О.В. Мосін, к.х.н.
Глобальною проблемою людства в новому тисячолітті стає проблема отримання придатної для пиття прісної води. Дефіцит прісної води гостро відчувається на території більше 40 країн, розташованих в посушливих областях земної кулі і що становлять близько 60% всієї поверхні суші. Світове споживання води на початку XXI століття досягло 120-150 · 109 м3 на рік. Зростаючий світовий дефіцит прісної води може бути компенсувавши опреснением солоних (солевміст більше 10 г / л) і солонуватих (2-10 г / л) океанічних, морських і підземних вод, запаси яких складають 98% всієї води на земній кулі.
Прісна вода є цінною складовою частиною морської води. Брак прісної води все більше відчувається в індустріально розвинених країнах, як США і Японія, де потреба в прісній воді для побутових потреб, сільського господарства і промисловості перевищує наявні запаси. У таких країнах, як Ізраїль або Кувейт, де рівень опадів дуже низький, запаси прісної води не відповідають потребам в ній, які зростають в зв'язку з модернізацією господарства і приростом населення. Надалі людство опиниться перед необхідністю розглядати океани як альтернативне джерело води.
Росія по ресурсам поверхневих прісних вод займає перше місце в світі. Однак до 80% цих ресурсів припадає на райони Сибіру, Півночі і Далекого Сходу. Всього близько 20% прісноводних джерел розташоване в центральних і південних областях з найвищою щільністю населення і високорозвиненими промисловістю і сільським господарством. Деякі райони Середньої Азії (Туркменія, Казахстан), Кавказу, Донбасу, південно-східній частині РФ, володіючи найбільшими мінерально-сировинними ресурсами, не мають джерел прісної води. Разом з тим ряд районів нашої країни має великі запаси підземних вод із загальною мінералізацією від 1 до 35 г / л, що не використовуються для потреб водопостачання через високий вміст розчинених у воді солей. Ці води можуть стати джерелами водопостачання тільки за умови їх подальшого опріснення.
Важливим параметром морської води при опріснення є солоність, під якою мається на увазі маса (в грамах) сухих солей (переважно NaCl) в 1 кг морської води. Середня солоність вод світового океану постійна і становить 35 г / кг морської води.
Поряд з NaCl в морській воді містяться K +, Mg2 +, Ca2 +, Sr2 +, Br-, F-, H3BO3, які можна отримувати з морської води в промислових масштабах (Таблиця). Серед інших речовин, що містяться в морській воді в концентраціях від 1 млн. Д. До 0,01 млн. Д., Зустрічаються літій (Li), рубідій (Rb), фосфор (P), йод (J), залізо (Fe) , цинк (Zn) і молібден (Mo). Крім цих елементів в морській воді виявлено близько 30 інших елементів в більш низьких концентраціях.
Таблиця
Хімічні речовини, що містяться в мор ської воді
в концентрації вище 0,001 г / кг (1 млн.д.) за вагою
Хімічна речовина
Зміст, г / кг морської води
Концентрація, моль / л морської води
хлориди Сl-
19,35
0,55
Натрій Na +
10,76
0,47
сульфати SО42-
2,71
0,028
Магній Mg2 +
1,29
0,054
Кальцій Са2 +
0,412
0,010
Калій К +
0,40
0,010
Діоксид вуглецю СО2
0,106
2,3. 10-3
броміди Вr-
0,067
8,3. 10-4
Борна кислота Н3ВО3
0,027
4,3. 10 -4
Стронцій Sr2 +
0,0079
9,1. 10-5
фториди F-
0,001
7. 10-5
Висока концентрація солей робить морську воду непридатною для питних і господарських цілей. Тому її необхідно опріснювати, тобто проводити обробку з метою зниження концентрації розчинених солей до 1 г / л.Опресненіе води може здійснюватися хімічними (хімічне осадження, іонний обмін), фізичними (дистиляція, зворотний осмос або гіперфільтрація, електродіаліз, виморожування) і біологічними методами з використанням здатності деяких фотосинтезуючих водоростей вибірково поглинати NaCl з морської води.
За останні роки були також запропоновані нові альтернативні методи опріснення морської води за рахунок впливу ультразвуком, акустичними, ударними хвилями, електромагнітними полями і ін.
