ОПРЕСНЕНИЕ ВОДЫ
способ обработки
воды с целью снижения концентрации растворённых солей до степени (обычно
до 1 г/л), при к-рой вода становится пригодной для питьевых и хоз. целей.
Дефицит пресной воды ощущается на терр. более 40 стран, расположенных гл.
обр. в аридных, а также засушливых областях и составляющих ок. 60% всей
поверхности земной суши (по расчётам, к нач. 21 в. достигнет 120-150*109м3
в год). Этот дефицит может быть покрыт опреснением солёных (солесодержа-ние
более 10 г/л) и солоноватых (2- 10 г/л)
океанических, морских
и подземных вод, запасы к-рых 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 р-нов, в к-рых она имеется
в избытке. Напр., в СССР сооружены каналы Северский Донец- Донбасс (ок.
130 км), Иртыш - Караганда (ок. 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
мор. судов имеет свои ОУ (только дистилляционного типа).
Рис. 1. Схема одноступенчатого дистил-ляционного
опреснителя: 1 - корпус испарительной камеры; 2 - нагревательный элемент;
3 - конденсатор; 4 - насос; 5 - брызгоулавливатель.
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 органич. растворителями,
экстракция воды в виде кристаллизационной воды кристаллогидратов, нагрев
воды до определённой темп-ры, сорбция ионов на пористых электродах, биологич.
метод-с использованием способности нек-рых 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 мор. 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 неск.
включённых 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.
Рис. 2. Схема многоступенчатого дистилляционного
опреснителя с трубчатыми нагревательными элементами: 1 - испарительные
камеры 1, 2, 3 и 4-й ступеней; 2 - трубчатые нагревательные элементы; 3
- концевой конденсатор; 4 - брызгоулавливатель; 5 - насос.
Рис. 3. Схема многоступенчатого дистилля-цнонного
опреснителя с мгновенным вскипанием: I, II, III, IV и N - камеры испарения;
1-насос; 2-паровой эжектор; 3 - конденсатор эжектора; 4 - подогреватель;
5 -
брызгоулавливатель; 6 - конденсатор;
7 - поддон для сбора конденсата.
Рис. 4. Схема многокамерного электродиализного
опреснителя: 1 - анод; 2 - катод; 3 - анионитовая мембрана; 4 - катионитовая
мембрана; В - опресняемая вода; Р - рассол.
Нагрев и испарение воды в первой ступени
осуществляются паром котла, работающего на дистилляте; греющим паром след,
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 темп-ры 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 след, 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 ок. 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 к-рым подведён постоянный электрич.
ток. Опресняемая вода поступает в опреснительные камеры. Под действием
электрич. поля катионы растворённых в воде солей движутся в направлении
катода, анионы - анода. Т. к. катионитовые мембраны проницаемы в электрич.
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).
Гиперф ильтрационные 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 р-нах и на безводных
островах применяются солнечные опреснители; они дают в летние месяцы ок.
4 л воды в сутки с 1 л"2 поверхности, воспринимающей
солнечную радиацию.
Лит.: Апельцин И. Э., К л я ч
к о 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; S р i e g 1 е г К. S. [e. d.], Principles of desalination,
N. Y.- L., 1966. В. А. Клячко.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я