Опреснитель морской воды своими руками: как сделать в домашних условиях и как он работает

Как опресняют на производствах?

Опреснение воды в промышленных масштабах — трудоемкий и энергоемкий процесс. Производственные помещения громоздки и сложны в обслуживании.

Вымораживание

Свойство воды таково, что в твердое состояние входят только молекулы самой воды, а остальные содержащиеся в ней элементы не замерзают. Лед всегда очень свежий.

Процесс опреснения проходит следующие этапы:

1. Соленая вода помещается в кристаллизатор.
2. Контакт воды с газообразным или жидким хладагентом.
3. Вода медленно замерзает. В этой фазе образуются центры кристаллизации, то есть образование льда из пресной воды.
4. По мере замерзания оставшаяся вода становится более концентрированной в соли и, следовательно, тяжелее. Опускаемся на дно.
5. Остающийся лед и рассол убираются. Это можно повторить несколько раз.

Этот метод требует сложного технологического оборудования. Такие механизмы потребляют много электроэнергии, поэтому этот способ не пользуется популярностью.

Ультрафильтрация или обратный осмос

Ультрафильтрацию начали использовать для опреснения только в конце ХХ века; ранее он использовался в других сферах. Технология предполагает наличие в фильтрующем аппарате мембраны.

Тысячи тонких труб облицованы мембранами, через которые отводится концентрированная вода из солей.

Принцип использования мембраны основан на физических свойствах молекул воды и частиц соли. Мембранные волокна способны пропускать молекулы воды и удерживать более крупные частицы соли.

Самый простой механизм фильтрации обратного осмоса — это следующие этапы:

• приток морской воды;
• закачка соленой воды в аппарат высокого давления;
• разделение пресной и концентрированной воды;
• в продвинутых установках есть дополнительная финальная очистка с помощью угольного фильтра.

Это многообещающий и эффективный метод, однако в настоящее время он требует большой площади мембранных труб для опреснения воды в промышленных масштабах.

Перспектива этого метода — создание более эффективных мембран.

Электродиализ

Другой мембранный метод. Здесь вместо насоса, создающего давление, используются электродиализные установки.

Под действием электричества ионы, входящие в состав молекул растворенных солей, проходят через мембраны:

• катионы движутся к катоду;
• анионы движутся в противоположном направлении, к аноду.

Затем концентрированные рассолы утилизируют проточной водой.

Метод экономичен, а используемые мембраны позволяют повысить эффективность очистки за счет возможности использования высоких температур.

Химический способ

Химический метод основан на свойствах примесей, растворенных в воде. При взаимодействии с реагентами они образуют нерастворимый осадок и опускаются на дно.

Из-за того, что необходимо использовать большое количество дорогостоящих реагентов, реакции могут длиться долго, а осадок токсичен, этот метод используется редко.

Дистилляция или перегонка

Морская вода испарилась. Более летучий компонент в больших количествах превращается в пар и попадает в дистиллят, оставшаяся менее летучая часть уходит в остаток от перегонки.

Бывают одноступенчатые и многоступенчатые. Многоступенчатый намного эффективнее при относительно низком энергопотреблении.

Их главный недостаток — это образование накипи на стенках аппарата, что требует постоянного ухода. По этой причине возрастают затраты на рабочую силу.

электрохимический метод отделения солей от примесей находится в стадии разработки. Для этого используется высокотехнологичная микросхема, которая разделит воду на потоки с высоким и низким содержанием соли.

Как сделать опреснитель морской воды своими руками?

Воду можно очистить без использования промышленных устройств. Изготовить водяной чайник с ручным управлением не составит труда. Для этого понадобится кастрюля с плотно закрывающейся крышкой.

Этот метод опреснения воды основан на известном физическом явлении: конденсации. В кастрюлю налейте морскую воду, закройте крышкой и вскипятите. Скопившийся под крышкой пар представляет собой чистый конденсат. Все примеси в воде имеют большую массу, поэтому они оседают на дно поддона, а частицы H2O конденсируются в виде пара.

