Как сделать соленую воду пресной: Как опресняют морскую воду – методы и их описание

Содержание

Как опресняют морскую воду – методы и их описание

Опреснение морской воды — отличный способ пополнить запасы пресной, особенно в засушливых, пустынных районах, где нет водоносных горизонтов.

Процесс подразумевает существенное уменьшение солей в составе: если соленость морской воды может составлять 35г/литр (среднее значение для мирового океана), то для питьевой эта величина не должна превышать 1 грамм на литр.

Методы опреснения морской воды

Ключевые технологии подразделяются на две основные группы. Первая — та, что не подразумевает изменения агрегатного состояния вода (она остается жидкостью на всех этапах обработки). Вторая предполагает переход жидкости в твердую или газообразную форму на определенном этапе.

Химический способ

В воду вводят реагенты, которые связывают ионы солей и способствуют их выпадению в осадок. В качестве реагентов используются соли серебра и бария, причем их нужно до 5% от общего количества опресняемой воды. Реакция проходит с выделением ядовитых веществ, поэтому этот метод практически не используется.

Электродиализ

В ванну с рассолом устанавливают 2 электрода в виде электрохимических активных диафрагм (с пластмассовым или резиновым корпусом и наполнителем из смол), после чего пропускают постоянный ток.

Проходит химическая реакция с выделением в атмосферу хлора и кислорода. Вода скапливается в промежуточных камерах и отводится, а соляной раствор остается в емкости.

Такой метод еще называют ионообменное опреснение: он применяется там, где соленость морской воды изначально невысока. Также он часто используется для мобильных установок на рыболовецких судах, траулерах.

Ультрафильтрация (обратный осмос)

В этом случае солевой раствор подают под давлением через мембрану, которая проницаема для воды, но непроницаема для соли. Такие мембраны создают из ацетилцеллюлозного волокна и пропитывают перхлоратом магния, что позволяет увеличить водопроницаемость.

Поскольку давление значительное, до 150 кгс/см2, мембраны дополняются пористыми бронзовыми плитами. Управление процессом возможно в автоматическом и полуавтоматическом режиме, при этом главное здесь — контроль стабильного давления подачи воды. Выход пресной воды из соленой — до 70%.

Вымораживание

В природных условиях лед, покрывающий океаны и моря, — пресный. Искусственно проводят медленное замораживание. что позволяет получать лед с игольчатой кристаллической структурой. Рассол при этом оседает и не попадает в толщу льда.

Полученный лед растаивают, что позволяет получить воду с соленостью не выше 500-1000 мг/л. Для замораживания используют кристаллизаторы (контактные, вакуумные, с теплообменом через стенку), где обеспечивается контакт воды с газообразным или жидким хладагентом.

Термическое опреснение (дистилляция)

Такой метод часто используют на морских судах для получения пресной воды из забортной соленой. В этом случае морскую воду нагревают до кипения, а выходящий пар конденсируют. Так собирается дистиллят, представляющий собой пресную воду.

Дистилляционные установки включают в себя испарители, нагревательные элементы, конденсаторы и сборники дистиллята. Сам процесс испарения может быть, как одно-, так и многоступенчатым.

При этом из первичного пара получается до 90% пресной воды за одну ступень. В установках с многоступенчатым опреснением, когда не вскипевшая вода перетекает из одной камеры в другую, и так до 50-60 раз, выход воды увеличивается в 15-20 раз. Однако такие системы гораздо сложнее в работе из-за существенной концентрации солевого раствора на последних этапах и порчи оборудования из-за отложения солей на трубопроводах.

Технологии, активно используемые в странах-лидерах по опреснению

Лидером в этой отрасли считается Израиль, где расположены крупнейшие заводы по опреснению, обеспечивающие более 15% потребности в питьевой воде, и более 50% — в технической. Один из самых крупных местных заводов производит забор воды из Средиземного моря и фильтрует ее посредством специальных мембран. Дальше осуществляется перегонка, после чего чистая вода поступает в хранилища, а соляной раствор сбрасывается в море.

А французские заводы используют несколько другие способы опреснения воды: большинство установок работают на принципе обратного осмоса. Популярной в промышленных масштабах стоит назвать и технологию выпаривания.

Как превратить соленую воду в пресную? Тонкая мембрана из пористой древесины

Макс Босерман

09 августа 2019, 02:48

Новейшие технологии опреснение разрабатываются для того, чтобы уменьшить проблему нехватки воды. Извлекать пресную воду можно из солевых или загрязненных источников, морской воды, грунтовых вод. Развитие процессов опреснения значительно ускорилось благодаря нанотехнологиям и передовым технологиям производства.

Дефицит воды - это всемирная проблема.  В этом году ООН сообщила, что почти половина населения мира (~ 3,6 миллиарда человек) в настоящее время проживает в потенциально дефицитных регионах, по крайней мере, 1 месяц в год. Это число может возрасти до 4,8-5,7 млрд к 2050 году.  Эта проблема усугубляется изменением климата и быстрой урбанизацией, о чем свидетельствуют продолжительные периоды засухи и более частые лесные пожары.

 

Однако, несмотря на достижение предела энергоэффективности (~ 50%), современные процессы опреснения воды, такие как обратный осмос, все еще являются энергоемкими (от 2 до 4 киловатт-час м -3 ). Тем не менее, во многих регионах, которые могут извлечь выгоду из этой технологии, увеличение поставок возобновляемой, но непостоянной солнечной энергии в формате тепла или электричества создает большие возможности для солнечного опреснения, что также смягчает проблемы, связанные с накоплением энергии.

Схема процесса нанодревесных мембран для MD. ( A ) Схема MD с использованием деревянной мембраны.  ( B ) Цифровая фотография наноматериалов и соответствующие полезные свойства для применения MD. ( C ) Схема воды (пара) и теплообмена в деревянной мембране во время MD. Фото предоставлено Т. Ли, Университет Мэриленда.

 

 

При мембранной дистилляции (MD) соленая вода прокачивается через пленку, обычно сделанную из какого-то полимера с очень узкими порами, которые отфильтровывают соль и пропускают только молекулы воды. Джейсон Рен из Принстонского университета в Нью-Джерси и его коллеги разработали новый тип мембраны из натурального дерева вместо пластика.

 

Стоит отметить, что опреснить и очистить воду – это дорогой и затратный процесс, так как нужно использовать много ресурсов. Однако если создать специальную мембрану, в основе которой будет лежать древесина, фильтрация станет намного дешевле и легче.

 

Ученые обработали новую мембрану химическим составом. Он отделяет волокна фильтра и делает его поверхность скользкой. Молекулы воды не могут зацепиться за него. Одна из сторон фильтра нагревается, вода проходит через поры. На холодной стороне устройства оседает соль.

Структурная характеристика мембраны из нановолокна. ( А ) Фотография гидрофобной нанодревесной мембраны. ( B ) Фотография, которая показывает гидрофобность после обработки силаном. ( C ) Водный краевой угол мембраны из нановолокна. ( D ) Скан-изображение поверхности нанодревесины с выровненной текстурой, сосуды ксилемы и просвет (каналы). ( E ) Скан-изображения, на которых видны мезопоры [( G ) поперечного сечения и ( H ) ямки), растущие на стенках сосудов ксилемы и просвета. ( F ) Скан-изображения, на которых видны микропористые поры среди целлюлозных волокон. ( I ) Сравнение гидрофобных натуральных древесных и нанодревесных мембран. Фото предоставлено Д. Хоу, Университет Колорадо.

 

 

Гидрофобная натуральная древесная месбрана

Мембрана сделана из тонкого куска американского липы, который подвергается химической обработке, чтобы удалить лишние волокна в древесине и сделать ее поверхность скользкой для молекул воды.  Одна сторона мембраны нагревается, так что когда вода течет по этой стороне, она испаряется.

 

Водяной пар затем проходит через поры в мембране к более холодной стороне и оставляет соль, конденсируясь как свежая, прохладная вода. Рен говорит, что для этого требуется гораздо меньше энергии, чем просто кипятить всю соленую воду, потому что нет необходимости поддерживать высокую температуру одновременно более чем тонким слоем воды.

 

Опресняя воду этим методом получили 20 килограммов воды на квадратный метр мембраны в час, что не так быстро, как у полимерных мембран. Исследователи полагают, что это может быть связано с тем, что у них не было оборудования для изготовления тонкой мембраны: ее толщина составляет 500 микрометров, тогда как толщина полимерных мембран обычно составляет около 130 микрометров.

Ученые  заявили, что нужно сделать фильтр тоньше, тогда производительность увеличится. Новый фильтр энергетически менее затратный, чем если использовать обычное кипячение соленой воды.

Характеристика теплопроводности древесных мембран. ( А ) Фотография гидрофобной нанодревесной мембраны. ( B ) Фотография гидрофобной натуральной деревянной мембраны. ( C ) Схематическое представление измерения контактного источника тепла. ИК термографы ( D ) древесных мембран. ( E ) Измеренная теплопроводность древесных мембран от 40° до 60°C. ( F ) Сравнение теплопроводности древесины при 60 ° С до и после гидрофобной обработки силаном. Столбики ошибок представляют собой SD, основанные на трех независимых экспериментах. Фото предоставлено Д. Хоу, Университет Колорадо.
.

 

Итог

Современная мембранная дистилляция (MD) подвергается сомнению из-за неэффективности термического отделения воды от растворенных растворенных веществ, контролируемого пористостью мембраны и теплопроводностью. 

Существующие полимерные мембраны, полученные из нефти, сталкиваются с серьезными препятствиями для развития.

Мембрана изготовленная из устойчивого древесного материала - гидрофобная нановолокнистая мембрана - имееет высокую пористость (89 ± 3%), а высокая теплопроводность вдоль волокна обеспечивает эффективное рассеивание тепла в осевом направлении.  В результате мембрана продемонстрировала превосходную собственную паропроницаемость и термический КПД (~ 70% при 60 ° C).

 

Источник/ Источник

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!

Email*

Подписаться

как опресняют воду / Авторские материалы / Радиостанция "Вести FM" Прямой эфир/Слушать онлайн

К 2050 году половине населения Земли будет не хватать питьевой воды, говорят специалисты из ООН. Более того, нехватку воды люди станут ощущать лет через 10. Изменить ситуацию могут лишь технологии опреснения морской воды. О них расскажет корреспондент “Вестей FM” Андрей Хохлов.

Опреснить воду в принципе можно, даже не используя специальные технологии. Для этого просто нужно взять обычную пластиковую бутылку, разрезать ее пополам, в часть с донышком залить морскую воду, закрыть ее второй частью, предварительно согнув края вверх на срезе, и оставить самодельный опреснитель на солнцепеке, рассказывает автор видео на YouTube: “Налитая морская вода будет от солнечных лучей испаряться и конденсироваться, так как у нас на внутренней поверхности этой бутылки крышка закрыта. Конденсат должен стекать на те желобки, которые мы выдавили. Я надеюсь, что к завтрашнему утру здесь будет воды хотя бы на пару глотков”.

И, судя по реакции автора, на вкус вода ничем не отличалась от той, которую мы пьем каждый день.

В промышленных масштабах используют куда более технологичные способы опреснения. В регионах, где уже сейчас наблюдаются проблемы с питьевой водой, стоят целые опреснительные заводы. Например, Саудовская Аравия ежедневно опресняет 5,5 миллиона кубометров воды. Лидером же по опреснению воды считается Израиль – он опресняет 450 миллионов кубических метров питьевой воды в день. Там жидкость из моря до крана идет менее полутора часов. Всего в мире таких опреснительных предприятий – более 13 000. Каждый день они производят более 45 миллиардов литров пресной воды.

