Desalinizarea apei: metode și setări

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Oamenii de știință cred că omenirea a ajuns într-o perioadă în care conflictele vor izbucni din cauza apei proaspete. Există o singură modalitate de a rezolva această problemă - să găsiți cea mai bună metodă de desalinizare a apei.

Ce este desalinizarea apei

Orice lichid în compoziția sa are o anumită proporție de săruri, microorganisme, minerale. Purificarea apei naturale sau a apei de la robinet elimină substanțele nocive din aceasta. Dar uneori conține o cantitate mare de săruri, ceea ce o face nepotrivită pentru consum.

Demineralizarea apei este o scădere a concentrației de săruri dizolvate în ea. Procedura poate fi totală, atunci când lichidul este lipsit de orice conținut de sare, sau parțială, atunci când o anumită cantitate de sare rămâne în el.

Metode

Desalinizarea completă se realizează în următoarele moduri:

• Distilare, metoda termică.
• Metoda de schimb ionic.
• Metoda de electrodializă.
• Osmoză inversă pe membrană.

Înlăturarea parțială a sării se realizează folosind următoarele metode:

• Lime.
• Înmuiere de barit.
• H-cationizare.
• Înghețare.

Metode de desalinizareapa necesită costuri atât financiare, cât și energetice. Alegerea metodei de tratare depinde de gradul de conținut de sare din lichidul inițial, de productivitatea instalației, de costurile componentelor procesului (căldură, electricitate, reactivi). Fiecare dintre metode are propriile sale avantaje, dezavantaje și are loc cu ajutorul mijloacelor tehnice.

Desalinizare parțială

Privată de toate impuritățile, apa este folosită în multe procese industriale și este necesară pentru consumul intern de către un număr foarte limitat de persoane. Nevoile casnice necesită demineralizarea apei într-o anumită măsură. Cel mai adesea, înmuierea lichidului are loc prin cationizare.

În acest proces, sărurile dure sunt înlocuite cu cationi de hidrogen, care, la rândul lor, reacționează pentru a distruge ionii de bicarbonat. Produsele formează un compus care este excretat sub formă de gaz. Gradul de purificare este estimat prin cantitatea de carbonat de calciu îndepărtată.

Distilarea apei

Desalinizarea apei folosind metoda de distilare este cea mai veche și cea mai comună metodă de astăzi. Avantajul este disponibilitatea sa universală, iar dezavantajul este costul ridicat al procesului. Distilatoarele sunt folosite pentru a obține apă fără impurități. Sunt mai multe tipuri de evaporatoare, diferența dintre care constă în design, tipul de energie utilizată. Cele mai comune sunt aparatele cu abur și electrice, care sunt scumpe și consumă multă energie.

Aparatul este un cazan (sau mai multe cazane)presiune joasă, unde lichidul se transformă în abur și separă concentratul de sare. Pentru ca apa să primească o purificare maximă, în aparat se atinge temperatura de fierbere lentă. În acest mod, impuritățile grele nu intră în distilatul de condensare. O opțiune de reducere a costurilor este creșterea numărului de etape, dar această instalare presupune o investiție inițială mare.

Echipamentele de distilare, pe lângă faptul că consumă multă energie, au un cost impresionant al tuturor pieselor. Țevile scumpe, fitingurile, schimbătoarele de căldură, evaporatoarele din cuarț sau platină pot oferi un grad ridicat de puritate. Alte materiale nu sunt potrivite.

Metoda electrochimică

Esența metodei este trecerea apei printr-un câmp electric, în timp ce ionii de sare sunt transferați - cationii sunt distribuiți către catod, iar anionii - către anod. Sistemul are trei compartimente, care sunt formate folosind diafragme catodice și anodice. Compartimentul din mijloc conține apă pregătită pentru desalinizare.

Un curent electric constant trece prin curent, cu ajutorul căruia sărurile sunt sortate în diafragmele catodice și anodice. Metoda este foarte costisitoare din punct de vedere al costurilor echipamentelor și al energiei electrice și, prin urmare, nu a fost utilizată pe scară largă.

