Пошаговая инструкция, как изготовить опреснитель морской воды своими руками

Как опресняют на производствах?

Опреснение воды в промышленных масштабах — трудоемкий и энергоемкий процесс. Производственные установки громоздки и сложны в обслуживании.

Все исследования в этой области направлены на создание более экономичных методов отделения H2O от солей. Далее описаны наиболее популярные методы.

Вымораживание

Свойство воды таково, что в твердое состояние переходят только молекулы самой воды, а остальные содержащиеся в ней элементы заморозке не подвергаются. Лед всегда исключительно пресный.

Процесс опреснения проходит следующие этапы:

1. Соленую воду помещают в кристаллизатор.
2. Осуществляют контакт воды с газообразным или жидким хладагентом.
3. Происходит медленная заморозка воды. На этом этапе образуются очаги кристаллизации, то есть образования льда из пресной воды.
4. По мере заморозки оставшаяся вода становится более концентрированной с солью, поэтому более тяжелой. Она оседает на дно.
5. Лед и оставшийся рассол подвергают повторной очистке. Это может повторяться несколько раз.

Данный способ требует сложного технологического оборудования. Такие механизмы потребляют много электроэнергии, поэтому такой метод не пользуется популярностью.

Ультрафильтрация или обратный осмос

Ультрафильтрацию стали применять для опреснения только в конце 20 века, ранее ее применяли в других сферах. Технология предполагает наличие мембраны в фильтрационном аппарате.

Мембранами выстилают тысячи тонких труб, по которым прогоняют концентрированную солями воду.

Принцип использования мембраны основан на физических свойствах молекул воды и частиц солей. Волокна мембраны способны пропустить молекулы воды и задержать более крупные частицы соли.

Простейший механизм для фильтрации обратным осмосом представлен следующими этапами:

• поступление морской воды;
• перекачивание соленой воды в аппарат под высоким давлением;
• разделение пресной воды и концентрата;
• в усовершенствованных установках предусмотрена дополнительная финальная очистка угольным фильтром.

Это многообещающий и эффективный способ, однако, он на данный момент требует наличия большой площади мембранных труб для опреснения воды в промышленных масштабах.

Перспектива этого метода в создании более эффективных мембран.

Электродиализ

Еще один мембранный способ. Здесь вместо насоса, создающего давление, применяются электродиализные установки.

Под воздействием электричества ионы, из которых состоят молекулы растворенных солей, проходят через мембраны:

• катионы движутся в сторону катода;
• анионы движутся в обратную сторону, к аноду.

Затем концентрированные рассолы утилизируют при помощи проточной воды.

Способ отличается экономичностью, а используемые мембраны позволяют увеличить эффективность очистки благодаря возможности использования высоких температур.

Химический способ

Химический способ основан на свойствах растворенных в воде примесей. При взаимодействии с реагентами они образуют нерастворимый осадок и опускаются на дно.

По той причине, что приходится использовать большое количество дорогостоящих реагентов, реакции могут протекать долго, а осадок получается токсичным, этот способ применяется редко.

Дистилляция или перегонка

Морскую воду подвергают испарению. Более летучая составляющая превращается в пар в большом количестве и переходит в дистиллят, оставшаяся менее летучая часть переходит в кубовый остаток.

Существуют одноступенчатые и многоступенчатые дистилляторы. Многоступенчатые намного более производительны при сравнительно небольшом потреблении энергии.

Их главный минус в образовании накипи на стенках аппарата, что требует постоянного обслуживания. Из-за этого затраты на работу увеличиваются.

В процессе разработки находится электрохимический способ отделения от примесей солей. Для этого применяют высокотехнологичную микросхему, которая будет разделять воду на потоки с высоким и низким содержанием солей.

Основные типы судовых опреснителей

Все существующие модели судовых опреснительных установок, по реализованному в них способу опреснения, подразделяются на:

• дистилляционные (термические) судовые опреснители морской воды — в этом случае морская вода подвергается кипячению, а конденсирующийся пар собирают, и в итоге получают дистиллят. Этот процесс достаточно трудоемкий и занимает большое количество времени.
• устройства электродиализного типа (химические) — такой метод опреснения применяется только в экстренных случаях на морских судах. Неточная дозировка химических реагентов может привести к отравлению всей команды на судне.
• обратноосмические (физические) корабельные опреснители. На сегодняшний день самые эффективные и практичные. Разберем их поподробнее.

Под процессом обратного осмоса на морском судне подразумевается перемещение более солёного раствора (забортной воды) к менее солёному сквозь специальную полупроницаемую мембрану. Забортная вода под высоким давлением прогоняется через морскую мембрану. Чистая направляется в ёмкость-накопитель. А загрязнённая, со значительным содержанием ионов солей, сбрасывается за борт.

Пресная вода: как капля в море

По подсчетам ученых, на Земле примерно 1,5 зетталитров воды. При этом запасы пресной воды составляют лишь 2,5% от этого объема. Более наглядно это можно изобразить так: если вся вода на нашей планете поместится в литровую банку, то только две столовые ложки воды из этой банки будут пресными. Из этого мизерного количества большая часть превратится в грунтовые воды, примерно четверть – в лед, а около двух капель станут пресной водой в реках и озерах. И вот это малое количество пресной воды нужно разделить на 8 млрд человек

Вместе с осознанием данного факта приходит понимание того, насколько важно подойти со всей ответственностью к использованию такого драгоценного ресурса

Во многих развитых странах уже давно воспитывается культура экономии воды. Тем не менее сегодня в среднем каждый человек расходует около 100 литров ежедневно, а в некоторых странах, как, например, США, этот показатель достигает 500 литров. Конечно, речь идет не только о двух литрах воды в день для питья и воды для личной гигиены, большая часть потребления пресной воды приходится на производство продуктов питания. Кроме того, здесь учитываются и расходы на орошение. Сейчас все чаще растения не просто беспечно поливаются водой из шланга, постепенно внедряется система капельного орошения, когда точное количество воды подается для полива каждого саженца по отдельности.

Пока человечество переосмысливает подходы к использованию водных ресурсов, ситуацию с нехваткой чистой пресной воды осложняют и факторы, не зависящие от нас. В их числе и климатические изменения, повышение общей температуры Земли, а также различные природные катаклизмы. Осознавая все риски для источников пресной воды, человечество продолжает активную работу по поиску новых и более совершенных способов производства пресной воды.

Можно ли пить морскую воду?

Вода до опреснения и после Представляет ли опасность морская вода для человеческого организма — вопрос которым задаются многие. Ответ стоит искать в исследовании путешественников. Ален Бомбар в 1952 году решил первым провести подобный эксперимент. В результате которого в течение 65 дней переплыл Атлантический. На протяжении путешествия исследователь не ел и не пил ничего из того, что взял с собой, а питался только океанической рыбой. Морская вода использовалась как источник жидкости, что позволило установить безопасную норму потребления – 700 миллилитров в сутки в течение 7 дней. Другое количество представляет опасность для человека.

Российские путешественники обожают красоту родной природы. Россия омывается сразу 13 морями, поэтому вопрос опреснения воды в походных условиях, важен для большинства туристов. Поэтому не стоит рисковать и пить морскую воду, а каждый турист должен уметь получать пресную воду из морской.

Какую выбрать соль для добавления?

В продуктовых магазинах можно встретить различные разновидности соли, отличающиеся друг от друга составом, методом добывания и стоимостью:

1. Поваренная соль – это самая распространенная разновидность, используемая повсеместно для приготовления пищи. Встречается поваренная соль различного помола и с добавлением прочих разновидностей, например морской.
2. Морская соль содержит в своем составе помимо натрий хлора такие элементы, как калий, магний, кальций, йод, железо и цинк. Получают её путём выпаривания из морской воды. Из-за трудностей добычи морская соль стоит на порядок выше поваренной. Считается, что морская соль полезнее для организма, нежели обычная поваренная. Однако, содержание в ней микроэлементов не настолько высоко, чтобы составить весомое преимущество.
3. Йодированная соль получается путем примешивания к продукту йодсодержащих добавок. Йод помогает очищать организм от шлаков и токсинов, нормализует щитовидную железу.
4. Гималайская соль имеет красивый нежно-розовый цвет, крупную фракцию, и более дорогую стоимость по сравнению с поваренной и морской. Добывается в основном в Пакистане, причём вручную. Считается экологически чистой и наиболее безопасной для организма. Содержит большое количество микроэлементов, включая железо.

Для добавления в воду подойдет любая из разновидностей. Однако стоит помнить, что, например, гималайская соль, за счет большего количества полезных микроэлементов, окажет более действенный эффект на организм, чем обычная поваренная. Но и продается гималайская по более дорогой цене.

Особенности опреснительных установок от

производит системы опреснения и умягчения воды из комплектующих от лучших европейских и отечественных разработчиков. Засыпные фильтры для предочистки воды оснащаются управляющими клапанами, рабочие элементы которых выполнены из высокопрочной керамики. Она не боится износа или повреждений от механических частиц в воде.

Для систем обратного осмоса применяются мембраны из высококачественного полиамида, стойкого к нагрузкам и воздействию агрессивных сред. Инженеры компании проектируют, а также устанавливают надёжные, эффективные и экономичные системы водоподготовки и водоочистки любого уровня сложности.

Плюсы и минусы домашнего устройства для опреснения

Собранный своими руками опреснитель имеет свои плюсы и минусы:

Плюсы	Минусы
Может спасти жизнь в экстремальных условиях.	На выходе можно получить относительно небольшое количество воды. Все зависит от объема используемых средств, но чаще всего этой воды хватит максимум для приготовления пищи, а для стирки — уже нет.
Просто изготовить и использовать. Собрать механизм можно из подручных средств.	Не очищает полностью.
Вымораживание снижает количество магния и кальция, что полезно для здоровья.	Большой выход жесткой воды. Самодельный опреснитель не очистит морскую воду от тяжелых изотопов кислорода и водорода.
Нет необходимости привлекать источники электроэнергии, а в случае использования природных нагревателей нет необходимости даже в плите.	Полученная вода имеет неприятный вкус.
Невозможно контролировать удаление полезных веществ.

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.

Опреснительные установки для обессоливания морской воды

Опреснительные установки включают в себя несколько составных элементов:

1. Теплообменные устройства – конденсаторы, испарители, водонагреватели.
2. Насосы – дистилляционные, циркуляционные, питательные, рассольные.
3. Трубопроводы – теплоносителей, пресной воды, забортной воды, рассола.
4. Контрольно-измерительные, автоматические и сигнальные приборы.

Решения BWT для обессоливания воды:

Обессоливание воды

Получить консультацию

Основной признак, по которому определяется тип и модель опреснительных установок, является метод работы, то есть, испарение морской воды. Поэтому все дистилляционные опреснительные установки делятся на два класса – поверхностного типа (или кипящие) и самоиспаряющиеся (некипящие), бесповерхностного типа.

Помимо основного признака, уже рассмотренного – метода испарения — опреснительные установки можно классифицировать и по другим параметрам:

1. По назначению:

• опреснительные, с помощью которых можно получать питьевую воду;
• испарительные, для производства котловой воды;
• комбинированные – для производства питательной, бытовой и питьевой воды.

• По типу теплоносителя – электрические, газовые, водяные, паровые.
• По давлению в испарительной установке – вакуумные, избыточного давления.
• По способу выработки тепла:
• компрессионные, вторичный пар в которых сжимается и используется как греющий;
• ступенчатые – в этих установках пар, выработанный в предыдущем испарителе, в последующих применяется как греющий.

По связи с основной энергетической установкой – автономные и неавтономные. К последним относятся системы, использующие для работы тепло из системы охлаждения основного силового агрегата, например, судового двигателя.

Идеальным решением для получения качественной питьевой воды считаются опреснительные установки, работа которых основана на принципе обратного осмоса воды. Особенно удобно использовать их в тех случаях, когда приходится часто обрабатывать исходную жидкость различного типа – озерную и речную, из устьев рек, морскую. В большинстве случаев пресная озерная и речная вода сильно замутненная, следовательно, при ее обработке в опреснительных установках на входе в систему рекомендуется устанавливать дополнительные механические фильтры.

В результате работы опреснительной установки можно получить очень чистую питьевую воду, в которой нет минеральных элементов, и использовать ее в бытовых целях. По желанию заказчиков такие установки могут быть оснащены дополнительными фильтром умягчителем, устанавливаемом на выходе – они применяется для реминерализации, обогащая воду полезными для организма элементами и улучшая ее органолептические показатели. Помимо фильтра на выходе также можно, в случае возможного загрязнения углеводородом, установить специальный фильтр и на входе, что не только улучшит работу всей опреснительной установки, но и значительно увеличит срок эксплуатации обратноосмотических мембран.

Кроме того, следует понимать, что производительность и эффективность работы опреснительной установки во многом определяется температурой и степенью солености обрабатываемой исходной воды.

Для владельцев небольших катеров и яхт как нельзя лучше подойдут небольшие опреснительные установки обессоливания воды, работающие от напряжения 12/24 вольта. Несмотря на свою компактность, такие устройства в состоянии производить до ста литров высококачественной воды в час. Более того, они оснащаются системой рекуперации энергии.

Для более крупных судов – промысловых, рабочих, коммерческих – рекомендуется использовать более производительные профессиональные опреснительные установки, которые могут производить в сутки до 30 тысяч литров воды. Помимо морских судов такие опреснители целесообразно использовать на морских нефтяных платформах, береговых сооружениях, в курортных зонах отдыха и отелях, коттеджных поселках и других местах, где необходимо опреснение морской воды.

Все опреснительные установки работают в полном автоматическом режиме, более того, перед выключением установки система автоматической очистки обратноосмотических мембран каждый раз запускает цикл их промывки. Такой подход гарантирует долговечность работы мембран – в пределах десяти лет.

Опреснитель воды походный. портативный опреснитель

Плюсы и минусы домашнего устройства для опреснения

Собранный своими руками опреснитель имеет свои плюсы и минусы:

Плюсы	Минусы
Может спасти жизнь в экстремальных условиях.	На выходе можно получить относительно небольшое количество воды. Все зависит от объема используемых средств, но чаще всего этой воды хватит максимум для приготовления пищи, а для стирки — уже нет.
Просто изготовить и использовать. Собрать механизм можно из подручных средств.	Не очищает полностью.
Вымораживание снижает количество магния и кальция, что полезно для здоровья.	Большой выход жесткой воды. Самодельный опреснитель не очистит морскую воду от тяжелых изотопов кислорода и водорода.
Нет необходимости привлекать источники электроэнергии, а в случае использования природных нагревателей нет необходимости даже в плите.	Полученная вода имеет неприятный вкус.
Невозможно контролировать удаление полезных веществ.

Как сделать?

В основе любого самодельного опреснителя лежат 2 физических процесса: заморозка и дистилляция. Другие методы для создания опреснителя своими руками не доступны.

Суть процессов:

1. Замораживание. Кристаллическая решетка льда содержит исключительно молекулы воды. Это означает, что размороженная жидкость будет пресной. В зависимости от количества растворенных солей, а для каждого моря оно разное, температура замерзания тоже будет отличаться.

   Например, вода из Черного моря, характеризующаяся средней соленостью в 3,5%, замерзает при температуре -1,9 градуса.

2. Дистилляция. Это процесс перегонки воды путем ее выпаривания. Вода при этом проходит через 2 этапа. Сначала повышается температура с помощью нагревательного элемента в отдельной емкости. Затем перешедшая в состояние пара вода начинает подниматься, при этом соли и другие примеси будут оставаться в первичной емкости из-за своей тяжести. Пар попадает в охлаждающий элемент и конденсируется на его стенках. Остается только собрать конденсат. В результате остается дистиллят.

Каждый из способов можно реализовать различными путями, которые описаны ниже.

В экстремальных ситуациях

Опреснение в экстремальных условиях прямо связано с наличием тех или иных материалов и подручных средств. Под экстремальной ситуацией понимаются обстоятельства отсутствия специальных технических средств, таких, как плита или морозильник.

Вымораживание

Сбор пресной воды в кризисной обстановке возможен только при наличии природного льда, так как заморозить воду без морозильника не представляется возможным. Для этого понадобится только емкость для сбора воды.

Инструкция:

1. Очистить емкость. В данном случае подойдут ведро, таз, тарелка. Лучше использовать резервуар с широким горлышком или верхом, чтобы было удобнее заполнять его льдом.

2. Поместить в емкость лед и по возможности оставить ее в теплом месте, где температура воздуха выше 0.
3. Подождать перехода воды из твердого состояния в жидкое. Талую воду можно употреблять.

Дистилляция

Метод дистилляции предполагает наличие источника тепла, поэтому в диких условиях можно использовать костер или солнечный свет.

С помощью костра

Если опреснитель будет работать с помощью открытого огня, то такой способ имеет преимущество в скорости, и возможности опреснить сразу большое количество воды.

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.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕСНЕНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ

Запускают вихревой теплогенератор 38 и прокачивают горячую воду из него с температурой 97oС на вход в опреснитель через трубопровод 41 и фланец 39, заполняют распределительный коллектор 3, прокачивают горячую воду через входные коллекторы 11, секции 10 и внутренние полости 9 горячих панелей 7, далее через выходные коллекторы 12, сборный коллектор 4, выходной фланец 40 и трубопровод 42 и возвращают теплую воду с температурой 60oС в ВТГ для подогрева обратно в автономной системе ВТГ. Включив насос 44 морской воды, заполняют входной коллектор 5 морской воды и распределяют по коллекторам 16 для подачи в панели конденсации 13 и внутренние полости 14 вертикальных секций 15, затем морская вода поступает в выходной коллектор 6 и уходит на сброс. В опреснителе в зависимости от условий работы морская вода с температурой 20oС из коллектора 6, например, поступает в дополнительную накопительную емкость 49 рассола и через трубопровод с соединительным фланцем 50 уходит на выход. Второй контур движения морской воды происходит при включении вакуумного насоса 45 и насоса морской воды 46. В этом случае морская вода заполняет общий коллектор 21 и через распределительный коллектор 20, трубки 18, отверстия 19 и закрытые сверху козырьками 22 и карманы 23 поступает на горячие панели 7. В карманы 23 входят концы сеток 24, по которым морская вода равномерно и с постоянной толщиной до 2 мм жидкой пленки стекает по вертикальным секциям 8 с температурой 35oС в желоба слива 25 и по ним в коллектор 26 сбора рассола и далее на слив. Испарение морской воды происходит, когда вакуумным насосом 45 создают вакуум 0,03 бара в корпусе 2 и нагревают за счет теплопередачи от горячей воды ВТГ морскую воду на внешних стенках горячих панелей 7 до температуры 35oС. Образовавшийся пар конденсируют на холодных стенках панелей конденсации 13 при условии, что температура пара 35oС выше температуры внешних стенок панелей 13. Полученный на внешних стенках панелей конденсации 13 дистиллят 29 с температурой 20oС по желобам 30 сливают в секционные емкости 28 поддона 27, откуда через отверстия 31 он попадает в общий коллектор 32 и далее к потребителю. Установочный зазор 37 является основополагающим в работе опреснительного устройства, т.к. в нем происходит объемная конденсация полученного пара, которая в несколько раз выше обычной плоскостной конденсации на стенках холодных панелей конденсации 13, что уменьшает размеры устройства и удешевляет его стоимость и стоимость дистиллята. Горячие и холодные панели, корпус и рубашка выполнены из высокотеплопроводного материала, например алюминия. Для запуска процесса объемной конденсации производят импульсные включения форсуночного насоса (на фиг. не показан) и заполняют дистиллятом полость 34 в крышке 33 рубашки 1, далее по форсуночным трубкам 35 через форсунки 36 распыляют часть дистиллята в зазоре 37 в сторону панелей конденсации 13. Форсунки 36 обеспечивают мелкодисперсное распыление дистиллята в объеме водяного пара с температурой ниже пара, в результате чего создают оптимальные условия для объемной конденсации. Оптимальные условия данного процесса осуществляют при величине установочного зазора в диапазоне 2-7 см. Условия работы устройства для опреснения определяются параметрами опреснителя и морской воды, которые имеют следующие величины. Мощность теплового источника W= 32 кВт. Потребление морской воды 0,2 кг/с. Производительность дистиллята 0,01 кг/с. Температура морской воды Т=35oС.

Устройство для опреснения морской воды позволяет уменьшить тепловые потери, потребление морской воды за счет наличия вихревого теплового генератора и конструктивного совмещения источника тепла, теплообменника и испарителя общим рабочим телом.

Изобретение позволяет уменьшить тепловые потери в 2 раза при низкотемпературном режиме (25-30oС), упростить конструкцию, увеличить производительность опреснителя морской воды и уменьшить стоимость получаемого дистиллята. Наличие ВТГ с общим теплоносителем (горячая вода) источника тепла и теплообменника в панели испарителя приводит к повышению КПД опреснителя морской воды.