Как правило, их строят около атомных и электростанций. Преобразование морской воды в пресную требует огромной энергии. Так, в Саудовской Аравии, чтобы опреснить суточную норму, нужно потратить энергию, равную 350 000 баррелей нефти в день.

Атомные и электростанции обычно используют морскую воду для охлаждения конденсаторов. После этого по трубам она поступает на опреснительный завод. До того как из воды извлекут соль, она проходит несколько стадий очистки. Сначала её пропускают через сетку, которая задерживает крупный мусор, водоросли и прочие частицы, а потом в воду добавляют гипохлорит натрия (для дезинфекции) и хлорид железа. Последний связывает нежелательные песчинки вместе, утяжеляет и опускает их вниз. Так из воды извлекается большая часть грязи. Потом жидкость прогоняют через песочные фильтры, а на самой последней стадии очистки в нее добавляют диатомит – порошок, состоящий из ископаемых водорослей. Он удаляет самые мелкие частицы. Теперь морская вода полностью очищена и готова к удалению соли.

Есть всего 2 способа извлечения соли из жидкости. Первый – термический. Это именно то, что произошло с бутылкой на солнцепеке, говорит руководитель Лаборатории глубокой очистки воды Александр Смирнов.

СМИРНОВ: Первая процедура опреснения очень проста – это метод термической дистилляции. Воду нагревают таким образом, что её молекула улетучивается и получается пар, который конденсируется. И дальше из него готовят питьевую воду.

Второй способ – намного сложнее: воду загоняют в трубу со специальными встроенными мембранами. Она представляет собой цилиндр со слоями из пластиковых листов. В них – поры диаметром тоньше человеческого волоса. Они способны задержать молекулы соли, говорит Александр Смирнов.

СМИРНОВ: Это фильтрование смеси воды и солей (морская вода – это смесь воды и солей) через специальные фильтры-мембраны с очень маленьким отверстием, в которых соединения соли с крупными молекулами отделяются в виде концентрата. А вода и маленькие молекулы – проходят. В зависимости от того, какое у вас будет отверстие, пройдет больше или меньше.

Если после этого попробовать воду, то у нее будет очень странный вкус. Дело в том, что вместе с солью и прочими нежелательными частицами ушли и естественные минералы. Использовать ее в технических нуждах тоже не стоит – она повредит трубы. Чтобы эта жидкость стала настоящей водой, в нее добавляют известь и углекислый газ. Эти элементы восстанавливают кислотно-щелочной баланс, а также количество минеральных веществ и естественный вкус.

Конечно, опреснение воды стоит денег. По некоторым подсчетам, кубометр пресной воды стоит от 1 до 1,5 долларов, в некоторых случаях – больше. Например, в Израиле гражданин платит за воду, которую в основном берут в Средиземном море, 40 долларов в месяц.

Как сделать морскую воду пригодной для питья при помощи пластиковой бутылки

Чудеса физики: опресняем морскую воду с помощью испарения

Одна из величайших ироний планеты заключается в том, что человек может умереть от обезвоживания на планете, где 2/3 поверхности покрыто водой. Особенно, как бы странно это ни звучало, но о чем знает каждый — потерявшийся в море путешественник не будет иметь более ценного вещества, чем пресная вода . Как и в пустыне, H2О в такой экстремальной ситуации будет действительно на вес золота — парадокс!

Причина, по которой пить соленую воду настолько вредно, заключается не в том, что ее нельзя пить. Хомо сапиенс — единственный на планете вид животных, который потребляет такое огромное количество соли. Мы все время потребляем соленую жидкость, такую ​​как супы, тушеные блюда, а к суши подают просто запредельно соленый соевый соус. И, вроде ведь, ничего — живем, наши почки без проблем фильтруют соль и обрабатывают ее. Как так получается?

Смотрите также

Дело в том, что этот процесс работает, потому что мы также пьем много пресной воды, что в итоге снижает общую концентрацию соли в нашем организме, оперативно вымывает ее и поддерживает солевой баланс.

Когда человек начнет пить только соленую воду, он нарушит этот баланс. Его почки перегрузятся. Организм начнет избавляться от избытка соли, позывая человека чаще мочиться. При этом сколько бы соленой воды человек ни выпил, наверстать уходящую из организма влагу не получится, с каждой минутой состояние дегидрации будет ухудшаться, стремительно подводя к конечной стадии обезвоживания организма — летальному исходу.

В сценариях выживания опреснение (извлечение соли из воды) — единственный способ сделать морскую воду достаточно безопасной для питья. Простейший способ процесса опреснения — это испарение .

Из курса географии и природоведения мы знаем, что облака, проливающиеся дождем, концентрируют в себе пресную воду, несмотря на то что большая их часть формируется из испарений с океанской поверхности. Солнце нагревает поверхность воды в океане, в нем же остается соль и другие тяжелые частички. Влажный воздух поднимается, охлаждается, образует облака, и если массивность водяного пара доходит до определенного объема — пройдет дождь. Это очень важное знание основ окружающей среды поможет вам выжить в сложной ситуации.

Приведенный ниже метод (инструкция в конце материала) опреснения полностью полагается на вышеописанный процесс испарения и конденсации и может помочь собрать чистую жидкость в емкость для питья. В примере используется простая бутылка из-под Coca-Cola.

Все, что вам понадобится, это большая пластиковая бутылка и баночка (впрочем, можно использовать любую тару для сбора конденсата). Учтите, что используемая пластиковая бутылка должна иметь крышку. В противном случае испарившаяся морская вода выйдет через верх в атмосферу…

Итак, вот инструкция, которая, искренне надеемся, никогда вам не пригодится!

Оригинал статьи: How to Use a Plastic Bottle to Make Seawater Drinkable 

технологии современного мира. Как сделать из морской воды пресную? Как получить пресную воду из соленой

Люди давно придумали, как опреснить морскую воду в отсутствие доступа к пригодной для питья, ведь питьевая влага - основа существования живого организма.

Сегодня получить из морской воды опреснённую можно разными способами и в разных условиях - промышленных, домашних и даже экстремальных. Такие навыки позволят утолить муки жажды, когда пресная питьевая вода недосягаема по какой-то причине.

Существующие методы опреснения воды

В некоторых регионах планеты дефицит пресной воды наиболее ощутим - обычно это засушливые ландшафты. В такой местности применяют промышленное опреснение.

В домашних условиях производить из соленой воды опреснённую заставляют тяжёлые бытовые условия, временные или постоянные, когда население испытывает острейшую нехватку пригодной для питья влаги.

Навыки, как сделать питьевую воду, имея только морскую, не единожды спасали жизнь в условиях природных катаклизмов, потерявшимся в море рыбакам, а также экстремальным путешественникам.

  • Методы промышленного опреснения - химический с помощью реагентов, промышленная перегонка в дистилляторе, ионный с помощью установки и ионита, обратный осмос через мембранные фильтры, электродиализ и промышленное вымораживание;
  • Методы домашнего опреснения - дистилляция и частичная заморозка;
  • Методы экстремального опреснения - сбор конденсата с помощью огня или солнца, а также растопка пресного льда.

Способы опреснения в промышленных масштабах не наша тема, а вот варианты, как дома или на природе получить вполне пригодную для питья влагу, опишем подробнее - они могут оказаться полезными.

Опреснение воды в домашних условиях

Дома всегда есть источник огня или тепла, посуда и приспособления, которые пригодятся для превращения морской воды в опреснённый дистиллят, в крайнем случае имеется морозилка.

Лучше всего перегоняет морскую воду в дистиллят бытовой самогонный аппарат, если имеется источник огня, но сработает и сделанный на скорую руку его аналог. Задача такая:

  • заставить морскую воду обильно испаряться от нагрева;
  • отводить собранный конденсат;
  • охлаждая капли пара, собирать их в отдельную ёмкость.

В качестве заменителя самогонного змеевика подойдёт любая посуда, которую можно поставить на огонь. В нее вливается морская жидкость, затем посудина накрывается крышкой с отверстием, в которое вставлена отводящая пар трубочка. Осталось на трубочку надеть пластиковый шланг, его кончик опустить в ту ёмкость, где будет скапливаться пресная водичка, а его накрыть мокрой тряпкой, чтобы пар скорее охлаждался.

Иногда при бедствии в уцелевшем жилье нет ни воды, ни газа, ни электроэнергии, но есть какая-то непригодная к питью вода. В таком случае есть 2 варианта не умереть от жажды.

Вариант №1.

  • Исходная жидкость наливается в пластиковую бутылку.
  • Её уровень должен быть таким, чтобы он не доходил до горлышка бутылки, если её положить плашмя.
  • Горлышко бутылки с исходной жидкостью соединяется с горлышком пустой бутылки с помощью скотча.
  • Конструкция помещается плашмя в самое тёплое место, какое найдётся в доме - к примеру, батарея или залитый солнцем подоконник.
  • Под пустую бутылку подкладывается любой предмет, чтобы она была немного выше, чем бутыль с жидкостью.
  • Вскоре наверху пустой бутыли будут скапливаться капли испаряемого конденсата и стекать вниз.
  • Останется разрезать скотч и разъединить ёмкости - в пустой окажется пригодная к питью вода.

Вариант №2.

  • Нам понадобится небольшой таз с высокими стенками.
  • По центру ставится небольшая емкость (подойдет простой стакан).
  • В таз наливается вода для опреснения, ее уровень должен быть ниже уровня стакана.
  • Сверху таза натягивается полиэтилен либо целлофановая плёнка.
  • На плёнку, прямо над стаканом, кладется небольшой груз.
  • Конструкция перемещается поближе к источнику тепла.
  • Вскоре на пленке будут скапливаться капли испаряемого конденсата и стекать вниз.

Останется снять целлофан с таза - в стакане окажется пригодная к питью вода.

Обратите внимание! Эти способы замечательно работают и в природных условиях.

Третий вариант добыть питьевую воду - это частичное замораживание в морозильной камере.

  • Налейте в широкую ёмкость морскую водичку.
  • Поместите в морозилку.
  • Периодически следите за процессом заморозки.
  • Как только появился тонкий слой льда - аккуратно его соберите, это и будет пресная вода.
  • Снимайте всякий раз только небольшой слой льда - его кристаллы почти не содержат соли.

Обратите внимание! Полностью замороженная морская вода даст солёный лёд.

Опреснение воды в экстремальных условиях

Разжиться питьевой водой, имея в обилии морскую, в экстремальной обстановке, когда до естественного пресного источника километры, - это вопрос выживания.

Самый быстрый вариант - это соорудить на костре примитивный дистиллятор.

  • Для этого на огонь ставится наполненная морской водой ёмкость и сверху накрывается крышкой.
  • Желательно проделать в крышке отверстие и вставить туда отводящую пар трубочку.
  • Если отверстия нет и пробить его нечем, значит трубочка просто зажимается крышкой.
  • Другой кончик трубочки, по которой будут стекать капли конденсата, необходимо опустить в чистую посудину.
  • Чтобы отход пара ускорить, трубочка накрывается мокрой тканью или постоянно поливается холодной морской водой.
  • В отсутствие крышки из посуды сооружается «крыша» под наклоном из металла, к самому низкому краю подставляется чистая посудина, куда будет стекать дистиллят.

