Страны используемые только опресненную воду

Почему опреснение морской воды является неоднозначной идеей

Жестокая ирония голубой планеты: бóльшая часть Земли покрыта океанами, но морская вода непригодна для питья. Крупномасштабные усилия для удаления соли из морской воды — этот процесс мы называем опреснением — стали предприниматься с 1950-х годов, а сегодня почти 20 тысяч предприятий от Китая до Мексики делают морскую воду пригодной для питья, чтобы удовлетворить потребности растущего населения. Но эта современная алхимия ставится под сомнение критиками, задающими вопрос: оправдывают ли преимущества от опреснения вред, который этот процесс может нанести морской экологии, и его возможный вклад в глобальное потепление?

1. Как выглядит процесс опреснения?

Ещё древние греки поняли, что при кипячении морской воды из пара можно получить питьевую воду. В XVIII веке моряки экспериментировали, ловя этот пар губками, чтобы утолить жажду во время долгого плавания. Современное опреснение начиналось с похожих процессов — с кипячения воды (путём сжигания нефти или природного газа) и получения капелек свежей воды: так называемое термальное опреснение. Теперь превалировать стали более чистые и энергосберегающие технологии, такие как обратный осмос, при котором морская вода проходит через пластиковые мембраны, на которых оседают соль и другие примеси. Основным исключением являются страны Ближнего Востока, где две трети всей опреснённой воды получают на термальных фабриках при сжигании горючего ископаемого происхождения. Согласно Международному энергетическому агентству (International Energy Agency), на этот регион приходится около 90% термического опреснения морской воды в мире.

2. Сколько питьевой воды производится этим способом?

В 2015 году около 18 тысяч предприятий по опреснению морской воды в совокупности производили 86,55 млн куб. м в день (22870 млн галлонов) — это соответствует примерно 1% мировой потребности. С тех пор было построено ещё около 2 тысяч предприятий. Лидером по производству опреснённой воды является Саудовская Аравия (здесь производится примерно пятая часть всей опреснённой воды в мире), за ней идут США, ОАЭ, Китай, Испания и Кувейт. (Это связано с тем, что страны Персидского залива используют бóльшую часть ресурсов грунтовой воды в сельскохозяйственных целях и поэтому испытывают серьёзную потребность в опреснении, чтобы отвечать нуждам своего населения и промышленности). Правительства и частные компании тратят в год примерно $14 млрд на то, чтобы сделать питьевой океанскую и солончаковую воду. По данным Международной ассоциации опреснения воды (International Desalination Association, IDA), французские компании Suez и Veolia Group, а также южнокорейская Doosan Heavy Industries & Construction лидируют по количеству построенных заводов.

3. Сколько это стоит?

За последние 30 лет цены снизились почти вдвое благодаря оптимизации технологии и энергоэффективности. Стоимость производства одного кубического метра очищенной воды варьируется от 50 до 90 центов, заявляет председатель IDA Мигель Анхель Санс (Miguel Ángel Sanz). Учитывая сравнительно низкие цены на энергию и экономию на масштабе производства на крупных предприятиях, Саудовская Аравия и ОАЭ находятся в числе стран, где опреснение воды стоит дешевле всего. Всё чаще используемая на опреснительных предприятиях солнечная и ветряная энергия может сделать этот процесс ещё более дешёвым.

4. Так в чём же проблема?

Самая первая критика была направлена на горячие жидкие отходы, которые многие предприятия, работающие по термальной технологии, сбрасывали обратно в море, где они могли нанести смертельный вред кораллам и другим морским обитателям. В IDA говорят, что сегодня опреснительные предприятия охлаждают свои сточные воды, так что это уже не представляет серьёзной угрозы. Другая экологическая проблема связана с использованием ископаемого топлива в качестве источника энергии для опреснительных процессов — особенно на Ближнем Востоке. Исследование, опубликованное в январе, вызвало новую волну дискуссий о вреде «токсических химикатов», содержащихся в солевом растворе, который опреснительные фабрики сбрасывают в океаны.

5. Что такого плохого в этом растворе?

Этот солевой концентрат может содержать вредные отходы от используемых заводами химикатов против образования накипи и засаливания, говорится в исследовании Института воды, окружающей среды и здравоохранения ООН в Гамильтоне (Канада). Загрязняющих веществ, ежегодно производимых опреснительными заводами, хватит на то, чтобы покрыть целый штат Флориду 30-сантимеровым (футовым) слоем, заявляет Манзур Кадир (Manzoor Qadir), один из авторов исследования. Этот рассол также может приводить к сокращению уровня кислорода в окружающих водах, что может вызывать смерть морских организмов от удушья и разрыв пищевых цепочек. Саудовская Аравия, ОАЭ, Кувейт и Катар вместе взятые производят 55% мировых отходов от опреснения воды, говорится в исследовании. Некоторые предприятия пытались растворять рассол по бóльшим морским территориям или подвергать его обработке для получения ценных металлов. Но эти методы являются технически сложными и дорогими.

6. Оправданна ли эта критика?

Мигель Санс из IDA заявил, что авторы исследования не видят разницы между термальной и мембранной технологиями и что они демонстрируют «нехватку реальных знаний». Это исследование отражает «мнение определённых людей, которые работают в университете», а не официальную точку зрения ООН на опреснение, сказал он.

7. Можно ли опреснять воду, не загрязняя окружающую среду?

Некоторые заводы не имеют выхода к морю, и вырабатываемый ими соляной раствор размещается в прудах-испарителях, сливается глубоко под землю или преобразуется в пульпу, а затем в сухую соль для дальнейшей утилизации. Лучшим способом для сокращения количества рассола из химикатов представляется более широкий переход на мембранные технологии, особенно на Ближнем Востоке. Почти все новые заводы, строительство которых запланировано в регионе, будут работать по технологии обратного осмоса — эта тенденция, вероятно, станет массовой, так как нацеленные на оптимизацию бюджета правительства стран Залива сокращают субсидии на ископаемое горючее. Эти сокращения снижают конкурентоспособность заводов, работающих по термальной технологии, и являются основной причиной, по которой в этом регионе наконец приживаются мембранные технологии.

8. Могут ли страны, расположенные в пустынях, обойтись без опреснения?

Проблема превращения морской воды в питьевую не теряет актуальности. Если сохранятся текущие темпы потребления, то крупнейший эмират ОАЭ может остаться без естественных запасов грунтовой воды «в течение нескольких десятилетий», заявило Экологическое агентство (Environment Agency) Абу-Даби в докладе, опубликованном в 2017 году. Однако растущий спрос на ограниченные водные ресурсы рождает новые идеи для производства пищи, а не только для опреснения. Находящийся в Дубае Международный центр биосолевого сельского хозяйства (International Center for Biosaline Agriculture) перерабатывает солевой раствор для орошения таких терпимых к соли растений, как солерос — его можно употреблять в пищу и использовать в качестве биологического топлива. В исследовательском институте также выращивается киноа, которое любит богатые солью пустынные почвы.

Источник

Опреснение морской воды: технологии современного мира

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Почему назрела необходимость в опреснении морской воды
• Какие существуют способы опреснения морской воды
• Как опреснить морскую воду в домашних условиях
• Какие проблемы присущи процессу опреснения морской воды

Очищение и опреснение морской воды – это промышленный процесс, в результате которого из неё удаляются соли и получается продукт, пригодный для использования в быту и употребления. Наша статья расскажет о методах и технологиях опреснения морской воды.

Насколько актуально опреснение морской воды

Земная поверхность на 60 % состоит из территорий, где источников пресной воды или нет совсем, или есть, но очень небольшое количество. Поскольку во многих засушливых областях мало пресноводных водоемов, возникают проблемы с поливом почвы. Их можно было бы решить благодаря возможности использовать для этих целей опресненную морскую воду. На Земле присутствуют значительные запасы такой воды, но из-за высокого содержания солей ее невозможно применять в хозяйственных целях.

Чтобы выращивать сельскохозяйственные культуры, необходимо поливать их водой с очень низким содержанием солей. Если растения получат с влагой более 0,25 % солей, они просто не будут расти. Также на них отрицательно скажется присутствие в воде щелочей. Многие государства, в том числе и Россия, ищут пути опреснения соленых водных источников, что помогло бы справиться с проблемами засухи в областях, расположенных недалеко от моря.

В странах с хорошо развитой промышленностью все острее ощущается нехватка пресных водных запасов. В частности, это касается США и Японии, где требуемые для промышленности, сельского хозяйства и бытовых нужд объемы воды давно превысили имеющиеся.

Количество пресной воды не соответствует потребностям и в развитых странах с низким уровнем осадков, таких как Израиль и Кувейт.

Первое место в мире по наземным пресноводным ресурсам занимает Россия. Достаточно одного только Байкала, чтобы удовлетворить сегодняшнюю потребность российского населения и промышленности в пресной воде. Это озеро настолько глубокое, что если направить в его котловину потоки всех рек земного шара, то заполняться она будет почти 300 дней.

Однако большая часть водных ресурсов России сосредоточена в практически не заселенных и не освоенных районах Сибири, Севера и Дальнего Востока. На высокоразвитые центральные и южные регионы с высоким уровнем промышленности, сельского хозяйства и плотности населения приходится только 20 % пресноводных запасов.

Определенные страны Средней Азии (Туркмения, Казахстан), а также Кавказ, Донбасс и юго-восточная часть РФ обладают огромными минерально-сырьевыми ресурсами, а пресноводных источников не имеют.

Рекомендуемые статьи по данной теме:

В России есть большое количество подземных источников, уровень минерализации которых составляет от 1 до 35г/л. Они не могут применяться для нужд населения, так как содержат большое количество солей, но после опреснения их вполне можно будет использовать.

В процессе опреснения морской воды важным параметром является её соленость, под которой понимается масса сухих солей в граммах на 1 кг вещества. Количество солей в единице объема жидкости может существенно колебаться в зависимости от моря. Например, Черное, Каспийское и Азовское моря характеризуются как слабосоленые. Средний показатель солености Мирового океана составляет 35г/кг.

Кроме поваренной соли (NaCl), морская вода содержит и ряд других химических элементов, в основном в виде ионов, которые можно получать из нее в промышленных масштабах: K+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Br-, F-, H3BO3. Всего в морских недрах обнаружено около 50 химических элементов в разной концентрации, среди которых литий (Li), рубидий (Rb), фосфор (P), йод (J), железо (Fe), цинк (Zn) и молибден (Mo).

Способы опреснения морской воды

Морские водные запасы содержат в своем составе более 50 химических элементов. Концентрация каждого из них крайне мала, но их общая масса определяет соленость жидкости. Для пищи может быть пригодна только вода, в которой содержится не более 0,001г/мл солей. Для того чтобы достичь подобной концентрации, применяются различные технологии опреснения морской воды. Специалисты пытаются разработать такие системы опреснения, которые бы потребляли мало энергии, но при этом максимально очищали воду для использования населением.

Сегодня применяются следующие методы опреснения морской воды: дистилляция, обратный осмос, ионизация и электродиализ.

• Обычная, или многостадийная дистилляция – наиболее популярный способ, в основе которого лежит использование свойства воды закипать и образовывать пар при высоких температурах. Более половины пресных водных ресурсов получают именно путём дистилляционного опреснения морской воды.
• Мембранная дистилляция – метод, при котором производится нагрев воды с одной стороны мембраны, которая пропускает только пар и образует из него пресную воду.
• Метод обратного осмоса – довольно дешевая технология: один вложенный доллар позволяет получить 16 тонн пресной воды.
  Технология обратного осмоса для опреснения морской воды заключается в том, что вода под давлением проходит через мельчайшие фильтры, в результате чего содержание солей становится очень низким. Степень очищения и производительность мембраны зависят от таких факторов как количество соли в исходном сырье, солевой состав, температура и давление.
• Электродиализ – метод, при котором водный поток пропускают через камеру с электродами, в результате чего катионы и анионы распределяются на соответствующих электродах. Плюсом подобного способа опреснения морской воды является использование химически и термически стойких мембран, что дает возможность осуществлять очистку при высокой температуре.
• Газогидратный метод основывается на способности углеродных газов при определенном давлении и температуре создавать с участием воды соединения клатратного типа. Соленую воду замораживают, затем обрабатывают газом, вследствие чего формируются кристаллы. Эти кристаллы отделяют от рассола, промывают, плавят и в итоге получают чистую пресную воду.

В южных регионах активно используют солнечные опреснители, в которых происходит нагрев и испарение морской воды. Существует и противоположный способ, при котором солёную воду замораживают, а затем отделяют от нее пресную, поскольку она замерзает быстрее.

По какому принципу работают установки для опреснения морской воды

Опреснитель морской воды – устройство, которое может удалить из воды соли, растворенные в ней. После процедуры очистки получают воду, которую можно использовать не только для хозяйственных нужд, но и для питья. Конструкцию аппарата отличает удобство и практичность в эксплуатации.

Однако опреснённая вода не является вместе с этим чистой, ведь в ней сохраняются и другие компоненты, от плотности которых и зависит область ее применения. Так, на морских судах требуются разные виды водных запасов:

• питьевая, которая используется только для готовки и питья;
• вода для личной гигиены и мытья палубы;
• вода для парогенераторов, или питательная;
• техническая вода, которая применяется в качестве охлаждающей жидкости для двигателей;
• дистиллированная вода.

Для получения всех этих видов используют разные судовые опреснители.

Среди технологий опреснения выделяют следующие:

1. Дистилляционная, при которой опреснитель нагревает и испаряет морскую воду. Полученный пар «ловится» и доводится до необходимой температуры.
2. Фильтрационная, при которой устройство работает по принципу обратного осмоса. Соленая вода очищается без перехода из одного состояния в другое. Работа такого аппарата основывается на доведении концентрации растворенных примесей до оптимальной. Очень высокое давление позволяет «выдавить» лишние частицы солей.

В израильском городе Хадере находится самый большой на планете опреснитель. Этот агрегат по размеру соизмерим с целым заводом. Каждый год он опресняет около тридцати трех миллиардов галлонов морской воды. Работает опреснитель по принципу обратного осмоса, вследствие чего средиземноморские воды не подвергаются тепловой обработке.

Установка полностью герметична, в ней создается эффект парника, при этом не допускается утечка испарений наружу. В итоге чистый водный остаток сохраняется в большем объеме. В конце откручивается пробка, и очищенная жидкость сливается в какую-либо емкость.

Подобные аппараты применяются в морском флоте. Они используют тепло жидкости, которая служит для охлаждения главных и вспомогательных дизелей. Очищенная вода, подогретая до 60 °С, на входе поступает через трубы батареи нагрева. При выходе температура жидкости снижается примерно до 10 °С.

Вакуумный опреснитель вырабатывает в час порядка 800 литров дистиллированной воды. Он может удовлетворить всю потребность в пресном водном запасе без излишних трат на топливную энергию, а полная автоматизация позволяет сэкономить на сервисном обслуживании. Поскольку температура испарений довольно низкая, водоопреснитель может работать от шести до двенадцати месяцев, не требуя очистки.

Известно, что население Израиля страдает от серьезной нехватки питьевых запасов. Работа описанного выше аппарата позволяет покрыть почти две трети потребности в воде целой страны.

Сегодня для опреснения морской воды используется самое разное оборудование, в том числе уникальные опреснители, работающие на солнечной энергии. В них заливается вода, которая под воздействием солнечного тепла превращается в пар, конденсируется на стенках корпуса и затем оседает в нижней части прибора.

Какие технологии используются в промышленном опреснении морской воды

На сегодняшний день в промышленности широко применяются два метода опреснения: мембранный (механический) и термальный (дистилляционный). В первом случае используется технология обратного осмоса. Морская вода пропускается через полунепроницаемые мембраны под давлением, существенно превышающим разницу давления пресной и морской воды (для последней это 25-50 атм.).

Микроскопические поры фильтров свободно пропускают только небольшие водные молекулы, задерживая более крупные ионы соли и других примесей. Материалом для таких мембран служит полиамид или ацетат целлюлозы, выпускают их в виде полых волокон или рулонов.

Метод глубокого обратноосмического опреснения воды обладает рядом плюсов по сравнению с другими способами. Во-первых, аппараты просты и компактны, а во-вторых, не требуют больших затрат энергии. К тому же, управление системой обратного осмоса происходит в полуавтоматическом и автоматическом режиме.

Но все же данный способ имеет и свои минусы. Качество очистки здесь зависит от того, насколько эффективной была предварительная обработка. Помимо этого, полученная питьевая вода всё равно содержит достаточно большое количество соли (500 мг/м3 общей концентрации солей). Также этот способ требует повышенных эксплуатационных расходов, поскольку необходима регулярная закупка сопутствующих химикатов и смена мембранных фильтров.

Wonthaggi Desalination Plant – самый большой в мире завод по опреснению воды с помощью мембранных фильтров, расположенный в Мельбурне. Он способен перерабатывать в день 440 тысяч кубометров воды. В израильском городе Ашкелоне располагается завод, где воду очищают от солей методом обратного осмоса. Он обрабатывает в день 330 тысяч кубометров воды.

Суть термального способа (дистилляции) в том, что на станции опреснения морской воды жидкость кипятят, а полученный в итоге пар аккумулируют и конденсируют. Так образуется дистиллят – пресная вода. Выпаривать воду можно и не доводя до кипения. В этом случае её нагревают при более высоком давлении, чем в камере испарения. Для образования пара используют теплоту самой воды. При этом она охлаждается до температуры насыщения оставшегося рассола. Минусы этого способа – затратность, высокая энергоемкость, наличие внешнего источника пара. Однако именно он дает самый большой объем пресной воды за единицу времени. К примеру, завод Shoaiba 3 (Саудовская Аравия) производит дистилляционным методом до 880 тысяч кубометров пресной воды в день.

Эти два метода можно сравнить по нескольким ключевым параметрам:

Источник