Translate

Как да направим питейна вода от морската вода? | dLambow


Обезсоляване и опресняване на морска вода я прави годна за пиене


Какво е обезсоляване на водата?

Обезсоляването е процес, който отнема минералните компоненти от солената вода. По-общо, обезсоляването се отнася до отстраняването на соли и минерали от целевото вещество (например, морска вода), както при обезсоляването на почвата, което е проблем за селското стопанство. Солената вода (особено морската) се обезсолява, за да се получи вода, подходяща за консумация от човека или за напояване.

Страничният продукт от процеса на обезсоляване са отделените соли. Обезсоляването се използва на много морски кораби и подводници. По-голямата част от съвременния интерес към обезсоляването е насочена към рентабилното осигуряване на прясна вода за човешка употреба. Заедно с рециклирането на отпадъчни води, това е един от малкото водни ресурси, които може да ни направи независими от валежите.

Как да направим питейна вода от морската вода?
Как да направим питейна вода от морската вода?

Защо е нужно да се обезсолява морска вода за питейни нужди?

Липсата на висококачествена питейна вода става все по-остър проблем всяка година, като се вземе впредвид бързия растеж на световното население и развитието на индустрията. Освен това съвременната индустрия и селското стопанство непрекъснато замърсяват природната среда (а оттам и питейната вода!) с тежки метали, токсични и отровни химически съединения, нитрати и пестициди.

Въпреки факта, че повече от седемдесет процента от земната повърхност е покрита от реки, езера, морета и океани, само малко повече от 2% от световните водни ресурси са годни за пиене. В същото време по-голямата част от запасите от вода, подходяща за пиене, попадат в ледниците и подпочвените води, а много малка част - в реките и езерата.

В миналото само богати държави, чиито територии се намират в най-сухите кътчета на планетата (като Израел и страните от Персийския залив), са се занимавали с добиване на прясна вода от морето в промишлен мащаб. Напоследък, все повече се строят инсталации за обезсоляване. Всеки ден се получават десетки милиони тонове питейна вода чрез обезсоляване. Ето защо неотложна задача е да се намерят евтини и ефективни начини за получаването й, както от морска вода, така и минерализирана и замърсена вода.

Струва ли си да се обезсолява морска вода?

Доколкото Световния океан е огромен и съдържа практически неограничени количества от морска вода, заслужва си да помислим дали няма начини, чрез които лесно и удобно да се превръща морската вода в питейна или както й викат - прясна вода? Световният океан е 72% от земната площ и в него се намира 99% от всичката вода върху планетата.

Проблемът е, че в нея се съдържат множество химически елементи, които я правят негодна за пиене, докато вече много райони от Земята страдат от катастрофален недостиг на пресни водни ресурси. От година на година този проблем ще става все по-належащ за окончателно разрешаване и технологиите за пречистване ще се усъвършенстват все повече и повече.

Поради високата консумация на енергия, процесът на обезсоляването на морска (океанска) вода обикновено е по-скъп от използването на прясна вода от повърхностни или подпочвени води, рециклирането на вода или методине за опазване на водата. Тези алтернативи обаче не винаги са налични навсякъде и изчерпването на резервите от прясна (питейна) вода е критичен проблем за човечеството в световен мащаб. Процесите на обезсоляване на морската вода обикновено се задвижват от:

  • - термични (в случай на дестилация),
  • - механични (например в случай на обратна осмоза,
  • - биологични (при използване на бактерии)

видове енергия.



Какви методи се използват за получаване на питейна вода от морска вода?

Хората не могат да пият солена вода, но солената вода може да се превърне в питейна вода, за която има много приложения. Процесът се нарича "обезсоляване" и се използва все повече и повече по света, за да осигури на хората необходимата прясна (питейна) вода. Обезсоляването е изкуствен процес, чрез който солена вода (обикновено морска вода) се превръща в прясна вода.

Обикновената морска вода съдържа 3,4-3,5% соли (приблизително 3,4-3,5 грама на литър). Питейна вода, условно, се счита тази, в която нивото на минерализация не надвишава един процент (по-малко от 1 грам соли на литър). Според препоръката на Световната здравна организация концентрацията на разтворени соли в питейната вода не трябва да надвишава 600 милиграма на литър.

Изглежда, че изобщо не е трудно да се намали съдържанието на сол в разтвор от 3,5 на 1%, но на практика това се оказва много трудна инженерна задача, изискваща проектирането и производството на сложно оборудване и значителни разходи за енергия. Има много начини за обезсоляване, различни по сложност и ефективност.
Най-често срещаните процеси на обезсоляване са дестилация и обратна осмоза.

Методи за обезсоляване на солена вода

За питейна вода е подходяща водата със съдържание на разтворими соли не повече от 1 g / l. Следователно практическата задача при обезсоляването на вода (главно морска вода) е да се намали нейната излишна соленост. Това се постига с помощта на различни методи:
  • - изпаряване (дестилация),
    • = конвенционална дестилация,
    • = многоетапна флаш дестилация,
    • = дестилация под ниско налягане (вакуумна дестилация),
    • = термокомпресионна дестилация,
    • = слънчева дестилация,
    • = естествено изпаряване,
    • = мултиефективна дестилация,
    • = парно компресионна дестилация,
    • = вълново обезсоляване (преобразува се механичното вълново движение директно в хидравлична мощност за обратна осмоза),
    • = мембранна дестилация,
  • - замразяване,
    • = включително чрез газови хидрати,
  • - йонен обмен,
  • - електродиализа (използва електрически потенциал за придвижване на солите през двойки заредени мембрани, които улавят солта в редуващи се канали),
  • - обратна осмоза,
  • - директна осмоза,
  • - хидродинамично разделяне (сепарация).
  • - електрохимичен метод (специална микросхема разделя потока от солена вода на два потока с високо и ниско съдържание на сол, съответно).
Обезсоляването на вода за промишлени и битови нужди се извършва в инсталации за обезсоляване. В зависимост от използвания метод, разходите за енергия на кубичен метър варират от 0,7 kWh до 20 kWh (2,5-72 MJ).



Методи за получаване на питейна вода

Нека, сега, да разгледаме в по-големи подробности, някои от най-популярните методи за получаване на питейна вода чрез опресняване на морска или океанска вода, споменати по-горе.

Дестилация на морска вода

Дестилацията за отделяне на солите е най-старият и лесен начин за получаване на питейна вода от морска вода. Принципа не е сложен. В този случай водата се нагрява до температурата на кипене, парите й се събират (нещо като варенето на ракия или дестилацията на розово масло), след което се охлаждат с цел да кондензират, т.е. отново да се втечнят, а солите се отделят и остават извън пречистената вода.

Най-големия проблем в масовото използване на този метод е това, че солите се трансформират в твърда утайка, която създава допълнителни технически и технологически проблеми, за да бъде отделята от инсталацията, в противен случай тя често ще се задръства. Въпреки това, превръщането на течността в пара и последващата кондензация, изискват и много високи енергийни разходи, така че конвенционалната дестилация практически не се използва в промишлен мащаб. Метода има и по-ефективни свои варианти:
  • - Дестилацията при ниско налягане се оказва по-ефективна, тъй като позволява да се понижи точката на кипене на водата;
  • - Многоетапната дестилация, при която кондензиращата пара от първия дестилационен апарат загрява водата във втория, а парата от втория - в третия и т.н.

Замразяване на солена вода

Методът на отделяне на питейна вода чрез замразяване се основава на различната точка на замръзване на чистата и солената вода. Солената вода се превръща в лед при по-ниски температури от чистата вода. Това е сравнително евтин и ефективен метод за обезсоляване, изискващ обемно и скъпо хладилно оборудване.
  • - По-екзотичен начин за обезсоляване е превръщането на морската вода в газохидратен лед (нестабилна химическа комбинация от вода с определени газове), който след това се разлага до чиста вода и газ.

Химическо опресняване (обезсоляване)

При метода на химическото опресняване към морската вода се добавят химически реагенти (обикновено бариеви или сребърни соли), които, когато реагират с морска сол, образуват неразтворими, утаечни съединения. Това е най-скъпият метод и не се използва в промишлен мащаб. В същото време химическите дестилатори често се включват в спасителните комплекти за лодки и яхти.

Йонообменен метод

Тук минерализираната (морска) вода се пропуска последователно през филтри, изработени от два вида синтетични йонообменни смоли:
  • – катионообменни смоли и
  • – анионообменни смоли.
В катионообменните филтри положителните йони на натрия, калция и магнезия се задържат (или по-скоро се заменят), а в анионообменните филтри се задържат отрицателни хлоридни йони и сулфатни аниони. Йонообменният метод на обезсоляване е сравнително скъп и се използва само за нискоминерализирана вода.

Микробно обезсоляване

Клетките за обезсоляване от микробите са биологични електрохимични системи, които реализират използването на електроактивни бактерии за захранване на обезсоляването на вода in situ, осигурявайки естествения аноден и катоден градиент на електроактивните бактерии и по този начин създавайки вътрешен суперкондензатор.

Електродиализа

Този метод се основава на феномена на електролитната дисоциация. В най-простия случай електродиализата се извършва в съд, разделен на три части от две мембрани - катион и анион. В страничните части са монтирани електроди, като катодът е поставен до катионообменната мембрана, а анодът е поставен до анионообменната мембрана. След прилагане на постоянно напрежение към анода и катода, солните йони ще започнат да се натрупват в страничните части на съда, а деминерализираната вода в централната му част.

Пряка (директна) осмоза

Пряката осмоза за обезсоляване се основават на използването на мембрани, които позволяват на водните молекули да преминават, но са непроницаеми за солните йони. При директната осмоза, едната част от контейнера, разделена от полупропусклива мембрана, се пълни с морска вода, а другата със силно концентриран разтвор на някакво лесно разложимо вещество. Под действието на осмотичното налягане водните молекули започват да се просмукват в тази част на съда, където концентрацията на разтвора е по-висока. След като по-голямата част от водните молекули преминат в концентрата, той се нагрява, в резултат на което веществото се разлага, утаявайки се или преминавайки в газообразно състояние. Резултатът е питейна вода. Методът е скъп и рядко се използва на практика.

Обратна осмоза

Обратната осмоза е най-евтиният, прост и надежден начин за получаване на прясна вода от морска и минерализирана вода. При обратна осмоза водните молекули преминават през мембраната под действието на външно налягане - обратна осмоза. Морската вода се насочва към специална мембрана, която има свойството да пропуска течността и да не пропуска солевите съединения. В този случай, за да протича процеса, е необходимо да се създава високо налягане, което е свързано с неголямата пропускливост на мембраната, а следователно и производителността на метода не е голяма.

Към днешна дата, технологията за обезсоляване на солена вода чрез обратна осмоза е най-обещаваща за промишлени цели. Инсталациите за обезсоляване, работещи по този метод, са относително евтини, икономични и високопроизводителни. Ниската консумация на енергия, осигуряваща доста дълъг експлоатационен живот и ниската цена на сменяеми филтри и мембрани, правят разходите за обезсоляване минимални.



Има ли перспектива в морската вода за пиене?

В момента има съвсем реални и работещи технологии за обезсоляване и опресняване на морските (и океанските) води с различна осоленост, но те все още не са приспособени за масово производство. Но с времето живителната влага (прясната вода, годна за пиене) ще става все по-дефицитна и момента за решаване на проблема ще става все по-належащ, така че инженерните решения все повече ще се усъвършенстват. Историята показва, че винаги когато пред човечеството е възниквал належащ проблем, винаги са се намирали подходящи и ефективни решения. Разликата е, че сега те трябва да са и екологосъобразни.

----------------

Айсберг | dLambow


"Това е само върха на айсберга"


Какво е айсберг?

Айсберг (от немски: "Eisberg" е "ледена планина") е огромен плаващ блок от арктически лед, отчупил се от полярните ледници или от ледени парчета, плаващи в Ледовития океан или край Гренландия и Антарктида. По правило айсбергите се откъсват от ледените шелфове.

Защо айсбега плува във водата?

Тъй като плътността на леда в айсберга е 920 kg/m³, а плътността на морската вода е около 1025 kg/m³, около 90% от обема на айсберга е скрит под водата (аттук е и израза "Това е само върха на айсберга"). Следователно 10% от обема на айсберга е над водата.

Айсберг
Айсберг

Форма на айсбергите.

Формата на айсберга зависи от неговия произход:

  • - Айсбергите от свличащи се ледници имат форма на голяма маса с леко изпъкнала горна повърхност, която е разчленена от различни видове неравности и пукнатини и е характерен за Южния океан.

  • - Айсбергите от покривни ледници се отличават с това, че горната им повърхност почти никога не е равна. Тя е малко наклонена, като навесен покрив. Техните размери, в сравнение с други видове айсберги на Южния океан, са най-малките.

  • - Айсбергите на ледените шелфове, като правило, имат значителни хоризонтални размери (десетки и дори стотици километри). Средната им височина е 35-50 м. Имат равна хоризонтална повърхност, почти строго вертикални и равни странични стени.



Размери на айсбергите

Някои айсберги имат огромни размери, като над водата се подава само една осма част от целия айсберг, а останалата се намира под вода. Въпреки това, някои от тези ледени грамади достигат до 800 метра височина. Поради тази причина плаващите ледове са доста опасни за корабоплаването и не случайно едни от най-големите морски трагедии са свързани корабокрушения в айсбергите.

"Титаник"

Всъщност, най-голямата морска трагедия, разиграла се заради сблъскване с айсберг е тази с гибелта на огромния за времето си, а и за днешните мащаби, парход “Титаник”, който през 1912 г. се сблъсква с леда в Атлантическия океан и потъва на 4000 метра дълбочина, заедно с 1513 пътници.

За него време, това е бил най-големия пътнически кораб в света. Оттогава е въведена специална система за наблюдение движението на айсбергите в целия свят от специална международна комисия и така се отправят предупреждения към плаващите съдове за грозящите ги опастностти.



Дрейф на айсбергите

Траекторията на даден айсберг в океанските води може да се моделира чрез решаване на уравнение за движението на айсберг с маса "m" със скорост "v така:

m (dv/dt) = -mfk . v + Fa + Fw + Fr + Fs + Fp

Където:
  • - f - силата на Кориолис,
  • - k - вертикалния единичен вектор,
  • - F - силата, действаща върху обекта
Индексите:
  • - a - въздушно съпротивление,
  • - w - водоустойчивост,
  • - r - силата на вълната,
  • - s - устойчивостта на морския лед,
  • - p - силата на хоризонталния градиент на налягането.

Буксиране на айсберги

Но освен с трагедии, арктическия лед е свързан и с надежди за осигуряване на прясна питейна вода, която става все по-дефицитна. Известни са някои проекти на Арабски страни за изтегляне на айсберг на буксир и разтапянето му до бутилирана питейна вода.

----------------

Популярни публикации

Последователи - Абонати: