Как сделать воду пресной. Опреснение морской воды: технологии современного мира Делают ли из морской воды питьевую
WikiHow работает по принципу вики, а это значит, что многие наши статьи написаны несколькими авторами. При создании этой статьи над ее редактированием и улучшением работали, в том числе анонимно, 13 человек(а).
Более 97,5 % воды на Земле содержит соль, и опреснение - это процесс удаления соли из воды. Более 60 миллиардов литров опресненной воды производится ежедневно, причем большая ее часть поступает в виде питьевой воды в страны Персидского залива. Это вызов для инженеров по всему миру, чтобы найти способ опреснения, который был бы достаточно дешевым, чтобы донести опресненную воду в бедные и отдаленные районы Земли. В настоящее время существует несколько методов, используемых для опреснения воды в больших количествах, включая прямой осмос, углеродные нанотрубки и биомиметику. Однако испарение по-прежнему остается наиболее распространенным способом получения опресненной воды. Все методы опреснения производят опасные побочные продукты, такие как концентрированный рассол, который представляет экологическую опасность для свежей воды и животных. Возможно, вы хотите узнать, как опресняется вода в небольших масштабах по целому ряду причин, например, из желания научить студентов, если вы учитель, или чтобы утолить жажду, если вы вдруг потеряетесь в море. Один из методов опреснения (с помощью Солнца) - это испарение. Метод является совсем несложным и может быть выполнен различными способами, которые рассматриваются ниже.
Одной важнейших проблем современного мира является дефицит питьевой воды. Вопрос ее недостачи актуален практически для всех стран и континентов. Суть задачи состоит не в добыче или доставке пресной воды, а ее производстве из соленой (https://reactor.space/government/desalination/) .
Актуальность проблемы
Если вода содержит в себе до одного грамма соли на литр, она уже пригодна для употребления в ограниченном количестве. Однако если этот показатель приближается к соотношению десять грамм на один литр, такую жидкость уже нельзя пить. Есть также ряд ограничений для питьевой воды относительно содержания в ней микроорганизмов и органических компонентов. Таким образом получение чистой жидкости представляет собой довольно сложный многоуровневый процесс.
Наиболее популярный способ получения питьевой воды — опреснение. Причем этот метод актуален не только для регионов с засушливым климатом, но и для Европы и Америки. Получение пресной воды из соленой — это лучший способ решения проблемы.
Разнообразные залежи жидкости с большим содержанием соли можно найти практически в любом регионе планеты. В них отсутствуют условия для размножения микроорганизмов. Рассолы залегают на относительно большой глубине, что исключает возникновение внешнего загрязнения опасными химическими элементами. Получать пресную воду также можно из морской. В этой статье мы рассмотрим наиболее популярные способы решения этой задачи.
Дистилляция воды кипячением
Данная методика применялась еще в древности. В наше время используют несколько вариантов дистилляции. Суть состоит в том, чтобы довести жидкость до кипения, и сконденсировать пар. В результате получается опресненная вода.
Для производства жидкости в значительном объеме используют две популярные технологии. Одна из них называется многоколонной дистилляцией. Суть технологии заключается в доведения жидкости до состояния кипения в первой колонне. Образовавшийся пар применяют для передачи тепла остальным колоннам. Данная методика результативная. С ее помощью можно получать пресную воду в промышленных масштабах. Однако эта технология очень энергозатратная. Поэтому в наше время ее используют довольно редко.
Дистилляция мгновенным вскипанием признана более результативной. Суть технологии заключается в испарении соленой жидкости в специальных камерах. В них показатель давления постепенно снижают. Соответственно для получения водяного пара нужен меньший показатель температуры. Именно поэтому данная технология является более эффективной.
Есть еще две методики дистилляции: мембранная и компрессионная. Они возникли вследствие модернизации первых двух технологий. Мембранная дистилляция основана на применении мембраны гидрофобного типа, выполняющей функцию охлаждающего змеевика. Она удерживает воду, пропуская при этом пар. Компрессионная дистилляция основана на использовании в первой колонне сжатого (перегретого) пара.
Все перечисленные технологии имеют один и тот же недостаток. Они слишком энергозатратные. Для нагрева жидкости от нуля до ста градусов нужно затратить четыреста двадцать килоджоулей. А чтобы изменить состояние воды из жидкого в газообразное уже потребуется две тысячи двести шестьдесят килоджоулей. Оборудование, работающее по принципу рассмотренных технологий, расходует от трех с половиной и более киловатт в час на один кубический метр получаемой опресненной жидкости.
Дистилляция солнцем
В южных странах для осуществления процесса дистилляции используют солнечную энергию. Это позволяет существенно снизить издержки на опреснение соленой воды. Для выполнения процесса дистилляции можно использовать солнечные батареи или непосредственно тепловую энергию Солнца. Наиболее простой в техническом плане является технология на основе испарителей. Последние представляют собой специальные призмы, сделанные из стекла или пластика, в которые наливают соленую жидкость.
В результате солнечная энергия повышает температуру воды. Жидкость начинает испаряться и выпадает в виде конденсата на стенках. Появляющиеся из пара капли стекают в специальные приемники. Как вы видите, технология очень простая. Из ее минусов стоит выделить низкий показатель КПД. Он не превышает пятидесяти процентов. Поэтому эту технологию используют лишь в бедных регионах. С ее помощью можно обеспечить пресной водой в лучшем случае небольшой поселок.
Многие инженеры продолжают вести работу по модернизации рассмотренной технологии. Их главная цель состоит в увеличении отдачи подобных систем. К примеру, применение капиллярных пленок позволяет существенно улучшить результативность солнечных дистилляторов.
Отметим, что системы работающие за счет альтернативных источников энергии не являются основным инструментом в деле получения пресной воды. Хотя, их применение не требует существенных затрат на выполнения процесса дистилляции.
Чтобы удалить из жидкости соли можно применять и другие технические решения. Довольно популярным способом очистки воды является электродиализ. Для реализации метода применяют пару мембран. Одна из них необходима для пропуска катионов, а вторая используется исключительно для анионов. Частицы распределяются по мембранам под воздействием постоянного тока. Подобное решение часто реализуют совместно с солнечными и ветровыми генераторами.
Обратный осмос
Технологии опреснения воды постоянно совершенствуются. В наши дни все большую популярность получают методики, основанные на обратном осмосе. Суть заключается в применении полупроницаемой мембраны. Сквозь нее проходит соленая жидкость. В результате частицы солевых примесей остаются со стороны, где показатель давления избыточный.
Метод обратного осмоса является наиболее экономным. Особенно если его применять для опреснения воды с некритичным содержанием соли. В этом случае для получения одного кубометра воды может хватить одного киловатта-час энергии. Поэтому технология обратного осмоса считается наиболее перспективной.
Итоги
Каждый метод опреснения воды имеет свои особенности. Чтобы производить пресную воду в промышленном масштабе необходимо подбирать наиболее экономный и результативный вариант. Метод обратного осмоса на сегодняшний день является самым эффективным.
12 13 988 0
Мы живём в уникальном месте – Земля, которая хоть и имеет немало суши, всё-таки по большей своей части покрыта водой. Мы плаваем в ней, перемещаемся по ней и, что важнее всего – пьём её. В отличие от многих животных, мы неспособны получать достаточное количество жидкости просто из фруктов и овощей – нам необходимо регулярно употреблять жидкость, чтобы не было обезвоживания. Но вот только водное пространство имеет ещё одно уникальное свойство – оно почти что всё солёное. Процент пресной воды удивительно мал. Да, мы привыкли именно к ней, потому что такая вода поступает в наши жилища и продаётся в магазинах. Но что делать, если у нас вдруг не оказалось доступа к пресной воде, если у нас имеется только лишь морская? Тогда её необходимо опреснить. Разберёмся, каким образом этого можно достичь.
Вам понадобятся:
Также этот метод называется возгонкой. Он легко осуществим даже в бытовых условиях, хотя большого количества жидкости он не предоставит.
Берётся обычная кастрюля, в которую наливается солёная вода. Далее необходимо накрыть эту кастрюлю крышкой и поставить на огонь. Постепенно на её крышке будет скапливаться конденсат.
Впрочем, даже при снятии крышки большая часть пресных капель утечёт обратно в кастрюлю, потому необходимо немного усовершенствовать данное импровизированное приспособление.
- В крышке кастрюли просверливается дырка.
- В неё вставляется гибкая трубка, например, змеевик от самогонного аппарата.
- Другой её конец опускается в пустой сосуд.
- Далее необходимо накрыть трубку влажной тряпкой, чтобы пар в ней охлаждался.