Если дело происходит в летнюю жару - есть очень простой вариант опреснить воду, но по времени он не будет такой быстрый, как с помощью огня. Для этого понадобится всего одна ёмкость, плёнка и вырытая яма.

  • Нужно вырыть ямку чуть глубже, чем высота вашей ёмкости.
  • Дно ямы обильно поливается морской водой.
  • В центр углубления ставится пустая ёмкость.
  • Яма полностью накрывается плёнкой, а её края плотно фиксируются песком, галькой, землёй.
  • На центр плёнки, прямо над посудиной, кладётся груз - камешек, палочка, ком почвы или пригоршня песка, чтобы покрытие стало вогнутым.
  • Вода, испаряясь, начнёт оседать на крыше из плёнки и по наклонной стекать прямиком в размещенную ёмкость.
  • На жаре за пару часов в посудине соберется достаточно воды, чтобы напиться.

Обратите внимание! Конденсат абсолютно лишён солей, поэтому чтобы быстрей утолить жажду, опытные экстремалы советуют добавить немного морской воды.

Еще один способ опреснения - замораживание, годится для суровых зимних условий. Его алгоритм аналогичен домашней заморозке, только в качестве морозильника здесь выступит уличный мороз. Нужно зачерпнуть морскую воду и подождать появления на поверхности кристаллов льда - они на вкус будут пресными, и такой водой вполне можно напиться.

Главная проблема любого потерпевшего кораблекрушение — нехватка питьевой воды. Серьёзно, райские острова, с обильными фруктами и чистыми источниками — скорее исключение из правил. Чаще всего приходится выживать на куда менее приспособленных для жизни территориях. И если можно отложить на потом, то проблема добычи воды встаёт сразу и весьма резко.

На самом деле, вариантов достаточно. Можно собирать , можно постараться раскопать на песчаном берегу «колодец», в котором вода, будучи пропущенной через метры песка, окажется вполне питьевой. А можно призвать себе на помощь школьные познания физики и соорудить простейший опреснитель морской воды .

Итак. Для опреснения воды вам понадобятся:

  • пластиковая бутылка
  • большая светлая ёмкость
  • небольшая тёмная ёмкость
  • полиэтиленовая плёнка

Дальше всё просто. Закапываем большую ёмкость в землю до краёв, в неё помещаем среднюю тёмную посудину, заполненную морской водой. А в неё помещаем стакан, либо обрезанную пластиковую бутылку, причём всячески стараемся, чтобы солёная вода туда не попадала. Всю эту конструкцию оставляем на солнцепёке, герметично прикрыв плёнкой. Также рекомендуется положить небольшой груз непосредственно на плёнку над стаканом — это предоставит воде возможность стекать туда. И, собственно, всё. Через 8 часов у вас как раз и наберётся стакан миллилитров на 200, в среднем.

Принцип работы прост: под действием солнечных лучей темный материал нагревается, испарение воды усиливается. Полиэтиленовая плёнка не выпускает водяные пары наружу, а стенки большой ёмкости обеспечивают перепад температур, необходимый для конденсации.

Собственно, рецепт может меняться. Некоторые, например, советуют не использовать большую ёмкость, а просто выкапывать в песке яму и именно там размещать тёмную посудину. Другие предпочитают использовать непрозрачный полиэтилен. Короче, варианты есть.

В любом случае, для эффективного опреснения воды одной такой конструкции будет реально мало. А вот штук пять-шесть уже вполне смогут обеспечить вас дневной нормой, ещё и освободят время для более полезных дел. Основная проблема заключается в том, что что потерпевший кораблекрушение часто не располагает вообще никаким имуществом, поэтому о кастрюлях речь не идёт вообще. В таком случае, рецепт преображается и упрощается.

Благодаря загрязнению мирового океана, на побережье практически любых островов можно найти пластиковые бутылки и старые пакеты. Грязные, мятые, местами дырявые, но это лучше, чем ничего. Поэтому копаем яму, кидаем на дно ветки и листья, смоченные морской водой, в цент помещаем обрезанную пластиковую бутылку. Сверху — полиэтилен в несколько слоёв. Периодически воду придётся доливать.

Теоретически, полиэтилен можно заменить широкими листьями, но эта замена ещё сильнее снижает эффективность процесса опреснения воды . Короче, тут уж на высокую результативность рассчитывать не придётся. Но и это лучше, чем ничего.

Вопросы, рассмотренные в материале:

  • Почему назрела необходимость в опреснении морской воды
  • Какие существуют способы опреснения морской воды
  • Как опреснить морскую воду в домашних условиях
  • Какие проблемы присущи процессу опреснения морской воды

Очищение и опреснение морской воды – это промышленный процесс, в результате которого из неё удаляются соли и получается продукт, пригодный для использования в быту и употребления. Наша статья расскажет о методах и технологиях опреснения морской воды.

Земная поверхность на 60 % состоит из территорий, где источников пресной воды или нет совсем, или есть, но очень небольшое количество. Поскольку во многих засушливых областях мало пресноводных водоемов, возникают проблемы с поливом почвы. Их можно было бы решить благодаря возможности использовать для этих целей опресненную морскую воду. На Земле присутствуют значительные запасы такой воды, но из-за высокого содержания солей ее невозможно применять в хозяйственных целях.

Чтобы выращивать сельскохозяйственные культуры, необходимо поливать их водой с очень низким содержанием солей. Если растения получат с влагой более 0,25 % солей, они просто не будут расти. Также на них отрицательно скажется присутствие в воде щелочей. Многие государства, в том числе и Россия, ищут пути опреснения соленых водных источников, что помогло бы справиться с проблемами засухи в областях, расположенных недалеко от моря.

В странах с хорошо развитой промышленностью все острее ощущается нехватка пресных водных запасов. В частности, это касается США и Японии, где требуемые для промышленности, сельского хозяйства и бытовых нужд объемы воды давно превысили имеющиеся.

Количество пресной воды не соответствует потребностям и в развитых странах с низким уровнем осадков, таких как Израиль и Кувейт.

Первое место в мире по наземным пресноводным ресурсам занимает Россия. Достаточно одного только Байкала, чтобы удовлетворить сегодняшнюю потребность российского населения и промышленности в пресной воде. Это озеро настолько глубокое, что если направить в его котловину потоки всех рек земного шара, то заполняться она будет почти 300 дней.

Однако большая часть водных ресурсов России сосредоточена в практически не заселенных и не освоенных районах Сибири, Севера и Дальнего Востока. На высокоразвитые центральные и южные регионы с высоким уровнем промышленности, сельского хозяйства и плотности населения приходится только 20 % пресноводных запасов.

Определенные страны Средней Азии (Туркмения, Казахстан), а также Кавказ, Донбасс и юго-восточная часть РФ обладают огромными минерально-сырьевыми ресурсами, а пресноводных источников не имеют.

В России есть большое количество подземных источников, уровень минерализации которых составляет от 1 до 35г/л. Они не могут применяться для нужд населения, так как содержат большое количество солей, но после опреснения их вполне можно будет использовать.

В процессе опреснения морской воды важным параметром является её соленость, под которой понимается масса сухих солей в граммах на 1 кг вещества. Количество солей в единице объема жидкости может существенно колебаться в зависимости от моря. Например, Черное, Каспийское и Азовское моря характеризуются как слабосоленые. Средний показатель солености Мирового океана составляет 35г/кг.

Кроме поваренной соли (NaCl), морская вода содержит и ряд других химических элементов, в основном в виде ионов, которые можно получать из нее в промышленных масштабах: K+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Br-, F-, h4BO3. Всего в морских недрах обнаружено около 50 химических элементов в разной концентрации, среди которых литий (Li), рубидий (Rb), фосфор (P), йод (J), железо (Fe), цинк (Zn) и молибден (Mo).

Морские водные запасы содержат в своем составе более 50 химических элементов. Концентрация каждого из них крайне мала, но их общая масса определяет соленость жидкости. Для пищи может быть пригодна только вода, в которой содержится не более 0,001г/мл солей. Для того чтобы достичь подобной концентрации, применяются различные технологии опреснения морской воды. Специалисты пытаются разработать такие системы опреснения, которые бы потребляли мало энергии, но при этом максимально очищали воду для использования населением.

Сегодня применяются следующие методы опреснения морской воды: дистилляция, обратный осмос, ионизация и электродиализ.


В южных регионах активно используют солнечные опреснители, в которых происходит нагрев и испарение морской воды. Существует и противоположный способ, при котором солёную воду замораживают, а затем отделяют от нее пресную, поскольку она замерзает быстрее.

Опреснитель морской воды – устройство, которое может удалить из воды соли, растворенные в ней. После процедуры очистки получают воду, которую можно использовать не только для хозяйственных нужд, но и для питья. Конструкцию аппарата отличает удобство и практичность в эксплуатации.

Однако опреснённая вода не является вместе с этим чистой, ведь в ней сохраняются и другие компоненты, от плотности которых и зависит область ее применения. Так, на морских судах требуются разные виды водных запасов:

  • питьевая, которая используется только для готовки и питья;
  • вода для личной гигиены и мытья палубы;
  • вода для парогенераторов, или питательная;
  • техническая вода, которая применяется в качестве охлаждающей жидкости для двигателей;
  • дистиллированная вода.

Для получения всех этих видов используют разные судовые опреснители.

Среди технологий опреснения выделяют следующие:

  1. Дистилляционная, при которой опреснитель нагревает и испаряет морскую воду. Полученный пар «ловится» и доводится до необходимой температуры.
  2. Фильтрационная, при которой устройство работает по принципу обратного осмоса. Соленая вода очищается без перехода из одного состояния в другое. Работа такого аппарата основывается на доведении концентрации растворенных примесей до оптимальной. Очень высокое давление позволяет «выдавить» лишние частицы солей.

В израильском городе Хадере находится самый большой на планете опреснитель. Этот агрегат по размеру соизмерим с целым заводом. Каждый год он опресняет около тридцати трех миллиардов галлонов морской воды. Работает опреснитель по принципу обратного осмоса, вследствие чего средиземноморские воды не подвергаются тепловой обработке.

Установка полностью герметична, в ней создается эффект парника, при этом не допускается утечка испарений наружу. В итоге чистый водный остаток сохраняется в большем объеме. В конце откручивается пробка, и очищенная жидкость сливается в какую-либо емкость.

Подобные аппараты применяются в морском флоте. Они используют тепло жидкости, которая служит для охлаждения главных и вспомогательных дизелей. Очищенная вода, подогретая до 60 °С, на входе поступает через трубы батареи нагрева. При выходе температура жидкости снижается примерно до 10 °С.

Вакуумный опреснитель вырабатывает в час порядка 800 литров дистиллированной воды. Он может удовлетворить всю потребность в пресном водном запасе без излишних трат на топливную энергию, а полная автоматизация позволяет сэкономить на сервисном обслуживании. Поскольку температура испарений довольно низкая, водоопреснитель может работать от шести до двенадцати месяцев, не требуя очистки.

Известно, что население Израиля страдает от серьезной нехватки питьевых запасов. Работа описанного выше аппарата позволяет покрыть почти две трети потребности в воде целой страны.

Сегодня для опреснения морской воды используется самое разное оборудование, в том числе уникальные опреснители, работающие на солнечной энергии. В них заливается вода, которая под воздействием солнечного тепла превращается в пар, конденсируется на стенках корпуса и затем оседает в нижней части прибора.

