Хо 2 опреснитель морской воды описание. Как проще всего опреснить морскую воду

Вывоз, переработка и утилизация отходов с 1 по 5 класс опасности

Работаем со всеми регионами России. Действующая лицензия. Полный комплект закрывающих документов. Индивидуальный подход к клиенту и гибкая ценовая политика.

С помощью данной формы вы можете оставить заявку на оказание услуг, запросить коммерческое предложение или получить бесплатную консультацию наших специалистов.

Запасы воды на планете Земля огромны, но большая часть доступной пресной воды распределена неравномерно. А морская непригодна для пищевой промышленности из-за солености. По этой же причине ее нельзя использовать для сельского хозяйства и бытовых нужд. В морской воде содержится не только соль, а еще более 40 химических элементов. Для того чтобы получить пригодную к использованию воду требуется опреснение морской воды – процесс, который позволяет получить пресную воду с содержанием солей менее 0,002 г/мл.

Существуют разные методы опреснения воды – от относительно простых и экономичных до масштабных и специализированных. В настоящее время продолжаются поиски дешевого и эффективного способа обессоливания.

Способы опреснения

Основные способы опреснения воды:

Дистилляция.
Ионизация.
Обратный осмос.
Электродиализ.

Это методы, которые можно использовать в крупных масштабах, для нужд промышленности. Среди них большой популярность пользуется дистилляция – она бывает простой или многоступенчатой. Во время дистилляции воду доводят до кипения, образуется водяной пар – чистая дистиллированная вода. В остатке же находятся соли.

С помощью дистилляции получают более половины всей опресняемой жидкости. Отдельно выделяют метод мембранной дистилляции, заключающийся в собирании водяного пара по одну сторону от специальной мембраны, которая пропускает только молекулы газа.

Обратный осмос – это один из самых экономичных методов. Подсчеты показывают, что опреснение 15 тонн исходного сырья будет стоить не больше 1 доллара. Суть метода в продавливании жидкости через чрезвычайно мелкие фильтры. Через поры проходит только чистая жидкость, соли и примеси остаются.

Электродиализ – это процесс пропускания жидкости через специальную электродную камеру. В камере находятся пластины, которые, соответственно заряду, притягивают катионы и анионы. Преимущество метода – высокая устойчивость оборудования к воздействию внешней среды. Так, электродиализ дает возможность проводить опреснение воды при высокой температуре. Минусы – необходимость установки специального оборудования.

Другие методы немного сложнее и распространены не так широко. Ограниченное применение связано с высокой себестоимостью опресненной воды.

В некоторых южных регионах используется достаточно простой метод – солнечное опреснение воды. Он заключается в нагревании воды на солнце. Пар улавливается, так получают пресную воду. Есть и обратный метод – опреснение воды замораживанием. Насыщенная солью жидкость замерзает медленнее, чем пресная – в момент замерзания их можно разделить.

Опреснение в промышленности

В промышленных масштабах недостаток чистой опресненной воды ощущается острее и зафиксирован более чем в полусотне стран. Кризис связан в первую очередь с активным развитием промышленности, быстрым ростом населения и несовершенством экологического законодательства. Поэтому вопрос опреснения воды в промышленных масштабах стоит очень остро. Это оптимальный путь добычи пресной воды в крупных масштабах – особенно использование опреснительных установок актуально в прибрежных зонах.

Большинство крупных опреснительных станций расположено в регионах с недостатком питьевой воды. К ним относится практически весь Ближний Восток, а также некоторые страны Северной Африки. Строительство станций продолжается также в Европе и США. Современные технологические мощности позволяют удовлетворить потребность населения в чистой питьевой воде даже в странах с минимальными природными ресурсами.

Что касается обстановки в России, то опреснительные технологии только начинают развиваться. Благодаря природным запасам и особенностям климата и территории, природных запасов хватит минимум на несколько десятков лет.

Новые возможности и альтернативы

Технологии опреснения несовершенны, поэтому продолжается поиск альтернативных возможностей. Наиболее перспективной представляется идея транспортировки льда из антарктического региона. Главная проблема состоит в длительности такой транспортировки и возможных последствиях от вмешательства в структуру ледника.

Еще одна технология – регенерация. Суть состоит в том, что сточные и поверхностные воды очищают и снова пускают в бытовой или промышленный оборот. Такая жидкость пригодна, по крайней мере, для технических и сельскохозяйственных нужд.

Особые опреснители

Существуют специальные судовые опреснители, которые предназначены для получения жидкости во время длительного плавания. Большинство таких опреснителей построено на основе мембранного фильтра. В настоящее время активно растет число судов, оборудованных такими опреснителями.

Еще одна категория – бытовые устройства. Они подходят не только для домашнего использования. Их можно устанавливать, например, в лаборатории, медицинские учреждения, косметические салоны. Бытовые устройства работают по принципу паровых дистилляторов. Они отличаются только объемом чистой жидкости, производимой за определенный промежуток времени. Существенный недостаток в том, что они требуют много электроэнергии.

Глобальной проблемой человечества в новом тысячелетии становится проблема получения пригодной для питья пресной воды. Дефицит пресной воды остро ощущается на территории более 40 стран, расположенных в засушливых областях земного шара и составляющих около 60% всей поверхности суши. Мировое потребление воды в начале XXI века достигло 120-150·10 9 м 3 в год. Растущий мировой дефицит пресной воды может быть скомпенсирован опреснением солёных (солесодержание более 10 г/л) и солоноватых (2-10 г/л) океанических, морских и подземных вод, запасы которых составляют 98% всей воды на земном шаре.

Пресная вода является ценной составной частью морской воды. Нехватка пресной воды все больше ощущается в индустриально развитых странах, как США и Япония, где потребность в пресной воде для бытовых нужд, сельского хозяйства и промышленности превышает имеющиеся запасы. В таких странах, как Израиль или Кувейт, где уровень осадков очень низок, запасы пресной воды не соответствуют потребностям в ней, которые возрастают в связи с модернизацией хозяйства и приростом населения. В дальнейшем человечество окажется перед необходимостью рассматривать океаны как альтернативный источник воды.

Россия по ресурсам поверхностных пресных вод занимает первое место в мире. Однако до 80% этих ресурсов приходится на районы Сибири, Севера и Дальнего Востока. Всего около 20% пресноводных источников расположено в центральных и южных областях с самой высокой плотностью населения и высокоразвитыми промышленностью и сельским хозяйством. Некоторые районы Средней Азии (Туркмения, Казахстан), Кавказа, Донбасса, юго-восточной части РФ, обладая крупнейшими минерально-сырьевыми ресурсами, не имеют источников пресной воды. Вместе с тем ряд районов нашей страны располагает большими запасами подземных вод с общей минерализацией от 1 до 35 г/л, не используемых для нужд водоснабжения из-за высокого содержания растворенных в воде солей. Эти воды могут стать источниками водоснабжения только при условии их дальнейшего опреснения.

