Обзор способов опреснения морской воды
О.В. Мосин, к.х.н.
Обзор способов опреснения морской воды
Глобальной неувязкой населения земли в новеньком тысячелетии становится неувязка получения применимой для питья пресной воды. Недостаток пресной воды остро чувствуется на местности более 40 государств, расположенных в засушливых областях земного шара и составляющих около 60% всей поверхности суши. Мировое потребление воды сначала XXI века достигнуло 120-150·109 м3 в год. Возрастающий мировой недостаток пресной воды может быть скомпенсирован опреснением солёных (солесодержание более 10 г/л) и солоноватых (2-10 г/л) океанических, морских и подземных вод, припасы которых составляют 98% всей воды на земном шаре.
Пресная вода является ценной составной частью морской воды. Нехватка пресной воды больше чувствуется в индустриально продвинутых странах, как США и Япония, где потребность в пресной воде для бытовых нужд, сельского хозяйства и индустрии превосходит имеющиеся припасы. В таких странах, как Израиль либо Кувейт, где уровень осадков очень низок, припасы пресной воды не соответствуют потребностям в ней, которые растут в связи с модернизацией хозяйства и приростом населения. В предстоящем население земли окажется перед необходимостью рассматривать океаны как другой источник воды.
Наша родина по ресурсам поверхностных пресных вод занимает 1-ое место в мире. Но до 80% этих ресурсов приходится на районы Сибири, Севера и Далекого Востока. Всего около 20% пресноводных источников размещено в центральных и южных областях с самой высочайшей плотностью населения и высокоразвитыми индустрией и сельским хозяйством. Некие районы Средней Азии (Туркмения, Казахстан), Кавказа, Донбасса, юго-восточной части РФ, владея наикрупнейшими минерально-сырьевыми ресурсами, не имеют источников пресной воды. Совместно с тем ряд районов нашей страны располагает большенными припасами подземных вод с общей минерализацией от 1 до 35 г/л, не применяемых для нужд водоснабжения из-за высочайшего содержания растворенных в воде солей. Эти воды могут стать источниками водоснабжения только при условии их предстоящего опреснения.
Принципиальным параметром морской воды при опреснении является солёность, под которой предполагается масса (в граммах) сухих солей (в большей степени NaCl) в 1 кг морской воды. Средняя солёность вод мирового океана постоянна и составляет 35 г/кг морской воды.
Вместе с NaCl в морской воде содержатся K+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Br-, F-, H3BO3, которые можно получать из морской воды в промышленных масштабах (Таблица). Посреди других веществ, содержащихся в морской воде в концентрациях от 1 млн. д. до 0,01 млн. д., встречаются литий (Li), рубидий (Rb), фосфор (P), йод (J), железо (Fe), цинк (Zn) и молибден (Mo). Не считая этих частей в морской воде найдено около 30 других частей в более низких концентрациях.
Таблица
Хим вещества, находящиеся в морской воде
в концентрации выше 0,001 г/кг (1 млн.д.) по весу
Хим вещество
Содержание, г/кг морской воды
Концентрация, моль/л морской воды
Хлориды Сl-
19,35
0,55
Натрий Na+
10,76
0,47
Сульфаты SО42-
2,71
0,028
Магний Mg2+
1,29
0,054
Кальций Са2+
0,412
0,010
Калий К+
0,40
0,010
Диоксид углерода СО2
0,106
2,3 . 10-3
Бромиды Вr-
0,067
8,3 . 10-4
Борная кислота Н3ВО3
0,027
4,3 . 10 -4
Стронций Sr2+
0,0079
9,1 . 10-5
Фториды F-
0,001
7 . 10-5
Высочайшая концентрация солей делает морскую воду неприменимой для питьевых и хозяйственных целей. Потому её нужно опреснять, т.е. проводить обработку с целью понижения концентрации растворённых солей до 1 г/л. Опреснение воды может осуществляться хим (хим осаждение, ионный обмен), физическими (дистилляция, оборотный осмос либо гиперфильтрация, электродиализ, вымораживание) и био способами с внедрением возможности неких фотосинтезирующих водных растений избирательно всасывать NaCl из морской воды.
За последние годы были также предложены новые другие способы опреснения морской воды за счёт воздействия ультразвуком, акустическими, ударными волнами, электрическими полями и др.