На сегодняшний день в промышленности широко применяются два метода опреснения: мембранный (механический) и термальный (дистилляционный). В первом случае используется технология обратного осмоса. Морская вода пропускается через полунепроницаемые мембраны под давлением, существенно превышающим разницу давления пресной и морской воды (для последней это 25-50 атм.).

Микроскопические поры фильтров свободно пропускают только небольшие водные молекулы, задерживая более крупные ионы соли и других примесей. Материалом для таких мембран служит полиамид или ацетат целлюлозы, выпускают их в виде полых волокон или рулонов.

Метод глубокого обратноосмического опреснения воды обладает рядом плюсов по сравнению с другими способами. Во-первых, аппараты просты и компактны, а во-вторых, не требуют больших затрат энергии. К тому же, управление системой обратного осмоса происходит в полуавтоматическом и автоматическом режиме.

Но все же данный способ имеет и свои минусы. Качество очистки здесь зависит от того, насколько эффективной была предварительная обработка. Помимо этого, полученная питьевая вода всё равно содержит достаточно большое количество соли (500 мг/м3 общей концентрации солей). Также этот способ требует повышенных эксплуатационных расходов, поскольку необходима регулярная закупка сопутствующих химикатов и смена мембранных фильтров.

Wonthaggi Desalination Plant – самый большой в мире завод по опреснению воды с помощью мембранных фильтров, расположенный в Мельбурне. Он способен перерабатывать в день 440 тысяч кубометров воды. В израильском городе Ашкелоне располагается завод, где воду очищают от солей методом обратного осмоса. Он обрабатывает в день 330 тысяч кубометров воды.

Суть термального способа (дистилляции) в том, что на станции опреснения морской воды жидкость кипятят, а полученный в итоге пар аккумулируют и конденсируют. Так образуется дистиллят – пресная вода. Выпаривать воду можно и не доводя до кипения. В этом случае её нагревают при более высоком давлении, чем в камере испарения. Для образования пара используют теплоту самой воды. При этом она охлаждается до температуры насыщения оставшегося рассола. Минусы этого способа – затратность, высокая энергоемкость, наличие внешнего источника пара. Однако именно он дает самый большой объем пресной воды за единицу времени. К примеру, завод Shoaiba 3 (Саудовская Аравия) производит дистилляционным методом до 880 тысяч кубометров пресной воды в день.

Эти два метода можно сравнить по нескольким ключевым параметрам:

Параметры

Обратный осмос

Термальный метод

Физико-химический принцип

Мембранная диффузия

Термальное испарение и конденсация

Потребление энергии (с учетом потребления вспомогательных устройств)

Электроэнергия: 3,5-4,5 кВ-ч/м3

Электроэнергия: 2,5-5 кВ-ч/м3, термальная 40-120 кВ-ч/м3

Наивысшая температура в процессе опреснения

Температура морской воды

Качество воды (содержание солей мг/л)

Средняя производительность одного модуля опреснения

6000-24000 м3/день

120000 м3/день

Основные устройства

Насосы, мембраны

Насосы, клапаны, вакуумные установки

Общая стоимость

Уровень автоматизации производства

Возможность изменения состава морской воды

Средне-высокая

Требования к техническому обслуживания

Потенциал масштабирования

Средне-низкий

Требования к занимаемой площади

Наиболее необходимые усовершенствования

Улучшение предварительной обработки воды, улучшение свойств мембран

Более дешевые материалы и способы теплопередачи

Трудности с пресным водоснабжением возникли в Крыму после известных событий в 2014 году. Тогда Украина перекрыла канал, по которому на полуостров поступала пресная вода, вследствие чего образовался дефицит технического и питьевого водного запаса.

Есть сведения о планируемой установке в Керчи системы для опреснения, которая будет производить около 50 тонн воды в час. Очищенные от солей водные ресурсы будут использоваться в основном для технических нужд: подпитки теплосетей и паровых котлов. Это поможет снизить нагрузку на общее водоснабжение.

Очищение воды на этой установке будет проходить в несколько этапов. Для осветления предполагается использовать комбинированную мембранную технологию, для очищения от солей – метод обратного осмоса, для полировочного умягчения – ионообменный.

Система будет работать в автоматическом режиме, понадобится лишь один оператор для контроля процесса.

Сегодня рентабельность полива культур опресненной морской водой стоит под большим вопросом: к сожалению, существующие технологии не позволяют получить одновременно и качественную, и дешевую пресную воду из соленой. Но разные страны мира постоянно ведут работу в этом направлении, потому что экологические проблемы опреснения морской воды касаются всего человечества и требуют разрешения.

Ученые возлагают большие надежды на использование для очистки водных ресурсов атомной энергии, что позволило бы сделать опреснительные технологии значительно дешевле.

Опреснение морской воды своими руками в домашних и экстремальных условиях


Если вам понадобится очистить от солей морскую воду в условиях похода, для этого лучше всего подойдет самодельный дистиллятор, по устройству похожий на всем известные перегонные аппараты.

Сущность процесса в обычном опреснителе заключается следующем: соленая жидкость нагревается до кипения, затем образовавшийся пар аккумулируется в емкости и охлаждается. После процедуры на стенках камеры оседают охлажденные капельки воды, очищенной от солевых примесей.

Соли выделяются из смеси потому, что точка кипения у соляного раствора немного выше, чем у чистой воды. Поэтому пресная составляющая испаряется быстрее и оседает в емкость для сбора.

Для опреснения морской воды в походных условиях вам понадобятся:

  • в первую очередь – сама вода, которая всегда в избытке на берегу моря или солёного озера;
  • котелок или чайник в качестве ёмкости для нагрева;
  • трубка из алюминия, которую следует приготовить еще до начала похода;
  • вырытая в песке глубокая яма: она будет выполнять функцию охлаждающего устройства;
  • еще одна емкость (стеклянная бутылка, банка из нержавейки и т.п.), куда будет собираться очищенная от примесей вода.

На берегу озера или моря следует выкопать яму глубиной до метра, под небольшим углом поместить в нее емкость (бутылку), в горлышко которой необходимо вставить трубку.

Заранее припасите прокладку из резины: с ее помощью вы надежно уплотните место соединения алюминиевой трубки с горлышком бутылки.

Затем конструкцию следует засыпать песком таким образом, чтобы открытой осталась лишь верхняя часть горлышка со вставленной трубкой. Конец трубки нужно будет расположить над котелком или открытым чайником с морской водой. При этом костёр разводят в небольшом удалении от бутыли с трубкой.

После того, как огонь разгорится, вода в емкости разогреется и начнет бурлить, а пар – постепенно распространяться по трубке в бутыль, зарытую в песке, где и осядет как конденсат. Постепенно на дне емкости образуется до 200-300 граммов чистой пресной жидкости.


Самым простым способом очистить воду от соли в домашних условиях считается применение системы, состоящей из ряда фильтров, соединенных в определенной последовательности. Но даже сложная многоступенчатая комбинация не может удалить из воды абсолютно все вредные примеси. Поэтому большой популярностью в народе пользуются давно известные домашние методы опреснения.

Например, воду наливают в бутыль и помещают в морозилку, где через некоторое время замерзает чистая составляющая. Та часть, которая не замерзнет, как раз и содержит все вредные примеси, поэтому ее сливают. Замороженный водный остаток, когда тот растает при комнатной температуре, можно будет употреблять для питья и других нужд.

Есть еще два способа очистки воды от соли, которые можно легко реализовать в домашних условиях. Первый – долгое кипячение, в результате которого соль оседает на стенках в виде накипи. Второй – фильтрация с помощью активированного угля. В данном случае количество используемого материала будет зависеть от концентрации соли.

Сегодня из всех способов опреснения наиболее востребована технология обратного осмоса. Но для ее использования необходимы большие затраты на производство и эксплуатацию мембран, а также существенные энергетические мощности. Кроме того, после опреснения подобным способом остается высококонцентрированный солевой раствор, который возвращают в море или океан, что повышает соленость водных ресурсов. Из-за этого процесс очистки становится ещё более сложным, а себестоимость опреснения морской воды с каждым годом только возрастает.

Кроме того, в почве находится лишь 1/3 мировых пресноводных запасов (2/3 заморожены в снежных покровах и ледниках). И они используются человеком настолько быстро, что природа не успевает восполнить утраченное.

В связи с этим дефицит пресной воды возрастает в мировом масштабе.

По прогнозам экспертов, нехватку водных ресурсов к 2030 году будут испытывать более двух миллиардов человек. Эта проблема усугубляется еще и тем, что в каждой стране используют разные объемы пресной воды.

К примеру, американец в среднем расходует в день около 400 литров, в то время как житель малоразвитой страны – всего лишь 19 литров. У половины населения планеты в доме вообще нет водопровода. Все это однажды приведет к тому, что люди обратят особенное внимание на океаны как на источники воды.

Главная задача при опреснении морской воды – свести к минимуму энергетические затраты и расходы на оборудование. Это особенно важно, поскольку страна, которая больше нуждается в очищенной воде, должна при этом выдержать экономическую конкуренцию с государствами, имеющими более дешевые и многочисленные пресноводные источники.

По результатам проектных разработок выходит, что только для небольшого количества потребителей транспортировать воду из естественного водоема на расстояние до 400-500 км будет дешевле, чем опреснить её. Оценивая подземные запасы различной степени солености в засушливых районах, можно сделать вывод, что опреснение является для них единственным экономически оправданным способом водообеспечения, учитывая их удаленность от пресноводных источников естественного происхождения.

Применяемые сегодня методы опреснения могут быть продуктивно использованы для того, чтобы вернуть природе использованные водные ресурсы, не ухудшив при этом состояние пресных водоемов.

Если качество воды оставляет желать лучшего…

Проблему грязной воды в доме можно частично решить установкой качественного фильтра, но в таких системах периодически возникает необходимость замены комплектующих, ведь от этого напрямую зависит, насколько хорошо будет очищена жидкость для питья.

В то же время остается нерешенным вопрос: как добиться того, чтобы на нашем рабочем месте или у ребенка в школе была вода наилучшего качества? Лучшее решение – купить ее с доставкой.

Компания «Айсберг» предлагает выгодные условия для обслуживания своих клиентов:

  • бесплатная доставка воды на дом или в офис: покупатели оплачивают только стоимость товара;
  • скважины, из которых набирается наша вода, имеют документы регистрации в Государственном водном кадастре РФ;
  • для добычи и бутилирования воды используются передовые технологии, что помогает сохранять и преумножать ее качество и природную чистоту;
  • мы также реализуем современные кулеры для воды и другое оборудование, изготовленное известными европейскими брендами с учетом существующих стандартов качества. Размеры помп и стеллажей для бутылей варьируются, позволяя установить приборы даже в небольших помещениях;
  • доставка питьевой воды на дом или в офис осуществляется по минимальной цене, благодаря постоянным акциям от нашей компании;
  • вместе с водой вы можете приобрести одноразовую посуду, чай, кофе и прочую вспомогательную продукцию.

Чистая вода – это ценность, но она не должна быть на вес золота. Наша миссия – обеспечить каждый дом и рабочее место качественной питьевой водой, поэтому мы приготовили для наших клиентов самые выгодные условия.