Важным параметром морской воды при опреснении является солёность, под которой подразумевается масса (в граммах) сухих солей (преимущественно NaCl) в 1 кг морской воды. Средняя солёность вод мирового океана постоянна и составляет 35 г/кг морской воды.

Наряду с NaCl в морской воде содержатся K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Br - , F - , H 3 BO 3 , которые можно получать из морской воды в промышленных масштабах (Таблица). Среди 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). Кроме этих элементов в морской воде обнаружено около 30 других элементов в более низких концентрациях.

Химические вещества, содержащиеся в мор ской воде
в концентрации выше 0,001 г/кг (1 млн.д.) по весу

Высокая концентрация солей делает морскую воду непригодной для питьевых и хозяйственных целей. Поэтому её необходимо опреснять, т.е. проводить обработку с целью снижения концентрации растворённых солей до 1 г/л. Опреснение воды может осуществляться химическими (химическое осаждение, ионный обмен), физическими (дистилляция, обратный осмос или гиперфильтрация, электродиализ, вымораживание) и биологическими методами с использованием способности некоторых фотосинтезирующих водорослей избирательно поглощать NaCl из морской воды.

За последние годы были также предложены новые альтернативные методы опреснения морской воды за счёт воздействия ультразвуком, акустическими, ударными волнами, электромагнитными полями и др.

Многообразие существующих методов получения пресной воды объясняется тем, что ни один из них не может считаться универсальным, приемлемым для данных конкретных условий. Характеристики методов опреснения, получивших наибольшее практическое применение приводятся ниже.

Химическое опреснение

При химическом способе опреснения в морскую воду вводят специальные осаждающие реагенты, которые при взаимодействии с растворёнными в ней ионами солей (хлориды, сульфаты), образуют нерастворимые, выпадающие в осадок соединения. Вследствие того, что морская вода содержит большое количество растворенных веществ, расход реагентов весьма значителен и составляет примерно 3-5% количества опресненной воды. К веществам, способным образовывать нерастворимые соединения с ионами натрия (Na +) и хлора (Cl -), относятся соли серебра (Ag +) и бария (Ba 2+), которые при обработке солёной воды образуют выпадающие в осадок хлористое серебро (AgCl) и сернокислый барий (BaSO 4). Эти реагенты дорогостоящие, реакция осаждения с солями бария протекает медленно, соли бария токсичны. Поэтому химическое осаждение при опреснении воды используется очень редко.

Дистилляция

Дисцилляция воды (перегонка) основана на различии в составе воды и образующегося из нее пара. Процесс осуществляется в специальных дистилляционных установках – опреснителях путем частичного испарения воды и последующей конденсации пара. В процессе дистилляции более летучий компонент (низкокипящий) переходит в паровую фазу в большем количестве, чем менее летучий (высококипящий). Поэтому при конденсации образовавшихся паров в дистиллят переходят низкокипящие, а в кубовый остаток - высококипящие компоненты. Если из исходной смеси отгоняется не одна фракция, а несколько, дистилляция называется фракционной (дробной). В зависимости от условий процесса различают простую и молекулярную дистилляцию.

Дистилляционная опреснительная установка состоит из испарителя 1, снабженного теплообменным устройством для подвода к воде необходимого 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 подразделяются на одноступенчатые, многоступенчатые с трубчатыми нагревательными элементами, или испарителями, многоступенчатые с мгновенным вскипанием и парокомпрессионные.

Многоступенчатый испаритель (рис. 2) состоит из ряда последовательно работающих испарительных камер с трубчатыми нагревательными элементами. Нагреваемая солёная вода движется внутри трубок нагревательного элемента, греющий пар конденсируется на внешней поверхности. При этом нагрев и испарение воды в первой ступени осуществляются паром рабочего котла, работающего на дистилляте; греющим паром следующей ступеней служит вторичный пар предыдущей испарительной камеры. Данная установка способна вырабатывать 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 мгновенным вскипанием (рис. 3) солёная вода проходит последовательно через конденсаторы, встроенные в испарительные камеры, нагреваясь за счёт тепла конденсации, затем поступает в главный подогреватель и нагревается выше температуры кипения воды в первой испарительной камере, где происходит процесс кипения. Затем пар конденсируется на поверхности трубок конденсатора, а конденсат стекает в конденсатор и насосом откачивается потребителю. Неиспарившаяся вода перетекает через гидрозатвор в следующую камеру с более низким давлением, где она снова вскипает, и т.д. Рекуперация тепла фазового перехода в многоступенчатом опреснителе позволяет снизить расход тепла по сравнению с одноступенчатым дистилляционным опреснителем на 1 кг пресной воды до 250-300 кдж.

Рис. 3. Схема многоступенчатого дистилляционного опреснителя с мгновенным 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.

Основным преимуществом многоступенчатых дистилляционных опреснительных установок является то, что на единицу первичного пара можно получить значительно 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/м 3 дистиллята.

Затраты при осуществлении любого варианта процесса дистилляции связана с большими затратами тепловой энергии, составляющими 40% от стоимости получаемой воды (если проводить дистилляцию в вакууме, температура кипения воды понижается до 60 0 С и дистилляция требует меньших тепловых затрат). В качестве источников тепловой энергии используются атомные и тепловые электростанции. Сочетание дистилляционной установки с тепловой электростанцией на минеральном или ядерном топливе, так называемая многоцелевая энергетическая установка, позволяет обеспечить промышленный район всеми видами энергетических услуг по минимальной себестоимости при наиболее рациональном использовании топлива. В пустынных южных районах и на безводных островах применяются солнечные опреснители; которые производят в летние месяцы около 4 л воды в сутки с 1 м 2 поверхности, воспринимающей солнечную радиацию.

Эффективность работы дистилляционных испарителей ограничена образованием накипи в системе циркуляции горячего рассола. По мере выпаривания морской воды из дистилляционого опреснителя, раствор соли становится более концентрированным, и в конечном итоге осаждается на стенках аппарата в виде накипи из солей жёсткости, состоящих, главным образом, из хлоридов и карбонатов кальция (CaCO 3 , CaCl 2) и магния (MgCO 3 , MgCl 2), что ухудшает теплопроводность стенок теплообменника, приводит к разрушению труб и теплообменного оборудования. Это требует применения специальных антинакипных добавок, что существенно увеличивает энергозатраты на проведение дистилляции до 10 кВт час/м 3 обессоленной воды. Поэтому в последние годы предложены другие способы опреснения морской воды, которые не связаны с необходимостью ее испарения и конденсации.