Этот метод позволяет опреснять жидкости с большими потерями чистой воды. Поэтому дизайн следует немного улучшить. Для этого в крышке сковороды нужно проделать небольшое отверстие, вставить шланг (трубку) и накрыть сковороду крышкой. Другой конец трубки направьте в следующую кастрюлю (любую емкость) и обязательно накройте ее сверху влажным полотенцем. Это поможет сохранить пар теплым.

Ставим на огонь морскую воду и даем закипеть. Дожидаемся, пока вся вода «перейдет» в другую кастрюлю. Это будет опресненная питьевая вода. Все соли, а также различные примеси останутся в оригинальной посуде. Вот такой простой опреснитель морской воды своими руками, который поможет вам получить чистую питьевую воду.

Другой способ опреснять соленую воду — просто заморозить ее. Дело в том, что температура замерзания морской и пресной воды немного отличается. Замораживание соленым способом требует более низкой температуры, чем замораживание свежего продукта. Полученный лед — это опресненная вода, которую можно пить.

Опреснитель морской воды — вещь необходимая, но только в промышленных масштабах. Дома вы можете превратить морскую воду в питьевую с помощью простых приемов, которые мы узнали сегодня. Так что теперь вам не нужно беспокоиться о том, что в экстренной ситуации нехватка воды может обернуться серьезной проблемой.

Как работает метод и в чем его преимущество

Для реализации процесса фильтрации ученые решили использовать металлоорганические структуры, состоящие из сложных кластеров ионов металлов. У них самая большая площадь поверхности из всех известных соединений. Один килограмм этого материала способен производить 139,5 литров пресной воды в сутки.

Солнечный свет используется как источник энергии. Благодаря ему пористое вещество способно очищать и восстанавливать свою кристаллическую структуру.

Новый материал хорошо осаждает ионы соли и взвешенные частицы, обнаруженные в соленой или солоноватой воде. Важным преимуществом этой технологии является хорошая энергоэффективность, которой не могут похвастаться другие технологии опреснения. Например, термическое опреснение и обратный осмос требуют много энергии и могут нанести вред окружающей среде.

Можно ли пить морскую воду

Нет. Если пить морскую воду, возникают проблемы. Благодаря большому содержанию различных солей почки будут работать в несколько раз сильнее. Соль приведет к камнеобразованию, а почки просто не справятся с концентрацией соли. Суть в том, что организму также нужна вода для удаления излишков соли. Через несколько дней произойдет обезвоживание, так как организм начнет вырабатывать воду из собственных запасов.

Дистилляция

Во время перегонки морская вода нагревается с помощью различных видов энергии. Молекулы воды обладают большей подвижностью, чем ионы растворенных солей, легче переходят в газовую фазу (испаряемую), которая удаляется с последующей конденсацией из нее чистой воды.

Во время этого процесса энергия расходуется как на переход воды в газовую фазу, так и на преобразование газовой фазы в жидкость.

Снижение подводимого тепла, необходимого для испарения, может быть достигнуто за счет использования метода вакуумной перегонки, который отличается от классической схемы вакуума, создаваемого в испарителе. Температура кипения воды снижается при понижении давления, что гарантирует снижение энергозатрат и повышение эффективности системы в целом.

Для более полного использования тепловой энергии используется многоступенчатый процесс дистилляции (мгновенная дистилляция), во время которого испарение происходит в разреженной среде, а тепловая энергия используется по максимуму (использование тепла, вычитаемого из потока конденсации воды).

Эта технология позволяет более эффективно использовать энергию, так как при снижении давления газовой фазы на жидкую фазу температура кипения жидкой фазы снижается, а противоточный поток потоков продуктов сводит к минимуму унос тепла. Как с очищенной водой, так и с очищенной водой и с удаленным остатком.

Другим вариантом проведения процесса очистки испарением / конденсацией воды является термокомпрессионная дистилляция. При реализации этого метода очистки исходная вода переводится в газообразное состояние за счет энергии, выделяющейся при конденсации очищенной воды. Для этого вода, перешедшая в пар из испарителя, перекачивается специальным компрессором, который также служит для создания более высокого давления пара в конденсаторе.