Обилие имеющихся способов получения пресной воды разъясняется тем, что ни какой-то из них не может считаться универсальным, применимым для данных определенных критерий. Свойства способов опреснения, получивших наибольшее практическое применение приводятся ниже.
Хим опреснение
При хим методе опреснения в морскую воду вводят особые осаждающие реагенты, которые при содействии с растворёнными в ней ионами солей (хлориды, сульфаты), образуют нерастворимые, выпадающие в осадок соединения. Вследствие того, что морская вода содержит огромное количество растворенных веществ, расход реагентов очень значителен и составляет приблизительно 3—5% количества опресненной воды. К субстанциям, способным создавать нерастворимые соединения с ионами натрия (Na+) и хлора (Cl-), относятся соли серебра (Ag+) и бария (Ba2+), которые при обработке солёной воды образуют выпадающие в осадок хлористое серебро (AgCl) и сернокислый барий (BaSO4). Эти реагенты дорогостоящие, реакция осаждения с солями бария протекает медлительно, соли бария токсичны. Потому хим осаждение при опреснении воды употребляется очень изредка.
Дистилляция
Дисцилляция воды (перегонка) базирована на различии в составе воды и образующегося из нее пара. Процесс осуществляется в особых дистилляционных установках – опреснителях методом частичного испарения воды и следующей конденсации пара. В процессе дистилляции более летучий компонент (низкокипящий) перебегает в паровую фазу в большем количестве, чем наименее летучий (высококипящий). Потому при конденсации образовавшихся паров в дистиллят перебегают низкокипящие, а в кубовый остаток — высококипящие составляющие. Если из начальной консистенции отгоняется не одна фракция, а несколько, дистилляция именуется фракционной (дробной). Зависимо от критерий процесса различают ординарную и молекулярную дистилляцию.
Дистилляционная опреснительная установка состоит из испарителя 1, снабженного теплообменным устройством для подвода к воде нужного количества теплоты; нагревательного элемента 2 для частичной конденсации пара, выходящего из испарителя (при фракционной дистилляции); конденсатора 3 для конденсации отбираемого пара; насоса 4; сборников дистиллята 5 и кубового остатка 6 (рис. 1).
Рис. 1. Схема одноступенчатого дистилляционного опреснителя: 1 — корпус испарительной камеры; 2 — нагревательный элемент; 3 — конденсатор; 4 — насос; 5 — сборник дистиллята.
Современные дистилляционные опреснители разделяются на одноступенчатые, многоступенчатые с трубчатыми нагревательными элементами, либо испарителями, многоступенчатые с моментальным вскипанием и парокомпрессионные.
Многоступенчатый испаритель (рис. 2) состоит из ряда поочередно работающих испарительных камер с трубчатыми нагревательными элементами. Нагреваемая солёная вода движется снутри трубок нагревательного элемента, греющий пар конденсируется на наружной поверхности. При всем этом нагрев и испарение воды в первой ступени осуществляются паром рабочего котла, работающего на дистилляте; греющим паром последующей ступеней служит вторичный пар предшествующей испарительной камеры. Данная установка способна производить около 0.9 т. пресной воды на 1 т. первичного пара. Расход тепла на получение 1 кг пресной воды в одноступенчатом дистилляционном опреснителе составляет около 2400 кдж.
Рис. 2. Схема многоступенчатого дистилляционного опреснителя с трубчатыми нагревательными элементами: 1 — испарительные камеры 1, 2, 3 и 4-й ступеней; 2 — трубчатые нагревательные элементы; 3 — концевой конденсатор; 4 — брызгоулавливатель; 5 — насос.
В опреснителях с моментальным вскипанием (рис. 3) солёная вода проходит поочередно через конденсаторы, интегрированные в испарительные камеры, нагреваясь за счёт тепла конденсации, потом поступает в главный подогреватель и греется выше температуры кипения воды в первой испарительной камере, где происходит процесс кипения. Потом пар конденсируется на поверхности трубок конденсатора, а конденсат стекает в конденсатор и насосом откачивается потребителю. Неиспарившаяся вода перетекает через гидрозатвор в последующую камеру с более низким давлением, где она опять вскипает, и т.д. Рекуперация тепла фазового перехода в многоступенчатом опреснителе позволяет понизить расход тепла по сопоставлению с одноступенчатым дистилляционным опреснителем на 1 кг пресной воды до 250—300 кдж.