Ионный обмен

Метод основан на свойстве твёрдых полимерных смол разной степени сшивки, ковалентно связанных с ионогенными группами (иониты), обратимо обмениваться ионами растворённых в воде солей (проивоионы).

В зависимости от заряда иониты подразделяются на положительно заряженные катиониты (H +) и отрицательно заряженные аниониты (OH -). В катионитах – веществах, аналогичным кислотам, анионы представлены в виде нерастворимых в воде полимеров, а катионы (Na +) подвижны и обмениваются с катионами растворов. В противоположность катионитам, аниониты - по химической структуре основания, нерастворимую структуру которых образуют катионы. Их анионы (обычно гидроксильная группа ОН -) способны обмениваться с анионами растворов.

Процесс ионнообменного опреснения воды заключается в последовательном прохождении воды через через неподвижный слой ионита в периодическом процессе или противоточным движением воды и ионита в непрерывном процессе (рис. 4). В этом процессе катионы и анионы солей обрабатываемой воды последовательно связываются с ионитами, в результате происходит её обессоливание. Соотношение ионита, анионита и катионита обычно составляет от1:1 до 1.5:1.0 по массе.

Рис. 4. Схемы ионообменного опреснения воды (М 2+ = Са 2+ , Mg 2+) на неподвижном слое ионита (а) и в противотоке (б) с движущимися слоями ионита (NaR, MR 2) и потоками воды.

Кинетика ионного обмена включает 3 последовательные стадии: перемещение сорбируемого иона к поверхности глобулы ионита (1), ионный обмен (2), перемещение вытесняемого иона внутри глобулы ионита и от его поверхности в растворе (3).

На скорость ионного обмена влияют следующие факторы: доступность фиксированных ионов внутри каркаса ионита, размер гранул ионита, температура, концентрация раствора. Общая скорость процесса ионного обмена определяется совокупностью процессов, происходящих в растворе (диффузия противоионов к грануле и от гранулы ионита) и в ионите (диффузия противоионов от поверхности к центру гранулы ионита и в обратном направлении; обмен противоионов ионита на противоионы из раствора). В условиях, приближенных к реальным условиям очистки воды, лимитирующим фактором, определяющим скорость ионного обмена, является диффузия ионов внутри гранулы ионита.

Обменная способность ионообменных смол постепенно снижается, и, в конечном итоге, исчерпывается. В этом случае требуется регенерация раствором кислоты (катионит) или щелочи (анионит), что восстанавливает исходные химические свойства смол. Катионит регенерируется 5%-м раствором серной кислоты, которую пропускают последовательно через катионит до появления кислой реакции. Удельный расход серной кислоты 55-60 г/г-экв. сорбированных катионов. Анионит регенерируется раствором 5%-ной кальцинированной соды или едкого натра с удельным расходом 70-75 г на 1 г-экв. задержанных анионов.

Ионный обмен применяется для получения обессоленной и умягчённой воды в тепловой и атомной энергетике и в промышленности; в цветной металлургии - при комплексной гидрометаллургической переработке руд, в пищевой промышленности, в медицинской промышленности при получении антибиотиков и и других лекарственных средств, а также для очистки сточных вод в целях организации оборотного водоснабжения. В настоящее время также разрабатываются ионообменные методы комплексного извлечения из океанской воды ценных минералов.

Промышленные аппараты для реализации ионного обмена подразделяются на 3 группы: установки типа смесителей-отстойников, установки с неподвижным и подвижным слоями ионита. Аппараты первого типа чаще всего используют в гидрометаллургии. В аппаратах с неподвижным слоем ионита исходные и обессоленыые растворы подаются в одном направлении (поточные схемы) или в противоположных (противоточные схемы). Такие аппараты используются для ионообменной очистки растворов, при умягчении и обессоливании морской воды. В непрерывно действующих противоточных аппаратах подвижный ионит перемещается сверху вниз под действием силы тяжести. Конструктивно противоточные аппараты подразделяются на 3 группы: со взвешенным или кипящим слоем ионита, с непрерывным движущимся слоем ионита и с двищущимся раствором через ионит.

В зависимости от заданной степени обессоливания воды проектируют одно-, двух и трех ступенчатые ионнообменные установки. Остаточное солесодержание при одноступенчатом ионообменном опреснении составляет 20 мг/л. Для получения воды с солесодержанием до 0,5 мг/л применяют установки с двухступенчатой схемой Н + - и ОН - – ионирования.

Ионообменный способ опреснения воды имеет ряд достоинств: простота оборудования, малый расход исходной воды на собственные нужды (15-20% производительности установки), малый расход электроэнергии, малый объем ных сбросных вод.

Недостаток ионообменного метода - сравнительно высокий расход реагентов, технологическая сложность процесса, который лимитируется исходным уровнем солесодержания обрабатываемой воды, определяющегося экономическими затратами. Рентабельность ионного обмена при опреснении воды обычно ограничивается исходным содержанием растворенных солей 1.5-2.5 г/л. Однако при необходимости, когда себестоимость воды не играет существенной роли, этим методом можно опреснять воду с достаточно высоким солесодержанием.

Обратный осмос

При опреснении воды методом обратного осмоса морскую воду пропускают через полупроницаемые мембраны под воздействием давления, существенно превышающего разницу осмотических давлений пресной и морской воды (для морской воды 25-50 атм.). Такие мембраны изготавливаются отечественной промышленностью из полиамида или ацетата целлюлозы и выпускаются в виде полых волокон или рулонов. Через микропоры этих мембран могут свободно проникать небольшие молекулы воды, в то время как более крупные ионы соли и другие примеси задерживаются мембраной.

Обратный осмос используется в нашей стране с начала 1970 годов в различных технологиях очистки воды от примесей, в том числе для опреснения воды. Современные промышленные установки обратного осмоса включают фильтр тонкой очистки воды, систему реагентной подготовки, насос высокого давления, блок фильтрующих модулей, блок химической промывки.

В установках по опреснению воды методом обратного осмоса трубы изготавливают из пористого материала, выложенного с внутренней стороны пленкой из ацетата целлюлозы, выполняющей функции полупроницаемой мембраны. Опреснительная установка состоит из множества аналогичных труб, уложенных параллельно друг другу, через которые насосом высокого давления (5-10 Мн /м 2 , или 50-100 бар ) непрерывно прокачивается морская вода, а отводится два потока -обессоленная - пермеат, и вода с концентрированными солями - концентрат, которая сливается в сток (рис. 5). Поток пресной воды через мембрану пропорционален приложенному внешнему давлению. Максимальное давление определяется собственными характеристиками обратноосмотической мембраны. При слишком высоком давлении мембрана может разорваться, забиться присутствующими в воде примесями или пропускать слишком большое количество растворенных солей. При слишком низком давлении процесс замедляется.