Різноманіття існуючих методів отримання прісної води пояснюється тим, що жоден з них не може вважатися універсальним, прийнятним для даних конкретних умов. Характеристики методів опріснення, які отримали найбільше практичне застосування наводяться нижче.
хімічне опріснення
При хімічному способі опріснення в морську воду вводять спеціальні облягати реагенти, які при взаємодії з розчиненими в ній іонами солей (хлориди, сульфати), утворюють нерозчинні, що випадають в осад сполуки. Внаслідок того, що морська вода містить велику кількість розчинених речовин, витрата реагентів досить значний і становить приблизно 3-5% кількості опріснення води. До речовин, здатним утворювати нерозчинні сполуки з іонами натрію (Na +) і хлору (Cl-), відносяться солі срібла (Ag +) і барію (Ba2 +), які при обробці солоної води утворюють випадають в осад хлористе срібло (AgCl) і сірчанокислий барій ( BaSO4). Ці реагенти дорогі, реакція осадження з солями барію протікає повільно, солі барію токсичні. Тому хімічне осадження при опріснення води використовується дуже рідко.
дистиляція
Дисциляцию води (перегонка) заснована на різниці в складі води і утворюється з неї пара. Процес здійснюється в спеціальних дистиляційних установках - опріснювачах шляхом часткового випаровування води і подальшої конденсації пари. У процесі дистиляції більш летючий компонент (низькокиплячі) переходить в парову фазу в більшій кількості, ніж менш летючий (висококиплячий). Тому при конденсації пари, що утворилася в дистилят переходять низкокипящие, а в кубовий залишок - висококиплячі компоненти. Якщо з вихідної суміші відганяється не одна фракція, а кілька, дистиляція називається фракційної (дробової). Залежно від умов процесу розрізняють просту і молекулярну дистиляцію.
Дистиляційна опреснительная установка складається з випарника 1, забезпеченого теплообмінних пристроєм для підведення до води необхідної кількості теплоти; нагрівального елементу 2 для часткової конденсації пари, що виходить з випарника (при фракційної дистиляції); конденсатора 3 для конденсації відібраного пара; насоса 4; збірників дистиляту 5 і кубового залишку 6 (рис. 1).
Мал. 1. Схема одноступінчатого дистиляційного опріснювача: 1 - корпус випарної камери; 2 - нагрівальний елемент; 3 - конденсатор; 4 - насос; 5 - збірник дистиляту.
Сучасні дистиляційні опріснювачі підрозділяються на одноступінчасті, багатоступінчасті з трубчастими нагрівальними елементами, або випарниками, багатоступінчасті з миттєвим скипанням і парокомпресійні.
Багатоступінчастий випарник (рис. 2) складається з ряду послідовно працюють випарних камер з трубчастими нагрівальними елементами. Нагрівається солона вода рухається всередині трубок нагрівального елементу, що гріє пара конденсується на зовнішній поверхні. При цьому нагрівання і випаровування води в першій ступені здійснюються парою робочого котла, що працює на дистилляте; гріючою парою наступної ступенів служить вторинний пар попередньої випарної камери. Дана установка здатна виробляти близько 0.9 т. Прісної води на 1 т. Первинного пара. Витрата тепла на отримання 1 кг прісної води в одноступенчатом дистиляційному опріснювачі становить близько 2400 кДж.
Мал. 2. Схема багатоступінчастого дистиляційного опріснювача з трубчастими нагрівальними елементами: 1 - випарні камери 1, 2, 3 і 4-го рівнів; 2 - трубчасті нагрівальні елементи; 3 - кінцевий конденсатор; 4 - бризгоулавліватель; 5 - насос.
У опріснювачах з миттєвим скипанням (рис. 3) солона вода проходить послідовно через конденсатори, вбудовані в випарні камери, нагріваючись за рахунок тепла конденсації, потім надходить в головний підігрівач і нагрівається вище температури кипіння води в першій испарительной камері, де відбувається процес кипіння. Потім пара конденсується на поверхні трубок конденсатора, а конденсат стікає в конденсатор і насосом відкачується споживачеві. Не випарувався, вода перетікає через гідрозатвор в наступну камеру з більш низьким тиском, де вона знову закипає, і т.д. Рекуперація тепла фазового переходу в многоступенчатом опріснювачі дозволяє знизити витрату тепла в порівнянні з одноступеневою Дистиляційна опріснювачем на 1 кг прісної води до 250-300 кдж.