Рис. 3. Схема многоступенчатого дистилляционного опреснителя с моментальным вскипанием: I, II, III, IV и N — камеры испарения; 1 — насос; 2 — паровой эжектор; 3 — конденсатор эжектора; 4 — подогреватель; 5 — брызгоулавливатель; 6 — конденсатор; 7 — поддон для сбора конденсата.
Главным преимуществом многоступенчатых дистилляционных опреснительных установок будет то, что на единицу первичного пара можно получить существенно большее количество обессоленной воды. Так при одноступенчатом испарении на 1 т первичного пара получают около 0.9 т опресненной воды, а на установках, имеющих 50-60 ступеней – 15-20 т опресненной воды. Удельный расход электроэнергии в дистилляционных установках составляет 3,5-4,5 кВт час/м3 дистиллята.
Издержки при осуществлении хоть какого варианта процесса дистилляции связана с большенными затратами термический энергии, составляющими 40% от цены получаемой воды (если проводить дистилляцию в вакууме, температура кипения воды снижается до 60 0С и дистилляция просит наименьших термических издержек). В качестве источников термический энергии употребляются атомные и термические электростанции. Сочетание дистилляционной установки с термический электрической станцией на минеральном либо ядерном горючем, так именуемая многоцелевая энергетическая установка, позволяет обеспечить промышленный район всеми видами энергетических услуг по малой себестоимости при более оптимальном использовании горючего. В пустынных южных районах и на безводных островах используются солнечные опреснители; которые создают в летние месяцы около 4 л воды в день с 1 м2 поверхности, воспринимающей солнечную радиацию.
Эффективность работы дистилляционных испарителей ограничена образованием накипи в системе циркуляции жаркого рассола. По мере выпаривания морской воды из дистилляционого опреснителя, раствор соли становится более концентрированным, и в итоге осаждается на стенах аппарата в виде накипи из солей жёсткости, состоящих, приемущественно, из хлоридов и карбонатов кальция (CaCO3,CaCl2) и магния (MgCO3, MgCl2 ), что усугубляет теплопроводимость стен теплообменника, приводит к разрушению труб и теплообменного оборудования. Это просит внедрения особых антинакипных добавок, что значительно наращивает затраты энергии на проведение дистилляции до 10 кВт час/м3 обессоленной воды. Потому в последние годы предложены другие методы опреснения морской воды, которые не связаны с необходимостью ее испарения и конденсации.
Ионный обмен
Способ основан на свойстве твёрдых синтетических смол разной степени сшивки, ковалентно связанных с ионогенными группами (иониты), обратимо обмениваться ионами растворённых в воде солей (проивоионы).
Зависимо от заряда иониты разделяются на положительно заряженные катиониты (H+) и негативно заряженные аниониты (OH-). В катионитах – субстанциях, аналогичным кислотам, анионы представлены в виде нерастворимых в воде полимеров, а катионы (Na+) подвижны и обмениваются с катионами смесей. В противоположность катионитам, аниониты — по хим структуре основания, нерастворимую структуру которых образуют катионы. Их анионы (обычно гидроксильная группа ОН-) способны обмениваться с анионами смесей.
Процесс ионнообменного опреснения воды заключается в поочередном прохождении воды через через недвижный слой ионита в повторяющемся процессе либо противоточным движением воды и ионита в непрерывном процессе (рис. 4). В этом процессе катионы и анионы солей обрабатываемой воды поочередно связываются с ионитами, в итоге происходит её обессоливание. Соотношение ионита, анионита и катионита обычно составляет от 1:1 до 1.5:1.0 по массе.
Рис. 4. Схемы ионообменного опреснения воды (М2+ = Са2+, Mg2+) на недвижном слое ионита (а) и в противотоке (б) с передвигающимися слоями ионита (NaR, MR2) и потоками воды.
Кинетика ионного обмена включает 3 поочередные стадии: перемещение сорбируемого иона к поверхности глобулы ионита (1), ионный обмен (2), перемещение вытесняемого иона снутри глобулы ионита и от его поверхности в растворе (3).
На скорость ионного обмена оказывают влияние последующие причины: доступность фиксированных ионов снутри каркаса ионита, размер гранул ионита, температура, концентрация раствора. Общая скорость процесса ионного обмена определяется совокупой процессов, происходящих в растворе (диффузия противоионов к гранулке и от гранулки ионита) и в ионите (диффузия противоионов от поверхности к центру гранулки ионита и в оборотном направлении; обмен противоионов ионита на противоионы из раствора). В критериях, приближенных к реальным условиям чистки воды, лимитирующим фактором, определяющим скорость ионного обмена, является диффузия ионов снутри гранулки ионита.
Обменная способность ионообменных смол равномерно понижается, и, в итоге, исчерпывается. В данном случае требуется регенерация веществом кислоты (катионит) либо щелочи (анионит), что восстанавливает начальные хим характеристики смол. Катионит регенерируется 5%-м веществом серной кислоты, которую пропускают поочередно через катионит до возникновения кислой реакции. Удельный расход серной кислоты 55—60 г/г-экв. сорбированных катионов. Анионит регенерируется веществом 5%-ной кальцинированной соды либо едкого натра с удельным расходом 70-75 г на 1 г-экв. задержанных анионов.
Ионный обмен применяется для получения обессоленной и умягчённой воды в термический и атомной энергетике и в индустрии; в цветной металлургии — при всеохватывающей гидрометаллургической переработке руд, в пищевой индустрии, в мед индустрии при получении лекарств и и других фармацевтических средств, также для чистки сточных вод в целях организации обратного водоснабжения. В текущее время также разрабатываются ионообменные способы всеохватывающего извлечения из океанской воды ценных минералов.
Промышленные аппараты для реализации ионного обмена разделяются на 3 группы: установки типа смесителей-отстойников, установки с недвижным и подвижным слоями ионита. Аппараты первого типа в большинстве случаев употребляют в гидрометаллургии. В аппаратах с недвижным слоем ионита начальные и обессоленыые смеси подаются в одном направлении (поточные схемы) либо в обратных (противоточные схемы). Такие аппараты употребляются для ионообменной чистки смесей, при умягчении и обессоливании морской воды. В безпрерывно действующих противоточных аппаратах подвижный ионит перемещается сверху вниз под действием силы тяжести. Конструктивно противоточные аппараты разделяются на 3 группы: со взвешенным либо кипящим слоем ионита, с непрерывным передвигающимся слоем ионита и с двищущимся веществом через ионит.
Зависимо от данной степени обессоливания воды проектируют одно-, 2-ух и 3-х ступенчатые ионнообменные установки. Остаточное солесодержание при одноступенчатом ионообменном опреснении составляет 20 мг/л. Для получения воды с солесодержанием до 0,5 мг/л используют установки с двухступенчатой схемой Н+ — и ОН- – ионирования.
Ионообменный метод опреснения воды имеет ряд плюсов: простота оборудования, малый расход начальной воды на собственные нужды (15—20% производительности установки), малый расход электроэнергии, малый объем ных сбросных вод.
Недочет ионообменного способа — сравнимо высочайший расход реагентов, технологическая сложность процесса, который лимитируется начальным уровнем солесодержания обрабатываемой воды, определяющегося экономическими затратами. Рентабельность ионного обмена при опреснении воды обычно ограничивается начальным содержанием растворенных солей 1.5—2.5 г/л. Но по мере надобности, когда себестоимость воды не играет значимой роли, этим способом можно опреснять воду с довольно высочайшим солесодержанием.
Оборотный осмос
При опреснении воды способом оборотного осмоса морскую воду пропускают через полупроницаемые мембраны под воздействием давления, значительно превосходящего разницу осмотических давлений пресной и морской воды (для морской воды 25-50 атм.). Такие мембраны делаются российскей индустрией из полиамида либо ацетата целлюлозы и выпускаются в виде полых волокон либо рулонов. Через микропоры этих мембран могут свободно просачиваться маленькие молекулы воды, в то время как более большие ионы соли и другие примеси задерживаются мембраной.
Оборотный осмос употребляется в нашей стране с начала 1970 годов в разных разработках чистки воды от примесей, в том числе для опреснения воды. Современные промышленные установки оборотного осмоса включают фильтр узкой чистки воды, систему реагентной подготовки, насос высочайшего давления, блок фильтрующих модулей, блок хим промывки.