Рис. 5. Схема процесса опреснения воды методом обратного осмоса.

Обратный осмос обладает существенными преимуществами по-сравнению с другими методами опреснения воды: энергетические затраты сравнительно невелики, установки конструктивно просты и компактны, работа их может быть легко автоматизирована. Управление системой обратного осмоса осуществляетсяв полуавтоматическом и автоматическом режиме. Для уменьшения образования нежелательных отложений солей в полостях труб применяются ингибиторы осадкообразования. Для снятия осадков солей с поверхности мембран используется система химической промывки. Для контроля качества очистки 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 различных факторов, прежде всего от общего солесодержания исходной воды, а 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 приблизительно 700 л пресной воды с 1 м 2 мембраны. Поскольку для получения большой площади поверхности необходимо очень много тонких труб, процесс обратного осмоса не находит широкого применения для получения больших количеств пресной воды. Однако этот процесс представляется весьма перспективным, если в будущем будут разработаны улучшенные низконапорные высокоселективные энергосберегающие мембраны, особенно для опреснения соленой воды из скважин. Эта вода имеет более низкую концентрацию растворенных солей по сравнению с морской водой, что позволяет проводить ее опреснение при более низких давлениях.

Электродиализ

Данный процесс мембранного разделенияоснован на способности ионов растворённых в воде солей перемещаться через мембрану под действием градиента электрического поля. При этом катионы перемещаются по направлению к отрицательному электроду (катоду), а анионы движутся в противоположном направлении к положительно заряженному электроду (аноду). Катионы и анионы разделяют, используя специальные проницаемые для ионов ионоселективные мембраны. В результате в ограниченном мембранами объёме, происходит снижение концентрации солей.

Ионноселективные мембраны, применяемые для электродиализа, изготовляют из термопластичного полимерного материала (полиэтилен, полипропилен) и ионообменных смол (КУ-2, ЭДЭ-10П и др.) в виде гибких листов прямоугольной формы. Они имеют большую механическую прочность, высокую электропроводность и высокую проницаемость для ионов. Кроме того, они обладают высокой селективностью и низким электросопротивлением, которое составляет от 2 Ом/см 2 до 10 Ом/см 2 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 множество полостей. Камеры размещены между катодом и анодом, к которым подведён постоянный электрический 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 электрического поля катионы и анионы растворённых в воде солей движутся в противоположных направлениях к катоду и аноду соответственно. Поскольку катионитовые мембраны проницаемы в электрическом 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 этом удаляемые из воды соли концентрируются в рассольных камерах, откуда они удаляются вместе с промывочной солёной водой.

Расход электроэнергии на опреснение воды электродиализом зависит от исходного 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 м 3 пресной воды в сутки. Они применяются для опреснения морской воды при получении питьевой и технической воды, при обессоливании сточных вод гальванического производств (гальванических стоков), для концентрирования сточных вод, содержащих ценные компоненты (например, драгоценные металлы), перед последующим извлечением этих компонентов. Чаще всего процесс электродиализа применяют для обессоливания воды, содержащей не более 10 г/л растворённых солей. В этом случае процесс электродиализа является более экономичным по сравнению с обратным осмосом и дистиляцией. При помощи электродиализа можно также концентрировать растворы. Благодаря этому электродиализ применяется при выделения хлористого натрия (NaCl) и других солей из морской воды. Электродиализ применяется также для предочистки воды для теплоэнергетических установок.

Преимуществом электродиализа по сравнению с обратным осмосом является то, что в этом процессе используются термически и химически более стойкие мембраны, что позволяет проводить процесс опреснения воды при повышенных температурах.

Замораживание

Данный метод основан на том, что в естественных природных условиях лед, образующийся из морской воды, является пресным, поскольку образование кристаллов льда при температуре ниже температуры замерзания происходит только из молекул воды (явление криоскопии). При искусственном медленном замораживании соленой морской воды вокруг центров кристаллизации образуется пресный лед гексагональной игольчатой структуры со средней плотностью 930 кг/м 3 . При этом в межигольчатых каналах концентрация раствора и его плотность, повышаются, и он, как более тяжелый, по мере замораживания оседает вниз. При последующей сепарации, промывки и таянии кристаллического льда образуется пресная вода с содержанием солей 500-1000 мг/л NaСl.

Замораживание морской воды проводят в кристаллизаторах (контактные, вакуумные, с теплообменом через стенку) в условиях непосредственного контакта охлаждаемого раствора с хладагентом – газообразным или жидким.

Для лучшего опреснения морского льда применяется фракционное плавление при температуре 20°С с промывкой и сепарацией кристаллов льда от маточного раствора методами фильтрования, гидравлического прессования и центрифугирования.

Данный метод применяется для концентрирования непищевых продуктов, для опреснения морской воды, концентрирования и разделения химических растворов и др. Он достаточно прост и экономичен, но требует сложного оборудования и энергоёмок. Поэтому на практике он используется чрезвычайно редко.

В нашей стране разработан газогидратный метод опреснения воды, который по аппаратурному оформлению аналогичен замораживанию со вторичным хладоагентом . Этот метод основан на способности некоторых углеводородных газов (пропан, циклопропан, бутан, изобутан, этилен, фреон-31, фреон-40 и др.) при определенных температуре и давлении образовывать при взаимодействии с водой соединения клатратного типа (газогидраты) общей формулы М nН 2 О (М - молекула гидратобразующего газа), с их последующей сепарацией от рассола и плавлением. В зависимости от природы газа и условий проведения процесса, газогидраты образуются из 46 молекул воды и 6 (газогидраты I) или 8 молекул (газогидраты II) газа.

Принципиальные основы газогидратного метода опреснения воды заключаются в следующем: в замораживаемую соленую воду вводят гидратобразующий газ и после формирования кристаллической фазы (газогидрата) ее отделяют от рассола, образовавшегося в результате отбора от исходной соленой воды части молекул Н 2 О, расходованных на образование газогидрата; кристаллы газогидрата отмывают от рассола, плавят и получают пресную воду. Выделившийся при плавлении газогидрата газ может быть рекуперирован.

Обладая всеми преимуществами контактного вымораживания, газогидратный метод выгодно отличается более высокой температурой проведения процесса, что позволяет уменьшить энергетические затраты и потери холода в окружающую среду.