Мал. 3. Схема багатоступінчастого дистиляційного опріснювача з миттєвим скипанням: I, II, III, IV і N - камери випаровування; 1 - насос; 2 - паровий ежектор; 3 - конденсатор ежектора; 4 - підігрівач; 5 - бризгоулавліватель; 6 - конденсатор; 7 - піддон для збору конденсату.
Основною перевагою багатоступеневих дистиляційних опріснювальних установок є те, що на одиницю первинного пара можна отримати значно більшу кількість знесоленої води. Так при одноступенчатом випаровуванні на 1 т первинного пара отримують близько 0.9 т опріснення води, а на установках, що мають 50-60 ступенів - 15-20 т опріснення води. Питома витрата електроенергії в дистиляційних установках становить 3,5-4,5 кВт год / м3 дистиляту.
Витрати при здійсненні будь-якого варіанту процесу дистиляції пов'язана з великими витратами теплової енергії, складовими 40% від вартості отриманої води (якщо проводити дистиляцію в вакуумі, температура кипіння води знижується до 60 0С і дистиляція вимагає менших теплових витрат). В якості джерела теплової енергії використовуються атомні і теплові електростанції. Поєднання дистилляционной установки з тепловою електростанцією на мінеральному або ядерному паливі, так звана багатоцільова енергетична установка, дозволяє забезпечити промисловий район усіма видами енергетичних послуг за мінімальною собівартістю при найбільш раціональному використанні палива. У пустельних південних районах і на безводних островах застосовуються сонячні опріснювачі; які виробляють в літні місяці близько 4 л води на добу з 1 м2 поверхні, що сприймає сонячну радіацію.
Ефективність роботи дистиляційних випарників обмежена утворенням накипу в системі циркуляції гарячого розсолу. У міру випаровування морської води з Дистиляційна опріснювача, розчин солі стає більш концентрованим, і в кінцевому підсумку осідає на стінках апарату у вигляді накипу з солей жорсткості, що складаються, головним чином, з хлоридів і карбонатів кальцію (CaCO3, CaCl2) і магнію (MgCO3, MgCl2), що погіршує теплопровідність стінок теплообмінника, призводить до руйнування труб і теплообмінного обладнання. Це вимагає застосування спеціальних антінакіпних добавок, що істотно збільшує енерговитрати на проведення дистиляції до 10 кВт год / м3 знесоленої води. Тому в останні роки запропоновані інші способи опріснення морської води, які не пов'язані з необхідністю її випаровування і конденсації.
іонний обмін
Метод заснований на властивості твердих полімерних смол різного ступеня зшивання, ковалентно пов'язаних з йоногенних групами (іоніти), можна зупинити обмінюватися іонами розчинених у воді солей (проівоіони).
Залежно від заряду іоніти поділяються на позитивно заряджені катіоніти (H +) і негативно заряджені аніоніти (OH-). У катионитом - речовинах, аналогічним кислотам, аніони представлені у вигляді нерозчинних у воді полімерів, а катіони (Na +) рухливі і обмінюються з катіонами розчинів. На противагу катионитом, аніоніти - за хімічною структурою підстави, нерозчинну структуру яких утворюють катіони. Їх аніони (зазвичай гідроксильна група ОН) здатні обмінюватися з аніонами розчинів.
Процес іонообмінних опріснення води полягає в послідовному проходженні води через через нерухомий шар іоніту в періодичному процесі або протитечійним рухом води і ионита в безперервному процесі (рис. 4). У цьому процесі катіони і аніони солей оброблюваної води послідовно зв'язуються з іонітами, в результаті відбувається її знесолення. Співвідношення ионита, аніоніти і катионита зазвичай становить от1: 1 до 1.5: 1.0 по масі.
Мал. 4. Схеми ионообменного опріснення води (М2 + = Са2 +, Mg2 +) на нерухомому шарі іоніту (а) і в противотоке (б) з рухомими шарами ионита (NaR, MR2) і потоками води.
Кінетика іонного обміну включає 3 послідовні стадії: переміщення сорбуючого іона до поверхні глобули ионита (1), іонний обмін (2), переміщення витісняється іона всередині глобули ионита і від його поверхні в розчині (3).