Из-за разницы давлений в испарителе и конденсаторе энергии, выделяющейся во время конденсации (при высоком давлении), достаточно для перевода исходной воды в газовую фазу (при пониженном давлении), и для осуществления этого перехода практически не требуется внешняя энергия.

История возникновения метода опреснение морской воды в мире

Человечество задумывается о качестве питьевой воды с самого начала цивилизации. Опреснение воды из соли было необходимостью для многих народов. Во времена Аристотеля моряки кипятили морскую воду и собирали пар губкой. Затем из губки откачивали свежую питьевую воду. В средние века процесс получения дистиллированной воды в перегонном кубе описал Леонардо да Винчи. В России первая дистилляционная установка появилась в Красноводске на берегу Каспийского моря в конце XIX века и могла перерабатывать 67 кубометров воды в сутки.

Какие страны сегодня широко используют опреснение морской воды? Сегодня нехватка пресной воды достигает планетарных масштабов. Развитые страны разрабатывают новые стратегии опреснения морской воды, чтобы свести к минимуму проблему сухой почвы и нехватки пресной воды в прибрежных районах с соленой водой. Промышленные Соединенные Штаты и Япония давно начали потреблять пресной воды для бытовых и промышленных нужд во много раз больше, чем у них есть на складе. В восточных странах Аравийского полуострова, где проблема стоит очень остро из-за крайней засушливости региона, опреснительные комплексы на основе обратного осмоса с высокой производительностью — до 1000 млн м3 в год (Саудовская Аравия и Объединенные Арабские Эмираты). В Израиле мощность опреснительных установок с использованием мембранной фильтрации и дистилляции воды Средиземного моря обеспечивает страну 15% питьевой воды и 50% технической воды в необходимом количестве.

Россия занимает первое место в мире по запасам пресной воды. Сегодня только акватория Байкала способна обеспечить всех россиян пресной водой. Проблема в том, что 80% этих запасов находится в нестабильных регионах Сибири и Дальнего Востока. Добыча и транспортировка пресной воды в юго-восточной части страны, в северных прибрежных районах, потребуют больших затрат. Остро стоит проблема опреснения воды в Крыму, в Приморском крае, в Поволжье и на Черноморском побережье. Внедрение на прибрежных территориях комплексов опреснения морской воды на основе ультрафильтрации, обратного осмоса и ионного обмена позволяет получать воду высокого качества для хозяйственных нужд. Основной проблемой остается удешевление технологий для увеличения рентабельности водоочистных мероприятий.

Пошаговая инструкция, как получить пригодную для питья H2O в домашних условиях

Для опреснения не обязательно требуются громоздкие установки. Вы также можете удалить соли из воды в домашних условиях. Если есть такая необходимость, следует применить подробную инструкцию, предварительно выбрав приемлемый метод.

Заморозка

Этот метод в принципе аналогичен способу замораживания. Лед состоит исключительно из молекул воды, он не содержит соли.

Как обеспечить наличие пресной воды в доме:

1. Налейте в емкость морскую воду. Лучше брать емкость с широким верхом, например таз.
2. Поместите контейнер в морозильную камеру.
3. Удалите ледяные пластинки по мере их образования.
4. Растопите лед.

Дистилляция

Метод предполагает построение системы, состоящей из емкости с крышкой, трубки и емкости для сбора дистиллята.

Этапы:

• 
  найти подходящую емкость, которую можно поджечь;
• в крышке должно быть отверстие, куда вы хотите вставить тубу;
• подсоединить шланг к емкости для сбора очищенной воды;
• в емкость с крышкой налить соленую воду;
• поджечь емкость;
• по мере нагревания конденсат будет стекать по трубке в сборную емкость.