Разновидностью этого метода является опреснение морской воды с помощью попутного газа из смеси 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 затем разделяют. Для этого достаточно снизить давление и несколько повысить температуру: углеводороды улетучиваются, остается пресная вода. После улавливания и ожижения углеводороды возвращаются в цикл.

Необходимо подчеркнуть, что при выборе метода опреснения воды следует уделять внимание наличию в морской воде дейтерия в виде тяжелой воды D 2 О. Соотношение между тяжёлой и обычной водой в природных водах составляет 1:5500. Разные природные воды содержат различное содержание дейтерия. Обычная водопроводная вода содержит около 100 г дейтерия на тонну воды, а морская вода от 130 до 150 г дейтерия на тонну воды.

Физико-химические свойства тяжёлой воды отличаются от таковых для обычной воды. Молекулярная масса D 2 O на 10% превышает массу Н 2 О. Такая разница приводит к существенным различиям в физических, химических и биологических свойствах тяжёлой воды. Тяжёлая вода кипит при 101.44 0 С, замерзает при 3,82 0 С, имеет плотность при 20 0 С 1,105 г/см 3 , причём максимум плотности приходится не на 4 0 С, как у обычной воды, а на 11,2 0 С (1,106 г/см 3). Большая прочность связи D-O, чем H-O, обусловливает различия в кинетике реакций тяжелой и обычной воды. Подвижность дейтерия D + меньше, чем подвижность протия Н + , константа ионизации тяжёлой воды в 5 раз меньше константы ионизации обычной воды. Химические реакции и биохимические процессы в D 2 O значительно замедлены. В смесях тяжёлой воды с обычной водой с большой скоростью происходит изотопный обмен: Н 2 O + D 2 O = 2 HDO.

Тяжёлая вода в высоких концентрациях токсична для организма. Для животных клеток предельная концентрация 2 H 2 O составляет 25 об.%, для клеток растений – 50 об.%, для простейших – 70-80%. Поэтому целесообразно проводить тщательный контроль изотопного состава получаемой пресной воды.

Таким образом Выбор метода и технологии опреснения воды зависит от предъявляемых к воде требований по качеству и солесодержанию, а также технико-экономических показателей. В зависимости от реализуемого способа опреснения воды применяются различные типы опреснительных установок. Дистилляционные опреснительные установки (однокорпусные и многокорпусные, по способу опреснения - парокомпрессионные и солнечные) применяются при опреснении морской воды и солёных вод с высоким солесодержанием до 35 г /л. Опреснение морской воды электродиализом и гиперфильтрацией (обратным осмосом) экономично при солесодержании 25 г /л , ионным обменом - менее 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.

Главная задача опреснения воды заключается в том, чтобы проводить процесс с минимальной затратой энергии и минимальными расходами на оборудование. Это требование важно потому что страна, которая вынуждена в большей мере полагаться на опресненную воду, должна выдерживать экономическую конкуренцию с другими странами, располагающими более обширными и дешевыми источниками пресной воды.

Проектные разработки показывают, что транспортировка пресной воды из естественного источника даже на расстояние до 400-500 км дешевле опреснения только для небольших водопотребителей. Оценка прогнозных эксплуатационных запасов солоноватых и соленых подземных вод в засушливых районах с учетом удаленности большинства из них от естественных пресноводных источников позволяет сделать вывод о том, что опреснение является для них единственно возможным и экономически оправданным способом водообеспечения.

Применяемые в технике опреснения соленых вод методы могут быть эффективно использованы для возвращения природе использованной воды, не ухудшающей состояния пресных водоемов.

Литературные источники :

Мосин O.В. Физико-химические основы опреснения морской воды // Сознание и физическая реальность, 2012, № 1, с. 19-30.

Опреснитель, - это аппарат для удаления из воды растворенных солей.

С помощью опреснителя в результате конечной обработки получается сверхчистая вода, не содержащая минеральных солей, которая может использоваться как для бытовых целей, так и в качестве питьевой воды.

Вода, в том числе и пресная, не является абсолютно чистой: она содержит различные примеси. От количества и свойств, растворенных в воде веществ, зависит пригодность ее применения на судне.

В зависимости от назначения различают следующие виды пресной воды, применяемые на судне:

питьевую - для питья и приготовления пищи;
мытьевую - для умывальников, душевых, прачечных;
питательную - для питания парогенераторов;
дистиллированную - для аккумуляторных батарей;
техническую - для охлаждения судовых двигателей;
технологическую - для обработки рыбы.

Для каждого из перечисленных видов воды предусматриваются свои емкости и системы.
Допускается устройство единой системы питьевой и мытьевой воды при условии, что качество и условия ее хранения будут удовлетворять требованиям, предъявляемым к питьевой воде.

Типы опреснителей.

Существующие разнообразные способы опреснения забортной морской воды можно разделить на две основные группы:

Дистилляционное опреснение, связанное с промежуточным переходом жидкого агрегатного состояния, в твердое или газообразное (паровое или испарительное);
Фильтрационное опреснение (обратный ОСМОС) без изменения агрегатного состояния жидкости (воды).

Дистилляционные опреснители выпаривают морскую воду, улавливают получившийся пар и затем, после его охлаждения, получают воду.

Дистилляционная опреснительная установка состоит из следующих основных частей:

Теплообменных аппаратов: испарителя, конденсатора, водонагревателя.
Насосов: питательного, циркуляционного, дистиллятного, рассольного.
Трубопроводов: теплоносителя, забортной воды, пресной воды, рассола.
Контрольно-измерительных, сигнальных и автоматических приборов.

Опреснители фильтрационного типа работают по-другому. В работе используют принцип обратного ОСМОСа. Под ОСМОСом понимают процесс «выравнивания» концентрации растворенных элементов в растворах (например, солей в сосудах, разделенных полупроницаемой мембраной). Обратный ОСМОСтребует приложения к соленой воде очень высокого давления, которое буквально «выдавливает» ионы соли через мембрану. Проще говоря, опреснение состоит в том, что солевой раствор оказывается под давлением со стороны мембраны, проницаемой для воды и непроницаемой для соли.

В результате фильтрации способом обратного ОСМОСа 97% содержащихся в морской воде солей и минералов отфильтровываются, а оставшиеся 3% дают на выходе чистую питьевую воду, согласно всех санитарных требований.

Преимущества и недостатки опреснителей дистилляционного и фильтрационного типов.

Преимущества дистилляционного типа опреснителей:

возможность достижения высокого качества опресненной воды.
возможность использования в системах водоподготовки на тепловых и атомных электростанциях, а также котельных установках.