На швидкість іонного обміну впливають такі чинники: доступність фіксованих іонів всередині каркаса ионита, розмір гранул ионита, температура, концентрація розчину. Загальна швидкість процесу іонного обміну визначається сукупністю процесів, що відбуваються в розчині (дифузія противоионов до гранулі і від гранули іоніту) і в іоніте (дифузія противоионов від поверхні до центру гранули іоніту і в зворотному напрямку; обмін протиіонів іоніти на протівоіони з розчину). В умовах, наближених до реальних умов очищення води, лімітуючим фактором, що визначає швидкість іонного обміну, є дифузія іонів всередині гранули іоніту.
Обмінна здатність іонообмінних смол поступово знижується, і, в кінцевому підсумку, вичерпується. В цьому випадку потрібно регенерація розчином кислоти (катионит) або лугу (аніоніт), що відновлює вихідні хімічні властивості смол. Катіоніт регенерується 5% -м розчином сірчаної кислоти, яку пропускають послідовно через катіоніт до появи кислої реакції. Питома витрата сірчаної кислоти 55-60 г / г-екв. сорбованих катіонів. Аніоніт регенерується розчином 5% -ної кальцинованої соди або їдкого натру з питомою витратою 70-75 г на 1 г-екв. затриманих аніонів.
Іонний обмін застосовується для отримання знесоленої і пом'якшеної води в тепловій і атомній енергетиці і в промисловості; в кольоровій металургії - при комплексній гідрометалургійної переробці руд, в харчовій промисловості, в медичній промисловості при отриманні антибіотиків і і інших лікарських засобів, а також для очищення стічних вод з метою організації оборотного водопостачання. В даний час також розробляються іонообмінні методи комплексного вилучення з океанської води цінних мінералів.
Промислові апарати для реалізації іонного обміну поділяються на 3 групи: установки типу змішувачів-відстійників, установки з нерухомим і рухомим шарами ионита. Апарати першого типу найчастіше використовують в гідрометалургії. В апаратах з нерухомим шаром іоніту вихідні та обессолениие розчини подаються в одному напрямку (потокові схеми) або в протилежних (протиточні схеми). Такі апарати використовуються для іонообмінного очищення розчинів, при пом'якшенні і обессоливании морської води. У безперервно діючих протиточних апаратах рухливий ионит переміщається зверху вниз під дією сили тяжіння. Конструктивно протиточні апарати поділяються на 3 групи: зі зваженим або киплячим шаром іоніту, з безперервним які йшли шаром іоніту і з двіщущімся розчином через ионит.
Залежно від заданої ступеня знесолення води проектують одно-, дво- і трьох ступінчасті іонообмінних установки. Залишковий вміст солі при одноступенчатом іонообмінному опріснення становить 20 мг / л. Для отримання води з солевмістом до 0,5 мг / л застосовують установки з двоступеневої схемою Н + - і ОН - іонірованія.
Іонообмінний спосіб опріснення води має ряд переваг: простота обладнання, мала витрата вихідної води на власні потреби (15-20% продуктивності установки), мала витрата електроенергії, малий обсяг них скидних вод.
Недолік ионообменного методу - порівняно висока витрат реагентів, технологічна складність процесса, Який лімітується віхіднім рівнем вмісту СОЛІ оброблюваної води, что візначається економічнімі витратами. Рентабельність іонного обміну при опріснення води зазвічай обмежується віхіднім вмістом розчіненіх солей 1.5-2.5 г / л. Однак при необхідності, коли собівартість води не відіграє суттєвої ролі, цим методом можна опріснювати воду з досить високим солевмістом.
Зворотній осмос
При опріснення води методом зворотного осмосу морську воду пропускають через напівпроникні мембрани під впливом тиску, істотно перевищує різницю осмотичного тиску прісної і морської води (для морської води 25-50 атм.). Такі мембрани виготовляються вітчизняною промисловістю з поліаміду або ацетату целюлози і випускаються у вигляді порожніх волокон або рулонів. Через мікропори цих мембран можуть вільно проникати невеликі молекули води, в той час як більш великі іони солі та інші домішки затримуються мембраною.
Зворотний осмос використовується в нашій країні з початку 1970 років в різних технологіях очищення води від домішок, в тому числі для опріснення води. Сучасні промислові установки зворотного осмосу включають фільтр тонкого очищення води, систему реагентної підготовки, насос високого тиску, блок фільтруючих модулів, блок хімічної промивки.