Метод дистилляции можно использовать без использования огня. Вам понадобятся две бутылки и немного виски:

1. Налейте небольшое количество очищаемой воды в одну из бутылок.
2. Соедините горлышки двух бутылок липкой лентой.
3. Разместите конструкцию в теплом месте: на подоконнике солнечной стороной или на батарее отопления. Конструкция должна быть плоской, а пустая бутылка должна быть выше полной.
4. Собрать конденсат.

 

Что такое опреснение воды

Опреснение — это процесс, при котором удаляется большая часть солей, содержащихся в жидкости. Эта процедура выполняется для морской или грунтовой воды с высоким содержанием минеральных соединений. После обработки в опреснительном баке морская вода может использоваться в бытовых и промышленных целях. В зависимости от назначения и химического состава различают следующие виды очищенной воды:

• питьевая вода, соответствующая требованиям СанПиН;
• соблюдать личную гигиену, поливать растения;
• производить влажную уборку помещений;
• корм — используется как теплоноситель в паровых котлах судов;
• технический — для охлаждения вращающихся агрегатов электродвигателей;
• дистиллят — высокоочищенный энергоноситель.

Общий уровень минерализации сырой воды из подземных источников может достигать 1-35 мг / л. Таким образом, его нельзя использовать для питья или в технических целях. После опреснения вода становится годной к употреблению.

Что предлагают исследователи

Исследования показали, что морская вода, прошедшая через фильтр из металлоорганических структур, способна превращаться в пресную воду, которую можно пить. Процесс фильтрации занимает всего 30 минут. Помимо соли, фильтр задерживает и другие загрязнители воды.

Технологию, описанную в известном зарубежном научном журнале, назвали революционной. Возможно, это поможет миллионам людей на планете получить доступ к безопасной питьевой воде. Исследователи также считают, что новая технология может быть полезна в горнодобывающем секторе.

Вода, полученная этим методом, может быть интегрирована в существующие системы водоснабжения. Об этом сообщил профессор австралийского университета Монаш Хуангтин Ван.

Обратный осмос для опреснения морской воды

Наиболее широко используемым методом опреснения морской воды в настоящее время является метод обратного осмоса. Этот метод основан на ранее описанном явлении осмоса, но направление движения растворителя (чистой воды) меняется на противоположное — от более соленого раствора к более чистому (концентрированному) раствору за счет создания давления из более «разбавленного» раствора (исходная вода).). Давление, необходимое для процесса обратного осмоса, зависит от солености исходной воды и при обессоливании воды с соленостью 35 г / л (соленость мирового океана) рабочее давление достигает 70-80 бар.

Производительность оборудования для опреснения морской воды методом обратного осмоса зависит от типа и количества стандартизированных мембранных элементов. Наша компания в своем модельном ряду поддерживает модели производительностью от 50 до 1000 л / ч (опреснительные установки СОМ О 50-60 — СОМ О 1000-60). Простота конструкции и широкий выбор доступных компонентов позволяют использовать мембранные опреснительные установки практически на любом объекте, где необходимо решить проблему получения пресной воды из минерализованной воды в наиболее экономичной конструкции оборудования.

Эти установки используются как для опреснения воды на лодках и яхтах, кораблях и буровых платформах, так и для снабжения питьевой водой населенных пунктов с источниками соленой воды (соляные скважины, морское побережье).

Помимо рассмотренных выше, существует ряд методов опреснения, основанных на других физических процессах, но в настоящее время они не получили широкого распространения или находятся на стадии экспериментальных моделей.

Опасность использования

Соленую воду не рекомендуется использовать в чисто практических или бытовых целях, например, наливать ее в бак стиральной или посудомоечной машины. Любое оборудование (точнее, металлические детали, входящие в его состав) под воздействием сильнодействующих растворов очень быстро разрушаются, в результате чего со временем приходит в негодность.

Выходом из сложившейся ситуации является опреснение морской воды, которое необходимо проводить с соблюдением определенных правил. Познакомимся с некоторыми из них более подробно.

