходы — и вот вы уже заняты поиском ближайшего родника или ручейка. Но сырая вода далеко не всегда безопасна для организма, ведь в ней много живых организмов, и уж тем более выпить морской воды почти равносильно отравлению. Возможно, вы вспомните нашу статью о том, как сделать опреснитель своими руками, и об этом мы поговорим ниже.

Всё-таки, выход есть из любой ситуации, и потому вам точно не стоит паниковать, но уж на всякий случай запомните: о воде, в случае, если она закончилась резко, нужно подумать сразу, потому что пить захочется в самый неожиданный момент, и чтобы этого избежать, нужно действовать оперативно.

Канал NightHawkInLight продемонстрировал, как можно сконструировать компактный опреснитель своими руками и из практически подручных средств — даже малоопытный походник берёт с собой пару пластиковых бутылок и знает, как развести костёр из подножных материалов. Такое простое устройство поможет добыть чистую, лишенную солей воду практически в любой ситуации. Этот способ не займёт много времени, и в связи со своей простотой и функциональностью.

Как сделать опреснитель для воды своими руками: инструкция

Вам понадобятся 2 пластиковые бутылки, два металлических поддона — можно использовать миски для еды, источник открытого огня и сама вода, конечно;
Металлические миски нужно поставить друг напротив друга так, чтобы потом пластиковые бутылки лежали в них горлышками друг к другу, а затем наполнить их примерно на две трети песком;
В одну бутылку мы наливаем морскую воду, и присоединяем плотно к горлышку второй, а затем нагреваем поддон, на котором полная бутылка — воды в ней должно быть чуть меньше половины в горизонтальном положении;
Как только вся вода выпарилась в другую бутылку, а соль осталась, можно наливать следующую партию.

Как работает опреснитель для морской воды своими руками

Металлические поддоны для того, чтобы сделать опреснитель своими руками, опциональны — это просто удобный способ удерживать бутыли над пламенем, однако в случае необходимости вы можете воспользоваться любым другим держателем. Они заполнены песком: в одной таре он будет играть роль системы охлаждения, а во второй поможет распределять тепло более равномерно, чтобы стекло не лопнуло от перегрева.

Все остальное за вас сделает физика: испаряясь в виде чистого водяного пара, вода покидает одну емкость и конденсируется на стенках другой, оставляя всю грязь и соль на дне второй емкости:

youtube

Нажми и смотри

Самое главное перед любым походом — предусмотреть максимум внештатных ситуаций, а значит, если вы идёте в засушливую местность или в район, находящийся близко к морю, вам стоит заранее подумать над тем, как вы планируете добывать воду в случае, если ваш запас внезапно закончится или будет потерян. В любом случае, желаем вам удачных пеших путешествий на природу, и не забывайте, что ваша безопасность и безопасность окружающих важнее острых ощущений!

Как опреснить воду — будьте готовы

Предметы первой необходимости 11 июля 2014 г.

Вода является динамическим ресурсом. Это зависит от сезона, местоположения, температуры и множества других факторов. Но есть одна вещь, на которую вы всегда можете рассчитывать, это то, что в любой момент времени около 97% мировой воды находится в океане. Остальные 3% находятся в ручьях, озерах, грунтовых водах и льду. Глядя на цифры, становится очевидным, что использование запасов океана открывает целый мир возможностей, особенно когда речь идет о чрезвычайной ситуации.
Использование морской воды в чрезвычайных ситуациях является очевидной возможностью для людей, живущих в прибрежных или островных районах. Если учесть количество мест отдыха в этих районах, область применения становится намного шире. Стихийные бедствия, в частности, могут прервать или нанести ущерб поставкам пресной воды в этих районах.
Однако люди не могут безопасно пить океанскую воду. Причина этого кроется в почках. Поскольку почки перерабатывают соль, они способны производить только менее соленую мочу, чем морская вода. Это означает, что для избавления организма от лишней соли требуется больше воды, чем доступно в океанской воде. Таким образом, когда человек пьет океанскую воду, он все больше обезвоживается, а не регидратируется. Это делает опреснение морской воды привлекательным вариантом.
Если удаление соли из океанской воды является частью вашего плана готовности к чрезвычайным ситуациям, обычно это требует немного больше усилий и/или оборудования, чем другие процессы очистки воды. Подробное описание процесса опреснения подчеркивает тот факт, что ключевым словом здесь является готовность. Чтобы опреснение воды можно было использовать в домашних условиях, потребуется некоторая предусмотрительность.