В установках з опріснення води методом зворотного осмосу труби виготовляють з пористого матеріалу, викладеного з внутрішньої сторони плівкою з ацетату целюлози, яка виконує функції напівпроникною мембрани. Опріснювальна установка складається з безлічі аналогічних труб, укладених паралельно один одному, через які насосом високого тиску (5-10 Мн / м 2, або 50-100 бар) у безперервний спосіб прокачується морська вода, а відводиться два потоку -обессоленная - пермеат, і вода з концентрованими солями - концентрат, яка зливається в стік (рис. 5). Потік прісної води через мембрану пропорційний прикладеному зовнішньому тиску. Максимальний тиск визначається власними характеристиками зворотноосмотичної мембрани. При високому тиску мембрана може розірватися, забитися присутніми у воді домішками або пропускати занадто велика кількість розчинених солей. При занадто низькому тиску процес сповільнюється.
Мал. 5. Схема процесу опріснення води методом зворотного осмосу.
Зворотний осмос має істотні переваги по-порівнянні з іншими методами опріснення води: енергетичні витрати порівняно невеликі, установки конструктивно прості і компактні, робота їх може бути легко автоматизована. Управління системою зворотного осмосу осуществляетсяв напівавтоматичному і автоматичному режимі. Для зменшення утворення небажаних відкладень солей в порожнинах труб застосовуються інгібітори осадкообразованія. Для зняття опадів солей з поверхні мембран використовується система хімічної промивки. Для контролю якості очищення води та значення рН - проточні вимірювачі солевмісту і рН-метри. Контроль витрати пермеата і концентрату здійснюється проточними витратомірами.
Ступінь опріснення води і продуктивність мембрани по опріснення води залежать від різних факторів, перш за все від загального солевмісту вихідної води, а також сольового складу, тиску і температури. Так, при опріснення солоної води зі свердловини, що містить 0,5% розчинених солей, при тиску 50 атм протягом доби вдається отримати приблизно 700 л прісної води з 1 м2 мембрани. Оскільки для отримання великої площі поверхні необхідно дуже багато тонких труб, процес зворотного осмосу не знаходить широкого застосування для отримання великих кількостей прісної води. Однак цей процес є досить перспективним, якщо в майбутньому будуть розроблені поліпшені низьконапірні високоселективні енергозберігаючі мембрани, особливо для опріснення солоної води з свердловин. Ця вода має більш низьку концентрацію розчинених солей в порівнянні з морською водою, що дозволяє проводити її опріснення при більш низькому тиску.
електродіаліз
Даний процес мембранного разделеніяоснован на здатності іонів розчинених у воді солей переміщатися через мембрану під дією градієнта електричного поля. При цьому катіони переміщуються у напрямку до негативного електроду (катоду), а аніони рухаються в протилежному напрямку до позитивно зарядженого електроду (анода). Катіони і аніони поділяють, використовуючи спеціальні проникні для іонів іоноселективні мембрани. В результаті в обмеженому мембранами обсязі, відбувається зниження концентрації солей.
Іонноселектівние мембрани, що застосовуються для електродіаліз, виготовляють з термопластичного полімерного матеріалу (поліетилен, поліпропілен) і іонообмінних смол (КУ-2, Еде-10П та ін.) У вигляді гнучких листів прямокутної форми. Вони мають велику механічну міцність, високу електропровідність і високу проникність для іонів. Крім того, вони мають високу селективність і низьким електроопору, яка становить від 2 Ом / см2 до 10 Ом / см2 на одиницю поверхні іонообмінної мембрани. Термін служби мембран в середньому 3-5 років.
Електродіалізні опріснювачі представляють собою багатокамерні апарати фільтр-пресового типу, що складаються з камер, обмежених з одного боку катіонітової, з іншого - аніонітових мембранами, які поділяють обсяг апарату на безліч порожнин. Камери розміщені між катодом і анодом, до яких підведено постійний електричний струм (рис. 6).
Мал. 6. Схема багатокамерного електродіалізним опріснювача: 1 - анод; 2 - катод; 3 - аніонітових мембрана; 4 - катіонітових мембрана; В - опріснювати вода; Р - розсіл.
Опріснювати вода надходить в опріснювальні камери, де під дією електричного поля катіони і аніони розчинених у воді солей рухаються в протилежних напрямках до катода і анода відповідно. Оскільки катіонітові мембрани проникні в електричному полі для катіонів, але непроникні для аніонів, а аніонітових мембрани проникні для аніонів, але непроникні для катіонів, в опріснювальних камерах відбувається селективне розділення певних типів іонів солей. При цьому видаляються з води солі концентруються в розсолів камерах, звідки вони віддаляються разом з промивної солоною водою.