Преимуществами опреснителей фильтрационного типа (обратный ОСМОС) является:

простота технической реализации и надежность;
долговечность;
простой процесс замены мембран и длительная работоспособность мембран до их замены;
компактность и малый вес;
низкие удельные затраты энергии;
низкий уровень шума;
высокая производительность при минимальных эксплуатационных затратах;
установки фильтрационного типа снабжены автоматической системой, которая регулирует рабочее давление помпы в зависимости от степени солености воды;
возможность обработки различных типов вод (морской воды, малосоленой воды устьев рек, речной и озерной воды) с помощью одной установки;
с помощью установок фильтрационного типа (обратный ОСМОС) можно обрабатывать портовые воды, уделив должное внимание стадии префильтрации.

Недостатки дистилляционного типа опреснителей:

на выходе получается дистиллированная вода, то есть химически чистая, без каких-либо минералов и солей. Употребление такой воды в пищу приводит к вымыванию солей и минералов из костей, нарушению работы желудочно-кишечного тракта;
большие размеры агрегата;
большой расход электричества;
при опреснении соленой воды, происходит быстрое зарастание накипью поверхностей теплообмена, вследствие чего снижается экономичность работы установки;
необходимость постоянно следить за показателями соленомеров, брать пробы для определения качества дистиллята, не реже одного раза в сутки.

Недостатками опреснительной установки фильтрационного типа (обратный ОСМОС) являются:

мембрана является расходным материалом, который требует замены каждые 1,5-3 года, в зависимости от интенсивности использования;
установка дополнительного фильтра для предварительной очистки масла от воды.

Не вся вода на земле пригодна для использования на нужды человека, и поэтому введены соответствующие стандарты, определяющие требования к воде по видам ее потребления.

Одним из главных ограничений использования воды является ее химический состав. Превышение общего количества солей над установленными нормами или отдельных их компонентов делают воду непригодной для использования.

Морская вода, как и многие воды на континенте, имеет высокое содержание солей. Так, 1 т морской воды содержит 35 кг различных солей. Естественно, что прямое использование такой воды, особенно для питья, невозможно.

Российский ГОСТ на питьевую воду действует с 1982 г. Сейчас он дополнен более новым нормативом.

Санитарные правила и нормы (СанПиН) 2.1.4.550-96 «Питьевая вода».

В соответствии с действующими стандартами и нормами под термином питьевая вода высокого качества подразумевается:

Вода с соответствующими органолептическими показателями - прозрачная, без запаха и с приятным вкусом;
Вода с рН = 7-7,5 и жесткостью не выше 7 ммоль/л;
Вода, в которой суммарное количество полезных минералов не более 1 г/л;
Вода, в которой вредные химические примеси либо составляют десятые-сотые доли их ПДК, либо вообще отсутствуют (то есть их концентрации настолько малы, что лежат за гранью возможностей современных аналитических методов).
Вода, в которой нет болезнетворных бактерий и вирусов.

Характеристики опреснителей (обратный ОСМОС).

Благодаря особо компактной конструкции опреснители занимают немного места и могут быть свободно размещены на судах малых и средних размеров. Корпус опреснителей ОСМОС изготавливается из нержавеющей стали. Корпус осмотических мембран, выполняется, из высококачественной стали, и эпоксидной смолы, и надежно защищает мембраны от коррозии.

Одной из главной проблем в длительном морском рейсе становится отсутствие пресной воды. Основными показателями, определяющими качество пресной воды, являются соленость, характеризуемая содержанием растворенного хлористого натрия, и жесткость, обусловленная наличием в ней солей кальция и магния.

При установке на выходе еще одного фильтра, поставляемого по запросу клиента, который служит для реминерализации очищенной воды, происходит улучшение вкусовых свойств воды и преобразование ее в абсолютно пригодную для питья.

Кроме того, в случае обработки портовых вод или подозрения на возможное загрязнение воды углеводородами, рекомендуется установить фильтр предварительной очистки для отделения масла и воды, что в любом случае не навредит работе опреснительно-очистительной установки, но однозначно продлит срок службы мембран.

Оборудование для опреснения морской воды, на входе имеет содержание соли в воде 38000 PPM, на выходе 600 PPM.

ООО Дальневосточная Компания «ПРБ» имеет в наличии, на складе во Владивостоке , полностью автоматический Комплекс по опреснению морской воды методом обратного осмоса , производительностью 5 тонн в сутки (включая годовой комплект расходного СЗЧ), которая не требует постоянного присутствия вахтенного и технического персонала.

Обратный ОСМОС

Нехватка пресной воды все больше ощущается во всем мире, даже в США и странах Европы. А в таких странах, как Израиль или Иран запасов пресной воды совершенно не хватает для нужд населения и производства. Существует мнение, что в конце концов человечество окажется перед необходимостью добычи пресной воды из вод мирового океана.

Опреснение морской воды - это процесс снижения уровня солей в воде. В нормальной морской воде содержание солей порядка 3,5 процентов, а в воде, которая пригодна для питья, этот уровень не должен превышать 0,05 процента. Также не стоит забывать, что после опреснения обязательно будет требоваться очистка воды от кальция и вредных составляющих, следовательно, необходимо использовать установки для водоочистки.

Водоочистка - серьезная задача при подготовке обычной пресной воды для использования человеком, а очистка опресненной воды - задача еще более сложная. Водоочистка морской воды сложна, потому что уровень содержащихся в морской воде микроорганизмов и их разнообразие гораздо выше, нежели в пресной воде. Более того, очистка морской воды еще осложняется тем, что в морской воде растворено гораздо больше химических соединений, чем в пресной и концентрация их гораздо выше. Все вышеперечисленное говорит о том, что водоочистка морской воды - процесс не менее сложный и важный, чем водоочистка пресной воды.

Существует несколько методов опреснения и последующей очистки морской воды. Одним из этих методов является метод дистилляции.

Дистилляция, или перегонка, основана на том, что вода - вещество летучее, а растворенные в ней соли - нелетучие. Морскую воду нагревают до температуры кипения, в результате чего образуется водяной пар, полученный пар забирается и охлаждается, в результате остается обычная вода. Но при использовании данного способа опреснения морской воды существуют несколько проблем, и самая основная проблема состоит в том, что при выпаривании соляной раствор, остающийся в дистилляторе, с каждым разом становится все более концентрированным. Это приводит к выходу из строя трубопроводов и самого дистиллятора, для решения этой проблемы используют многокамерные дистилляторы, а также часть опресненной воды сбрасывается с соляным раствором в море, а на ее место набирают новую порцию воды. Перед и после процесса дистилляции морская вода проходит процесс предварительной водоочистки.

Еще один способ опреснения морской воды и очистки ее от примесей является - . При использовании данного метода водоочистка и опреснение воды происходит при помощи мембраны, проницаемой для воды и в тоже время непроницаемой для солей и иных примесей, растворенных в морской воде, при помощи . Недостатком данного метода очистки и опреснения морской воды является малое количество получаемой пресной воды. Проблема в том, что морскую воду необходимо подавать на мембрану под давлением для того чтобы через мембрану просачивалась чистая вода, а соли оставались на обратной стороне фильтра. Установка по опреснению и очистке морской воды обычно представляет собой множество тонких трубок, стенки которых выложены изнутри ацетатом целлюлозы, морская вода подается в трубки под давлением, достаточным для того чтобы пресная вода просачивалась через фильтр. Такое давление называется осмотическим, необходимо следить за тем, чтобы оно не превысило допустимые величины, иначе мембрана может порваться или начать пропускать соли, растворенные в морской воде.

Также существуют другие методы опреснения морской воды , например, метод заморозки. Метод основан на том, что при превращении морской воды в лед, соли, растворенные в ней, в лед не попадают.

Как говорилось ранее, уделяя особое внимание процессу опреснения морской воды , нельзя забывать об очистке уже полученной пресной воды. Водоподготовка полученной воды в большинстве своем не отличается от процесса фильтрации и очистки обычной воды. Для очистки воды применяются фильтры грубой очистки, тонкой очистки и фильтры химической и биологической водоочистки.

К сожалению, на данный момент пока все еще не существует достаточно дешевого и эффективного метода опреснения морской воды , способного обеспечить все более возрастающие потребности человечества в пресной воде. Применяемые в данный момент методы опреснения морской воды или неэффективны, или стоимость получаемого литра опресненной воды слишком велика для использования в промышленных масштабах.

1)опреснение без изменения агрегатного состояния жидкости (воды);
2)опреснение, связанное с промежуточным переходом жидкого агрегатного состояния в твердое или газообразное (паровое).

Опреснение способами первой группы включает в себя такие виды, как химическое, электрохимическое, ультрафильтрация.

При химическом способе опреснения в воду вводят вещества, называемые реагентами, которые, взаимодействуя с находящимися в ней ионами солей, образуют нерастворимые, выпадающие в осадок вещества. Вследствие того, что морская вода содержит большое количество растворенных веществ, расход реагентов весьма значителен и составляет примерно 3-5 % количества опресненной воды. К веществам, способным образовывать нерастворимые соединения с натрием и хлором, относятся ионы серебра и бария, которые образуют выпадающие в осадок хлористое серебро и сернокислый барий. Эти реагенты дорогие, реакция осаждения с солями бария протекает медленно, соли ядовиты. Поэтому химическое опреснение используется редко.

При электрохимическом опреснении (электродиализе) применяют специальные электрохимические активные диафрагмы, состоящие из пластмассы, резины с наполнителем и анионитовых или катионитовых смол. Ванна с рассолом ограничена двумя диафрагмами: положительной и отрицательной. Под действием постоянного тока напряжением 110120 В ионы солей, растворенных в воде, устремляются к электродам. Положительные катионы через катион проницаемые диафрагмы, а анионы через анионитовую диафрагму проходят в крайние камеры, где встречаются с двумя пластинами: анодом и катодом. Встречаясь с одноименно заряженными диафрагмами, они остаются в этих камерах. В результате в промежуточных камерах оказывается обессоленная вода, которая стекает в отдельный сборник. Соли и рассолы из крайних камер отводятся за борт, а образующиеся газы (хлор и кислород) в атмосферу. Камеры, в которых опресняется вода, отделены от рассольных камер полупроницаемыми ионитовыми мембранами. При достаточном количестве пар мембран между анодом и катодом расход электроэнергии зависит от солености морской и опресненной воды: чем меньше разница между ними, тем процесс протекает экономичнее. Поэтому электродиализ целесообразно применять для опреснения слабосоленых вод при допустимом высоком солесодержании опресненной воды (5001000 мг/л). На судах, где требования к солесодержанию достаточно высокие, электродиализные опреснители не находят применения. Опытная электродиализная установка эксплуатировалась на траулере "Ногинск".

Опреснение ультрафильтрацией или так называемым способом обратного осмоса состоит в том, что солевой раствор оказывается под давлением со стороны мембраны, проницаемой для воды и непроницаемой для соли. Преснаявода проникает через мембрану в направлении, обратном обычному осмотическому (когда пресная вода вследствие осмотического давления проникает через мембрану в солевой раствор). В существующих установках производительностью около 4 м3/сут соленая вода под давлением около 150 кгс/см2 продавливается через мембраны ацетилцеллюлозного типа, обработанные перхлоратом магния для увеличения их водопроницаемости. С противоположной давлению стороны мембран установлены пористые бронзовые плиты, способные выдержать большое давление. При испытаниях установки с 1,5 %ным солевым раствором была получена вода с солесодержанием 6001000 мг/л Сl. Применение ультрафильтрации как способа опреснения ограничивается малым сроком службы пленок-мембран и большими размерами фильтрующей поверхности. К методам опреснения второй группы, относятся вымораживание и дистилляция, или термическое опреснение.

Опреснение вымораживанием основано на том, что в естественных природных условиях лед, образующийся в океанах и морях, является пресным. При искусственном медленном замораживании соленой морской воды вокруг ядер кристаллизации образуется пресный лед игольчатой структуры с вертикальным расположением игл льда. При этом в межигольчатых каналах концентрация раствора, а, следовательно, и его плотность, повышаются, и он, как более тяжелый, по мере вымораживания оседает вниз. При растаивании игольчатого льда образуется пресная вода с содержанием солей 5001000 мг/л Сl. При быстром замораживании рассол оказывается включенным в толщу льда, и сильное и интенсивное охлаждение приводит к замерзанию всей массы соленого раствора в единое ледяное тело. Для лучшего опреснения морского льда иногда применяется искусственное плавление его части при температуре ~20°С. Вода, образующаяся при таянии, способствует более полному вымыванию солей из льда. Способ вымораживания достаточно прост и экономичен, но требует сложного и громоздкого оборудования.

