3. Методы опреснения и обессоливания воды. Обессоливание воды

Обессоливание воды: методы и установки

Ученые считают, что человечество пришло к периоду, когда за пресную воду будут вспыхивать конфликты. Решить эту проблему можно только одним способом - найти оптимальный метод обессоливания воды.

Что такое обессоливание воды

Любая жидкость в своем составе имеет определенную долю солей, микроорганизмов, минералов. Очищение природной или водопроводной воды выводит из нее вредные вещества. Но иногда она в составе имеет большое количество солей, которые делают ее непригодной для употребления.

Обессоливание воды – это снижение концентрации растворенных в ней солей. Процедура может носить тотальный характер, когда жидкость лишается любого соляного содержания или частичный, когда в ней остается заданное количество соли.

Методы

Полное обессоливание проводится следующими способами:

Дистилляция, термический способ.
Методом ионного обмена.
Методом электродиализа.

Мембранным обратным осмосом.

Частичное удаление соли достигается при применении таких способов:

Известкование.
Баритовое умягчение.
Н-катионирование.
Вымораживание.

Методы обессоливания воды требуют затрат как финансовых, так и энергетических. Выбор способа обработки зависит от степени содержания соли в первоначальной жидкости, производительности установки, затрат на составляющие процесса (тепло, электроэнергия, реагенты). Каждый из методов имеет свои преимущества, недостатки и происходит при помощи технических средств.

обессоливание воды

Частичное обессоливание

Лишенная всех примесей вода применяется во многих производственных процессах и необходима для внутреннего употребления очень ограниченному числу людей. Для бытовых нужд требуется деминерализация воды до определенной степени. Чаще всего происходит умягчение жидкости методом катионирования.

В процессе происходит замена жестких солей на катионы водорода, которые, в свою очередь, вступая в реакцию, разрушают бикарбонатные ионы. Продукты образуют соединение, которое выводится в виде газа. Степень очистки оценивается по количеству выведенного карбоната кальция.

Дистилляция воды

Обессоливание воды с помощью метода дистилляции - самый старый и распространенный на сегодняшний день способ. Плюсом является его всеобщая доступность, а минусом – дороговизна процесса. Для получения воды без примесей используют дистилляторы. Они представляют собой испарители нескольких типов, разница между которыми состоит в конструкции, виде используемой энергии. Наиболее распространенные – паровые и электрические аппараты, отличающиеся дороговизной и большим потреблением энергоресурсов.

Аппарат представляет собой котел (или несколько котлов) низкого давления, где жидкость превращается в пар и отделяет концентрат солей. Чтобы вода получила максимальную очистку, в аппарате достигается температура медленного кипения. При таком режиме тяжелые примеси не попадают в конденсирующийся дистиллят. Одним из вариантов уменьшения стоимости является увеличение количества ступеней, но такая установка влечет крупные первоначальные инвестиции.

Оборудование для дистилляции помимо потребления большого количества энергии обладает внушительной стоимостью всех частей. Обеспечить высокую степень чистоты могут дорогостоящие трубы, арматура, теплообменники, испарители, сделанные из кварца или платины. Другие материалы непригодны.

методы обессоливания воды

Электрохимический метод

Суть метода заключается в пропуске воды через электрическое поле, при этом происходит перенос ионов солей – катионы распределяются в сторону катода, а анионы - к аноду. Система имеет три отсека, которые образуются при помощи катодной и анодной диафрагм. В срединном отсеке находится вода, подготовленная к обессоливанию.

Через поток пропускают постоянный электрический ток, при помощи которого происходит сортировка солей на катодную и анодную диафрагмы. Метод является очень дорогостоящим по затратам на оборудование и издержкам на электроэнергию, в связи с чем не получил распространения.

установки для обессоливания воды

Ионный обмен

Наиболее надежный способ, которым достигается обессоливание воды, – метод ионного обмена. Осаживание примесей таким способом позволяет получить более чистую жидкость за короткий срок, что важно при промышленном обессоливании. Способ является наиболее экономически выгодным и дает лучший результат очистки.

Метод основывается на удалении из жидкости катионов и анионов солей, в результате очистки можно достичь разной степени деминерализации, вплоть до полного удаления солевых агентов. Обессоливание воды ионным обменом происходит при участии ионитов, которые представляют собой нерастворимые в воде полимеры, содержащие подвижный ион. При созданных условиях подготовленный полимер вступает в реакцию обмена с ионами солей того же знака. Помещенные в водную среду иониты набухают, увеличиваясь в размере в 1,5-2 раза.

По мере прохождения времени иониты собирают растворенные в воде соли и уплотняются. Насыщенные иониты регенерируют, после чего проводят их очистку. Продукты, полученные из насыщенных ионитов, называются "элюаты", в их состав входят растворы солей и щелочей. Часть из них являются ценными веществами, поэтому их утилизируют как ценные компоненты.

деминирализация воды

Обратный осмос

Технический прогресс и начавшая наблюдаться нехватка пресной воды рождают новые технологии опреснения и обессоливания. Популярным способом становится метод обработки обратным осмосом, надежность ему гарантирует развитие мембранных технологий. Промышленный интерес вызван сравнительно низкими энергозатратами. Большая часть аппаратов этого принципа используются для доочистки речной воды, где их эффективность многократно доказана.

Для бытового использования установки для обессоливания воды, основанные на принципе обратного осмоса, пригодны как в плане энергозатрат, так и по качеству получаемого продукта. В основе принципа обратного осмоса лежит пропускание воды под давлением через мембрану, которая непроницаема для растворенных солей и других примесей. Процесс обессоливания воды обеспечивают синтетические полупроницаемые мембраны, которые не могут задержать некоторые растворенные в воде газы (хлор, углекислота и пр.).

Метод обратного осмоса очищает воду от всех примесей, происходит полная деминерализация, что вредно для человеческого организма. В большинстве случаев обывателю приходится выбирать между водопроводной водой или обработанной при помощи какого-либо фильтра. Меньшим злом является вода, лишенная всех природных компонентов.

На сегодняшний день в некоторых странах уже существуют заводы по производству питьевой воды, где для обессоливания используют метод обратного осмоса, и в качестве дополнительной доочистки из нее выводят растворенные газы. Чтобы придать ей нормальное состояние, приближенное к естественному, на предприятиях в очищенную воду добавляют необходимые соли в выверенной концентрации.

фильтрация воды

Плюсы и минусы основных методов

Каждый из методов обессоливания воды имеет как положительные, так и отрицательные качества. Рассмотрев их подробно, можно понять, какому из них отдать предпочтение:

Ионный обмен помогает получить наиболее чистую воду, система надежна и не реагирует на степень минерализации исходной жидкости, требует небольших затрат на оборудование. Процесс обессоливания происходит при минимальных потерях расхода воды. К минусам метода относится стремительное загрязнение окружающей среды вредными химикатами, высокая стоимость самих реагентов, система быстро загрязняется и требует частой замены фильтров. Утилизация отходов и фильтрующих частей сопряжена со сложностями.

Дистилляция. Установки для обессоливания воды, основанные на термическом методе, используются без применения химических веществ, демонстрируют хорошее качество полученной жидкости, выделяемое в процессе работы тепло можно использовать для других нужд. Отличительной чертой данного способа является возможность устранения растворенных в воде газов. К минусам метода относятся: большие энергозатраты, необходимость подготовки воды, затраты на обслуживание установки (чистка всех частей), дороговизна аппаратуры.
Мембранные установки отличаются неприхотливостью к исходному состоянию воды, для процесса не требуются химические реагенты, просты в обслуживании. Отрицательными качествами являются: подготовка воды к процессу обработки, большой объем воды для обеспечения работы аппаратов, большой расход электроэнергии, что сказывается на стоимости конечного продукта.

Обессоливание в домашних условиях

Фильтрация воды – самый доступный способ доочистки. Для обессоливания колодезной или морской жидкости в домашних условиях есть два распространенных способа:

Емкость с водой поместить в морозильную камеру и оставить до неполного замерзания. Соль с частью жидкости не замерзнет, лед следует растопить, и можно пользоваться сразу. Для дополнительной очистки стоит пропустить талую воду через любой бытовой фильтр. Метод называется холодной дистилляцией.

Выпаривание. Берут две емкости разного размера, в большую наливают морскую/соленую воду, меньшую оставляют пустой и помещают в большую посуду. Всю конструкцию можно поставить для нагревания на плиту или оставить на солнце, предварительно закрыв крышкой. Необходимо добиться медленного кипения соленой воды. Пары, лишенные соли, будут концентрироваться в пустой емкости. Процесс испарения на солнце будет протекать гораздо медленнее. При этом способе получается довольно малый объем питьевой воды.

Опреснение и обессоливание воды кустарными способами возможно, но малорезультативно. Лучшим вариантом будет приобретение бытовой установки для очистки.

процесс обессоливания воды

Бытовые установки

Для бытовых нужд чаще всего необходимы системы для доочистки воды. Фильтрация воды может проводиться несколькими способами:

Самый простой и доступный – кувшин со сменными фильтрами.
Насадка с фильтром на кран.
Настольные фильтры для воды.
Встраиваемые системы, осуществляющие очистку жидкости в зависимости от места размещения (только на кухне, в точке входа подачи воды в дом, многоступенчатые фильтры для очистки воды из артезианской скважины и т. д.).

Ни одна из бытовых систем не может полностью устранить соли из жидкости, но смягчить жесткую воду в состоянии. В этом случае необходимо знать, какими элементами она насыщена, чтобы подобрать систему, картриджи для воды, фильтры или реагенты. Процесс обессоливания требует габаритных аппаратов, большой площади для установки, крупных финансовых инвестиций и доступность обслуживания системы, что недоступно для широкого круга потребителей.

картриджи для воды

Виды бытовой очистки

На сегодняшний день повсеместно используются следующие виды очистки воды:

Угольная фильтрация. Прибор представляет собой емкость, наполненную древесным, активированным или каменным углем. Вода, прошедшая через такой фильтр, очищается от хлора, нефтесодержащих элементов, пестицидов, микроорганизмов, бактерий и т. д. Фильтр доступен по стоимости, долговечен и прост в эксплуатации.

Тонкой очистки. Этот вид фильтров делится на два вида – однофункциональные и многофункциональные. При любом выборе требуется обслуживание – постоянно менять картриджи для воды, производить замену арматуры и пр.
Грубой очистки. Устраняют крупные частички загрязнений (песок, ржавчину, осадок и пр.).
Глубокой очистки. К этому виду фильтров относятся системы с обратным осмосом, многоступенчатые фильтры и пр.

В большинстве регионов России требуется только дополнительная очистка воды, поскольку водных ресурсов в стране достаточно. Единственный регион, где может наблюдаться недостаток пресной воды, – это Крым, куда, возможно, потребуются промышленные установки для опреснения морской воды. Все аппараты для проведения процессов имеют патент. Опреснение и обессоливание воды должно производиться на научно обоснованных методах с обязательным тестированием результатов в лабораторных условиях.

fb.ru

Обессоливание воды: что это такое?