- Он будет конденсироваться и попадать в пустой сосуд.
В итоге в нагреваемой кастрюле в конечном итоге останется только соль, а во втором сосуде останется только дистиллированная вода.
Учтите, правда, что соли в такой жидкости вообще не будет, а потому жажда будет утоляться плохо.
Лучше влить в неё небольшое количество солёной воды.
При данном методе применяются особые осаждающие реагенты. Они взаимодействуют с солями, что содержатся в морской воде и образуют соединения, что не являются растворимыми. Потому они оседают и их можно спокойно, без проблем отфильтровать.
У такого подхода имеются свои минусы, в частности, дороговизна реагентов, медленность реакции большое количество необходимых реагентов.
Потому такой метод применяется очень редко, а в быту не применяется и вовсе практически никогда.
Данный метод является преимущественно промышленным и применяется давно. В его основе находится применение двух полупроницаемых мембран из ацетата целлюлозы или полиамида. Небольшие молекулы воды могут проникать через них без каких-либо ограничений, в то время как более крупные ионы соли, а также иных примесей, задерживаются и не пускаются далее.
Трудно достичь опреснения большого количества жидкости таким образом, да и в быту такой метод трудноосуществим – он подходит для промышленных предприятий.
Данный метод опреснения кажется очень простым по своей идее, но по своей реализации он является достаточно трудо- и ресурсоёмким. Идея строится на том, что соль не попадает в лёд при заморозке, ведь образование льда происходит только из молекул воды.
Наибольшее количество пресной воды в природе и содержится во всевозможных ледниках.
Обычно к такому методу прибегают эскимосы. Они выставляют на мороз ёмкость с солёной водой, а затем ждут, пока там не образуются кристаллики льда. Этот лёд собирается и растапливается – и воду можно пить.
Еще раз к вопросу о получении годной питьевой воды в экстремальных условиях.
Что делать в походе, когда в пути не предусматривается питьевая вода? Например, будут болота, озёра, реки, лиманы, моря. Но не будет чистой и пресной воды.
Обычно в поход берут с собой специальные обеззараживающие воду таблетки, вспоминают бабушкины рецепты про обеззараживание воды травами, дезинфекцию воды перекисью или марганцовкой.
Это всё хорошо подходит для пресной и относительно прозрачной воды. Такую, в принципе, можно просто прокипятить минут двадцать и спокойно на ней готовить.
Но что делать, если в походе предусматривается встреча только с солёной водой? Например, Южный берег Крыма и Керченский полуостров, где есть на что посмотреть, имеют очень мало источников пресной воды.
Можно, естественно, покупать пресную воду. Но в таких местах она достаточно дорога. А если днёвка устроена вдали от цивилизации?
Получается, выход один - нести воду с собой. А это несколько неудобно, к 15 киллограмовому рюкзаку добавить ещё и пятилитровую баклажку с водой.
Для того чтобы избежать подобных неудобств, был проведен эксперимент по опреснению морской воды с помощью процесса дистилляции.
Что такое дистилляция
Дистилляция - это когда вода кипит, пар над ней собирается, охлаждается, превращается обратно в воду в ёмкости-приёмнике.
Почему дистилляция очищает воду от солей? Потому что соли кипят при более высокой температуре, чем вода. Поэтому первой испаряется вода. Без солей. Что и нужно сделать с морской водой.
Что будет, если в воде, которую дистиллируют, есть вещества, кипящие при меньшей температуре? Например, летучие органические вещества? Они испарятся первыми. Поэтому один из принципов дистилляции - не направлять собиратель пара сразу в принимающее устройство, а дать воде серьёзно закипеть.
Также важный принцип дистилляции - хорошее охлаждение пара. От эффективности охлаждения напрямую зависит производительность устройства. Если часть пара не охлаждается, а улетучивается, то, соответственно, получится меньше чистой воды.
Итак, как мы проводили дистилляцию морской воды на практике.
Дистилляция морской воды на практике
Место проведения : пляж севернее села Подмаячное возле г. Керчь. До ближайшего магазина с водой топать минимум полчаса по жаре. Там, конечно, красиво - обрывы, слои ископаемых и т.п. Но жарко.
Источник воды : Азовское море. Не очень солёное море, солёность порядка 10 грамм на литр. По сравнению с ним солёность Чёрного моря - 16- 20 грамм на литр.
Материалы и оборудование :
* два кирпича;
* костёр;
* туристический чайник;
* изогнутая аллюминиевая трубка;
* стеклянная бутылка;
* ямка в песке;
* кружка для морской воды;
* много дров и очень много терпения
Процедура дистилляции очень проста. Морская вода - в чайник, чайник - на огонь. Ямка в земле. В неё под наклоном зарывали стеклянную бутылку. Из песка торчало только горлышко, в которое и вставлялась передающая пар трубка.
Всё - вода кипела, проходила по трубке в бутылку, там охлаждалась. Для лучшего охлаждения бутылку поливали холодной (относительно, конечно) морской водой. По мере испарения солёную воду доливали в чайник.
Теперь ноу-хау технологии:
I . Первое, что было скорректировано, это уровень морской воды в чайнике. Морская вода должна занимать меньше половины объёма, лучше одну треть. Это нужно для повышения интенсивности парообразования. Неизвестно, почему пара в таком случае образуется больше, но оказалось, что это так.
II . Далее, нельзя поливать для охлаждения пара передающую трубку. Охлаждающая вода оказалась коварна, и стекала по трубке (кстати, длинной - порядка 80 см) снизу в бутылку с чистой водой. Соответственно, вкус у очищенной воды был не очень.
III . Потом, пластиковую бутылку для приёмного устройства лучше не брать. Поскольку её корёжит от пара. Хотя, если стеклянной под рукой нет, сойдёт и из пластика. В месте, где был расположен лагерь, в изобилии присутствовали как пластиковые, так и стеклянные бутылки.
Результаты : за 30-40 минут дистилляции описанным способом очищается порядка 350 миллилитров воды.
Выводы
Испробованный дистиллятор отлично очищает морскую воду. Соли в полученной воде не ощущаются на вкус. По всей видимости, их там просто нет:) Процесс очистки требует достаточно большого количества топлива. Тщательное охлаждение приёмной ёмкости повышает производительность дистиллятора почти вдвое. Испробованный дистиллятор с учётом всевозможных поправок и проблем за днёвку может обеспечить чистой водой 2-3 человек на 2-3 дня. Для того чтобы снабдить чистой водой большее количество людей на дольшее время необходим либо более совершенный дистиллятор (что утяжелит его конструкцию и сделает сложной транспортировку), либо сделать испробованный дистиллятор личным снаряжением (за днёвку каждый участник очищает себе нужное количество воды).
Таким образом, проведённые исследования показали прекрасные результаты очистки морской воды походным способом. Самое главное, что вес чайника и трубки для пара не превышал 500 грамм.
На сегодняшний день в мире все более актуальной становится проблема с питьевой водой – её достаточно мало. Африка, к примеру, обеспечена этим ресурсом всего на 30 процентов от необходимого количества.
Другими странами на этот материк осуществляется
доставка питьевой воды по возможности, но этого все равно не хватает. Именно такая ситуация натолкнула ученых на размышления о том, возможно ли из морской воды сделать питьевую? На самом деле, возможно, даже в домашних условиях, хотя это и долгий процесс. При этом потребуется перегонный куб или же самогонный аппарат. В данном случае используется закон физики, согласно которому соли не могут полностью растворяться в воде. То есть, после испарения минералы остаются на дне.Прогонка морской воды
Прогнав морскую воду через самогонный аппарат, предварительно вскипятив её, получится готовая к употреблению питьевая вода с минимальным количеством примесей. По своему составу она больше похожа на дистиллированную воду, которая не проводит электричество. Поэтому и напиться ею довольно сложно. Но в аптеках продаются так называемые «обогатители», добавив всего несколько их капель можно получить ту воду, которая и необходима человеческому организму. Так что, в общей сложности, производство питьевой воды из морской стоит чуть дороже, чем производство минералки.
Как из морской воды сделать питьевую в природных условиях?
Морскую воду превратить в питьевую несложно, если создать своего рода самогонный аппарат из подручных средств. Для этого потребуется ямка, которая изнутри укутана пленкой, несколько крупных камней и сено. Вода, залитая в ямку, закрывается сеном. Сверху кладутся камни, которые также накрываются пленкой. После того, как вода нагреется – она начнет испаряться, а когда станет прохладно - конденсируется на камнях. Конечно же, воды будет очень мало, но достаточно для того, чтобы хотя бы утолить жажду.