Знесолення води: методи і установки

Вчені вважають, що людство прийшло до періоду, коли за прісну воду будуть спалахувати конфлікти. Вирішити цю проблему можна тільки одним способом - знайти оптимальний метод знесолення води.

Що таке знесолення води

Будь-яка рідина в своєму складі має певну частку солей, мікроорганізмів, мінералів. Очищення природної або водопровідної води виводить з неї шкідливі речовини. Але іноді вона у складі має велику кількість солей, які роблять її непридатною для вживання.

Знесолення води – це зниження концентрації розчинених у ній солей. Процедура може носити тотальний характер, коли рідина позбавляється будь-якого соляного змісту або частковий, коли в ній залишається задану кількість солі.

Методи

Повне знесолення проводиться наступними способами:

• Дистиляція, термічний спосіб.
• Методом іонного обміну.
• Методом електродіалізу.
• Мембранним зворотним осмосом.

Часткове видалення солі досягається при застосуванні таких способів:

• Вапнування.
• Баритовое пом'якшення.
• Н-катіонірованіе.
• Виморожування.

Методи знесолення води вимагають витрат як фінансових, так і енергетичних. Вибір способу обробки залежить від ступеня вмісту солі в початковій рідини, продуктивності установки, витрат на складові процесу (тепло, електроенергія, реагенти). Кожен з методів має свої переваги, недоліки і відбувається за допомогою технічних засобів.

Часткове знесолення

Позбавлена всіх домішок вода застосовується в багатьох виробничих процесах і необхідна для внутрішнього вживання дуже обмеженій кількості людей. Для побутових потреб потрібно демінералізації води до певної міри. Найчастіше відбувається зм'якшення рідини методом катіонування.

У процесі відбувається заміна жорстких солей на катіони водню, які, в свою чергу, вступаючи в реакцію, руйнують бикарбонатные іони. Продукти утворюють з'єднання, яке виводиться у вигляді газу. Ступінь очищення оцінюється по кількості виведеного карбонату кальцію.

Дистиляція води

Знесолення води з допомогою методу дистиляції - найстаріший та найпоширеніший на сьогоднішній день спосіб. Плюсом є його загальна доступність, а мінусом – дорожнеча процесу. Для отримання води без домішок використовують дистилятори. Вони являють собою випарники декількох типів, різниця між якими полягає в конструкції, вид використовуваної енергії. Найбільш поширені – парові та електричні апарати, що відрізняються дорожнечею і великим споживанням енергоресурсів.

Апарат являє собою котел (або кілька котлів низького тиску, де рідина перетворюється в пар і відокремлює концентрат солей. Щоб вода отримала максимальну очистку, в апараті досягається температура повільного кипіння. При такому режимі важкі домішки не потрапляють у конденсується дистилят. Одним із варіантів зменшення вартості є збільшення кількості щаблів, але така установка спричиняє великі початкові інвестиції.

Обладнання для дистиляції крім споживання великої кількості енергії володіє значною вартістю всіх частин. Забезпечити високу ступінь чистоти можуть дорогі труби, арматура, теплообмінники, випарники, зроблені з кварцу або платини. Інші матеріали непридатні.

Електрохімічний метод

Суть методу полягає в пропусканні води через електричне поле, при цьому відбувається перенесення іонів солей – катіони розподіляються в бік катода, а аніони - до анода. Система має три відсіки, які утворюються за допомогою катодної і анодної діафрагм. В серединному відсіку знаходиться вода, підготовлена до знесоленню.

Через потік пропускають постійний електричний струм, за допомогою якого відбувається сортування солей на катодний і анодний діафрагми. Метод є дуже дорогим за витратами на устаткування і витрат на електроенергію, у зв'язку з чим не набув поширення.

Іонний обмін

Найбільш надійний спосіб, яким досягається знесолення води, – метод іонного обміну. Осаджування домішок таким способом дозволяє отримати більш чисту рідину за короткий термін, що важливо при промисловому знесоленні. Спосіб є найбільш економічно вигідним і дає кращий результат очищення.

Метод грунтується на видаленні рідини з катіонів і аніонів солей, у результаті очищення можна досягти різного ступеня демінералізації,аж до повного видалення сольових агентів. Знесолення води іонним обміном відбувається за участю іонітів, які являють собою нерозчинні у воді полімери, що містять рухливий іон. При створених умовах підготовлений полімер вступає в реакцію обміну з іонами солей того ж знака. Вміщені у водне середовище іоніти набухають, збільшуючись в розмірі в 1,5-2 рази.

У міру проходження часу іоніти збирають розчинені у воді солі і ущільнюються. Насичені іоніти регенерують, після чого проводять їх очищення. Продукти, отримані з насичених іонітів, називаються "елюати", до їх складу входять розчини солей і лугів. Частина з них є цінними речовинами, тому їх утилізують як цінні компоненти.

Зворотний осмос

Технічний прогрес і почала спостерігатися нестача прісної води народжують нові технології опріснення і знесолення. Популярним способом стає метод обробки зворотним осмосом, надійність йому гарантує розвиток мембранних технологій. Промисловий інтерес викликаний порівняно низькими енерговитратами. Велика частина апаратів цього принципу використовуються для очищення річкової води, де їх ефективність багаторазово доведена.

Для побутового використання установки для знесолення води, засновані на принципі зворотного осмосу, придатні як в плані енерговитрат, так і за якістю одержуваного продукту. В основі принципу зворотного осмосу лежить пропускання води під тиском через мембрану, яка непроникна для розчинених солей і інших домішок. Процес знесолення води забезпечують синтетичні напівпроникні мембрани, які не можуть затримати деякі розчинені у воді гази (хлор, вуглекислота тощо).