В установках по опреснению воды способом оборотного осмоса трубы изготавливают из пористого материала, выложенного с внутренней стороны пленкой из ацетата целлюлозы, выполняющей функции полупроницаемой мембраны. Опреснительная установка состоит из огромного количества подобных труб, уложенных параллельно друг дружке, через которые насосом высочайшего давления (5—10 Мн/м2, либо 50—100 бар) безпрерывно прокачивается морская вода, а отводится два потока —обессоленная — пермеат, и вода с концентрированными солями — концентрат, которая соединяется в сток (рис. 5). Поток пресной воды через мембрану пропорционален приложенному наружному давлению. Наибольшее давление определяется своими чертами обратноосмотической мембраны. При очень высочайшем давлении мембрана может лопнуть, забиться присутствующими в воде примесями либо пропускать очень огромное количество растворенных солей. При очень низком давлении процесс замедляется.
Рис. 5. Схема процесса опреснения воды способом оборотного осмоса.
Оборотный осмос обладает существенными преимуществами по-сравнению с другими способами опреснения воды: энерго издержки сравнимо невелики, установки конструктивно ординарны и малогабаритны, работа их может быть просто автоматизирована. Управление системой оборотного осмоса осуществляетсяв автоматическом и автоматическом режиме. Для уменьшения образования ненужных отложений солей в полостях труб используются ингибиторы осадкообразования. Для снятия осадков солей с поверхности мембран употребляется система хим промывки. Для контроля свойства чистки воды и значения рН — проточные измерители солесодержания и рН-метры. Контроль расхода пермеата и концентрата осуществляется проточными расходомерами.
Степень опреснения воды и производительность мембраны по опресненной воде зависят от разных причин, сначала от общего солесодержания начальной воды, также солевого состава, давления и температуры. Так, при опреснении соленой воды из скважины, содержащей 0,5% растворенных солей, при давлении 50 атм в течение суток удается получить примерно 700 л пресной воды с 1 м2 мембраны. Так как для получения большой площади поверхности нужно сильно много тонких труб, процесс оборотного осмоса не находит широкого внедрения для получения больших количеств пресной воды. Но этот процесс представляется очень многообещающим, если в дальнейшем будут разработаны усовершенствованные низконапорные высокоселективные энергосберегающие мембраны, в особенности для опреснения соленой воды из скважин. Эта вода имеет более низкую концентрацию растворенных солей по сопоставлению с морской водой, что позволяет проводить ее опреснение при более низких давлениях.
Электродиализ
Данный процесс мембранного разделения основан на возможности ионов растворённых в воде солей передвигаться через мембрану под действием градиента электронного поля. При всем этом катионы передвигаются по направлению к отрицательному электроду (катоду), а анионы движутся в обратном направлении к положительно заряженному электроду (аноду). Катионы и анионы делят, используя особые проницаемые для ионов ионоселективные мембраны. В итоге в ограниченном мембранами объёме, происходит понижение концентрации солей.
Ионноселективные мембраны, используемые для электродиализа, изготовляют из термопластичного полимерного материала (целофан, полипропилен) и ионообменных смол (КУ-2, ЭДЭ-10П и др.) в виде гибких листов прямоугольной формы. Они имеют огромную механическую крепкость, высшую электропроводность и высшую проницаемость для ионов. Не считая того, они владеют высочайшей селективностью и низким электросопротивлением, которое составляет от 2 Ом/см2 до 10 Ом/см2 на единицу поверхности ионообменной мембраны. Срок службы мембран в среднем 3-5 лет.
Электродиализные опреснители представляют собой многокамерные аппараты фильтр-прессового типа, состоящие из камер, ограниченных с одной стороны катионитовой, с другой — анионитовой мембранами, разделяющими объём аппарата на огромное количество полостей. Камеры расположены меж катодом и анодом, к которым подведён неизменный электронный ток (рис. 6).
Рис. 6. Схема многокамерного электродиализного опреснителя: 1 — анод; 2 — катод; 3 — анионитовая мембрана; 4 — катионитовая мембрана; В — опресняемая вода; Р — рассол.
Опресняемая вода поступает в опреснительные камеры, где под действием электронного поля катионы и анионы растворённых в воде солей движутся в обратных направлениях к катоду и аноду соответственно. Так как катионитовые мембраны проницаемы в электронном поле для катионов, но непроницаемы для анионов, а анионитовые мембраны проницаемы для анионов, но непроницаемы для катионов, в опреснительных камерах происходит селективное разделение определённых типов ионов солей. При всем этом удаляемые из воды соли концентрируются в рассольных камерах, откуда они удаляются совместно с промывочной солёной водой.
Расход электроэнергии на опреснение воды электродиализом находится в зависимости от начального солесодержания опресняемой воды (2 вт·ч на 1 л при опреснении воды с солесодержанием 2,5—3 г/л и 4—5 вт· ч на 1л при опреснении воды с содержанием солей 5—6 г/л). Выход пресной воды в электродиализных установках составляет 90-95%.
В нашей стране получили распространение электродиализные опреснительные установки серии ЭДУ (ЭДУ-5, ЭДУ-50, ЭДУ-100, ЭДУ-1000), производительностью от 5 до 1000 м3 пресной воды в день. Они используются для опреснения морской воды при получении питьевой и технической воды, при обессоливании сточных вод гальванического производств (гальванических стоков), для концентрирования сточных вод, содержащих ценные составляющие (к примеру, драгоценные металлы), перед следующим извлечением этих компонент. В большинстве случаев процесс электродиализа используют для обессоливания воды, содержащей менее 10 г/л растворённых солей. В данном случае процесс электродиализа является более экономным по сопоставлению с оборотным осмосом и дистиляцией. С помощью электродиализа можно также концентрировать смеси. Благодаря этому электродиализ используется при выделения хлористого натрия (NaCl) и других солей из морской воды. Электродиализ применяется также для предочистки воды для теплоэнергетических установок.
Преимуществом электродиализа по сопоставлению с оборотным осмосом будет то, что в этом процессе употребляются термически и химически более стойкие мембраны, что позволяет проводить процесс опреснения воды при завышенных температурах.
Замораживание
Данный способ основан на том, что в естественных природных критериях лед, образующийся из морской воды, является пресным, так как образование кристаллов льда при температуре ниже температуры замерзания происходит только из молекул воды (явление криоскопии). При искусственном неспешном замораживании соленой морской воды вокруг центров кристаллизации появляется пресный лед гексагональной игловатой структуры со средней плотностью 930 кг/м3. При всем этом в межигольчатых каналах концентрация раствора и его плотность, увеличиваются, и он, как более тяжкий, по мере замораживания оседает вниз. При следующей сепарации, промывки и таянии кристаллического льда появляется пресная вода с содержанием солей 500-1000 мг/л NaСl.
Замораживание морской воды проводят в кристаллизаторах (контактные, вакуумные, с термообменом через стену) в критериях конкретного контакта охлаждаемого раствора с хладагентом – газообразным либо водянистым.
Для наилучшего опреснения морского льда применяется фракционное плавление при температуре 20°С с промывкой и сепарацией кристаллов льда от маточного раствора способами фильтрования, гидравлического прессования и центрифугирования.
Данный способ применяется для концентрирования непищевых товаров, для опреснения морской воды, концентрирования и разделения хим смесей и др. Он довольно прост и экономичен, но просит сложного оборудования и энергоёмок. Потому на практике он употребляется очень изредка.
В нашей стране разработан газогидратный способ опреснения воды, который по аппаратурному оформлению аналогичен замораживанию со вторичным хладоагентом [23]. Этот способ основан на возможности неких углеводородных газов (пропан, циклопропан, бутан, изобутан, этилен, фреон-31, фреон-40 и др.) при определенных температуре и давлении создавать при содействии с водой соединения клатратного типа (газогидраты) общей формулы М•nН2О (М — молекула гидратобразующего газа), с их следующей сепарацией от рассола и плавлением. Зависимо от природы газа и критерий проведения процесса, газогидраты образуются из 46 молекул воды и 6 (газогидраты I) либо 8 молекул (газогидраты II) газа.
Принципные базы газогидратного способа опреснения воды заключаются в последующем: в замораживаемую соленую воду вводят гидратобразующий газ и после формирования кристаллической фазы (газогидрата) ее отделяют от рассола, образовавшегося в итоге отбора от начальной соленой воды части молекул Н2О, расходованных на образование газогидрата; кристаллы газогидрата отмывают от рассола, плавят и получают пресную воду. Выделившийся при плавлении газогидрата газ может быть рекуперирован.
Владея всеми преимуществами контактного вымораживания, газогидратный способ прибыльно отличается более высочайшей температурой проведения процесса, что позволяет уменьшить энерго издержки и утраты холода в окружающую среду.
Разновидностью этого способа является опреснение морской воды при помощи попутного газа из консистенции бутана с пропаном. Замораживаемую морскую воду обрабатывают попутным газом; содержащие воду кристаллогидраты углеводородов образуют твёрдую кристаллическую фазу (одна молекула пропана присоединяет 17 молекул воды). Застывшую кристаллическую массу потом делят. Для этого довольно понизить давление и несколько повысить температуру: углеводороды улетучиваются, остается пресная вода. После улавливания и ожижения углеводороды ворачиваются в цикл.
Следует отметить, что при выборе способа опреснения воды следует уделять внимание наличию в морской воде дейтерия в виде тяжеленной воды D2О. Соотношение меж тяжёлой и обыкновенной водой в природных водах составляет 1:5500. Различные природные воды содержат различное содержание дейтерия. Рядовая водопроводная вода содержит около 100 г дейтерия на тонну воды, а морская вода от 130 до 150 г дейтерия на тонну воды.
Физико-химические характеристики тяжёлой воды отличаются от таких для обыкновенной воды. Молекулярная масса D2O на 10% превосходит массу Н2О. Такая разница приводит к значимым различиям в физических, хим и био свойствах тяжёлой воды. Тяжёлая вода бурлит при 101.440С, леденеет при 3,820С, имеет плотность при 200С 1,105 г/см3, причём максимум плотности приходится не на 40С, как у обыкновенной воды, а на 11,20С (1,106 г/см3). Большая крепкость связи D-O, чем H-O, обусловливает различия в кинетике реакций тяжеленной и обыкновенной воды. Подвижность дейтерия D+ меньше, чем подвижность протия Н+, константа ионизации тяжёлой воды в 5 раз меньше константы ионизации обыкновенной воды. Хим реакции и биохимические процессы в D2O существенно замедлены. В консистенциях тяжёлой воды с обыкновенной водой с большой скоростью происходит изотопный обмен: Н2O + D2O = 2 HDO.
Тяжёлая вода в больших концентрациях токсична для организма. Для животных клеток максимальная концентрация 2H2O составляет 25 об.%, для клеток растений – 50 об.%, для простых – 70-80%. Потому целенаправлено проводить кропотливый контроль изотопного состава получаемой пресной воды.
Таким макаром Выбор способа и технологии опреснения воды находится в зависимости от предъявляемых к воде требований по качеству и солесодержанию, также технико-экономических характеристик. Зависимо от реализуемого метода опреснения воды используются разные типы опреснительных установок. Дистилляционные опреснительные установки (однокорпусные и многокорпусные, по методу опреснения — парокомпрессионные и солнечные) используются при опреснении морской воды и солёных вод с высочайшим солесодержанием до 35 г/л. Опреснение морской воды электродиализом и гиперфильтрацией (оборотным осмосом) экономно при солесодержании 25 г/л, ионным обменом — наименее 25 г/л. Из всего объёма получаемой в мире опреснённой воды 96% приходится на долю дистилляционных опреснительных установок, 2,9% — электродиализных, 1% — обратноосмотических и 0,1% — на долю замораживающих и ионообменных опреснительных установок.
Основная задачка опреснения воды состоит в том, чтоб проводить процесс с малой энергозатратой и минимальными расходами на оборудование. Это требование принципиально так как страна, которая обязана в большей мере полагаться на опресненную воду, должна выдерживать экономическую конкурентнсть с другими странами, располагающими более необъятными и дешевенькими источниками пресной воды.
Проектные разработки демонстрируют, что транспортировка пресной воды из естественного источника даже на расстояние до 400—500 км дешевле опреснения только для маленьких водопотребителей. Оценка прогнозных эксплуатационных припасов солоноватых и соленых подземных вод в засушливых районах с учетом удаленности большинства из их от естественных пресноводных источников позволяет прийти к выводу о том, что опреснение является для их единственно вероятным и экономически оправданным методом водообеспечения.
Используемые в технике опреснения соленых вод способы могут быть отлично применены для возвращения природе использованной воды, не ухудшающей состояния пресных водоемов.
Литературные источники:
Мосин O.В. Физико-химические базы опреснения морской воды // Сознание и физическая действительность, 2012, № 1, с. 19-30.
При использовании материалов веб-сайта ссылка на авторство неотклонима.