Опреснение: как это работает?

Опреснение или опреснение — это процесс удаления соли из океанской воды для получения пресной воды. Опресненную воду можно использовать в качестве питьевой воды, в сельском хозяйстве или в промышленности.
Опреснение по своей природе является энергоемким процессом. Есть причина, по которой бурятся скважины, используются очистные сооружения и усилия по сохранению исчерпаны до того, как агентства, правительства и власти рассмотрят возможность использования опреснения. Эта причина — деньги. Во многих случаях океанская вода должна быть обработана и/или отфильтрована, прежде чем можно будет приступить к процессу опреснения. Это означает, что помимо потребления большого количества энергии, он также требует оборудования, помещений и рабочей силы. В итоге получается дорогая вода.
Несмотря на стоимость, удаление соли из океанской воды по-прежнему является полезным процессом, который используется во многих областях. Дорогая вода намного лучше, чем отсутствие воды, и по мере развития технологий возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра или солнца, делают опреснение более жизнеспособным и доступным.

Типы опреснения

Существуют разные способы осуществления этого процесса. Двумя наиболее распространенными являются дистилляция и обратный осмос.

Дистилляция — это процесс кипячения океанской воды и сбора конденсата, в результате которого остались соли и другие минералы.
Обратный осмос использует давление и полупроницаемую мембрану для достижения той же цели. Осмос — это естественный процесс, при котором растворитель (вода) и раствор (соленая вода) выравниваются через полупроницаемую мембрану. Это происходит по мере того, как растворитель перетекает из менее концентрированной воды в более концентрированную до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Обратный осмос, как следует из названия, продвигает процесс в другую сторону. Давление прикладывается к стороне с соленой водой, толкая молекулы воды к менее концентрированной стороне, производя чистую воду без солей.

Способы опреснения воды в аварийной ситуации

Есть несколько различных методов, которые вы можете использовать для опреснения воды во время чрезвычайной ситуации.

Возможна домашняя дистилляция . Однако для этого требуется много топлива. В длительной чрезвычайной ситуации это может стать проблемой. Топлива (пропана и т. д.) может не хватить, а сбор дров может стать слишком трудоемким и нецелесообразным.
Солнечная дистилляция также может использоваться, но производство на солнечном дистилляционном аппарате, как правило, невелико. Если планируется использовать солнечную энергию, ключевым моментом будет подготовка. Было бы неплохо инвестировать в что-то вроде солнечной печи, чтобы сделать процесс более эффективным.
Обратный осмос также подходит в экстренных случаях. Однако это потребует некоторых инвестиций и планирования.
Купить опреснитель . Для тех, кто живет в районе, где использование соленой воды в чрезвычайной ситуации является лучшим вариантом, есть несколько хороших продуктов. Есть пара распространенных типов.

Приводные опреснители: Работает от батареи или генератора. Опреснители с электроприводом способны подавать приличный объем воды, но им потребуется постоянное техническое обслуживание батарей, солнечных панелей или генераторов, чтобы все работало в аварийной ситуации. Они также относительно дороги. Распространенной моделью является Katadyn PowerSurvivor 40E. Он продается по цене около 4000,00 долларов. Он работает от 12 вольт и производит 1,5 галлона в час. Есть и другие модели, но эта довольно типична по цене и мощности. Они растут или падают в цене в зависимости от опций.
Ручные опреснители : Katadyn Survivor 06 — хороший пример ручного опреснителя. Как правило, они работают с насосом для подачи давления, чтобы протолкнуть воду через мембрану. Это еще раз подчеркивает большое количество энергии, необходимой для опреснения. Katadyn Survivor требует 40 насосов в минуту для производства 0,89 литра в час. Это 2400 насосов менее чем на один литр воды! В экстренной ситуации вы будете рады иметь воду, но небольшой ручной опреснитель воды обеспечит достаточно воды только для одного или двух человек, и для ее получения потребуется много работы.

Есть много сценариев, когда опреснение может быть лучшим вариантом для аварийного водоснабжения. Если это так, очень важно, чтобы вы сделали некоторое планирование. Возможно, вам придется изучить определенные методы и решить, как лучше всего выполнить задачу. В некоторых случаях требуется значительное количество оборудования. В большей степени, чем почти любой другой план аварийного водоснабжения, опреснение требует планирования и предусмотрительности, чтобы быть готовым.
Опреснитель не входит в ваш ценовой диапазон для предметов первой необходимости? Чтобы получить пошаговое руководство о том, как самостоятельно дистиллировать воду в домашних условиях, ознакомьтесь с нашей предстоящей статьей о домашней дистилляции.
Также обратите внимание на другие наши фильтры и очистители воды, такие как Katadyn® Expedition. Эти фильтры и очистители — отличный способ очистить воду из источников пресной воды.
Авторская биография: Джо Хьюиш проработал 10 лет в секторе очистки питьевой воды Центрального района водного хозяйства штата Юта. Он изучал геологию в Университете штата Юта, где получил степень бакалавра. Он заядлый любитель активного отдыха и немного чокнутый. Он любит рыбалку, охоту, джипинг и кемпинг.

Метки:
Опреснение,
Дистилляция,
Вода,
Водохранилище

Предыдущая статьяСледующая статья

Опреснение: процесс превращения морской воды в питьевую

Опреснение морской воды: способ борьбы с дефицитом?

Вода — один из самых ценных ресурсов на планете. По данным ООН, его нехватка уже затрагивает более 40 % населения мира. Статистика, которая вызывает тревогу и побуждает к поиску решений. Одним из них, и не совсем новым, является опреснение, которое заключается в удалении минералов (в основном соли) из морской воды с помощью физических и химических процессов. Ключевыми задачами на ближайшие годы являются увеличение мощности опреснительных установок при одновременном снижении их воздействия на окружающую среду.

Опреснение морской воды станет ключевым процессом в странах с более высоким дефицитом воды.

Опреснительная установка в Дубае.

Опреснительный бассейн в соляных ваннах в Испании.

Опреснительная установка обратного осмоса в Израиле.

Вода покрывает 70 % нашей планеты, и легко подумать, что ее более чем достаточно. Однако пресной воды в мире мало — она составляет всего 3 % — и две трети из них недоступны, так как находятся в виде льда или недоступны. Около 1,1 миллиарда человек во всем мире не имеют доступа к пресной воде, а около 2,7 миллиарда человек страдают от нехватки пресной воды как минимум один месяц в году. Как это ни парадоксально, многие районы, страдающие от нехватки пресной воды, находятся очень близко к морю, и здесь может помочь опреснение.

ЧТО ТАКОЕ ОПЕССНЕНИЕ

Опреснение – это процесс удаления из воды растворенных минеральных солей. В настоящее время этот процесс, применяемый к морской воде, является одним из наиболее часто используемых для получения пресной воды для потребления человеком или в сельскохозяйственных целях.

Опреснение происходит естественным образом во время круговорота воды: Испарение морской воды оставляет после себя соль и образует облака, которые вызывают дождь. Аристотель заметил, что испарившаяся и сконденсировавшаяся морская вода превращается в пресную, а да Винчи понял, что ее легко получить с помощью дистиллятора.

В последующие века опреснение морской воды использовалось, в частности, на лодках и подводных лодках для снабжения экипажа пресной водой во время длительных переходов. Однако этот процесс не был доступен в больших масштабах до промышленной революции и, особенно, до разработки опреснительных установок.

ОПРЕСНИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Согласно исследованию, проведенному исследователями из Института водных ресурсов, окружающей среды и здоровья Университета Организации Объединенных Наций (UNU-INWE) в 2019 году, в мире насчитывается около 16 000 действующих опреснительных установок, распределенных по 177 стран — а всего они генерируют около 95 млн м ³ /сутки пресной воды. Первой страной, принявшей этот процесс в массовом порядке, была Австралия, очень засушливая страна, где так называемая «засуха тысячелетия» в период с 1997 по 2009 год нанесла ущерб. У него есть заводы в крупных городах, которые работают на обратном осмосе.

Саудовская Аравия является ведущей страной по опреснению воды по объему, за ней следуют Объединенные Арабские Эмираты, обе из которых являются пустынными странами и сильно зависят от этого процесса. Другие страны Ближнего Востока, такие как Кувейт и Катар, также выбрали этот метод. В Соединенных Штатах, занимающих третье место в этом конкретном рейтинге, есть микроустановки для опреснения воды, расположенные рядом почти со всеми объектами природного газа, для использования остаточного тепла. Испания занимает четвертое место благодаря вкладу Канарских островов и побережья Аликанте и Мурсии, где старые тепловые электростанции заменяются опреснительными установками.

Страны, которые, скорее всего, столкнутся с нехваткой воды в 2040 году.

СМОТРИТЕ ИНФОГРАФИКУ: Страны, которые с наибольшей вероятностью столкнутся с нехваткой воды в 2040 году [PDF] Внешняя ссылка, открывается в новом окне.

ПРОЦЕССЫ ОПРЕСНЕНИЯ

Перегонка, состоящая в кипячении морской воды в дистилляционном аппарате, сборе пара и его конденсации для получения пресной воды, является наиболее очевидным методом удаления солей, но не самым эффективным методом , поскольку требует больших затрат энергии . Ниже приводится краткая информация об основных процессах опреснения, используемых в настоящее время:

Обратный осмос

Это наиболее используемый процесс, который потребляет меньше энергии, чем остальные, так как основан на использовании полупроницаемых мембран , которые пропускают воду, но не соль. Эти мембраны изготовлены из ультратонкого полиамида, который может загрязняться бактериями, поэтому воду необходимо обрабатывать.

Солнечная дистилляция

Имитация круговорота воды, заключается в испарении морской воды в больших сооружениях с крышами , где он конденсируется и собирается в виде пресной воды. Хотя используемой энергией является солнечное тепло, для этого требуются большие площади земли.

Электродиализ

Он заключается в перемещении соленой воды через электрически заряженные мембраны, которые улавливают ионы соли, растворенные в воде, позволяя извлекать пресную воду. Существуют разнообразные варианты электродиализа, такие как обычный и обратный.

Нанофильтрация

Это процесс, который использует мембраны из нанотрубок с более высокой проницаемостью, чем мембраны обратного осмоса, что позволяет обрабатывать больше воды в меньшем пространстве с меньшими затратами энергии. Эти мембраны изготовлены из сульфированных соединений, которые, помимо соли, удаляют следы загрязняющих веществ.

Газовые гидраты

Газовые гидраты представляют собой твердые кристаллы, которые образуются при объединении воды с газом, таким как пропан, при высоком давлении и низкой температуре. Во время процесса все соли и примеси, присутствующие в воде, исчезают, а при повышении температуры газ может быть извлечен из пресной воды.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ОПАСНЕНИЯ

Опреснение является растущей потребностью по мере сокращения запасов пресной воды в мире. Согласно вышеупомянутому исследованию ООН, опубликованному в журнале Science of the Total Environment, в сочетании с ответственным использованием водных ресурсов это может стать ключом к решению проблемы нехватки воды в будущем , несмотря на определенные недостатки, которые не следует упускать из виду.

Процесс опреснения воды не является безударным, так как Остаток, полученный в результате процесса, представляет собой рассол, сточные воды с высокой концентрацией солей и загрязняющих веществ, которые во многих случаях сбрасываются в море и влияют на экосистемы. В частности, исследование количественно определило расход рассола на высоте 142 м ³ в день. Существует также риск просачивания, которое может загрязнить прибрежные водоносные горизонты.

Владимир Смахтин, директор UNU-INWEH

Технологии опреснения воды должны быть доступными, чтобы их можно было использовать в странах со средним и низким уровнем доходов, одновременно устраняя их неблагоприятное воздействие на окружающую среду и здоровье человека

Манзур Кадир, соавтор работы, предлагает «превратить экологическую проблему в экономическую возможность». В исследовании упоминается несколько возможностей: использовать рассол для аквакультуры, для выработки электроэнергии или для восстановления содержащихся в нем металлов, таких как магний, гипс, кальций, калий, хлор или литий.

Кроме того, многие процессы опреснения требуют нагрева воды, повышения ее давления или того и другого, что влечет за собой высокие затраты энергии. Решением в каждом случае является использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечная, для снижения потребления опреснительных установок.