Добывание питьевой воды на необитаемом острове дело нелегкое, но вполне осуществимое

Если вы оказались на необитаемом острове , то обладая некоторой сообразительностью и ёмкостью, сделанной из листьев или впалых плодов, у вас есть хорошие шансы добыть пресную воду и остаться в живых в течение многих дней. Чтобы превратить соленую воду в питьевую или пресную, нужно опираться на принципы природы. Во время испарения морской воды чистая вода собирается, а соль остаётся. Следующий процесс основан на методе солнечного опреснителя для сбора воды для питья в чрезвычайной ситуации.

Инструкция, как добыть питьевую воду

1. Выкопайте яму для сбора воды . Яма должна составлять по крайней мере 1 метр в глубину и быть достаточно широкой для того, чтобы вы смогли дотянуться рукой до дна. Как только вы приблизитесь к 1 метру, вы должны увидеть очень влажный песок или лужицу из воды. Не торопитесь, так как вы ограничены в воде, а напряжения вызовет жажду раньше времени.

2. Поместите ёмкость в центр отверстия . Ёмкостью может быть выдолбленный кокосовый орех, плоды или крупные листья. Если на острове имеется достаточно растительности, то вы можете добавить её в яму вокруг ёмкости. Вода из растительности будет испаряться и накапливаться в сосуде.

3. Накройте отверстие и пригните покрытие . Поместите большой лист (например, от пальмы) на яму и полностью закройте её насколько это возможно. Закрепите внешние края листа камнями. Поместите несколько камешков в центре крышки для создания небольшого углубления над ёмкостью. Это направит воду в сосуд. В течение дня и ночи роса и конденсат будут собираться на самодельном покрытии и стекать внутрь сосуда.

4. Периодически извлекайте ёмкость из ямы , чтобы пить воду или наполнить другие ёмкости для последующего использования. Поместите судно обратно в отверстие, чтобы продолжать накапливать воду. Вода будет безопасна для питья. Никакой

Вода - источник жизни всего живого, но нужно различать какая вода полезная, а какая нет. Примерно 99% всех вод земли - это вода океанов и морей, то есть соленая вода, непригодна к употреблению. Множество людей в мире нуждаются в живой, пресной воде, и сегодня мы расскажем, как же добыть пресную воду из соленой воды.

Как сделать из морской воды пресную в домашних условиях?

Пресная вода отличается от соленой количеством соли и других химических элементов. Самым популярным способом является отделение солей от воды путем дистилляции.
Этот способ заключается в нагревании воды до температуры кипения, и сбор паров в виде конденсата. Данный способ хорошо описан в статье - .

Так же существует и другой способ, так называемый - опреснения. Заключается в том, что соленую воду пропускают через мембрану, которая способна пропускать только чистую воду без соляных компонентов. Но данный вид очищения не очень эффективный, так как мембрана пропускает очень малое количество воды за большой период времени.

Изобрели материал, который делает соленую воду пресной за минуты!

Ни для кого не секрет, что одна из глобальных проблем человечества, которую ученые пытаются решить на протяжении многих десятилетий – нехватка пресной воды. Сегодня тысячи исследователей по всему миру трудятся над различными проектами, направленные на получение пресной воды из соленой.

Ученые уже не первый год ищут эффективные способы опреснения воды

Проблема пресной воды – реалии, с которыми сталкиваются люди

По данным Всемирной организации здравоохранения, во всем мире почти восемьсот миллионов человек не имеют доступа к чистой питьевой воде в пешей получасовой доступности от места их проживания. Причем с каждым годом данная проблема только усугубляется. Все больше людей теряют возможность получать качественную, а главное, пресную воду.

От общего количества воды на планете, только 3% приходится на пресные источники

При этом морская вода – это почти 97% от всей воды на планете Земля. По мнению ученых, неправильно не пытаться использовать этот ресурс во благо человечества, особенно, на фоне нехватки пресных источников.  

Эффективный способ опреснения воды

Австралийские ученые нашли эффективный способ, позволяющий превратить соленую воду в пресную. Работа основана на использовании абсорбционных свойств металлоорганических каркасных структур, которые за считанные минуты способы превратить соленую воду в пресную.

«Фильтр», используемый для превращения соленой воды  питьевую, подходит для многократного использования

Причем, использованный для опреснения материал, способен самоочищаться. Для того, что все адсорбированные ионы соли покинули «фильтр», достаточно лишь четырехминутного воздействия солнечного света на него. После такой очистки, материал снова готов к работе. 

Состав «фильтра» для опреснения воды

Для быстрой и безопасной очистки морской воды от соли ученые использовали материал, известный под названием PSP-MIL-53. В основу создания данного «фильтра» легло использование другого материала, который способен удалять ионы соли из воды и углекислого газа из воздуха.

Всего несколько минут нужно для того, чтобы с помощью инновационного фильтра опреснить воду

Технические характеристики абсорбционного материала

Получившийся фильтр отличается сравнительной дешевизной. При этом он демонстрирует стабильную работу и очень экономичен, так как может быть использован многократно. 

При этом вода, полученная в результате такой очистки, соответствует всем стандартам и нормам, предъявляемым Всемирной организацией здравоохранения. 

Интересно, что всего один килограмм вещества, которое было использовано на ранних этапах испытаний, способно очистить почти 140 литров воды в сутки.

Вода, полученная путем опреснения морской воды, отвечает всем нормам и стандартам ВОЗ

Перспективы развития технологий опреснения воды

На сегодняшний день пока непонятно, насколько близки ученые к тому, чтобы вся система заработала и могла эффективно применяться для опреснения больших объемов воды.

Во всем мире существует дефицит трех ресурсов – энергия, вода и продовольствие. Причем все они тесно взаимосвязаны. Поэтому в мире создана специальная программа, в рамках которой предлагается единая система управления всеми тремя дефицитными ресурсами. При этом речь идет не только об опреснении воды и проблемах энергетики, а о рациональном использовании водных ресурсов в целом. 

Эксперт – директор департамента стратегии и развития АО «Атомэнергомаш» Илья Лычев.

Однако радует тот факт, что перспективных и потенциально применимых способов опреснения морской воды с каждым годом становится все больше. 

Наиболее реальным кажется способ опреснения с помощью ультрафиолетового излучения, фильтров из графена и солнечного излучения с гидрогелями. Известно даже о проектах, где питьевую воду получают из сухого воздуха, такого как в пустыне.

Оцените качество статьи. Нам важно ваше мнение:

Методы опреснения морской воды — интересные обзоры — Magicwaters

Во всем мире все острее ощущается проблема нехватки пресной воды. И речь идет не только о качественной питьевой воде, а о пресной воде вообще, в том числе технической. Ведь для использования воды в технических целях (полив, мойка автомашин, домов и улиц, слив в домах, отопление и прочее, прочее, прочее) используется только пресная вода. Запасы пригодной для питья чистой воды убывают с катастрофической скоростью, и расходовать пресную воду на технические нужды — просто кощунство. Поэтому во всем мире быстро развивается индустрия опреснения соленой морской воды.

С нехваткой питьевой воды сталкивается не только жаркая-жаркая Африка, но и вполне благополучная Европа, на юге которой запасы пресной воды убывают в геометрической прогрессии. Богатейшие Арабские эмираты, купающиеся в нефти, испытывают нехватку воды. Промышленный гигант — Китай — не может обеспечить пресной водой приморские провинции. Гигантский остров Австралия имеет всего несколько пригодных для проживания людей регионов, все остальное — пустыня. И так далее, и тому подобное. Однако у этих стран есть выход к морю, который стал также и выходом из сложившейся ситуации. В который раз уже море помогает человечеству.

Опреснительные установки — энергоемкое производство, требующее колоссальных финансовых вложений. Тем не менее, в 2007 году более 50 млн м3 чистой воды было получено за счет опреснения.

Нашей стране, имеющей огромные запасы пресной воды, и неэффективно их расходующей, в скором времени тоже может грозить экологическая катастрофа, и опыт жарких засушливых стран может крайне пригодиться. Ведь морская граница России простирается на 38 807 км.

В настоящее время наиболее эффективными промышленными методами опреснения морской воды являются методы обратного осмоса, электродиализа, дистилляции, ионного обмена и вымораживания.

Напомним, что пресная вода должна содержать всего 1 г солей на 1 литр. Из соленой морской воды можно получить воду разной степени очистки (опреснения), используя тот или иной метод.

Метод обратного осмоса (международное обозначение — RO)

Этот метод основан на пропускании воды под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие молекулы воды, но задерживающие более крупные молекулы примесей.

Электродиализ (ED) работает на основе мембранного разделения, в котором ионы растворенного вещества переносятся через мембрану под действием электрического поля.

Дистилляция подразумевает под собой несколько методов, объединенных общим способом последовательного нагревания и фракционирования растворов.

Дистилляция мгновенным вскипанием (MSF) подразумевает испарение морской воды последовательно в нескольких камерах с постепенным снижением давления. Процесс останавливают, когда содержание солей в воде становится 1г на 1 литр.

Мембранная дистилляция (MD) используется при нагреве морской воды с одной стороны гидрофобной мембраны. Такая мембрана пропускает только водяной пар, который затем охлаждают и конденсируют.

Метод многоколонной дистилляции (MED) означает последовательное нагревание морской воды в колоннах, где образовавшийся пар идет на дальнейший нагрев в последующих колоннах.

Компрессионная дистилляция (MVC) также основана на нагреве морской воды в первой колонне, но с помощью частично сжатого пара. Такой способ позволяет уменьшить энергоемкость процесса, однако существенно сокращает объем дистиллируемого раствора, то есть не подходит для переработки больших объемов воды.

Морскую воду очищают и методом вымораживания (FP), охлаждая до кристаллизации влаги и выделяя кристаллы, из которых впоследствии получается пресная вода.

В настоящее время наиболее распространены промышленные дистилляционные установки и обратноосмотические фильтры очистки воды. Это связано с их большей экономической целесообразностью и легкостью регулировки процесса. Электродиализ и замораживание с ионообменом применяется значительно реже.

Возможно, в скором времени эти методы могут быть усовершенствованы или удешевлены, но, скорее всего, стоимость пресной воды возрастет настолько, что эти методы опреснения будут более экономически эффективны, чем закупка или добыча чистой пресной воды.

Опреснение

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы водопользования • Темы качества воды •

Жажда? Как насчет чашки прохладной освежающей морской воды?

Нет, не понимайте нас буквально! Люди не могут пить соленую воду. Но из соленой воды можно превратить пресноводный , что и является целью этого портативного надувного солнечного аппарата (он даже упаковывается в крошечный пакет). Этот процесс называется опреснением, и он все чаще используется во всем мире для обеспечения людей необходимой пресной водой.Большая часть Соединенных Штатов имеет или может получить доступ к достаточным запасам пресной воды для питьевых целей. Но пресная вода может быть в дефиците во многих частях страны и мира. И по мере того, как население продолжает расти, нехватка пресной воды будет возникать все чаще, хотя бы в определенных местах. В некоторых районах соленая вода (например, из океана ) превращается в пресную воду для питья.

«Простое» препятствие, которое необходимо преодолеть, чтобы превратить морскую воду в пресную, - это удалить растворенную соль в морской воде.Это может показаться таким же простым, как кипячение морской воды в кастрюле, улавливание пара и его конденсация обратно в воду (дистилляция). Доступны и другие методы, но эти текущие технологические процессы должны осуществляться в большом масштабе, чтобы быть полезными для больших групп населения, а текущие процессы дороги, энергоемки и включают крупномасштабные объекты.

Что делает воду соленой?

