Что из себя представляет обессоливание воды и какие существуют методы

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ:

Преимущества обратного осмоса по сравнению с традиционными методами очистки и обессоливания:

• Универсальность метода – «чистит» все сразу – растворенные соли, органику, микробиологические загрязнения.
• Цветность, мутность, окисляемость снижается в разы. – вода «блестит».
• Надежность метода.
• Компактность.
• Экологичность – не нужны ни соль, ни кислоты, ни щелочи для регенерации.
• Невысокая энергоемкость по сравнению с другими методами обессоливания.
• Низкие эксплуатационные затраты.
• Ремонтопригодность.

Недостатки обратного осмоса по сравнению с традиционными методами очистки и обессоливания:

• Для питьевых целей – излишняя степень обессоливания.
• Снижение рН пермеата.
• Необходимость предподготовки.
• Необходимость строгого контроля исходного и трансмембранного давления для исключения порывов (обычно автоматически).
• Возможность снижения производительности и селективности (процента удаления солей) из-за забивания мембран при неправильном расчете технологической схемы.
• Потребность в сбросе концентрата (15-30% в зависимости от состава воды и требований к пермеату).
• Необходимость установки бака пермеата, чтобы избежать избыточного противодавления.

Технологическая схема

Рисунок 1 – Принципиальная схема типичной установки обессоливания нефти

Блок сепарации

Сырая нефть с растворенными в ней газами, водой и солями поступает в сепаратор. На входе в сепаратор установлен каплеотбойник для предотвращения уноса жидких продуктов с газовой фазой. В сепараторе из нефти отделяется нерастворенная вода, а также легкие углеводороды, которые проходят через туманоуловитель для предотвращения уноса жидкой фазы и выходят с верха сепаратора. Сепаратор оснащен антизавихрителями в местах отбора жидкой фазы: воды и сырой нефти.

Антизавихритель – устройство, предотвращающее формирование вихря при сливе жидкости (жидкости или газа) из сосуда, такого как резервуар или парожидкостной сепаратор. Образующиеся вихри могут захватывать газовую фазу в поток жидкости, приводя к плохому разделению на технологических этапах, таких как ректификация или вызывать чрезмерное падение давления, или вызывать кавитацию насосов ниже по потоку.

Нефть и вода имеют разные плотности за счет чего в сепараторе образуется водно-нефтяная эмульсия. Благодаря перегородке внутри сепаратора, отстоявшаяся вода не попадает на прием насосов, перекачивающих нефть.

Далее частично обезвоженная нефть нагревается в блоке теплообменников после чего поступает в электродегидратор.

Блок электродегидрирования

Процесс обессоливания нефти осложняется, когда в нефти имеются сухие соли, не удаляемые обычными методами. Поэтому в таких случаях для собственно обессоливания приходиться прибегать к дополнительной операции промывания нефти водой. С этой целью, предварительно деэмульгированная тем или иным способом нефть вновь эмульгируется с пресной водой, и полученная эмульсия подвергается повторному разложению обычно тем же методом.

Наиболее стойкие мелкодисперсные нефтяные эмульсии разрушаются с помощью электрического тока. При воздействии электрического поля капельки воды, находящиеся в неполярной жидкости, поляризуются, вытягиваются в эллипсы с противоположно заряженными концами и притягиваются друг к другу. При сближении капелек силы притяжения возрастают до величины, позволяющей сдавить и разорвать разделяющую их пленку. На практике используют переменный электрический ток частотой 50 Гц и напряжением 25-35 кВ.

Процессу электрообезвоживания способствуют деэмульгаторы и повышенная температура. Во избежание испарения воды, а также в целях снижения газообразования ─ аппараты, в которых проводится электрическое обезвоживание и обессоливание нефтей ─ работают при повышенном давлении.

Обессоленная нефть направляется в колонну первичной перегонки на установку АВТ, а вода, используемая в процессе, направляется на блок очистки сточных вод.

Технологии обессоливания

Обычно сырая нефть обессоливается перед загрузкой в колонны атмосферной перегонки. Двумя наиболее типичными методами обессоливания сырой нефти являются:

• химическое обессоливание
• электростатическое разделение с использованием горячей воды в качестве агента удаления.

Термическое и механическое обессоливание на практике встречаются достаточно редко.

Химическое обессоливание

В случае химического обессоливания вода и химические поверхностно-активные вещества добавляются к сырой нефти, а затем она нагревается. Таким образом, соли и другие примеси растворяются в воде и / или присоединяются к молекулам воды. После этого нагретый раствор будет удерживаться в резервуаре, в котором осаждаются примеси. Когда в сырой нефти имеется большое количество взвешенных твердых частиц, в систему добавляют поверхностно-активные вещества, чтобы упростить процедуру очистки.

 Электростатическое обессоливание

В случае метода электростатического обессоливания создается электростатическое высокое напряжение, и в результате взвешенные шарики воды концентрируются на дне отстойника.

Из соленой в пресную: от Аристотеля до наших дней

Уже сегодня для многих стран опреснение воды стало стратегической государственной программой, например для Израиля или ОАЭ. Ученые постоянно работают над совершенствованием способов, как сделать морскую воду пригодной для потребления.

На первый взгляд, эта задача не кажется сложной – всего лишь удалить 35 граммов соли из литра воды. Именно столько соли содержится в литре морской воды, а для питьевой эта величина не должна превышать одного грамма. Над этим задумывался еще Аристотель, пытаясь изобрести особые фильтры. В своих наблюдениях древнегреческий философ отмечал, что соленая морская вода, проходя через стенки воскового сосуда, опресняется. По сути, это были первые опыты с применением технологии обратного осмоса – этот метод найдет свое применение спустя более 2 тысяч лет, в середине XX века.

Кроме обратного осмоса, было придумано и множество других способов получить из морской воды опресненную, и даже в домашних условиях. Самый распространенный способ, который сегодня применяется не только путешественниками в экстремальных условиях, но и в промышленном опреснении, – дистилляция.

Опыт по дистилляции воды можно провести и в домашних условиях. Для этого достаточно разместить лист прозрачного пластика на чаше с соленой водой. Если поставить такую конструкцию под солнечные лучи, вода будет медленно испаряться. Образовавшийся в итоге конденсат на нижней стороне пластикового листа – это и есть пресная вода. Промышленные дистилляционные установки повторяют данный процесс в крупном масштабе, работая на электричестве, – дистилляция достаточно энергозатратна.

Сегодня применяется и множество других способов опреснения. Например, ионный обмен. Воду пропускают через фильтры из ионообменных смол – таким образом можно заменить ионы. К примеру, ионы натрия – на ионы водорода, а ионы хлора – на гидроксид-ионы. В итоге вместо NaCl (хлорид натрия, то есть та самая соль в морской воде) получается H₂O. Это и есть опреснение. По такому принципу работают некоторые бытовые фильтры водопроводной воды. Недостаток данного метода – в его стоимости. Ионообменные системы – достаточно затратны, поэтому для опреснения морской воды их практически не используют.

На сегодняшний день один из самых современных методов опреснения, который нашел применение и в крупных опреснительных установках, и на обычной кухне, основан на явлении обратного осмоса.

Обессоливание воды ионитами

Существует более 300 видов производств, потребляющих обессоленную, или, как ее еще называют, деионизированную воду. Наиболее крупными потребителями такой воды являются предприятия химической, энергетической, электронной, радиотехнической промышленности, а также многие машиностроительные заводы, где обессоленную воду применяют для промывки деталей после гальванопокрытий. Возросшие требования к качеству выпускаемых продуктов и изделий непрерывно расширяют область применения обессоленной воды. Единственным промышленным методом получения обессоленной воды является ионный обмен. Термические методы получения обессоленной воды (дистиллята) используют в основном на установках производительностью до 1 м3/ч, если требования к содержанию в воде солей ограничиваются их концентрацией 5 мг/л.

Ионообменные установки размещены в различных географических регионах. На них обессоливают питьевую или техническую воду из источников, различающимся составом воды. Это вызывает необходимость варьировать схемы обессоливающих установок либо технологический режим их эксплуатации.

Недостаточно квалифицированное применение ионообменной технологии приводит не только к удорожанию обессоленной воды, но и к повышенному сбросу высокоминерализованных сточных вод, т. е. к загрязнению окружающей среды.

• Требования к воде
• Выбор источника водоснабжения
• Физико-химические показатели природных вод
• Классификация вод
• Расчет динамики сорбции
• Предвариельная очистка воды
• Очистка дистилляцией
• Очистка с помощью минеральных коагулянтов
• Очистка с помощью флокулянтов
• Сорбционная очистка воды
• Физико-химические свойства ионитов
• Полимеризационные гранулированные катиониты
• Полимеризационные гранулированные аниониты
• Поликонденсационные гранулированные катиониты
• Поликонденсационные гранулированные аниониты
• Ионообменные мембраны
• Ионообменные порошки и волокна
• Работа катионитовых фильтров
• Регенерация ионитов
• Расчет рабочего процесса на неполностью регенерированной катонообменной колонке
• Декарбонизация Н-катионированной воды
• Работа анионитовых фильтров на Н-катионированной воде, свободной от ионов натрия
• Влияние проскока натрия в Н-катионированную воду на работу анионообменника
• Вторая ступень обессоливания воды
• Смешанный слой ионитов, его особенности и соотношение ионитов
• Регенерация фильтра смешанного действия
• Оптимизация расходов реагентов на регенерацию ионитов в фильтре смешанного действия
• Сорбция-десорбция угольной кислоты
• Сорбция кремниевой кислоты
• Электрохимическое обессоливание воды
• Основы электродиализа
• Электрохимическая регенерация ионитов
• Обессоливание воды электроанализом
• Удаление микрочастиц и микроорганизмов электрофильтрованием
• Выбор технологических схем получения особо чистой воды и опыт их эксплуатации
• Оптимизация по критериям закона об охране природы (минимизация сброса реагентов в водотоки)
• Выбор основного оборудования
• Выбор дополнительного оборудования
• Опыт эксплуатации промышленного фильтра со смешанным слоем ионитов
• Глубокое обесцвечивание и обессоливание воды
• Комплексная установка для обессоливания подземных вод высокой минерализованности
• Финишная очистка воды
• Природные вещества органического происхождения в обессоленной воде
• Продукты деструкции ионитов
• Микроорганизамы в обессоленной воде
• Минеральные неэлектролиты в обессоленной воде
• Система финишной очистки воды
• Очистка воды в замкнутых циклах водообеспечения
• Экономическое обоснование очистки воды в замкнутых циклах
• Ионообменная очистка сточных вод
• Ионообменная очистка и возвращение в производство использованной особо чистой воды
• Ионообменная очистка воды контуров охлаждения электрофизической аппаратуры
• Удаление из воды кислорода
• Подготовка ионитов к работе
• Подготовка фильтров к рабочему циклу
• Подготовка к работе фильтра со смешанным слоем ионитов
• Требования к чистоте регенерирующих реагентов
• Требования к щелочи
• Требования к кислоте
• Регенерация регенератов
• Аналитический контроль в процессах обессоливания воды

Лечение нарушения водно-солевого баланса

Как восстановить водно-солевой баланс? Если он нарушен из-за потери жидкости, то ее восполняют, употребляя небольшими порциями. Кроме того, рекомендуются либо растворы для восстановления уровня натрия, либо электролиты, продающиеся в аптеке.

ВАЖНО: Если симптомы дегидратации ярко выражены у ребенка, необходимо немедленно обратиться за медицинской помощью.

Помимо применения медикаментов, восстановление водно-солевого баланса также осуществляется с помощью специальной диеты, амбулаторного лечения и некоторых народных средств.

Прием медикаментозных препаратов

Нормализовать объем жидкости и солей в организме помогают различные витаминно-минеральные комплексы, а также гипотензивные препараты, которые влияют на водно-солевой баланс.

Традиционно они назначаются курсом на месяц, после необходим перерыв в пару недель. При необходимости результаты закрепляются еще одним таким курсом.

Химическая терапия

При недостатке солей, например, при отравлениях и дизентерии врач может назначить так называемую химическую терапию. По сути, это применение солевых растворов, восстанавливающих химическое равновесие и аккумулирующие воду в нашем теле.

И хотя такие составы для растворов доступны практически в любой аптеке, “выписывать” их себе самостоятельно не стоит. Дело в том, что принимать их нужно по определенной схеме и при строгих показаниях. К тому же, употреблять солевые растворы нельзя при почечной недостаточности, сахарном диабете и некоторых других заболеваниях.

Амбулаторное лечение

В особо сложных случаях расстройства водно-солевого баланса человеку может потребоваться лечение в условиях стационара.

В таких ситуациях для регуляции солей и жидкости в организме используются различные капельницы.

Кроме того, таким пациентам показана особая диета.

Соблюдение диеты

Соблюдение специального рациона также помогает восстановить водно-солевой баланс.

К примеру, пациенту может быть рекомендовано выпивать 2-3 литра чистой воды в сутки и при этом употреблять не менее 7 граммов соли, например, растворенной в ней. Также диета для нормализации объема солей и жидкости подразумевает употребление продуктов, богатых калием, магнием, селеном, кальцием и цинком. Это могут быть сухофрукты и орехи.

Если у человека имеются заболевания сердца и сосудов, лечебный подход будет отличаться. Так, за один раз ему не следует выпивать более 100 граммов воды, причем она должна быть без добавления соли.

Восстановление водно-солевого баланса народными средствами

В арсенале народной медицины тоже есть средства, позволяющие налаживать водно-солевой баланс. В основном, это лечебные растения.

Так для поддержания оптимального состава солей и жидкости в организме используются:

• Листья черной смородины;

• Петрушка и сельдерей в виде отвара;

• Запаренная гречка;

• Лимонно-чесночный настой.

Однако заниматься самолечением не стоит, какими бы проверенными ни были народные рецепты. Прежде, чем попробовать какой-либо из них, лучше проконсультироваться с врачом.

Способы опреснения

Для питьевого водоснабжения пригодна вода с содержанием растворимых солей не более 1 г/л. Поэтому практической задачей при опреснении воды (главным образом, морской) является уменьшение её избыточной солёности. Достигается это различными способами:

• испарение (дистилляция), в том числе: обычная дистилляция,
• многостадийная флеш-дистилляция,
• дистилляция под низким давлением (вакуумная дистилляция),
• термокомпрессионная дистилляция,

замораживание (вымораживание),

• в том числе посредством газовых гидратов,

ионный обмен,
электродиализ,
обратный осмос,
прямой осмос,
гидродинамическое разделение (сепарация).

В стадии исследований:

электрохимический способ (англ. Electrochemically Mediated Seawater Desalination), в котором специальная микросхема разделяет поток солёной воды на два потока с повышенным и пониженным содержанием солей, соответственно

Опреснение воды для промышленных и бытовых нужд осуществляется на опреснительных установках. В зависимости от используемого метода, энергозатраты на кубический метр составляют от 0,7 кВт∙ч до 20 кВт∙ч (2,5-72 МДж).

Из морской в питьевую: как опресняют воду

К 2050 году половине населения Земли будет не хватать питьевой воды, говорят специалисты из ООН. Более того, нехватку воды люди станут ощущать лет через 10. Изменить ситуацию могут лишь технологии опреснения морской воды. О них расскажет корреспондент “Вестей FM” Андрей Хохлов .

Опреснить воду в принципе можно, даже не используя специальные технологии. Для этого просто нужно взять обычную пластиковую бутылку, разрезать ее пополам, в часть с донышком залить морскую воду, закрыть ее второй частью, предварительно согнув края вверх на срезе, и оставить самодельный опреснитель на солнцепеке, рассказывает автор видео на YouTube: “Налитая морская вода будет от солнечных лучей испаряться и конденсироваться, так как у нас на внутренней поверхности этой бутылки крышка закрыта. Конденсат должен стекать на те желобки, которые мы выдавили. Я надеюсь, что к завтрашнему утру здесь будет воды хотя бы на пару глотков”.

И, судя по реакции автора, на вкус вода ничем не отличалась от той, которую мы пьем каждый день.

Атомные и электростанции обычно используют морскую воду для охлаждения конденсаторов. После этого по трубам она поступает на опреснительный завод. До того как из воды извлекут соль, она проходит несколько стадий очистки. Сначала её пропускают через сетку, которая задерживает крупный мусор, водоросли и прочие частицы, а потом в воду добавляют гипохлорит натрия (для дезинфекции) и хлорид железа. Последний связывает нежелательные песчинки вместе, утяжеляет и опускает их вниз. Так из воды извлекается большая часть грязи. Потом жидкость прогоняют через песочные фильтры, а на самой последней стадии очистки в нее добавляют диатомит – порошок, состоящий из ископаемых водорослей. Он удаляет самые мелкие частицы. Теперь морская вода полностью очищена и готова к удалению соли.

Есть всего 2 способа извлечения соли из жидкости. Первый – термический. Это именно то, что произошло с бутылкой на солнцепеке, говорит руководитель Лаборатории глубокой очистки воды Александр Смирнов.

Это интересно: Как можно обеззараживать воду предназначенную для питья

СМИРНОВ: Первая процедура опреснения очень проста – это метод термической дистилляции. Воду нагревают таким образом, что её молекула улетучивается и получается пар, который конденсируется. И дальше из него готовят питьевую воду.

Второй способ – намного сложнее: воду загоняют в трубу со специальными встроенными мембранами. Она представляет собой цилиндр со слоями из пластиковых листов. В них – поры диаметром тоньше человеческого волоса. Они способны задержать молекулы соли, говорит Александр Смирнов.

СМИРНОВ: Это фильтрование смеси воды и солей (морская вода – это смесь воды и солей) через специальные фильтры-мембраны с очень маленьким отверстием, в которых соединения соли с крупными молекулами отделяются в виде концентрата. А вода и маленькие молекулы – проходят. В зависимости от того, какое у вас будет отверстие, пройдет больше или меньше.

Если после этого попробовать воду, то у нее будет очень странный вкус. Дело в том, что вместе с солью и прочими нежелательными частицами ушли и естественные минералы. Использовать ее в технических нуждах тоже не стоит – она повредит трубы. Чтобы эта жидкость стала настоящей водой, в нее добавляют известь и углекислый газ. Эти элементы восстанавливают кислотно-щелочной баланс, а также количество минеральных веществ и естественный вкус.

Конечно, опреснение воды стоит денег. По некоторым подсчетам, кубометр пресной воды стоит от 1 до 1,5 долларов, в некоторых случаях – больше. Например, в Израиле гражданин платит за воду, которую в основном берут в Средиземном море, 40 долларов в месяц.

Особенности процесса

1. Использование труб из углеродистой стали с достаточной толщиной, подходящим составом и неоднородной микроструктурой без какой-либо текстуры из-за сохраняющегося напряжения холодной обработки для необходимой коррозионной стойкости. Кроме того, нержавеющие стали, содержащие элементы Ni, Cr и Ti, могут быть хорошими вариантами для агрессивных сред. Наиболее часто используемым материалом является нержавеющая сталь типа 316.

1. Поскольку нецелесообразно использовать материал с высокой коррозионной стойкостью против агрессивных газов в нефтяной промышленности, логичным решением может быть нанесение защитного покрытия на внутреннюю поверхность трубы.
2. Катодная защита трубки может решить проблему в том случае, если нанесение защитного покрытия невозможно или неэкономично.
3. Предполагается, что промывка выходной трубки водой, содержащей ингибиторы на основе имидазолинов, может привести к образованию многослойной пленочной структуры, которая может повысить антикоррозионные характеристики чешуек побочного продукта. Контроль уровня загрузки газов и предотвращение значительной флуктуации потока газа в узле выпуска.

Ионный обмен

Чистая вода-истинное удовольствие!

Ионообменное опреснение воды заключается в фильтровании насыщенной солями воды через анионитные и катионитные фильтры, которые периодически регенерируют кислотой и щёлочью. Некоторые вещества способны свободно обмениваться ионами с растворами солей. Это твёрдые электролиты, которые подразделяются на катиониты и аниониты. У катионитов анионы представлены в виде полимеров, нерастворимых в воде. Аниониты представляют собой твердые основания, их анионы подвижны и способны обмениваться с анионами других растворов.

Вода последовательно проходит через катионит и анионит и таким способом обессоливается. Постепенно обменная способность смол снижается и их необходимо регенерировать. Чаще всего этот метод используется в качестве водоподготовки в частных домах для создания автономной системы водоснабжения.

Ионообменный способ обладает рядом достоинств:

• Простота оборудования;
• Небольшой расход исходной воды для собственных нужд (15—20%);
• Малый расход электроэнергии;
• Небольшой объем сбросных вод.

В качестве недостатка можно назвать повышенный расход реагентов.

Технологии, активно используемые в странах-лидерах по опреснению

Лидером в этой отрасли считается Израиль, где расположены крупнейшие заводы по опреснению, обеспечивающие более 15% потребности в питьевой воде, и более 50% — в технической. Один из самых крупных местных заводов производит забор воды из Средиземного моря и фильтрует ее посредством специальных мембран. Дальше осуществляется перегонка, после чего чистая вода поступает в хранилища, а соляной раствор сбрасывается в море.

А французские заводы используют несколько другие способы опреснения воды: большинство установок работают на принципе обратного осмоса. Популярной в промышленных масштабах стоит назвать и технологию выпаривания.

Способы обессоливания воды

Метод обработки жидкости с примесью минеральных солей подбирается в зависимости от первоначального показателя по концентрации примесей, общих возможностей мастера/промышленного производства, целесообразности затрат на обслуживание той или иной установки.

Ионный обмен

Принцип обработки жидкой среды заключается в её прогоне через специальные ионообменные смолы. При этом анионы и катионы растворенных в жидкости минеральных примесей удаляются и замещаются ионами фильтрующего материала. При таком способе обессоливания удается почти полностью убрать из жидкой среды минеральные растворенные примеси.

Ионообменная установка представляет собой резервуар, заполненный картриджами с фильтрующим материалом. Кассеты подлежат регулярной замене, а сама смола должна быть утилизирована особым образом.

Обратный осмос

Установки часто состоят из нескольких колб, заполненных полупроницаемыми синтетическими мембранами. Принцип обессоливания жидкости заключается в том, что вода под высоким давлением проходит через поры барьера. При этом мембрана пропускает сквозь себя лишь молекулы подготавливаемой среды, но не солей. Для всех остальных примесей барьер непроницаем. Установки обратного осмоса удаляют из обрабатываемой среды растворенные соли и некоторые газы: углекислота, хлор, др.

Электрохимический метод

Суть электродиализа заключается в том, что водная среда подвергается воздействию электрического поля — её пропускают через него. В этот момент происходит перенос ионов растворенных солей: анионы распределяются к анодам, катионы — к катодам.

Установка для электродиализа имеет три камеры, образованные анодной и катодной диафрагмами. Срединный отсек — это резервуар, через который проходит обрабатываемая жидкость. Сквозь неё пропускают ток, который затем делит ионы солей на катоды и аноды.

Способы опреснения морской воды

Химический метод ионного обмена

Это относительно новый способ, который позволял открыть новые перспективы в области опреснения воды. Заключается он в прогоне воды через фильтры, содержащие в себе иониты. Иониты – это особые вещества, имеющие зернистую структуру и представляют собой органические кислоты и основания. Нерастворимы в воде и имеют свойство обменивать свои ионы на ионы, входящие в состав исходной воды. Между собой разделяются по типу обмениваемого иона на те, которые обменивают катионы, сюда относятся Са+2, Mg+2, Na+ и прочие, и те, что обменивают анионы, это вещества Cl-, SO-2₄ и прочие. Опресняемая вода при этом может содержать соли до трех грамм на литр.