Установка обессоливания воды Весьма болезненный на сегодня вопрос. В воде оказывается такое количество солей, что даже ее обессоливание может быть разным. Но есть два самых главных направления обессоливания воды – это устранение жесткости, как вариант убрать соли жесткости из воды. И есть опреснение воды – как устранение из воды лишнего количества солей.

Многообразие и сравнение методов обессоливания

Чтобы понимать принципиальную разницу между опреснением и обессоливанием, ниже будут приведены энциклопедические понятия того и другого. Тогда сразу станет нагляднее разница. Т.к. очень часто люди путают эти понятия.

Опреснение согласно данным СанПин – это устранение из воды солей общего назначения до показания 1 тысячи миллиграмм на литр.

Обессоливание – это снижение уровня солей до показателей 5 миллиграмм и ниже. Такое значение включения солей соответствует производству дистиллированной воды, а значит, сразу можно сказать, что опреснение – производство для питьевой воды. Обессоливание – производство воды специального назначения. Фармацевтика, химическая промышленность держаться именно на обессоливании воды.

В таблице, что приведена далее, точно показаны параметры содержания солей в воде разного назначения

Вид водных ресурсов	Содержание солей (грамм на литр)
Питьевая	Не более 1
Питьевая особого назначения	Не более 1,5
Морская	10-40

Получается, что морская вода совершенно не подходит для любого типа производства. Да и для питья тоже. Пресной воды на Земле очень мало, а количество людей на ней с каждым годом увеличивается. Потому и способов обессоливания сегодня становится все больше. Находят какие-то новые технологии, более экономичные, безопасные и удобные.

На сегодня чаще всего для обессоливания используют такие методы:

Кипячение;
Реагентный ионный обмен;
Мембранные вариант – нанофильтрация, обратный осмос;

Комбинации любых методов;
Электрический диализ – устранение солей электрополем.

Каждый вариант обработки воды имеет свои как внушительные плюсы, так и значительные минусы. Тот же ионный обмен всем известный слишком дорог в обслуживании. Замены картриджей, потом отходы, с которыми непонятно как поступить и как утилизировать. Так, что для такого способа обессоливания есть свои показатели, когда он становится выгодным. Если солей в воде больше двух миллиграмм, то ионный обмен будет выгоден.

Стандартным кипячением можно устранить соль любого содержания из воды.

Если есть необходимость получить воду с определенными характеристиками, то тогда только обратный осмос. Он классический вариант метода обессоливания воды. Вся фармакология работает только с обратноосматическими и нанофильтрационными установками. Причем нанофильтрация – это тот же осмос, только низконапорный. Метод хорош еще и тем, что мембраны с каждым годом изобретают новые, и это дает возможность учесть еще какие-то нюансы при производстве воды. Да и стоимость мембран постепенно снижается, что делает осмос более доступным обычному потребителю, а не дорогостоящим производствам.

Если есть необходимость в получении воды с высоким показателем очистки (такая бывает нужна для микротехнологий и микробиологии), то в этом случае лучше использовать комбинированные установки. Так сегодня отлично работают комплексы – обратный осмос – ионный обмен.

Потом специальную воду для медицины раньше получали только кипячением и дегазацией. Сегодня это опять обратный осмос только в смеси с ультрафиолетовым облучением.

Потому можно смело утверждать, что количество методов обессоливания воды хоть и остается на том же уровне, но умудряется расширяться внутри. Различные комбинации основных методов водоподготовки. Изобретение новых мембран делает очистку от солей более разнообразной и более качественной.

Особенности трех китов обессоливания

Конечно, самым старым способом очистить воду от солей жесткости был и остается вариант воду нагреть и закипятить. Однако это еще не все варианты обессолить воду. Есть еще такие варианты как перегонка, выпаривание и дистилляция. Ну и антипод кипячения – вымораживание.

Итак, что собой представляет кипячение? Доведение воды до состояния кипячения, когда вода переходит в газообразную форму. В последующем весь этот пар нужно будет конденсировать, чтобы получить чистую воду без примесей солей, которые слишком тяжелые для того, чтобы испаряться. Для того, чтобы конденсирующая вода опять не попадала в ту, что кипятиться, в установке всегда есть специальный фазовый переход. Он помогает при испарении выводить пар из установки, при конденсации – выводить воду.

Кипячение используют сегодня только потому, что оно самое дешевое и самое удобное. При этом отходы - это твердые соли, а для производства чистой воды никакие реагенты не нужны.

Экономически метод не совсем выгоден, т.к. степень очистки не велика. Да и при кипячении на стенках оборудования остаются все соли. То есть очень скоро поверхности придется чистить, восстанавливать. На это пойдет значительное количество средств. Да и почистить без механических средств или без использования химикатов невозможно.

Теперь о дистилляции. Такие приборы могут быть в один прием, а могут быть многоступенчатые или термокомпрессионные. Что касается комбинаций, то лучше всего выпарка или дистилляция работают с ионным обменом или любым другим именно химическим прибором.

При таких сочетаниях очень удобно варьировать расход, как непосредственно реагентов, так и тепла с электроэнергией.

После кипячения свою нишу в среде обессоливания занимает ионный обмен. О нем уже писано-переписано во всевозможных статьях об умягчении воды. Принцип самый простой. Внутри у прибора есть специальная смола, которая легко всасывает в себя соли, точнее меняет их на какой-то свой элемент. Причем никаких дополнительных стимуляторов этому процессу не нужно.

С помощью ионного обмена могут производить как частичное, так и полное обессоливание воды. Частичное представляет собой умягчение воды с помощью ионообменных натриевых смол

Если это полное обессоливание – то тогда из воды убирают любые соли и примеси. Степень очищения будет тем выше, чем ближе ионит к каждому микроэлементу от которого нужно избавиться. От этой близости зависит насколько быстро он сможет, поменяться местами с ионитом и насколько эффективно такая смена произойдет.