Что мы подразумеваем под «соленой водой»? Солевой раствор содержит значительные количества (называемые «концентрациями») растворенных солей.В этом случае концентрация - это количество (по весу) соли в воде, выраженное в «частях на миллион» (ppm). Если в воде концентрация растворенных солей составляет 10 000 частей на миллион, то один процент от веса воды приходится на растворенные соли.

Вот наши параметры для соленой воды:

  • Пресная вода - менее 1000 частей на миллион
  • Слабосоленая вода - от 1000 до 3000 частей на миллион
  • Умеренно соленая вода - от 3000 до 10000 промилле
  • Сильно соленая вода - от 10 000 до 35 000 частей на миллион

Кстати, в океанской воде содержится около 35 000 промилле соли.

Вид на опреснительную установку обратного осмоса в Барселоне, Испания.

Кредит: Джеймс Греллье

Мировая потребность в пресной воде

Дефицит ресурсов пресной воды и потребность в дополнительных источниках воды уже критически важны для многих засушливых регионов мира и будут приобретать все большее значение в будущем. Многие засушливые районы просто не имеют ресурсов пресной воды в виде поверхностных вод, таких как реки и озера.У них может быть только подземных водных ресурсов , некоторые из которых становятся более солоноватыми по мере продолжения добычи воды из водоносных горизонтов. Солнечное опреснение и испарение используется природой для образования дождя , который является основным источником пресной воды на Земле.

Другой метод: Обратный осмос

Другой способ опреснения соленой воды - это процедура «обратного осмоса». Проще говоря, вода, содержащая растворенные молекулы соли, проталкивается через полупроницаемую мембрану (по сути, фильтр), в которой более крупные молекулы соли не проходят через отверстия мембраны, а более мелкие молекулы воды проходят.

Обратный осмос - эффективное средство для опреснения соленой воды, но оно более дорогое, чем другие методы. Поскольку в будущем цены снизятся, использование установок обратного осмоса для опреснения большого количества соленой воды должно стать более распространенным.

Опреснение - это не современная наука

Дистилляционное опреснение - одна из самых первых форм очистки воды в мире, которая до сих пор остается популярным решением для очистки воды во всем мире. В древние времена многие цивилизации использовали этот процесс на своих кораблях для преобразования морской воды в питьевую.Сегодня опреснительные установки используются для преобразования морской воды в питьевую на судах и во многих засушливых регионах мира, а также для очистки воды в других районах, загрязненной естественными и неестественными загрязнителями. Дистилляция - это, пожалуй, единственная технология очистки воды, которая наиболее полно снижает самый широкий спектр загрязняющих веществ в питьевой воде.

В природе этот основной процесс отвечает за водный (гидрологический) цикл . Солнце поставляет энергию, которая заставляет воду испаряться из поверхностных источников, таких как озера, океаны и ручьи.Водяной пар в конечном итоге вступает в контакт с более холодным воздухом, где он повторно конденсируется с образованием росы или дождя. Этот процесс можно имитировать искусственно и быстрее, чем в природе, с использованием альтернативных источников нагрева и охлаждения.

Вы можете попробовать это дома!

  • Выкопать яму в земле
  • Поставьте на дно ямы емкость, которая будет использоваться для сбора конденсированной воды
  • Накройте яму пластиковым листом (можно использовать камни или другие тяжелые предметы, чтобы удерживать ее над ямой)
  • Убедитесь, что нижняя часть пластикового листа парит прямо над чашей
  • Оставьте «ловушку» для воды на ночь, и воду можно будет набрать из чаши утром

Кредит: Даниэле Пуглиси

Ваша личная опреснительная установка

Помните, как вы смотрели на картинку вверху этой страницы, на которой запечатлен плавающий солнечный неподвижный объект? Тот же процесс, который управляет этим устройством, также может быть применен, если вы окажетесь в пустыне и захотите выпить воды.

Низкотехнологичный подход к достижению этого заключается в создании «солнечного аппарата», который использует солнечное тепло для запуска процесса дистилляции, вызывающего образование росы на чем-то вроде пластиковой пленки. Диаграмма справа иллюстрирует это. Использование морской воды или растительного материала в корпусе дистиллятора создает влажный воздух, который из-за кожуха, образованного пластиковым листом, нагревается солнцем. Влажный воздух конденсирует капли воды на нижней стороне пластикового листа, и из-за поверхностного натяжения капли воды прилипают к листу и опускаются в желоб, из которого они могут потребляться.

Некоторые факты об опреснении

  • По оценкам, около 30% орошаемых земель в мире страдают от проблем с засолением, и восстановление считается очень дорогостоящим.
  • По данным Международной опреснительной ассоциации, в июне 2015 года во всем мире работало 18 426 опреснительных установок, производящих 86,8 миллиона кубических метров воды в день, обеспечивая водой 300 миллионов человек. Это количество увеличилось с 78,4 млн кубометров в 2013 году, что на 10,71% больше, чем за 2 года.
  • Наиболее важные потребители опресненной воды находятся на Ближнем Востоке (в основном Саудовская Аравия, Кувейт, Объединенные Арабские Эмираты, Катар и Бахрейн), которые используют около 70% мировых мощностей; и в Северной Африке (в основном в Ливии и Алжире), где используется около 6% мировых мощностей.
  • Среди промышленно развитых стран Соединенные Штаты являются одним из наиболее важных пользователей опресненной воды, особенно в Калифорнии и некоторых частях Флориды. Стоимость опреснения помешала более частому использованию опреснителя.

Чтобы подробнее узнать о опреснительных установках, перейдите по ссылкам ниже.

* Часть этой информации поступила от Фонда образования в области водных ресурсов и от Государственной администрации Corpus Christi TAMU-CC.

Можно ли сделать морскую воду пригодной для питья?

1 | 2

Как вы уже знаете, человек не может пить морскую воду в качестве альтернативы пресной.Морская вода полна соли, которая обычно обезвоживает человеческий организм.

Но что, если бы мы могли сделать морскую воду более безопасной для питья? Оказывается, можно, и этот процесс называется опреснением. Опреснение - это процесс, который удаляет растворенные минералы (включая, помимо прочего, соль) из морской воды, солоноватой воды или очищенных сточных вод. Для опреснения был разработан ряд технологий, включая обратный осмос (RO), дистилляцию, электродиализ и вакуумную заморозку.Так почему же морская вода является таким привлекательным водным ресурсом, что мы проходим все эти дорогостоящие процессы, чтобы сделать ее безопасной для питья?

Вот несколько причин ... Морская вода обеспечивает неограниченное и надежное водоснабжение прибрежного населения во всем мире; солоноватая вода является обильным, относительно засухоустойчивым водным ресурсом для жителей внутренних районов и снижает зависимость от импортируемой воды. Из всей воды на Земле 97 процентов - это соленая вода, только 1 процент - это пресная вода, доступная для питья, и 2 процента - замороженная.Из более чем 7500 действующих по всему миру опреснительных установок 60% расположены на Ближнем Востоке. Крупнейший в мире завод в Саудовской Аравии производит 128 МГД опресненной воды. Напротив, 12% мировых мощностей производится в Северной и Южной Америке, при этом большинство заводов расположены в Карибском бассейне и Флориде.

На сегодняшний день вдоль побережья Калифорнии построено лишь ограниченное количество опреснительных установок, в первую очередь потому, что стоимость опреснения обычно выше, чем затраты на другие альтернативы водоснабжения, доступные в Калифорнии (например,г., перекачки воды и откачка грунтовых вод). Однако в связи с возникновением засухи и ростом озабоченности по поводу доступности воды во многих местах штата предлагаются проекты по опреснению воды. Затраты на опреснение снижаются по мере совершенствования технологий и строительства новых заводов. На сегодняшний день насчитывается более 15 000 опреснительных заводов в 120 странах мира. По прогнозам, в следующие 20 лет рынок опреснения вырастет более чем на 70 миллиардов долларов. Около половины опресненной воды в мире производится с помощью тепла для дистилляции пресной воды из морской.

Загрязнение воды в бутылках

Процесс дистилляции имитирует естественный водный цикл, при котором соленая вода нагревается, образуя водяной пар, который, в свою очередь, конденсируется с образованием пресной воды. Один из таких процессов обработки называется многоступенчатой ​​мгновенной перегонкой. Другой способ опреснительной обработки с наиболее распространенным применением - это обратный осмос на основе мембран. В этом процессе к воде прикладывается давление, которое позволяет воде проходить через мембрану, оставляя ионы, соли и другие растворенные твердые вещества и нелетучие органические вещества.

1 | 2

последний абзац здесь Читать дальше: Уровни содержания соли - морская и пресная вода

Почему мы не получаем питьевую воду из океана, добывая соль из морской воды?

Даже имея всю воду в океанах Земли, мы удовлетворяем менее половины процентов потребностей человека в воде с помощью опресненной воды.* В настоящее время мы используем порядка 960 кубических миль (4000 кубических километров) пресной воды в год, и в целом воды достаточно для всех. Однако дефицит в регионах растет.

Так почему бы нам не опреснять больше воды, чтобы уменьшить нехватку воды и растущие конфликты с водой?

Проблема в том, что для опреснения воды требуется много энергии. Соль очень легко растворяется в воде, образуя прочные химические связи, которые трудно разорвать. Энергия и технология опреснения воды дороги, а это означает, что опреснение воды может быть довольно дорогостоящим.

Трудно назвать точную сумму в долларах на опреснение - это число сильно варьируется от места к месту, в зависимости от затрат на рабочую силу и энергию, цен на землю, финансовых соглашений и даже содержания соли в воде. Производство одного кубического метра (264 галлона) опресненной воды из океана может стоить от 1 до 2 долларов. Это примерно столько же, сколько два человека в США обычно проводят дома за день.

Но переключите источник на реку или водоносный горизонт, и стоимость кубометра воды может упасть до 10–20 центов, а фермеры часто платят гораздо меньше.

Это означает, что почти всегда дешевле использовать местную пресную воду, чем опреснять морскую воду. Однако этот ценовой разрыв сокращается. Например, удовлетворение растущего спроса за счет поиска нового источника воды или строительства новой плотины в таком месте, как Калифорния, может стоить до 60 центов за кубический метр воды.

И иногда эти традиционные средства «сбора» воды больше не доступны. Таким образом, ожидается, что эта стоимость будет продолжать расти, поэтому Калифорния сейчас серьезно рассматривает опреснение и почему город Тампа, штат Флорида., решили построить самый большой опреснительный завод в США

Международная ассоциация опреснителей сообщает, что по состоянию на 2007 год во всем мире работало около 13 000 опреснительных установок. Они откачивают примерно 14,7 миллиарда галлонов (55,6 миллиарда литров) питьевой пресной воды в день. Многие из этих заводов находятся в таких странах, как Саудовская Аравия, где энергия из нефти дешевая, а воды мало.

Так как же энергия используется для отделения соли от воды?

Существует два основных метода разрыва связей в соленой воде: термическая дистилляция и мембранное разделение.Термическая дистилляция включает в себя тепло: кипящая вода превращает его в пар, оставляя после себя соль, который собирается и конденсируется обратно в воду, охлаждая ее.

Самый распространенный тип мембранного разделения называется обратным осмосом. Морская вода пропускается через полупроницаемую мембрану, которая отделяет соль от воды. Поскольку эта технология обычно требует меньше энергии, чем термическая дистилляция, большинство новых заводов, таких как Тампа, теперь используют обратный осмос.