Солёность воды в море и случаи её употребления

Не пейте морскую воду, искушение пить морскую воду всегда было величайшим для моряков, у которых закончилась пресная вода и которые не могли собрать достаточно дождевой воды для питья. Случайное употребление небольшого количества чистой морской воды не опасно, особенно если морская вода потребляется вместе с большим количеством пресной воды. Однако питьевая морская вода для поддержания гидратации контрпродуктивна; чтобы избавиться от соли (через мочу), должно быть больше воды, чем количество воды, взятой из самой морской воды.

Почечная система активно регулирует содержание хлорида натрия в крови в очень узком диапазоне около 9 г / л (0,9% по весу). В большинстве открытых вод концентрация (соленость морской воды) колеблется в пределах типичных значений около 3,5%, что намного выше, чем может выдержать организм, и больше, чем может выдержать почка. Часто упускаемый из виду момент в утверждениях о том, что почки могут выделять NaCl при балтийских концентрациях 2%, заключается в том, что кишечник не может поглощать воду при таких концентрациях, поэтому употребление такой воды не приносит пользы. Употребление морской воды временно увеличивает концентрацию NaCl в крови. Это сигнализирует почкам о выделении натрия, но концентрация натрия в морской воде выше, чем максимальная концентрация почек. Со временем концентрация натрия в крови повышается до токсичного уровня, удаляя воду из клеток, нарушая нервную проводимость и вызывая аритмию сердца.

Гиды по выживанию постоянно рекомендуют не пить морскую воду. Статистическая выборка из 163 случаев оценивает риск смерти в 39% для тех, кто пьет морскую воду, по сравнению с 3% для тех, кто не пьет. Воздействие потребления морской воды на крыс подтвердило отрицательные эффекты потребления морской воды при обезвоживании.

Хотя люди не могут выжить, потребляя морскую воду, некоторые люди утверждают, что до двух чашек в день, смешанных с пресной водой в соотношении 2: 3, не вредно. Например, французский врач Ален Бомбар без повреждений пересек океан на небольшой надувной лодке «Зодиак», используя в основном сырое мясо рыбы, которое содержит около 40 процентов воды (как и большинство живых тканей), а также небольшое количество воды морская вода и другие продукты, собранные из океана. Его выводы были оспорены, но альтернативного объяснения не было. В своей книге 1948 года «Кон-тики» Тур Хейердал сообщил, что во время экспедиции 1947 года морская вода использовалась в сочетании с пресной водой в соотношении 2: 3. Несколько лет спустя другой авантюрист, Уильям Уиллис, она утверждала, что выпила две чашки воды морская вода и один стакан пресной воды в день в течение 70 дней без вреда для ее здоровья, когда она потеряла часть запасов воды.

В настоящее время большинство океанских судов опресняют питьевую воду из морской воды, используя такие процессы, как вакуумная дистилляция или многоступенчатая мгновенная дистилляция в испарителе или, что очень новая система, обратный осмос. Эти энергоемкие процессы были недоступны в эпоху мореплавания. Однако большие парусники с большим экипажем были оборудованы переправами на своих галерах. Такие животные, как рыбы, киты, морские черепахи и морские птицы, такие как пингвины и альбатросы, адаптировались к жизни в районах с высоким содержанием соли. Например, морские черепахи и морские крокодилы удаляют излишки соли со своего тела через слезные каналы.

Проблемы с опреснением морских и соленых вод

По статистике, десятки стран на планете сегодня испытывают дефицит чистой питьевой воды. Львиная доля запасов дистиллированной воды сосредоточена в ледниках за полярным поясом, но их добыча оттуда затруднена. Загрязнение грунтовых и грунтовых вод сокращает количество источников водоснабжения. Каждый день ученые ищут новые способы очистки и опреснения воды из доступных ресурсов: сбор дождевой и талой воды, таяние доступного льда с айсбергов, замкнутые циклы подачи воды и очистки воды на заводах.

Еще острее ощущается необходимость получения питьевой воды путем опреснения морей и океанов в прибрежных районах, в засушливых и пустынных районах с минимальным количеством пресных водоносных горизонтов. Это объясняет потребность в методах опреснения морской воды за счет удаления более высоких концентраций солей и их совершенствовании.