Такой вариант очистки хорош тем, что его можно проводить в несколько этапов, а вариант очистной засыпки можно менять, а можно и компоновать несколько разных ионитов. Правильно подобрав состав ионитов, можно добиться очень высокой степени очистки воды, от практически любых примесей.

Самой глубокой степени очистки анионов можно добиться только путем использования анионитов сильной степени окисления.

Есть еще вариант очистки с помощью смешанного фильтра, где используют и катионит, и анионит, для устранения примесей с положительным и отрицательным зарядом. В этом случае вода получается с нормальным кислотно-щелочным уровнем и содержание солей любых уменьшают примерно в 7-10 раз.

К плюсам данного метода можно смело отнести и высокую скорость очистки. К минусам относят тяжелый момент при разделении отходов катионитов и анионитов, затрудненный вариант восстановления фильтрующей части. Потому используют такие установки мало, и для сильно специфической воды.

И последний частый гость обессоливания – обратный осмос. Здесь степень устранения солей зависит напрямую от пропускной способности мембран, основного фильтрующего элемента. Степень очищения следующая:

- при нанофильтрации 0,5-0,7

- при низконапорном обратном осмосе – 0,8-0,95

- при высоконапорном – 0,98-0,99

То есть получить воду, совершенно без примесей поможет только высоконапорный обратный осмос.

При выборе обратноосматической установки нужно помнить, что практически все данные работы установок, выложенные в интернете или предоставленные печатными изданиями, измерялись при температуре 25 градусов. В реалиях же такое редко возможно. Температура воды постоянно меняется. И это нужно учитывать.

vodopodgotovka-vodi.ru

Обессоливание воды - методы, наиболее популярные

Обессоливание воды, методы которого отличаются большим разнообразием, называемое также деионизацией или деминерализацией, представляет собой уменьшение содержания растворенных в жидкости солей. Обессоливание морской или засоленной воды носит название опреснения. Нормы предусматривают содержание соли в воде, не превышающего одного грамма на литр. В отдельных случаях допустима концентрация соли полтора грамма на литр. Но во многих регионах концентрация солей в подземных и поверхностных водах превышает эти значения. А в морской воде, запас которой на планете является основным, соли содержится от десяти до сорока граммов на литр. Морская вода нуждается в опреснении. И для разных видов существуют свои методы обессоливания воды.

Не только для питьевого употребления, но и для нужд промышленности - теплоэнергетики, химической промышленности, электроники - нужна вода, очищенная от соли, или, содержащая минимальное количество соли.

Существует следующие способы обессоливания:

Обессоливание воды методы имеет различные. Термический метод, обратный осмос и электродиализ используют в промышленности для опреснения засоленных вод. Метод ионного обмена использует столько же реагентов, сколько содержится в воде соли. Поэтому его целесообразно использовать при концентрации солей – 2 г/л. Термический метод можно использовать для обессоливания воды с любым солесодержанием.

Во всем мире распространена практика опреснения методом обратного осмоса, обеспечивающего получение h3O с заданным высоким качеством. Постоянное совершенствование техники изготовления мембран и оборудования способствуют укреплению лидерских позиций этого метода. Для глубокого обессоливания воды методом деионизации, его используют в комбинации с другими методами очистки, включающей обратный осмос. И если раньше для получения апирогенной воды для медицины использовался обычно термический метод, то теперь он уступил место методу обратного осмоса, объединенного с ультрафиолетовым облучением.

Термические способы обессоливания – дистилляция, перегонка, выпаривание – являются самыми старейшими. В основе термического метода лежит перевод воды в фазу пара, а затем – ее конденсация. Тепло фазового перехода сначала, во время испарения, подводится к воде, а во время конденсации – отводится. Во время образования пара вместе с молекулами воды в фазу пара переходят молекулы растворенных в воде веществ. Преимуществом данного метода является минимум реагентов и отходов в виде твердых солей.

Обессоливание воды, методы и технические средства которого постоянно совершенствуются, становится все более эффективным. Современными технологиями можно получать воду с заданными параметрами очистки и обессоливания.

Дистилляционные установки для обессоливания воды делятся на многоступенчатые, одноступенчатые и термокомпрессионные. Выпарные установки в сочетании с ионообменными и рагентными схемами, представляет большой интерес для решения как экономических, так и экологических проблем.

Обессоливание воды методом ионного обмена – весьма распространенный, наиболее отработанный и довольно надежный метод. Частично обессолить жидкость можно, умягчив ее методами Н-катионирования с голодной регенерацией, Н-Na-катионирования, Н-катионирования на слабокислотном катионите. При введении катионов соли жесткости извлекаются и частично заменяются катионами водорода, разрушающий бикарбонат-ионы и удаляет образовавшийся газ из воды. По количеству удаленного карбоната кальция определяют степень обессоливания. Глубокое обессоливание удаляет из воды все макро- и микроэлементы. Степень очистки раствора по каждому катиону и аниону зависит от их расположения в рядах селективности. Можно задавать определенную степень очистки воды, практически, любого исходного состава, подбирая иониты с нужной степенью регенерации и количеством ступеней очистки. Такое обессоливание производится в одну, две или три ступени, либо смешанным слоем ионитов.

Смотрите также:

www.bwt.ru

Обессоливание воды

Обессоливание воды означает уменьшение содержания в ней растворенных солей. Этот процесс называют также деионизацией, или деминерализацией. Для морских и засоленных (солоноватых) вод такой процесс называют опреснением.

Нормами на питьевую воду предусмотрено, что их солесодержание должно быть менее 1 г/л, и лишь по специальному решению разрешается использовать воду с солесодержанием до 1,5 г/л. Однако в ряде регионов Израиля подземные воды содержат больше солей. Морская вода, составляющая основной запас воды на Земле, содержит от 10 до 40 г/л солей. Для использования таких вод для питьевых целей ее подвергают опреснению.

Для многих процессов в теплоэнергетике, химии, электронике требуется вода, содержащая минимальные количества солей, вплоть до сверхчистой, которая практически их не содержит.

Существует несколько способов обессоливания:

· термический;

· ионообменный;

· мембранные;

· обратный осмос;

· электродиализ;

· комбинированные.

Для опреснения засоленных вод используется термический метод, обратный осмос и электродиализ. Потребление при ионном обмене реагентов и объем отходов пропорциональны солесодержанию очищаемой воды, и поэтому его применение считается экономически оправданным при содержании солей до 2 г/л.

Термический метод позволяет обессолить воду с любым солесодержанием.

Во всем мире для опреснения морской воды наибольшее распространение получили установки обратного осмоса. Они обеспечивают получение воды с заданным высоким качеством. Лидирующее положение этого метода укрепляется по мере продолжающегося прогресса в технике изготовления мембран и дополнительного оборудования.

Для получения глубокообессоленной (деионизированной) воды используется как чисто ионообменная технология, так и ее комбинация с различными методами очистки, включающая обратный осмос. Термический метод, который ранее был обязателен для получения апирогенной воды для медицинских целей, и здесь уступил место обратному осмосу с УФ-облучением.

Термические методы обработки воды

Старейшим методом получения обессоленной воды (дистиллята) является термический метод – перегонка, дистилляция, выпарка.

Основой процесса является перевод воды в паровую фазу с последующей ее конденсацией. Для испарения воды требуется подвести, а при конденсации пара – отвести тепло фазового перехода. При образовании пара в него наряду с молекулами воды переходят и молекулы растворенных веществ в соответствии их летучестью.

Важнейшим преимуществом данного метода являются минимальные количества используемых реагентов и объем отходов, которые могут быть получены в виде твердых солей.

Тепловая и экономическая эффективность метода определяется режимом испарения и степенью рекуперации тепла фазового перехода при конденсации пара.

По характеру использования дистилляционные установки подразделяются на одноступенчатые, многоступенчатые и термокомпрессионные.

Наибольший интерес представляет использование выпарных установок в сочетании с ионообменными и реагентными схемами. В этих условиях возможно оптимизировать расход реагентов, тепла и решить как экономические, так и экологические проблемы.

Обессоливание воды ионным обменом

Наиболее часто обессоливание воды производят ионным обменом. Это наиболее отработанный и надежный метод.

Частичное обессоливание воды происходит при ее умягчении методами Н-Na-катионирования, Н-катионирования с голодной регенерацией, Н-катионирования на слабокислотном катионите. В этих процессах происходит извлечение солей жесткости и частичная их замена на катион водорода, который разрушает бикарбонат-ионы с последующим удалением образовавшегося газа из воды. Степень обессоливания соответствует количеству удаленного СаСО3.

При глубоком обессоливании из раствора удаляются все макро- и микроэлементы, т.е. соли и примеси. Степень очистки раствора по каждому макроэлементу (катиону и аниону) зависит от их сродства к данному иониту, т.е. от расположения в рядах селективности. Подбирая иониты, степень их регенерации и количество ступеней очистки, можно добиться необходимой глубины очистки воды практически любого исходного состава.

Обессоливание может проводиться в одну, две, три ступени или смешанным слоем ионитов. В каждой ступени раствор последовательно очищается сначала на катионите в Н-форме (при этом извлекаются все находящиеся в растворе катионы), а затем на анионите в ОН-форме (при этом извлекаются находящиеся в воде анионы).

Более глубокое извлечение анионов может протекать только на сильноосновных анионитах.

Высокую степень очистки можно обеспечить в одном аппарате со смесью катионита в Н-форме и анионита в ОН-форме, т.н. фильтре смешанного действия. В этом случае отсутствует противоионный эффект, и из воды за один проход через слой смеси ионитов извлекаются все находящиеся в растворе ионы. Очищенный раствор имеет нейтральное рН и низкое солесодержание, примерно в 5-10 раз ниже, чем на одной ступени ионного обмена. Допускается работа с очень высокими скоростями очистки раствора, зависящими от его исходного солесодержания.

После насыщения ионитов для их регенерации смесь необходимо предварительно разделить на чистые катионит и анионит (они, как правило, имеют некоторое различие по плотности). Разделение может производиться гидродинамическим методом или путем заполнения фильтра концентрированным 18%-ным раствором щелочи.

Из-за сложности операций разделения смеси ионитов и их регенерации такие аппараты используются в основном для очистки малосоленых вод, например, контурных, для глубокой доочистки воды, обессоленной на раздельных слоях ионитов либо обратным осмосом. То есть в тех случаях, когда регенерация проводится редко, либо иониты применяют для получения сверхчистой воды с сопротивлением, близким к 18МОм/см, в энергетике и микроэлектронике – там, где никакие другие способы не могут обеспечить заданное качество.

Обратный осмос и нанофильтрация

Извлечение растворенных веществ из воды может производиться мембранными методами.

Уровень обессоливания определяется селективностью мембран.

Методом нанофильтрации можно достигнуть частичного обессоливания, удалив соли жесткости вместе с двухзарядными анионами и частично – однозарядные катионы натрия и калия и анионы хлора.