Опреснение также связано с экологическими издержками.Морские обитатели могут попасть в опреснительные установки, убивая маленьких морских обитателей, таких как мальки и планктон, нарушая пищевую цепочку. Кроме того, существует проблема, что делать с отделенной солью, которая остается в виде очень концентрированного рассола. Перекачивание этой сверхсоленой воды обратно в океан может нанести вред местной водной флоры и фауны. Уменьшение этих воздействий возможно, но это увеличивает затраты.

Несмотря на экономические и экологические трудности, опреснение становится все более привлекательным, поскольку у нас заканчивается вода из других источников.Мы перекачиваем грунтовые воды, мы уже построили больше плотин, чем мы можем себе позволить с экономической и экологической точки зрения, и мы использовали почти все доступные реки.

Для более эффективного использования существующей воды необходимо сделать гораздо больше, но с ростом населения мира и сокращением водоснабжения, экономический подъем может скоро повернуться в сторону опреснения.

Тихоокеанский институт - это некоммерческий исследовательский центр в Окленде, Калифорния, занимающийся решением мировых потребностей в воде.Организация подробно рассмотрела эти вопросы в своем отчете за 2006 год, озаглавленном «Опреснение с помощью крупинки соли». Питер Глейк также написал книгу в 2000 году под названием The World's Water, , в которой он и его коллеги исследуют опреснение и другие темы.

* Пояснение (24.08.08): Это предложение было изменено с момента первоначальной публикации.

Как воспроизвести морскую воду дома

Если вы не живете рядом с морем и хотите проводить эксперименты с морской водой, вы можете легко воспроизвести морскую воду дома.Иногда морская вода используется для комплексного лечения, сельского хозяйства и кондиционирования воздуха. Морская вода состоит из воды, соли и других минералов, точный состав которых зависит от местоположения.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Чтобы приготовить морскую воду в домашних условиях, добавьте 35 граммов соли в стакан, а затем добавьте водопроводную воду, пока общая масса не достигнет 1000 граммов, перемешивая, пока соль полностью не станет растворяется в воде. Водопроводная вода часто содержит много природных минералов, содержащихся в морской воде, таких как магний и кальций.

Свойства морской воды

Вода мирового океана содержит соль и другие минералы. Каждый литр морской воды содержит примерно 35 граммов растворенной в ней соли (в основном хлорида натрия). Другими словами, морская вода океана имеет соленость около 3,5% (35 частей на тысячу). Морская вода также содержит магний, калий, серу, кальций и бром.

Приготовление морской воды в домашних условиях

Чтобы воспроизвести морскую воду в домашних условиях, взвесьте 35 граммов соли и добавьте ее в химический стакан.Добавляйте водопроводную воду до тех пор, пока общая масса раствора внутри стакана не достигнет 1000 граммов, помешивая, пока соль полностью не растворится (не забудьте принять во внимание вес самого стакана). Каменную соль, морскую соль, кошерную соль и поваренную соль можно использовать для приготовления морской воды в домашних условиях. Чтобы вода была гиперсоленой, более соленой, чем морская, увеличьте количество соли до 50 граммов. Океаны с высокими температурами и ограниченной циркуляцией, такие как Красное море, имеют высокую скорость испарения с поверхности и небольшой приток пресной воды из рек и, как следствие, имеют более высокую соленость.

Если вы хотите приготовить морскую воду для морского аквариума, вы должны купить коммерческую морскую соль в зоомагазине. Он специально разработан для аквариумов и содержит необходимые микроэлементы в концентрациях, соответствующих естественной морской воде, которых нет в обычной каменной, морской, кошерной или столовой соли.

Опасности употребления морской воды

Когда вы пьете морскую воду, вы поглощаете соль. Организм человека безопасно перерабатывает соль в небольших количествах; например, клеткам организма требуется хлорид натрия для сохранения своего химического баланса и реакций.Однако морская вода содержит больше соли, чем ее можно проглотить, и слишком большое ее количество может причинить большой вред или даже смерть. Это потому, что ваши почки могут производить только менее соленую мочу, чем морская вода. Чтобы удалить весь этот избыток соли из организма, вам нужно мочиться больше воды, чем вы потребляете. Вода в ваших клетках также перемещается через осмос за пределы клеток, чтобы справиться с лишней солью, заставляя клетки сокращаться. В конечном итоге ваше тело перестает регулировать концентрацию натрия, и наступает сильное обезвоживание.Вы испытываете большую жажду и жажду, страдаете от побочных эффектов, таких как головные боли и тошнота, и в какой-то момент умираете от обезвоживания.

Простое удаление соли для получения пресной воды | News

Ученые из США разработали безмембранный метод экстракции растворителем для удаления соли из морской воды, работающий при низких температурах.

Доступ к чистой пресной воде необходим. К сожалению, предложение становится чрезмерно напряженным, и возникает борьба за удовлетворение спроса. В результате все большее значение приобретает разработка технологии опреснения (преобразования соленой воды в пресную).

Современные методы опреснения требуют большого количества энергии или мембран, которые необходимо постоянно менять по мере их засорения. Хотя в этих областях были достигнуты значительные успехи, Ганг Чен и его коллеги из Массачусетского технологического института в Кембридже пошли еще дальше и полностью устранили необходимость в мембране.

Команда использовала декановую кислоту в качестве растворителя для смешивания с водой. При небольшом нагревании наш растворитель растворяет воду, оставляя соли и примеси.Затем при охлаждении смесь под действием силы тяжести разделяется на два слоя, выделяя чистую воду. В отличие от обратного осмоса, в этом методе не используются дорогие мембраны и, в отличие от процессов испарения, не требуется нагрев до высоких температур », - поясняет Чен. Было показано, что процесс эффективен при температурах до 40 градусов по Цельсию, а восстановленная вода соответствовала стандартам солености, установленным Всемирной организацией здравоохранения и Агентством по охране окружающей среды США.

Адель Шариф, эксперт в области гидротехники и директор Центра исследований и применения осмоса в Университете Суррея, Великобритания, считает, что необходимы дальнейшие исследования в таких областях, как масштабируемость и практичность, но считает, что эта концепция многообещающая.«Предлагаемый процесс опреснения может иметь низкий уровень воздействия на окружающую среду, поскольку в нем используется низкопотенциальное тепло, а также низкие капитальные и эксплуатационные расходы», - говорит он.

Чен считает, что эта работа открывает новую область исследований в области опреснения воды. «Будучи простым и недорогим процессом, направленная экстракция растворителем также имеет огромный коммерческий потенциал в опреснении морской воды, очистке промышленных сточных вод, очистке воды, добываемой из нефтяных и газовых скважин, и других подобных применениях», - заключает он.

Ребекка Броди

Ссылка на статью журнала

Очень низкотемпературное безмембранное опреснение с помощью направленной экстракции растворителем Анураг Баджпаи, Тенгфей Луо, Эндрю Муто и Ганг Чен ,? Energy Environ. Sci. , 2011, 4 , 1672 DOI: 10.1039 / c1ee01027a

Это солнечное устройство превращает морскую воду в питьевую

Пол Браун

Международная группа ученых разработала дешевый способ обеспечить жаждущим свежей водой сообщества, сделав морскую воду пригодной для питья без использования электричества.


По их словам, пока светит солнце, их устройство будет производить достаточно высококачественной питьевой воды для удовлетворения потребностей семьи по цене около 100 долларов.

Ученые из Массачусетского технологического института (MIT), США и Шанхайского университета Цзяо Тонг, Китай, считают, что их мозговая волна предлагает простое решение для жаждущих островов и засушливых прибрежных районов, которые не имеют надежного электроснабжения, но имеют доступ к морской воде. Это может даже помочь предотвратить некоторые из массовых миграций ожидаемых с изменением климата.

Исследователи сообщают о своей работе в журнале Energy and Environmental Science. Тестируя свой прототип на крыше в Массачусетском технологическом институте, они производили более 1,5 галлона пресной питьевой воды каждый час на каждый квадратный метр площади солнечного сбора.

Их устройство имеет форму куба, с несколькими слоями солнечных испарителей и конденсаторов, установленных друг на друга, и покрытых слоем прозрачной изоляции. По сути, это многослойный солнечный перегонный куб, похожий на те, которые веками использовались для изготовления крепких спиртных напитков и сегодня используются во многих сферах.

Схема иллюстрирует базовую структуру предлагаемой системы опреснения. Солнечный свет проходит через прозрачный изолирующий слой слева, нагревая черный теплопоглощающий материал, который передает тепло слою впитывающего материала (показан синим), где он испаряется, а затем конденсируется на поверхности (серый), а затем капает, чтобы собрать свежую питьевую воду. Изображения любезно предоставлены исследователями

В солнечных батареях до сих пор используются плоские панели для поглощения тепла, которое затем передается слою воды, которая начинает испаряться.Пар конденсируется на следующей панели, и вода собирается, в то время как тепло от конденсации пара передается на слой выше.

Когда пар конденсируется на поверхности, он выделяет тепло; в типичных конденсаторных системах это тепло просто теряется в окружающую среду. Но в этой многослойной версии выделяемое тепло направляется к следующему испарительному слою, рециркулируя солнечное тепло и повышая общую эффективность.

Эффективность достигается за счет использования каждой из нескольких стадий для удаления соли из морской воды, при этом тепло, выделяемое на предыдущей стадии, используется, а не тратится впустую.Таким образом, демонстрационное устройство команды показало общую эффективность 385 процентов в преобразовании энергии солнечного света в испарение.

Эвелин Ван, соавтор, сказала: «Когда вы конденсируете воду, вы выделяете энергию в виде тепла. Если у вас более одной стадии, вы можете воспользоваться этим теплом».

Компромисс стоимости

Хотя добавление большего количества слоев увеличивает эффективность преобразования системы, каждый уровень также увеличивает стоимость и объем.Команда остановилась на 10-ступенчатой ​​системе для своего экспериментального устройства.

Он поставлял чистую воду, которая превышала городские стандарты питьевой воды, из расчета 5,78 литра на квадратный метр (около 1,52 галлона на 11 квадратных футов) солнечной площади. По словам профессора Ванга, это более чем в два раза больше, чем рекордное количество, ранее производимое любой такой пассивной опреснительной системой на солнечной энергии.

Большим преимуществом системы является то, что она имеет механизм самопромывки, который каждую ночь очищает накопившуюся соль и возвращает ее в море.

Один из возможных способов использования системы - установка плавающих панелей на водоеме с соленой водой. Панели могли постоянно доставлять пресную воду по трубам к берегу, пока светило солнце. Другие системы могут быть спроектированы для обслуживания одного домашнего хозяйства, возможно, с использованием плоской панели на большом мелком резервуаре с морской водой.

По оценкам группы, система с солнечной собирающей площадью примерно в один квадратный метр может удовлетворить ежедневные потребности в питьевой воде одного человека. Они думают, что на производстве система, созданная для удовлетворения потребностей семьи, может быть построена примерно за 100 долларов.

Более дешевые замены

Самым дорогим компонентом прототипа является слой прозрачного аэрогеля, который используется в качестве изолятора в верхней части стопки, но команда предполагает, что вместо него можно использовать другие менее дорогие изоляторы. (Сам аэрогель сделан из очень дешевого диоксида кремния, но при его производстве требуется специальное сушильное оборудование.)

«Этот новый подход очень важен», - говорит профессор Рави Прашер из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Калифорнийского университета в Беркли, который был не участвовал в исследовании.

