Большая советсткая энциклопедия Опреснение воды

Опреснение воды

Опреснение воды, способ обработки воды с целью снижения концентрации растворённых солей до степени (обычно до 1 г/л), при которой вода становится пригодной для питьевых и хозяйственных целей. Дефицит пресной воды ощущается на территории более 40 стран, расположенных главным образом в аридных, а также засушливых областях и составляющих около 60% всей поверхности земной суши (по расчётам, к началу 21 в. достигнет 120—150·10⁹ м³ в год). Этот дефицит может быть покрыт опреснением солёных (солесодержание более 10 г/л) и солоноватых (2—10 г/л) океанических, морских и подземных вод, запасы которых составляют 98% всей воды на земном шаре (см. также Водные ресурсы). Недостаток пресной воды может быть ликвидирован и подачей её по трубопроводам или каналам из районов, в которых она имеется в избытке. Например, в СССР сооружены каналы Северский Донец — Донбасс (около 130 км), Иртыш — Караганда (около 460 км), 3 очереди крупнейшего в мире Каракумского канала, имеются (в Казахской ССР) водопроводы Ишимский и Булавинский, протяжённостью более 1700 км каждый. Однако при значительном удалении пресноводных источников опреснение солёной воды на месте стоит дешевле пресной воды, поступающей по водоводам. При водопотреблении до 1000 м³/сут опреснение солёной воды на месте выгоднее, чем подача пресной воды на расстояние, большее 40—50 км, при водопотреблении 100 000 м³/сут — выгоднее, чем подача пресной воды на расстояние, большее 150—200 км.

Во всём мире в 1974 находилось в эксплуатации св. 800 крупных стационарных опреснительных установок (ОУ) суммарной производительностью около 1,3 млн. м³/сут пресной воды. Наиболее крупные из них имеют производительность 160 тыс. м³/сут (в г. Шевченко, СССР; тепло поступает от атомной электростанции с реактором на быстрых нейтронах) и 220 тыс. м³/сут (в г. Эль-Кувейте, Кувейт; котельная ОУ работает на попутном газе нефтедобычи). Большинство морских судов имеет свои ОУ (только дистилляционного типа).

О. в. может быть осуществлено как с изменением агрегатного состояния воды (дистилляция, замораживание), так и без изменения её агрегатного состояния (электродиализ, гиперфильтрация, или обратный осмос, ионный обмен, экстракция воды органическими растворителями, экстракция воды в виде кристаллизационной воды кристаллогидратов, нагрев воды до определённой температуры, сорбция ионов на пористых электродах, биологический метод — с использованием способности некоторых водорослей поглощать соли на свету и отдавать их в темноте и др.). В соответствии со способами О. в. существуют различные типы ОУ. Дистилляционные ОУ (однокорпусные и многокорпусные, по способу опреснения — парокомпрессионные и солнечные) применяются при опреснении морской воды и солёных вод. О. в. электродиализом и гиперфильтрацией (обратным осмосом) экономично при солесодержании 2,5—10 г/л, ионным обменом — менее 2,5 г/л. Из всего объёма получаемой в мире опреснённой воды 96% приходится на долю дистилляционных ОУ, 2,9% — электродиализных, 1% — гиперфильтрационных и 0,1% — на долю замораживающих и ионообменных ОУ. В зависимости от производительности ОУ состоит из одного или нескольких включенных параллельно опреснителей.

Дистилляционные опреснители бывают одноступенчатые (рис. 1), многоступенчатые с трубчатыми нагревательными элементами, или испарителями (рис. 2), многоступенчатые с мгновенным вскипанием (рис. 3) и парокомпрессионные. Многоступенчатый испаритель состоит из ряда последовательно работающих испарительных камер с трубчатыми нагревательными элементами. Нагреваемая солёная вода движется внутри трубок нагревательного элемента, греющий пар конденсируется на внешней их поверхности. Нагрев и испарение воды в первой ступени осуществляются паром котла, работающего на дистилляте; греющим паром следующей ступеней служит вторичный пар предыдущей испарительной камеры. В опреснителях с мгновенным вскипанием солёная вода проходит последовательно, от последнего к первому, через конденсаторы, встроенные в испарительные камеры, нагреваясь за счёт тепла конденсации, поступает в головной подогреватель, нагревается выше температуры кипения воды в первой испарительной камере, где вскипает. Затем пар конденсируется на поверхности трубок конденсатора, а конденсат стекает в поддон и насосом откачивается потребителю. Неиспарившаяся вода перетекает через гидрозатвор в следующую камеру с более низким давлением, где она снова вскипает, и т.д. Расход тепла на получение 1 кг пресной воды в одноступенчатом дистилляционном опреснителе составляет около 2400 кдж; рекуперация тепла фазового перехода в многоступенчатом опреснителе позволяет снизить расход тепла на 1 кг пресной воды до 250—300 кдж.

Электродиализный опреснитель (рис. 4) представляет собой многокамерный аппарат фильтр-прессового типа, состоящий из камер, ограниченных с одной стороны катионитовой, с другой — анионитовой мембранами. Камеры размещены между катодом и анодом, к которым подведён постоянный электрический ток. Опресняемая вода поступает в опреснительные камеры. Под действием электрического поля катионы растворённых в воде солей движутся в направлении катода, анионы — анода. Т. к. катионитовые мембраны проницаемы в электрическом поле для катионов, но непроницаемы для анионов, а анионитовые мембраны проницаемы для анионов, но непроницаемы для катионов, солёная вода в опреснительных камерах опресняется, при этом удаляемые из неё соли концентрируются в рассольных камерах, откуда они удаляются вместе с промывочной солёной водой. Расход электроэнергии на О. в. электродиализом зависит от солёности опресняемой воды (2 вт·ч на 1 л при опреснении воды с солесодержанием 2,5—3 г/л и 4—5 вт· ч на 1 л при опреснении воды с содержанием солей 5—6 г/л).

Гиперфильтрационные опреснители состоят из насоса высокого давления (5—10 Мн/м², или 50—100 бар), прокачивающего солёную воду через плоские или трубчатые мембраны или полое волокно, изготовленное из ацетилцеллюлозы или полиамидных смол, способных под давлением выше осмотического пропускать молекулы воды, но не пропускать гидратированные ионы растворённых в воде солей.

В пустынных южных районах и на безводных островах применяются солнечные опреснители; они дают в летние месяцы около 4 л воды в сутки с 1 м² поверхности, воспринимающей солнечную радиацию.

Лит.: Апельцин И. Э., Клячко В. А., Опреснение воды, М., 1968; Павлов Ю. В., Опреснение воды, М., 1972: Слесаренко В. Н., Современные методы опреснения морских и соленых вод, М., 1973, Spiegler К. S. [е. d.], Principles of desalination, N. Y. — L.,1966.

В. А. Клячко.