Опреснительные установки удаляют соли из морской или солоноватой воды и превращают её в пресную. Чаще всего это делают либо мембранным способом, либо тепловым, а выбор технологии зависит от качества исходной воды, доступной энергии и требуемой производительности.
Основные схемы опреснения морской воды:
- Обратный осмос - самый распространённый современный метод: воду подают под высоким давлением через полупроницаемые мембраны, которые пропускают молекулы воды, но задерживают большую часть растворённых солей и примесей.
- Термическое опреснение - воду испаряют, затем конденсируют пар; сюда относятся многоступенчатая мгновенная дистилляция и многоэффектная дистилляция, а также установки с парокомпрессией.
- Гибридные решения - иногда сочетают мембранные и тепловые блоки, чтобы повысить надёжность и снизить затраты энергии при конкретных условиях эксплуатации.
Один из эффективнейших методов опреснения морской воды — обратный осмос. Начиная с 70-х годов обратный осмос используют для очистки вод в различных целях, включая получение пресной воды из соленой морской.
Данная технология предполагает особого рода фильтрацию (ультрафильтрацию) морской воды под давлением сквозь полупроницаемые (обратноосмотические) мембраны. Эти мембраны проводят молекулы морской воды сквозь свои микропоры под давлением, однако задерживают ионы соли и прочие примеси. Давление в таких установках для опреснения морской воды лежит в диапазоне от 25 до 50 атм.
В промышленности сегодня выпускаются обратноосмотические мембраны для опреснительных установок из ацетилцеллюлозы или полиамида в форме рулонов и волокон. Кроме мембран опреснительные установки обратного осмоса включают в свои конструкции: насосы высокого давления, фильтры тонкой очистки воды, системы химической подготовки, блоки химической промывки и блоки фильтрующих модулей.
Трубы опреснительных установок сделаны из пористого материала, внутри они выстланы пленкой из ацетилцеллюлозы. Данная пленка и играет здесь роль обратноосмотической мембраны. Несколько таких труб установлены параллельно в одной опреснительной установке.
Через трубы морская вода подается насосом (под давлением, достигающим 100 бар) непрерывным потоком. На выходе получается два потока — обессоленная вода (так называемый пермеат) и концентрат с солями, который обычно идет как отходы производства.
Объем получаемой на установке пресной воды за определенный промежуток времени пропорционален давлению, создаваемому насосом. Характеристики мембран определяют максимально допустимое рабочее давление.
Если давление окажется чересчур высоким, то мембрана просто забьется примесями или станет пропускать много растворенных солей, в крайнем же случае мембрану может разорвать. Если давление будет низким, то процесс опреснения замедлится.
Качество опреснения морской воды и скорость работы мембраны связаны с различными факторами. В первую очередь — с общим содержанием соли в поступающей воде, от ее солевого состава, от температуры воды и от рабочего давления.
Если, к примеру, опреснять обычную соленую воду из скважины при давлении в 50 бар, то с 1 кв. метра обратноосмотической мембраны дастся за сутки получить около 0,7 тонн пресной воды. Поэтому более мощные опреснительные установки (на десятки и сотни кубометров воды в сутки) используют несколько труб.
Опреснительным установкам обратного осмоса свойственен ряд преимуществ. Затраты электричества сравнительно малы, установки компактны и просты как в монтаже, так и в обращении, наконец функционирование установки легко поддается автоматизации. Управление опреснительной установкой может быть либо полностью автоматическим, либо полуавтоматическим.
В процессе работы установки важно снизить образование отложений солей в трубах, для этой цели используют ингибиторы осадкообразования. Для устранения осадков с мембран применяют упомянутый выше блок химической промывки. Расход концентрата и пермеата в ходе очистки воды контролируется проточными расходомерами. Вода на выходе оценивается на солесодержание и на уровень рН — проточными измерителями солесодержания и рН-метрами.
Кроме того, в состав современной опреснительной установки обычно входят аппаратура предварительной очистки воды, насосы высокого давления, мембранные модули, контрольно-измерительные приборы и система автоматического управления. Предварительная очистка необходима для удаления механических примесей, взвешенных веществ, коллоидов и части органических загрязнений, поскольку именно эти примеси наиболее быстро вызывают загрязнение мембран и снижение производительности установки.
Особое значение имеет поддержание стабильного давления на мембранах, так как именно от него зависит интенсивность процесса фильтрации и качество получаемой воды. При снижении давления падает производительность установки, а при его чрезмерном увеличении возрастает риск повреждения мембранных элементов. Поэтому в системе предусматриваются защитная автоматика, манометры, реле давления и устройства аварийного отключения.
Получаемый в процессе опреснения пермеат, как правило, подвергается дополнительной обработке. Его корректируют по минерализации и кислотности, а также обеззараживают перед подачей в хозяйственно-питьевую сеть. Это связано с тем, что вода после обратного осмоса содержит очень малое количество растворенных солей и не всегда соответствует требованиям по органолептическим и санитарным показателям без последующей доочистки.
Таким образом, опреснительная установка представляет собой сложный, но достаточно компактный технологический комплекс, в котором механические, гидравлические, химические и автоматические процессы тесно взаимосвязаны. Именно сочетание высокой степени очистки, сравнительно низкого энергопотребления и возможности полной автоматизации делает установки обратного осмоса наиболее распространенным решением для получения пресной воды из морской или солоноватой воды.
Андрей Повный