Schimb de ioni

Cea mai fiabilă modalitate de a realiza desalinizarea apei este metoda schimbului de ioni. Precipitarea impurităților în acest modvă permite să obțineți un lichid mai curat într-un timp scurt, ceea ce este important pentru desalinizarea industrială. Metoda este cea mai rentabilă și oferă cel mai bun rezultat de curățare.

Metoda se bazează pe îndepărtarea cationilor și anionilor sărurilor din lichid; în urma epurării se pot realiza diverse grade de demineralizare, până la îndepărtarea completă a agenților săruri. Desalinizarea apei prin schimb ionic are loc cu participarea schimbătorilor de ioni, care sunt polimeri insolubili în apă care conțin un ion mobil. În condițiile create, polimerul preparat intră într-o reacție de schimb cu ioni de sare de același semn. Schimbătoarele de ioni plasate într-un mediu apos se umflă, crescând în dimensiune de 1,5-2 ori.

Pe măsură ce trece timpul, schimbătoarele de ioni colectează sărurile dizolvate în apă și devin mai dense. Schimbătoarele de ioni saturate sunt regenerate, după care sunt curățate. Produsele obținute din schimbătoarele de ioni saturate se numesc „eluați”, acestea includ soluții de săruri și alcaline. Unele dintre ele sunt substanțe valoroase, așa că sunt eliminate ca componente valoroase.

osmoză inversă

Progresul tehnic și începutul penuriei de apă dulce dau naștere la noi tehnologii de desalinizare și desalinizare. Metoda de tratament cu osmoză inversă devine o metodă populară, a cărei fiabilitate este garantată de dezvoltarea tehnologiilor cu membrane. Interesul industrial este cauzat de costurile relativ scăzute ale energiei. Cele mai multe dintre dispozitivele acestui principiu sunt utilizate pentru post-tratarea apei de râu, unde eficacitatea lor a fost dovedită în mod repetat.

PentruPentru uz casnic, instalatiile de desalinizare a apei bazate pe principiul osmozei inverse sunt potrivite atat din punct de vedere al consumului de energie cat si din punct de vedere al calitatii produsului obtinut. Principiul osmozei inverse se bazează pe trecerea apei sub presiune printr-o membrană impermeabilă la sărurile dizolvate și alte impurități. Procesul de desalinizare a apei este asigurat de membrane sintetice semipermeabile care nu pot reține unele gaze dizolvate în apă (clor, dioxid de carbon etc.).

Metoda cu osmoză inversă purifică apa de toate impuritățile, are loc o demineralizare completă, care este dăunătoare organismului uman. În cele mai multe cazuri, profanul trebuie să aleagă între apă de la robinet sau tratată cu un fel de filtru. Răul mai mic este apa, lipsită de toate ingredientele naturale.

Astăzi, în unele țări există deja instalații pentru producerea apei potabile, unde pentru desalinizare se folosește metoda osmozei inverse, iar gazele dizolvate sunt îndepărtate din aceasta ca post-tratare suplimentară. Pentru a-i conferi o stare normală apropiată de cea naturală, întreprinderile adaugă sărurile necesare într-o concentrație verificată în apa purificată.

Pro și contra metodelor de bază

Fiecare dintre metodele de desalinizare a apei are atât calități pozitive, cât și negative. După ce le-ați analizat în detaliu, puteți înțelege căruia să acordați preferință:

• Schimbul de ioni ajută la obținerea celei mai pure ape, sistemul este fiabil și nu reacționează la gradul de mineralizaresursă lichidă, necesită costuri reduse de echipare. Procesul de desalinizare are loc cu pierderi minime de consum de apă. Dezavantajele metodei includ poluarea rapidă a mediului cu substanțe chimice dăunătoare, costul ridicat al reactivilor înșiși, sistemul devine rapid contaminat și necesită înlocuirea frecventă a filtrelor. Eliminarea deșeurilor și a pieselor de filtrare este dificilă.
• Distilare. Instalatiile de desalinizare a apei bazate pe metoda termica sunt folosite fara utilizarea de substante chimice, demonstreaza buna calitate a lichidului rezultat, iar caldura generata in timpul functionarii poate fi folosita si pentru alte nevoi. O caracteristică distinctivă a acestei metode este capacitatea de a elimina gazele dizolvate în apă. Dezavantajele metodei includ: costuri mari cu energia, nevoia de tratare a apei, costul întreținerii instalației (curățarea tuturor pieselor), costul ridicat al echipamentelor.
• Instalațiile cu membrane se remarcă prin lipsa de pretenții față de starea inițială a apei, procesul nu necesită reactivi chimici și sunt ușor de întreținut. Calitățile negative sunt: pregătirea apei pentru procesul de tratare, o cantitate mare de apă pentru a asigura funcționarea aparatului, consumul mare de energie, care afectează costul produsului final.

Desaling acasă

Filtrarea apei este cea mai accesibilă metodă de post-tratare. Există două moduri obișnuite de a desalin bine sau lichid de mare acasă:

• Puneți un recipient cu apă în congelator și lăsați până când este complet înghețat. Sare cu partelichidul nu va îngheța, gheața trebuie topită și poate fi folosită imediat. Pentru o purificare suplimentară, merită să treceți apa topită prin orice filtru de uz casnic. Metoda se numește distilare la rece.
• Evaporare. Se iau două recipiente de dimensiuni diferite, se toarnă apă de mare / sărată în cel mai mare, îl lasă pe cel mai mic gol și îl pun într-un castron mare. Întreaga structură poate fi pusă pe aragaz pentru încălzire sau lăsată la soare, după închiderea capacului. Este necesar să se obțină o fierbere lent de apă sărată. Vaporii lipsiți de sare se vor concentra în recipientul gol. Procesul de evaporare la soare va decurge mult mai lent. Cu această metodă, se obține un volum destul de mic de apă potabilă.

Desalinizarea și desalinizarea apei prin metode artizanale este posibilă, dar ineficientă. Cea mai bună opțiune ar fi să achiziționați o unitate de curățenie casnică.

Instalații domestice

Pentru nevoile casnice, cel mai adesea sunt necesare sisteme de post-tratare a apei. Filtrarea apei poate fi efectuată în mai multe moduri:

• Cel mai ușor și mai accesibil este un ulcior cu filtre înlocuibile.
• Duză cu filtru la robinet.
• Filtre de apă de birou.
• Sisteme încorporate care purifică lichidele în funcție de locație (doar în bucătărie, la intrarea alimentării cu apă în casă, filtre în mai multe etape pentru purificarea apei dintr-o fântână arteziană etc.).

Niciunul dintre sistemele de uz casnic nu poate elimina complet sărurile din lichid, dar pot înmuia apa dura. În aiacaz, trebuie să știți cu ce elemente este saturată pentru a selecta un sistem, cartușe de apă, filtre sau reactivi. Procesul de desalinizare necesită unități mari, o suprafață mare de instalare, investiții financiare mari și disponibilitatea întreținerii sistemului, care nu este disponibilă pentru o gamă largă de consumatori.

Tipuri de curățare casnică

Astăzi, următoarele tipuri de tratare a apei sunt utilizate pe scară largă:

• Filtrare pe cărbune. Dispozitivul este un recipient umplut cu cărbune activ sau cărbune. Apa care trece printr-un astfel de filtru este purificată de clor, elemente uleioase, pesticide, microorganisme, bacterii etc. Filtrul este accesibil, durabil și ușor de utilizat.
• Curățenie fină. Acest tip de filtre este împărțit în două tipuri - cu o singură funcție și multifuncțională. Orice alegere necesită întreținere - schimbarea constantă a cartuşelor de apă, înlocuirea fitingurilor etc.
• Curățenie brută. Eliminați particulele mari de murdărie (nisip, rugină, sedimente etc.).
• Curăţare profundă. Acest tip de filtru include sisteme de osmoză inversă, filtre cu mai multe etape etc.

În majoritatea regiunilor Rusiei, este necesară doar purificarea suplimentară a apei, deoarece există suficiente resurse de apă în țară. Singura regiune în care poate exista o lipsă de apă dulce este Crimeea, care poate necesita instalații industriale pentru desalinizarea apei de mare. Toate dispozitivele pentru efectuarea proceselor au brevet. Desalinizarea și desalinizarea apei trebuie efectuate folosind metode bazate științific, cu testarea obligatorie a rezultatelor în condiții de laborator.