3 Методы опреснения морской воды
3.1 Физические методы
Все методы очистки морской воды можно подразделить на:
- физические;
- химические;
- электрохимические;
- обратного осмоса;
- термические.
Выбор того или иного метода определяется характером удаляемых примесей и требуемой степенью очистки.
Для грубодисперсных примесей с размером частиц 10-3...10-4 мм применяют физические методы очистки воды. Вода с коллоидными частицами с размером 10-5 ...10-6 мм и молекулярно-дисперсными с размером 10-7...10-8 мм очищается физическими и химическими методами. Для очистки от более мелких примесей применяют химические или термические методы, иногда совместно.
Для удаления из воды коллоидных и взвешенных частиц на судах используют фильтрование, т.е. воду пропускают через специальный фильтрующий материал (активированный уголь, антрацит, целлюлозная стружка), на поверхности которого задерживаются частицы примесей. Средняя скорость фильтрования Vср=520 м/ч (1.5...6 мм/с).
Для очистки воды от грубодисперсных механических частиц применяют механические фильтры, в которых в качестве фильтрующего материала помещают металлические сетки с размерами ячейки 1,0...1,5 мм.
Аппарат, в котором происходит фильтрование называется фильтром (см. рис.1).
1- крышка; 2 и 5 - патрубки подвода и отвода воды; 3- корпус; 4 - фильтрующая сетка; 6 - спускной клапан
Рисунок 1 - Механический фильтр
3.2 Химические методы
Очистка воды химическими методами предусматривает либо умягчение, при котором из воды удаляют катионы солей Ca и Mg, либо полная обессоливание, когда из воды удаляют все ионы солей.
Широкое распространение получили реагентная обработка и ионный обмен. В 1-м случае ионы некоторых растворенных в воде солей связываются различными реагентами – осадителями в практически нерастворимые соединения, которые затем удаляют. Реагентная обработка широко применяются на береговых водоприготовительных станциях, как правило, с целью умягчения воды.
Ионный обмен предусматривает использование специальных органических веществ, называемых ионитами. Эти вещества способны избирательно обменивать свои ионы на ионы солей воды. На судах (в том числе с ЯЭУ) ионный обмен применяют для полного обессоливания воды. Ионообменные фильтры (рис.2) заполняют катионитом (КУ-2, сульфоуголь) или анионитом (ЭД-10П, АВ-17, АВ-18).
Химические методы позволяют получить пресную воду с общим солесодержанием до 0.1 мг/л.
1 и 10 - патрубки подвода и отвода воды; 2 – клапан выпуска воздуха; 3 и 9 – крышки; 4 и 8 – решетки; 5 – колпачки со щелями; 6 – корпус; 7 – ионообменный материал; 11 – труба отбора проб фильтрата
Рисунок 2 – Ионообменный фильтр
3.3 Электрохимические методы
В основу электрохимического метода обессоливания воды положен электродиализ, физико-химическую природу которого можно понять из следующей схемы. Если в сосуд с водным раствором NaCl поместить анодный и катодный электроды и подвести к ним постоянный ток, то в растворе начнется движение катионов Na+ к катоду, а анионов Cl- к аноду. Если в тот же раствор поместить две селективные мембраны-диафрагмы и, тем самым, разделить объем сосуда на три камеры (I, II, III), то в средней камере будет происходить обессоливание воды. Диафрагмы, изготовлены из ионитовых смол с избирательными свойствами. Они пропускают только катионы и анионы солей и совсем не пропускают молекулы воды. Анионитовая мембрана будет проницаема только для анионов, вторая катионитовая мембрана - для катионов.
Электроионитовые (электродиализные) установки – это ванны, разделенные при помощи диафрагм на ряд камер. Опыт эксплуатации установок на Черном море показал, что при обессоливании воды от 18000 мг/л (18 ‰ соленость Черного моря) до конечного солесодержания 400 мг/л, расход энергии составляет 72 МДж/тн или 20кВт*ч/т. При обессоливании океанской воды от 35000 мг/л расход энергии почти в 2 раза выше: 130 МДж/тн.
Рисунок 3 – Схема электродиализа воды: I,II,III - камеры
Использование химических и электрохимических методов целесообразно при общем солесодержании исходной воды не более 1200 мг/л. Наибольший эффект они дают при обессоливании пресной воды с S75 мг/л.