Дистилляция, или термическое опреснениенаиболее распространенный на морских судах способ получения пресной воды из забортной морской. Как известно, морская вода представляет собой раствор, состоящий из водылетучего растворителя и солейнелетучего растворенного в воде твердого вещества. Сущность дистилляции заключается в том, что забортную воду нагревают до кипения и выходящий пар собирают и конденсируют. Образуется пресная вода, называемая дистиллятом. Выпаривать воду можно как при кипении, так и без кипения. В последнем случае морскую воду нагревают при более высоком давлении, чем давление в камере испарения, куда направляется вода. Так как при этом температура воды превышает температуру насыщения, соответствующую давлению в камере испарения, то часть поступившей воды превращается в пар, который и конденсируется в дистиллят. Для парообразования используется теплота, содержащаяся в самой испаряемой воде, которая при этом охлаждается до температуры насыщения оставшегося рассола. Основное термодинамическое различие между процессами заключается в следующем: при кипящем процессе теплота подводится от внешнего источника и поддерживает температуру насыщения при данном постоянном давлении в испарителе, т. е. процесс является изотермическим; при некипящем процессе теплота подводится к морской воде без кипения до температуры выше температуры насыщения, соответствующей давлению в испарителе, и, следовательно, процесс испарения идет за счет внутренней теплоты и является адиабатным. Недостатком термического опреснения избыточного давления является его малая экономичность: на получение 1 кг дистиллята расходовалось до 700 ккал, что соответствует выходу 1012 т дистиллята на 1 т расходуемого топлива. Этот недостаток удалось преодолеть применением вакуумных испарителей с использованием утилизационной теплоты двигателей внутреннего сгорания и парогенераторов. Дистилляция, как уже было отмечено, основной способ опреснения морской воды, применяемый на судах торгового флота, и поэтому в дальнейшем будут рассмотрены только опреснительные установки, работающие на термическом опреснении.

В настоящее время исследуются новые способы водоопреснения, в частности путем образования кристаллогидратов и при помощи гидрофобного теплоносителя. Принцип кристаллогидратов заключается в выделении пресной воды из соленых растворов в форме кристаллов, которые в специальном расплавит еле разлагаются на чистую воду и гидрат-агент. В качестве гидрат-агентов для повторного использования в процессе используются такие вещества, как метилбромидгидраты, метилхлоридгидраты, гидраты изо-бутана. Сущность гидрофобного теплоносителя заключается в том, что различные смеси углеводородов, парафины, фторированные масла и другие вещества, инертные по отношению к воде и растворенным в ней солям, впрыскивают в теплонесущий дистиллят для нагрева. После этого дистиллят и теплоноситель разделяют и последний впрыскивают в морскую воду. При нагреве часть воды испаряется и образующийся пар в конденсаторе превращается в дистиллят. Гидрофобный теплоноситель отделяют от оставшегося после выпаривания рассола и возвращают в теплонесущий дистиллят для последующего нагрева.

Схемы опреснительных установок поверхностного и бесповерхностного типов изображены на рис. 1. В испарителе 1 поверхностного типа (рис. 1, а) находится греющая батарея 2, через которую проходит теплоносительпар или горячая вода.

Рис.1

а поверхностной (кипящей); бес поверхностной (адиабатной).

В результате нагрева и кипячения рассола в испарителе выделяется из морской воды так называемый вторичный пар, который направляется по трубопроводу в конденсатор 9. Пар охлаждается забортной водой, прокачиваемой по змеевику циркуляционным насосом 8, конденсируется и дистиллят откачивается дистиллятным насосом 7. Часть забортной воды, выходящей в подогретом состоянии из конденсатора, отводится через регулятор уровня 6 в испаритель. Для поддержания постоянной солености рассола в испарителе производится продувание рассольным насосом 4.

В установке с бесповерхностным испарителем 1 (рис. 1, б) отсутствуют греющие элементы с твердой поверхностью для теплопередачи. Морская вода перед поступлением в испаритель предварительно нагревается в подогревателе 3 теплоносителем до температуры, которая превышает температуру насыщения, соответствующую давлению, поддерживаемому в испарителе. При поступлении воды из подогревателя, где вода не кипит, так как давление в нем более высокое, в испаритель с более низким давлением происходит самоиспарение некоторой части воды за счет внутренней теплоты. Образовавшийся пар, как и в предыдущей схеме, поступает в конденсатор 9, прокачиваемый забортной водой от насоса 8, конденсируется и откачивается дистиллятным насосом 7. Часть прокачиваемой охлаждающей воды отводится для питания испарителя через регулятор уровня 6. Неиспарившаяся вода из испарителя циркуляционным рассольным насосом 5 многократно прокачивается через подогреватель 3 и вновь поступает на испарение, при этом часть рассола выдувается за борт через клапан. Преимущество бесповерхностных испарителей заключается в том, что вследствие отсутствия поверхности нагрева в них не образуется накипь, но они требуют установки насосов большей производительности.

Кроме рассмотренного основного признака способа испарения дистилляционные опреснительные установки можно классифицировать по ряду других признаков:

по назначению: опреснительные для получения питьевой воды; испарительные для получения котловой воды; комбинированные для получения питьевой, мытьевой и питательной воды;

-по роду теплоносителя: паровые, водяные, газовые, электрические;
-по давлению в испарителе: избыточного давления; вакуумные;
-по способу регенерации теплоты: компрессионные, в которых вторичный пар сжимается и используется в качестве греющего; ступенчатые, в которых пар, получаемый в предыдущих испарителях, используется в качестве греющего пара в последующих;
-по связи с судовой энергетической установкой: автономные, не связанные с работой СЭУ; неавтономные, включаемые в цикл работы главных и вспомогательных дизелей и парогенераторов. К ним относятся распространенные на промысловых судах утилизационные опреснительные установки, использующие теплоту водяной системы охлаждения главных двигателей.

Конструкция испарителя поверхностного типа (рис.2) вакуумной опреснительной установки СРТ с использованием в качестве теплоносителя отработавших газов от главного дизеля показана на рис. 2. Испаритель состоит из цилиндрического вертикального корпуса 4 с размещенными внутри двумя трубными решетками 5 и 9, к которым приварены трубки 8, расположенные в шахматном порядке. В межтрубном пространстве имеются две направляющие перегородки 7.

Отработавшие газы главного двигателя входят через патрубок 14 в межтрубное пространство, совершают два поворота, через стенки трубок передают теплоту на испарение рассола и уходят через патрубок 6 в атмосферу. В нижней крышке 13 расположены входной 12 и выходной 11 патрубки для морской воды и рассола, а также закрытый патрубок 10 с цинковым протектором для предохранения испарителя от коррозии. В верхней крышке имеются сепараторы пара: конусный 3 и сетчатый 2 с кольцами Рашига 1. Уравнительная трубка поплавкового регулятора уровня присоединена к патрубку 15. Производительность испарителя равна 500 кг/ч.