«Одной из проблем при опреснении с использованием солнечной энергии является низкая эффективность из-за потери значительной энергии при конденсации.

« За счет эффективного сбора энергии конденсации, общая эффективность солнечного излучения в отношении пара значительно улучшается… Эта повышенная эффективность окажет общее влияние на снижение стоимости добываемой воды ».

Размещено с разрешения Climate News Network.

Статьи с вашего сайта

Статьи по теме в Интернете

По мере увеличения нехватки воды растет число опреснительных установок

Примерно в 30 милях к северу от Сан-Диего, на побережье Тихого океана, находится опреснительная установка Клода «Бад» Льюиса Карлсбад, крупнейшая попытка превратить соленую воду в пресную в Северной Америке.

Каждый день 100 миллионов галлонов морской воды проталкиваются через полупроницаемые мембраны, чтобы создать 50 миллионов галлонов воды, которая подается по трубам для муниципальных пользователей. Карловы Вары, полностью введенные в эксплуатацию в 2015 году, производят около 10 процентов пресной воды, которую используют 3,1 миллиона человек в регионе, что примерно в два раза дороже, чем другой основной источник воды.

Дорого, да, но жизненно важно для того, чтобы он был местным и надежным. «Засуха - это повторяющееся состояние здесь, в Калифорнии, - сказал Джереми Кратчфилд, менеджер по водным ресурсам Управления водного хозяйства округа Сан-Диего.«В 2017 году мы только что вышли из пятилетней засухи. Завод снизил нашу зависимость от импортных поставок, что иногда бывает проблематично здесь, в Калифорнии. Так что это компонент надежности ".

Второй завод, аналогичный Карлсбаду, строится в Хантингтон-Бич, Калифорния, с той же производительностью 50 миллионов галлонов в день. В настоящее время в Калифорнии имеется 11 опреснительных заводов, и еще 10 планируются.

Стоимость опресненной воды снижается по мере развития технологии и увеличения стоимости других источников

Давно шли на опреснение, короче - на опреснение.На протяжении десятилетий нам говорили, что однажды он превратит океаны соленой воды в пресную и утолит жажду мира. Но прогресс был медленным.

Сейчас ситуация меняется, поскольку опреснение начинает применяться во многих местах по всему миру. Несколько факторов сближаются, чтобы ввести в строй новые заводы. Население резко выросло во многих местах, испытывающих нехватку воды, включая части Китая, Индии, Южной Африки и США, особенно в Аризоне и Калифорнии. Кроме того, засуха - отчасти из-за изменения климата - происходит во многих регионах, которые еще не так давно считали, что их запасов достаточно.

Сан-Диего - одно из таких мест. При средиземноморском климате Южной Калифорнии и отсутствии грунтовых вод в год выпадает всего 12 дюймов дождя в год, поэтому половину воды регион получает из далекой реки Колорадо. Однако количество снега, выпадающего в Скалистых горах и поддерживающего течение этой могучей реки, за последние два десятилетия значительно уменьшилось, и, по мнению некоторых исследователей, это может быть частью постоянного иссушения Запада. Изменение климата - очень реальное явление для менеджеров по водным ресурсам на Юго-Западе и в других местах.

За последнее десятилетие уровень опреснения неуклонно растет. Джонс и др., Наука об окружающей среде, 2019

Между тем, стоимость опресненной воды снижается по мере развития технологий и роста стоимости других источников.За последние три десятилетия стоимость опреснения снизилась более чем вдвое.

Тем не менее, бум де-салона не означает, что везде, где есть выход к морю, был найден новый источник пресной воды. Обстоятельства играют большую роль. «По мере увеличения численности населения и истощения существующих запасов поверхностных вод, истощения или загрязнения грунтовых вод, проблемы становятся острыми, и есть выбор, который необходимо сделать» по поводу удаления солей, - сказал Майкл Кипарски из Института воды Уиллера при Университете Калифорния, Юридическая школа Беркли.«В мире есть места, где сокращение выбросов экономически целесообразно, где существует большая нагрузка на водные ресурсы и много доступных энергоресурсов», например, на Ближнем Востоке.

Сторонники De-sal признают, что отрасль должна противостоять и решать некоторые серьезные экологические проблемы, чтобы она продолжала расти. Опреснение требует огромного количества энергии, которая в некоторых местах в настоящее время вырабатывается ископаемым топливом. Кипарски предупреждает о петле обратной связи, при которой требуется больше обесцвечивания по мере потепления планеты, что приводит к увеличению выбросов парниковых газов.Кроме того, существуют серьезные опасения по поводу ущерба морской жизни от водозаборных систем завода и особо соленых сточных вод.

В настоящее время более 300 миллионов человек во всем мире получают воду на опреснительных установках от юго-запада США до Китая.

Первые крупномасштабные предприятия по очистке солей были построены в 1960-х годах, и сейчас во всем мире насчитывается около 20 000 предприятий, которые превращают морскую воду в пресную. Королевство Саудовская Аравия с очень небольшим количеством пресной воды и дешевыми энергозатратами для ископаемого топлива, которое оно использует на своих заводах по очистке солей, производит самую свежую воду из всех стран, пятую часть мировых запасов.

Австралия и Израиль также являются крупными игроками. Когда засуха тысячелетия охватила юго-восток Австралии с конца 1990-х до 2009 года, водные системы в регионе упали до небольших долей от их вместимости. Столкнувшись с кризисом, Перт, Мельбурн и другие города приступили к массовому строительству опреснительных заводов. Строительство станции в Мельбурне, которая предоставила первую воду в 2017 году, обошлось в 3,5 миллиарда долларов, и она обеспечивает треть поставок в город. Это критически важно, потому что в регионе за последние 20 лет количество осадков было ниже среднего в течение 18 лет.

Израиль тоже занимается опреснением воды. У него пять действующих заводов, и в планах еще пять. Хроническая нехватка воды теперь уходит в прошлое, поскольку более половины внутренних потребностей страны удовлетворяются за счет воды из Средиземного моря.

По данным Международной ассоциации по опреснению воды, в настоящее время более 300 миллионов человек во всем мире получают воду с опреснительных заводов.

Рабочий на открытии опреснительной установки в Дейр-эль-Балахе в центральной части Газы в 2017 году.СКАЗАЛ ХАТИБ / AFP / Getty Images)

Но, несмотря на необходимость, заводы по переработке солей не будут строиться на каждой береговой линии. Основным препятствием является стоимость строительства завода и стоимость обработки воды. Управление водоснабжения округа Сан-Диего платит около 1200 долларов за акро-фут воды, поступающей из реки Колорадо и дельты реки Сакраменто Сан-Хоакин и перекачиваемой на сотни миль в Южную Калифорнию. Такая же сумма с завода в Карловых Варах - достаточная для обеспечения семьи из пяти человек в течение года - стоит около 2200 долларов.Поскольку озеро Мид - резервуар воды реки Колорадо на границе Невады и Аризоны, которая снабжает Сан-Диего - резко падает, оно может когда-нибудь, возможно, в ближайшие несколько лет, больше не сможет снабжать Сан-Диего. Уверенность превыше всего.

De-sal, однако, страдает некоторыми серьезными экологическими проблемами. Существует два типа опреснения: термическое, при котором вода нагревается, а затем улавливается конденсат, и обратный осмос, при котором морская вода проходит через поры мембраны, которые во много раз меньше диаметра человеческого волоса.Это улавливает молекулы соли, но позволяет более мелким молекулам воды проходить. Оба требуют большого количества энергии, и выбросы парниковых газов, создаваемые необходимой электроэнергией, особенно на Ближнем Востоке, где ископаемое топливо производит электричество, вносят значительный вклад в глобальное потепление.

Есть и экологические последствия. Чтобы сделать галлон пресной воды, требуется два галлона морской воды, а это значит, что оставшийся галлон является соленым. От него избавляются, возвращая его в океан, и - если это не сделать должным образом путем распространения на большие площади - он может истощить океан кислорода и оказать негативное влияние на морскую жизнь.

Недавнее исследование показало, что проблема отходов рассола в процессе опреснения недооценивается на 50 процентов.

В исследовании Института воды, окружающей среды и здоровья ООН, опубликованном ранее в этом году, утверждается, что проблема отходов рассола недооценена на 50 процентов и что при смешивании с химическими веществами, предназначенными для предотвращения загрязнения систем, рассол токсичен и вызывает серьезное загрязнение.

Другая проблема связана с засасыванием морской воды для обработки. Когда рыба или другой крупный организм застревает на приемной решетке, она умирает или получает травму; кроме того, в систему засасываются личинки, икра и планктон рыб, которые погибают.

«При потреблении мы [втягиваем] крошечные маленькие организмы, которые составляют около полутора фунтов взрослой рыбы в день», - сказала Джессика Джонс, представитель компании Poseidon Water, владеющей заводом в Карловых Варах. «Чтобы смягчить это, мы восстанавливаем 66 акров заболоченных земель в заливе Сан-Диего.И нам только что разрешили новый забор, который уменьшит воздействие ».

Опреснительный завод Туас в Сингапуре, открытый в 2018 году, может производить 30 миллионов галлонов пресной воды в день.Ассошиэйтед Пресс

По словам Хизер Кули, директора по исследованиям Тихоокеанского института, «Влияние на морскую жизнь очень малоизвестно. На объектах не было большого мониторинга ». Стратегия, которая все чаще используется для устранения или уменьшения этой проблемы, заключается в том, чтобы зарыть водозаборы морской воды под морское дно и использовать песчаное дно океана в качестве естественного фильтра.

В 2016 году Калифорния приняла Поправку по опреснению воды, которая ужесточила правила приема и утилизации рассола.Сторонники опреснения утверждают, что изменения были обременительными и замедляют продвижение к будущему с опреснением.

Из-за стоимости обработки морской воды и воздействия на океан большая часть недавнего роста опреснения была связана с использованием солоноватой воды. Твердые вещества в солоноватой воде составляют одну десятую количества в океанской воде, и это значительно удешевляет процесс.

Большая часть недавнего роста опреснения связана с использованием солоноватой воды, которую дешевле обрабатывать, чем морскую воду.

Аризона, испытывающая постоянную нехватку воды и сталкивающаяся с нехваткой воды в реке Колорадо, рассматривает как завод по очистке морской воды в партнерстве с Мексикой, у которой есть доступ к океану, которого нет у штата, так и заводы, которые могут обрабатывать 600 миллионов акров земли. -футы залежей солоноватой воды, по оценкам государства.

Между тем,

Техас в настоящее время имеет 49 муниципальных опреснительных заводов, которые перерабатывают солоноватую воду, как поверхностную, так и подземную.Сан-Антонио в настоящее время строит крупнейший завод по опреснению солоноватой воды в стране. На первом этапе он производит 12 миллионов галлонов в день, что достаточно для 40 000 семей, но к 2026 году завод, известный как h3Oaks, будет производить 30 миллионов галлонов в день. Удаление солей из солоноватой воды стоит от 1000 до 2000 долларов за акр-фут.

Кули из Тихоокеанского института утверждает, что прежде чем строить очистные сооружения, муниципалитеты должны полностью реализовать программы сохранения, способствовать повторному использованию питьевой воды - повторному использованию сточных вод, также известному как рециркуляция из туалета в кран - или обрабатывать ливневые стоки.«Имеет смысл сначала выбрать более дешевые варианты, а более дорогие варианты оставить в будущем, чтобы они были разработаны, когда они вам понадобятся», - сказала она.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *