Опреснение воды обратным осмосом

Для некоторых регионов России получение пресной воды по-прежнему является серьезной и критически важной проблемой. Подача из соседних областей не всегда может быть приемлемым вариантом из-за удаленности или наличия других препятствий.

В этой ситуации приемлемым выходом может стать опреснение морской воды «на месте». Лучшим вариантом для этого считается технология обратного осмоса — она позволяет получить максимально чистую воду, пригодную и для использования в ирригационных целях, и для бытового применения (в том числе — питья и приготовления пищи). По данным Института оборонного анализа (США), обессоливание методом обратного осмоса применяется не менее, чем для 44% от всего объема воды, которая подвергается опреснению во всем мире. 

ВКРАТЦЕ О ТЕХНОЛОГИИ

Для очистки воды используются специальные полупроницаемые мембраны. Они представляют собой специальную пленку с перфорацией размером не больше 0,0001 микрометра. Под давлением молекулы H2O проникают через мембрану и попадают в емкость для сбора фильтрата.

При этом большая часть веществ и соединений не может пройти сквозь поверхность мембраны. Таким образом, чистая вода и жидкость с примесями разделяются: очищенная попадает в емкость для дальнейшего использования, а концентрат отправляется на утилизацию или повторную очистку. Подробнее о технологии обратного осмоса мы рассказываем в другой статье. 

При выборе этого варианта следует учитывать одно обстоятельство: для действительно эффективной работы требуется предусмотреть систему предварительной очистки. Она включает в себя механические и угольные фильтры, а также дополнительные элементы для тонкой очистки. Такая многоступенчатая система фильтрации позволяет обеспечить на выходе максимально чистую воду, которая может применяться для любых хозяйственных целей. 

УСЛОВИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Следует сразу сказать: обратный осмос является наиболее эффективной технологией обессоливания воды из тех, что широко применяются в настоящее время. Это подтверждается не только российским, но и международным опытом, а также научными исследованиями.

Так, в 2018 году группа профессоров Йельского университета в главе с Менахемом Элимелехом опубликовала статью, посвященную изучению эффективности обратного осмоса для обессоливания морской воды. Из результатов исследования можно выделить два главных.

1. Наилучшие результаты при обессоливании воды показывают установки с рабочим давлением от 50 бар (чуть менее 49 атмосфер).
2. Обратный осмос требует гораздо меньших затрат энергии, чем классический способ опреснения воды путем дистилляции.

Последнее обстоятельство делает обратноосмотические установки самым экономически выгодным способом обессоливания воды. Теоретически, прямой осмос может дать еще лучшие результаты, однако этот способ пока недостаточно изучен и применяется лишь в нескольких очистных установках по всему миру. Пионером в этой области считается британская компания «Modern Water», которая реализовала подобные станции в Гибралтаре и Омане. Однако до широкого распространения этой технологии пока далеко. Более подробное сравнение прямого и обратного осмоса вы можете найти в нашей статье.

Что касается требуемого рабочего давления, то главной проблемой является подбор мембран, которые могли бы выдержать такой напор. Впрочем, и это уже давно решено: японский производитель Toray разработал и выпустил на рынок мембранные элементы серии TM800M. Их рабочее давление составляет 800 фунтов на квадратный дюйм или 55,2 бар, что делает такие мембраны подходящими именно для опреснения морской воды.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ МЕТОДА

Использование обратноосмотических установок для обессоливания воды имеет ряд преимуществ, которые и делают эту технологию все более популярной во всем мире.

• Высокая селективность. Системы обратного осмоса удаляют не менее 98% от общего количества примесей. В случае с морской водой изначальное значение может составлять от 10000 ppm (частей на миллион) или 10 грамм солей на литр воды. После фильтрации этот показатель снижается до 100—200 ppm или 0,1 грамм на литр. Такое соотношение делает воду пригодной и для технических, и для хозяйственных нужд, а также для питья и приготовления пищи.
• Энергоэффективность. Как уже было сказано в предыдущем разделе, установки обратного осмоса тратят гораздо меньше энергии по сравнению с системами дистилляции. Так, для получения одного литра чистой воды термическим методом затрачивается около 700 ккал энергии или чуть меньше 1 кВт-ч. Это кажется сравнительно небольшим показателем, однако в промышленных масштабах опреснение этим способом потребует чудовищных затрат. В случае с опреснительной установкой обратного осмоса энергия тратится только на работу насоса и электронного оборудования.

«Основной плюс обратного осмоса — низкие энергозатраты. Для опреснения нужно просто создать нужное давление на входе. Однако после очистки концентрат нельзя возвращать в источник: концентрация солей в нем будет очень высокой, на грани пределов растворимости».

— Балобанов Александр Сергеевич, ведущий инженер-технолог  ООО «НПЦ ПромВодОчистка»

• Компактность. Для размещения и эксплуатации обратноосмотической установки требуется сравнительно немного места, поскольку вода просто проходит через мембрану, и получившийся фильтрат сразу отправляется в резервуары. В то же время, системы дистилляции потребуют установки котлов для нагревания.
• Вариативность. Существует достаточное количество вариантов установок обратного осмоса, которые различаются между собой, например, производительностью. Сравнить типовые модели производства НПЦ «ПромВодОчистка» вы можете с помощью каталога.

Что касается недостатков, то из них можно выделить только один — повышенный расход воды. Однако после очистки концентрат может быть сброшен обратно в природный водоем вместе с другими сточными водами — впрочем, для этого понадобится дополнительная очистка с использованием ингибиторов солеобразования.

Таким образом, можно сказать, что обратноосмотическая опреснительная установка — наилучший вариант для удаления соли из морской воды из тех, что широко распространены на данный момент.