Более глубокое обессоливание обеспечивает низконапорный обратный осмос. Максимальная эффективность по всем компонентам обеспечивается обратноосмотическими мембранами, работающими при высоком давлении. Суммарная степень обессоливания зависит от катионного и анионного состава воды и ориентировочно составляет: для нанофильтрации 50-70%, для низконапорного обратного осмоса 80-95%, для высоконапорного 98-99%.

Для обеспечения нормальной эксплуатации обратноосмотических и нанофильтрационных установок необходимо, чтобы вода, подаваемая на мембраны, соответствовала определенным нормам, а именно:

Подаваемая на мембраны вода должна содержать:

· Менее 0,56 мг/л взвешенных веществ;

· Менее 2-3 мгО2/л коллоидных загрязнений;

· Свободного хлора менее 0,1 мг/л для композитных полиакриламидных мембран и менее 0,6-1,0 мг/л для ацетатцеллюлозных;

· Малорастворимые соли (железа, кальция, магния, стронция) в концентрациях, не вызывающих их отложение на мембранах;

· Микробиологические загрязнения должны отсутствовать;

· Температура подаваемой воды не должна превышать 35-45oС;

· рН исходной воды должен находиться в пределах 3,5-7,2 для ацетатцеллюлозных мембран и 2,5-11,0 для полиакриламидных.

Для обеспечения указанных требований необходимо обеспечить предочистку воды перед ее подачей на мембранную установку. Она включает в себя узлы: механической фильтрации-обезжелезивания, дехлорирования, умягчения и дозирования ингибитора, обеззараживание ультрафиолетом.

Важным аспектом при расчете мембранных установок является учет температуры питающей воды.

www.edentalsystem.com

Обессоливание воды: методы и установки

Бизнес 24 февраля 2017

Что такое обессоливание воды

Методы

Полное обессоливание проводится следующими способами:

Дистилляция, термический способ.
Методом ионного обмена.
Методом электродиализа.
Мембранным обратным осмосом.

Частичное удаление соли достигается при применении таких способов:

Известкование.
Баритовое умягчение.
Н-катионирование.
Вымораживание.

обессоливание воды

Видео по теме

Частичное обессоливание

Дистилляция воды

методы обессоливания воды

Электрохимический метод

установки для обессоливания воды

Ионный обмен

деминирализация воды

Обратный осмос

фильтрация воды

Плюсы и минусы основных методов

Ионный обмен помогает получить наиболее чистую воду, система надежна и не реагирует на степень минерализации исходной жидкости, требует небольших затрат на оборудование. Процесс обессоливания происходит при минимальных потерях расхода воды. К минусам метода относится стремительное загрязнение окружающей среды вредными химикатами, высокая стоимость самих реагентов, система быстро загрязняется и требует частой замены фильтров. Утилизация отходов и фильтрующих частей сопряжена со сложностями.
Дистилляция. Установки для обессоливания воды, основанные на термическом методе, используются без применения химических веществ, демонстрируют хорошее качество полученной жидкости, выделяемое в процессе работы тепло можно использовать для других нужд. Отличительной чертой данного способа является возможность устранения растворенных в воде газов. К минусам метода относятся: большие энергозатраты, необходимость подготовки воды, затраты на обслуживание установки (чистка всех частей), дороговизна аппаратуры.
Мембранные установки отличаются неприхотливостью к исходному состоянию воды, для процесса не требуются химические реагенты, просты в обслуживании. Отрицательными качествами являются: подготовка воды к процессу обработки, большой объем воды для обеспечения работы аппаратов, большой расход электроэнергии, что сказывается на стоимости конечного продукта.

Обессоливание в домашних условиях

Емкость с водой поместить в морозильную камеру и оставить до неполного замерзания. Соль с частью жидкости не замерзнет, лед следует растопить, и можно пользоваться сразу. Для дополнительной очистки стоит пропустить талую воду через любой бытовой фильтр. Метод называется холодной дистилляцией.
Выпаривание. Берут две емкости разного размера, в большую наливают морскую/соленую воду, меньшую оставляют пустой и помещают в большую посуду. Всю конструкцию можно поставить для нагревания на плиту или оставить на солнце, предварительно закрыв крышкой. Необходимо добиться медленного кипения соленой воды. Пары, лишенные соли, будут концентрироваться в пустой емкости. Процесс испарения на солнце будет протекать гораздо медленнее. При этом способе получается довольно малый объем питьевой воды.

процесс обессоливания воды

Бытовые установки

Самый простой и доступный – кувшин со сменными фильтрами.
Насадка с фильтром на кран.
Настольные фильтры для воды.
Встраиваемые системы, осуществляющие очистку жидкости в зависимости от места размещения (только на кухне, в точке входа подачи воды в дом, многоступенчатые фильтры для очистки воды из артезианской скважины и т. д.).

картриджи для воды

Виды бытовой очистки

На сегодняшний день повсеместно используются следующие виды очистки воды:

Угольная фильтрация. Прибор представляет собой емкость, наполненную древесным, активированным или каменным углем. Вода, прошедшая через такой фильтр, очищается от хлора, нефтесодержащих элементов, пестицидов, микроорганизмов, бактерий и т. д. Фильтр доступен по стоимости, долговечен и прост в эксплуатации.
Тонкой очистки. Этот вид фильтров делится на два вида – однофункциональные и многофункциональные. При любом выборе требуется обслуживание – постоянно менять картриджи для воды, производить замену арматуры и пр.
Грубой очистки. Устраняют крупные частички загрязнений (песок, ржавчину, осадок и пр.).
Глубокой очистки. К этому виду фильтров относятся системы с обратным осмосом, многоступенчатые фильтры и пр.

Источник: fb.ru

Комментарии

Идёт загрузка...

3. Методы опреснения и обессоливания воды

Методы опреснения и обессоливания воды подразделяются на две основные группы, с изменением и без изменения агрегатного состояния. К первой группе относятся дистилляция, вымораживание (т.е. изменяют свое агрегатное состояние), ко второй - ионный обмен, электродиализ, обратный осмос. Выбор метода обуславливается качеством исходной воды, требованием к качеству очищенной воды, производительностью установки и технико-экономическими соображениями. Очистка воды методом дистилляции. Дистилляция - процесс подогрева водного раствора до кипения, отбора образующегося водяного пара и его конденсации. Полученный конденсат водяного пара называют дистиллятом (дистиллированной водой). Если процесс дистилляции повторить, то получим бидистиллят. Дистилляция - традиционный и самый распространенный способ опреснения воды, этим методом получают 96 % всей опресняемой в мире воды. Дистилляция используется для очистки воды от любых загрязнений (взвешенных и растворенных), кроме летучих и газообразных. Данный метод в связи с его большими экономич. затратами использ. только в очистке радиоактивных веществ, исп. на уст-ках СВО-3, СВО-6, СВО-7. Вымораживание - метод опреснения воды, заключающийся в охлаждении соленой воды ниже температуры замерзания, отделении образовавшегося льда и последующем его плавлении. Вымораживания– исп. на СВО-3, СВО-5, СВО-6. Метод ионного обмена основан на явлении обмена ионов, при контакте некоторых твердых вещ-в с растворами, эти твердые вещ-ва загружаются в ионно-обменные фильтры (Они нерастворимы в воде). Метод ионного обмена происходит в 2 этапа: -катионирование (КУ-2-8 (чс))(обмен положительно заряженных ионов в растворах на положительные ионы водорода). R-H++Na+Cl- – R-Na++H+Cl-

-анионирование (АВ-17-8 (чс)) (-//- на отрицательно -//-). R+OH-+H+Cl- – R+Cl-+h3O. Метод обратного осмоса. Метод деминерализации воды обратным осмосом основан на прохождении чистого растворителя через полупроницаемую мембрану. Разность давлений. Электродиализ - процесс удаления из растворов (проводников второго рода) ионизированных веществ путем переноса их через мембраны в поле постоянного электрического тока. В такой системе возникает направленное движение ионов Н+ и ОН-, причем катионы движутся к катоду, а анионы - к аноду.

4. Очистка воды от растворенных газов

В воде растворяются практически все газы. В контурах присутствуют газы:,h3, Nh4, N2 – (O2 ,CO2 агрессивные газы). В деаэраторе удаляется CO2 ,O2, бикарбонаты, карбонаты. главные эжектора удаляют O2 (примерно 98% [100кг/час]). Методы удаления из воды агрессивных газов подразделяется на физические и химические. К физическим методам удаления из воды агрессивных газов (О2 и СО2) относят дегазацию с помощью аэрации и деаэрации и десорбционного обескислороживания. При дефектах трубок в конденсаторе появляется приток охлаждающей воды в конденсатор => появление хлоридов, бикарбонатов, карбонатов, кремниевой кислоты, при повыш. температурах NaHCO3->Na2CO2 +h3O+CO2. Кислород и диоксид углерода присутствуют в воде в результате растворения при контакте воды с атмосферным воздухом. Аэрация. Удаление из воды углекислоты осуществляется методом аэрации. Сущность метода аэрации заключается в продувании через воду свободного от углекислоты воздуха. Так же как и при термической деаэрации воды, над поверхностью обрабатываемой воды создается атмосфера, в которой парциальное давление углекислоты ничтожно мало по сравнению с парциальным давлением углекислоты в воде. Деаэрация. Термическая деаэрация сочетает процессы подогрева воды до температуры насыщения и удаления диоксида углерода и кислорода из воды в паровую среду, т.е. термич.деаэрция зависит только от растворенных газов в воде. (З-н Генри Дальтона – количество растворенного газа в жидкости прямо пропорцнионально его упругости, а в случае смеси газов, находящихся над жидкостью, количество поглощенного газа пропорционально его парциальному давлению). Дегазация происходит за счет двух факторов: образования и удаления пузырьков газа и его диффузии через поверхность контакта фаз. С пузырьками удаляется до 90...95 % растворенного в воде газа. Химический способ основан на связывании О2 различными реагентами и применяется преимущественно для устранения проскоков О2 через Д-7 в случае нарушения его работы (гидразин-гидрат).

studfiles.net

Обессоливание воды, эффективные методы

Установка обессоливания и опреснения воды

Если затратить немного времени, изучить хотя бы общие принципы водоподготовки, то будет проще ориентироваться при выборе соответствующего оборудования для оснащения им жилья, или коммерческого предприятия. Не является исключением данный процесс, обессоливание воды. Личный контроль на основе полученных знаний вместе с опытом профильного специалиста – это увеличит шансы на получение нужного результата.

Правильное определение понятий

Чтобы изначально исключить некоторые ошибки, точно опишем основные термины. Обессоливание воды производится в соответствии с нормами государственного стандарта. После выполнения технологических процедур относительное содержание примесей не должно превышать 5-ти мг. солей на 1 литр воды. Такая высокая степень очистки используется в промышленности, в исследовательских и научных лабораториях, там, где необходимо точно исключить наличие загрязнений.

Для подготовки питьевой, пригодной для приготовления пищи, воды применяются отечественные санитарные нормы. Они допускают содержание солей в 200 раз большее (не более 1 000 мг на 1 литр). Данный процесс именуется опреснением. Исходным сырьем в данном случае часто является морская вода. Соответствующее оборудование устанавливается на судах, в прибрежных городах, там, где невозможно использование иных источников и есть достаточное количество энергии.

Самые «простые» методы

В предыдущем разделе было отмечено, что для опреснения требуется энергия. Она же пригодится и тогда, когда планируется обессоливание воды. Дело в том, что удаление солей и других примесей традиционно производится с помощью изменения агрегатного состояния вещества. Если нагреть воду до определенной температуры, то она преобразуется в пар. Далее можно будет использовать разные уровни концентрации соли в жидкости и паре. Используя отвод пара на определенном участке рабочего объема и последующее охлаждение, получают хорошо очищенную воду (дистиллят).

Данный процесс производится с использованием простейших химических методов очистки воды, перегонки, выпариванием, с разделением на несколько разных фракций. Высокую производительность обеспечивает использование ректификационных колонн. В этих установках часть жидкости движется в противоположном направлении по отношению к пару. Некоторые технологии дистилляции включают в себя конденсацию пара с переходом в твердую фазу.

Понятно, что повышение температуры воды до кипения жидкости сопровождаются большими затратами энергии и времени. Подобный термический метод можно реализовать в домашних условиях, но вряд ли это будет целесообразно для ежедневного использования. Повышенные затраты и необходимость личного контроля за работой водоподготовки котельных установок являются самыми существенными ограничениями.

Технология термического обессоливания воды

Обессоливание воды с меньшими затратами можно произвести, если применить термическое обессоливание, либо ионный обмен. Технология термического обессоливания используется и в бытовых установках. В ней главную функцию выполняют особые наполнители, катиониты. Они извлекают из морской воды ионы примесей. Когда насыщение достигнет предельного уровня, выполняется регенерация.

Метод термического обессоливания производится в домашних условиях с использованием поваренной соли. Но такие виды оборудования рассчитаны на сравнительно небольшие уровни жесткости. В производстве применяются иные катиониты и регенерирующие растворы на основе кислот и щелочей.

Совершенствование ионного обмена

Предыдущая методика безопасна в бытовом применении, ведь регенерирующий раствор, который после промывки ионообменных смол направляется в дренаж, создается из поваренной соли. Ее особая форма, в таблетках, предотвращает произвольное образование крупных соединений вещества, обеспечивает нужную скорость растворения. Она чище, чем обычная пищевая соль, не содержит йода, иных примесей.

В производственных процессах для регенерации используются щелочи и кислоты. Их используют неоднократно, с контролем расхода. Но в итоге – в отходы направляются агрессивные, опасные для окружающей среды соединения. На самом деле, умягчение воды методом ионного обмена весьма эффективный, но дорогой в обслуживании!!! Их нейтрализация сопряжена с дополнительными затратами.

Эту проблему можно решить, если обессоливание воды произвести с помощью деионизации электричеством. В установках опреснения морской воды соответствующего типа размещаются особые модули, состоящие из нескольких слоев. В них есть ионообменные гранулированные смолы, а также особые мембраны, через которые способны проникать катионы, или анионы. При включении генератора в рабочем объеме образуется электрическое поле. В данном случае из жидкости извлекаются ионные соединения, но одновременно происходит регенерация. Восстановительный процесс эффективен, но при этом в канализацию направляются только задержанные установкой ионы, а не агрессивные химические соединения.

Мембраны: самые лучшие фильтры

Обратный осмос – эта замечательная технология используется и в бытовых, и в промышленных установках. Тщательный подбор миниатюрных размеров отверстий мембран позволяет пропускать только частицы с определенными, меньшими по сравнению с установленным значением, размерами.

В данном случае существенным ограничением является только относительно невысокая скорость процесса. Для экономии времени используют повышение давления. Напор увеличивается и в некоторых домашних установках, если он недостаточен. Обессоливание воды с помощью мембранных технологий можно произвести с чистотой до 99%.

Решение отдельных проблем с обессоливанием и опреснением морской воды

На практике приходится производить обессоливание и опреснение морской воды с учетом конкретных требований определенного потребителя. Иногда применяется последовательность из нескольких стадий обработки. На первом этапе задерживаются механические примеси. Далее производится нанофильтрация (размеры пор в разделительной мембране составляют около 1-го нанометра). После выполняется процедура ионного обмена с деионизацией. Подобный метод позволит получить неплохую производительность и вместе с тем снизить количество вредных выбросов.

Процесс опреснения морской воды в деталях Рассмотрим некоторые проблемы, которые часто приходится решать в домашних условиях:

Питьевая вода. Для ее приготовления недостаточно простого кипячения. Соли с использованием такой методики будут удалены, но останутся иные примеси. Образованная на стенках чайника накипь трудно отделяется. Для очистки придется использовать вредные для здоровья химические составы, содержащие кислоты. Механические приспособления и абразивы могут повредить рабочие поверхности. Более удобным является использование обратного осмоса, но надо рассчитывать на потребление не более 200 литров в течение суток. Такой очиститель воды не подойдет для удовлетворения всех потребностей семьи, даже если она небольшая, состоит из 2-3 человек;
Защита от накипи. Иногда, обессоливание и опреснение морской воды делается, чтобы в котлах и другом оборудовании не появлялись соответствующие вредные слои. Их основу составляют соединения кальция и магния. Если произвести предварительную обработку воды сильным магнитным полем, то микрочастицы примесей изменят свою обычную форму. На них появятся выступы в виде шипов, препятствующие их объединению в более крупные объекты. Самыми эффективными являются современные термическике установки, которые работают с использованием электрогенераторов. Индукционная катушка в этом варианте создается из нескольких витков провода на участке трубопровода длиной около 500 мм.

filtryvodi.ru