Метод зворотного осмосу очищає воду від усіх домішок, відбувається повна демінералізація, що шкідливо для людського організму. У більшості випадків людині доводиться вибирати між водопровідною водою або обробленої за допомогою будь-якого фільтра. Меншим злом є вода, позбавлена всіх природних компонентів.

На сьогоднішній день в деяких країнах вже існують заводи з виробництва питної води, де для знесолення використовують метод зворотного осмосу, і в якості додаткової очистки з неї виводять розчинені гази. Щоб надати їй нормальний стан, наближений до природного, на підприємствах в очищену воду додають необхідні солі в вивіреної концентрації.

Плюси і мінуси основних методів

Кожен з методів знесолення води має як позитивні, так і негативні якості. Розглянувши їх докладно, можна зрозуміти, якому з них віддати перевагу:

• Іонний обмін допомагає отримати найбільш чисту воду, система надійна і не реагує на ступінь мінералізації вихідної рідини, вимагає невеликих витрат на обладнання. Процес знесолення відбувається при мінімальних втратах витрати води. До недоліків методу відноситься стрімке забруднення навколишнього середовища шкідливими хімікатами, висока вартість самих реагентів, система швидко забруднюється і вимагає частої заміни фільтрів. Утилізація відходів і фільтруючих частин пов'язана зі складнощами.
• Дистиляція. Установки для знесолення води, засновані на термічному методі, використовуються без застосування хімічних речовин, демонструють хорошу якість отриманої рідини, що виділяється в процесі роботи тепло можна використовувати для інших потреб. Відмінною рисою даного способу є можливість усунення розчинених у воді газів. До недоліків методу відносяться: великі енерговитрати, необхідність підготовки води, витрати на обслуговування установки (чистка всіх частин), дорожнеча апаратури.
• Мембранні установки відрізняються невибагливістю до вихідного стану води, для процесу не потрібні хімічні реагенти, прості в обслуговуванні. Негативними якостями є: підготовка води до процесу обробки, великий об'єм води для забезпечення роботи апаратів, велика витрата електроенергії, що позначається на вартості кінцевого продукту.

Знесолення в домашніх умовах

Фільтрація води – найдоступніший спосіб доочищення. Для знесолення колодязної або морський рідини в домашніх умовах є два найпоширеніших способи:

• Ємність з водою помістити в морозильну камеру і залишити до неповного замерзання. Сіль з частиною рідини не замерзне, слід розтопити лід, і можна користуватися відразу. Для додаткового очищення варто пропустити талу воду через будь-побутовий фільтр. Метод називається холодною дистиляцією.
• Випарювання. Беруть дві ємності різного розміру, наливають у велику морську/солону воду, меншу залишають порожньою і поміщають у велику посуд. Усю конструкцію можна поставити для нагрівання наплиту або залишити на сонці, попередньо закривши кришкою. Необхідно домогтися повільного кипіння солоної води. Пари, позбавлені солі, будуть концентруватися в порожній ємності. Процес випаровування на сонці буде протікати набагато повільніше. При цьому способі виходить досить малий об'єм питної води.

Опріснення і знесолення води кустарними способами можливо, але малорезультативно. Кращим варіантом буде придбання побутової установки для очищення.

Побутові установки

Для побутових потреб найчастіше необхідні системи для доочищення води. Фільтрація води може проводитися декількома способами:

• найпростіший і доступний – глечик зі змінними фільтрами.
• Насадка з фільтром на кран.
• Настільні фільтри для води.
• Вбудовувані системи, що здійснюють очищення рідини в залежності від місця розміщення (тільки на кухні, у точці входу подачі води в будинок, багатоступінчасті фільтри для очищення води з артезіанської свердловини тощо).

Ні одна з побутових систем не може повністю усунути солі з рідини, але пом'якшити жорстку воду в змозі. У цьому випадку необхідно знати, якими елементами вона насичена, щоб підібрати систему, картриджі для води, фільтри або реагенти. Процес знесолення вимагає габаритних апаратів, великої площі для установки, великих фінансових інвестицій і доступність обслуговування системи, що недоступне для широкого кола споживачів.

Види побутової очищення

На сьогоднішній день повсюдно використовуються наступні види очищення води:

• Вугільна фільтрація. Прилад являє собою ємність, наповнену деревним, активованим або кам'яним вугіллям. Вода, що пройшла через такий фільтр, очищається від хлору, нафтовмісних елементів, пестицидів, мікроорганізмів, бактерій і т. д. Фільтр доступний за вартістю, довговічний і простий в експлуатації.
• Тонкого очищення. Цей вид фільтрів ділиться на два види – однофункціональні і багатофункціональні. При будь-якому виборі потрібно обслуговування – постійно міняти картриджі для води, проводити заміну арматури та ін
• Грубого очищення. Усувають великі частинки забруднень (пісок, іржу, осад тощо).
• Глибокого очищення. До цього виду фільтрів відносяться системи із зворотним осмосом, багатоступінчасті фільтри та ін

В більшості регіонів Росії потрібно тільки додаткове очищення води, оскільки водних ресурсів у країні достатньо. Єдиний регіон, де може спостерігатися нестача прісної води, – це Крим, куди, можливо, будуть потрібні промислові установки для опріснення морської води. Всі апарати для проведення процесів мають патент. Опріснення і знесолення води має здійснюватися на науково обґрунтованих методах з обов'язковим тестуванням результатів в лабораторних умовах.