Витрата електроенергії на опріснення води електродіалізом залежить від вихідного солевмісту опріснюваної води (2 Вт · год на 1 л при опріснення води з солевмістом 2,5-3 г / л і 4-5 Вт · ч на 1 л при опріснення води з вмістом солей 5 6 г / л). Вихід прісної води в електродіалізних установках становить 90-95%.
У нашій країні набули поширення електродіалізні опріснювальні установки серії Еду (Еду-5, Еду-50, Еду-100, Еду-1000), продуктивністю від 5 до 1000 м3 прісної води на добу. Вони застосовуються для опріснення морської води при отриманні питної і технічної води, при обессоливании стічних вод гальванічного виробництв (гальванічних стоків), для концентрування стічних вод, що містять цінні компоненти (наприклад, дорогоцінні метали), перед наступним одержанням цих компонентів. Найчастіше процес електродіаліз застосовують для знесолення води, що містить не більше 10 г / л розчинених солей. В цьому випадку процес електродіаліз є більш економічним у порівнянні зі зворотним осмосом і дистиляції. За допомогою електродіаліз можна також концентрувати розчини. Завдяки цьому електродіаліз застосовується при виділення хлористого натрію (NaCl) і інших солей з морської води. Електродіаліз застосовується також для попередньої очистки води для теплоенергетичних установок.
Перевагою електродіаліз в порівнянні зі зворотним осмосом є те, що в цьому процесі використовуються термічно і хімічно більш стійкі мембрани, що дозволяє проводити процес опріснення води при підвищених температурах.
заморожування
Даний метод заснований на тому, що в природних умовах лід, що утворюється з морської води, є прісним, оскільки утворення кристалів льоду при температурі нижче температури замерзання відбувається тільки з молекул води (явище кріоскопії). При штучному повільному заморожуванні солоної морської води навколо центрів кристалізації утворюється прісний лід гексагональної голчастою структури з середньою щільністю 930 кг / м3. При цьому в межігольчатих каналах концентрація розчину і його щільність, підвищуються, і він, як більш важкий, у міру заморожування осідає вниз. При подальшій сепарації, промивання і таненні кристалічного льоду утворюється прісна вода з вмістом солей 500-1000 мг / л NaСl.
Заморожування морської води проводять в кристалізаторах (контактні, вакуумні, з теплообміном через стінку) в умовах безпосереднього контакту охолоджується розчину з холодоагентом - газоподібним або рідким.
Для кращого опріснення морської криги застосовується фракційне плавлення при температурі 20 ° С з промиванням і сепарацією кристалів льоду від маточного розчину методами фільтрування, гідравлічного пресування і центрифугування.
Даний метод застосовується для концентрування нехарчових продуктів, для опріснення морської води, концентрування і розділення хімічних розчинів та ін. Він досить простий і економічний, але вимагає складного обладнання та енергоёмок. Тому на практиці він використовується надзвичайно рідко.
У нашій країні розроблено газогідратних метод опріснення води, який за апаратурним оформлення аналогічний заморожування зі вторинним хладоагентом [23]. Цей метод заснований на здатності деяких вуглеводневих газів (пропан, циклопропан, бутан, ізобутан, етилен, фреон-31, фреон-40 і ін.) При певних температурі і тиску утворювати при взаємодії з водою з'єднання клатратного типу (газогідрати) загальної формули М • nН2О (М - молекула гідратобразующего газу), з їх подальшою сепарацією від розсолу і плавленням. Залежно від природи газу і умов проведення процесу, газогідрати утворюються з 46 молекул води і 6 (газогідрати I) або 8 молекул (газогідрати II) газу.
Принципові основи газогідратного методу опріснення води полягають в наступному: в заморожувати солону воду вводять гідратобразующій газ і після формування кристалічної фази (газогідрату) її відділяють від розсолу, що утворився в результаті відбору від вихідної солоної води частини молекул Н2О, витрачених на освіту газогідрату; кристали газогідрату відмивають від розсолу, плавлять і отримують прісну воду. Виділився при плавленні газогідрату газ може бути рекуперировать.
Володіючи всіма перевагами контактного виморожування, газогідратних метод вигідно відрізняється більш високою температурою проведення процесу, що дозволяє зменшити енергетичні витрати і втрати холоду в навколишнє середовище.
Різновидом цього методу є опріснення морської води за допомогою попутного газу з суміші бутану з пропаном. Заморожувати морську воду обробляють попутним газом; містять воду кристалогідрати вуглеводнів утворюють тверду кристалічну фазу (одна молекула пропану приєднує 17 молекул води). Застиглу кристалічну масу потім розділяють. Для цього досить знизити тиск і трохи підвищити температуру: вуглеводні випаровуються, залишається прісна вода. Після уловлювання та зрідження вуглеводні повертаються в цикл.
Необхідно підкреслити, що при виборі методу опріснення води слід приділяти увагу наявності в морській воді дейтерію в вигляді важкої води D2О. Співвідношення між важкою і звичайною водою в природних водах становить 1 5500. Різні природні води містять різний зміст дейтерію. Звичайна водопровідна вода містить близько 100 г дейтерію на тонну води, а морська вода від 130 до 150 г дейтерію на тонну води.
Фізико-хімічні властивості важкої води відрізняються від таких для звичайної води. Молекулярна маса D2O на 10% перевищує масу Н2О. Така різниця призводить до істотних відмінностей у фізичних, хімічних і біологічних властивостях важкої води. Важка вода кипить при 101.440С, замерзає при 3,820С, має щільність при 200С 1,105 г / см3, причому максимум щільності доводиться не на 40С, як у звичайній води, а на 11,20С (1,106 г / см3). Велика міцність зв'язку DO, ніж HO, обумовлює відмінності в кінетиці реакцій важкої і звичайної води. Рухливість дейтерію D + менше, ніж рухливість протію Н +, константа іонізації важкої води в 5 разів менше константи іонізації звичайної води. Хімічні реакції та біохімічні процеси в D2O значно уповільнені. У сумішах важкої води зі звичайною водою з великою швидкістю відбувається ізотопний обмін: Н2О + D2O = 2 HDO.
Важка вода в високих концентраціях токсична для організму. Для тварин клітин гранична концентрація 2H2O становить 25 об.%, Для клітин рослин - 50 об.%, Для найпростіших - 70-80%. Тому доцільно проводити ретельний контроль ізотопного складу одержуваної прісної води.
Таким чином Вибір методу і технології опріснення води залежить від пропонованих до води вимог щодо якості та солевмістом, а також техніко-економічних показників. Залежно від реалізованого способу опріснення води застосовуються різні типи опріснювальних установок. Дистиляційні опріснювальні установки (однокорпусні і багатокорпусні, за способом опріснення - парокомпресійні і сонячні) застосовуються при опріснення морської води і солоних вод з високим солевмістом до 35 г / л. Опріснення морської води електродіалізом і гиперфильтрацией (зворотним осмосом) економічно при солевмісті 25 г / л, іонним обміном - менше 25 г / л. З усього обсягу одержуваної в світі опрісненої води 96% припадає на частку дистиляційних опріснювальних установок, 2,9% - електродіалізних, 1% - обратноосмотічеськіх і 0,1% - на частку заморожують і іонообмінних опріснювальних установок.
Головне завдання опріснення води полягає в тому, щоб проводити процес з мінімальною затратою енергії і мінімальними витратами на обладнання. Ця вимога важливо тому що країна, яка змушена в більшій мірі покладатися на опріснену воду, повинна витримувати економічну конкуренцію з іншими країнами, які мали більш великими і дешевими джерелами прісної води.
Проектні розробки показують, що транспортування прісної води з природного джерела навіть на відстань до 400-500 км дешевше опріснення тільки для невеликих водоспоживачів. Оцінка прогнозних експлуатаційних запасів солонуватих і солоних підземних вод в посушливих районах з урахуванням віддаленості більшості з них від природних прісноводних джерел дозволяє зробити висновок про те, що опріснення є для них єдино можливим і економічно доцільних засобів зв'язку водозабезпечення.
Застосовувані в техніці опріснення солоних вод методи можуть бути ефективно використані для повернення природі використаної води, не погіршує стану прісних водойм.
Літературні джерела:
Мосін O.В. Фізико-хімічні основи опріснення морської води // Свідомість і фізична реальність, 2012, № 1, с. 19-30.
При використанні матеріалів сайту посилання на авторство обов'язкове.
