ЯК заповнити Водні ресурси?

Багаті на нафту країни Аравійського півострова, де дефіцит води здавна був частиною буття місцевого населення, вирішують проблему за допомогою опріснювальних установок, що пожирають мегавати енергії. За тим же шляхом йде Китай, який розгорнув в приморських провінціях, які відчувають нестачу прісної води, масштабне будівництво опріснювачів. У провінції Шаньдун протягом найближчих п'яти років передбачається побудувати 21 установку, які будуть видавати близько 140 млн м3 прісної води в рік. Будівництво нового потужного устаткування для опріснення морської води ведеться в Ізраїлі, Північній Африці, на півдні Європи, в американських штатах Флорида і Каліфорнія, в Сінгапурі.
Якщо в 1990 р в світі за допомогою опріснювачів вироблялося 4 млн м3 води на добу, то в 2000 р - 16 млн м3, а в 2007-му - вже 50 млн м3. Згідно з прогнозом фахівців інвестиції в будівництво нових опріснювальних потужностей складуть приблизно 20 млрд доларів США.
Однак коли сьогодні говорять про брак води, мають на увазі аж ніяк не тільки пустельні, посушливі території планети. Чистий, придатна для пиття вода катастрофічно зменшується і там, де цього, здавалося б, просто бути не може.
За даними екологів, через постійне погіршення якості водних об'єктів в Ленінградській області практично не залишилося чистих поверхневих джерел водопостачання. Річки Свір, Паша, Оять, Сясь, Волхов, Нева, Луга, Плюса перейшли в категорію "забруднених" (4-й клас якості), а нижні і середні ділянки річок Тосно, Мга, Іжора, Чорна - в категорію "брудних" і "дуже брудних" (5-6-й клас якості). Не рятують положення і підземні води. Найбільш потужні підземні водоносні горизонти - солоні. З 1362 джерел децентралізованого водопостачання області (колодязі, артезіанські свердловини, джерела і т.п.) 18,5% не відповідають санітарно-хімічним нормативам, а за мікробіологічними показниками не відповідають нормі 22,7% джерел. І головною причиною такого становища стало інтенсивне промислове забруднення навколишнього середовища.
Ось дані Державного водного кадастру країни по іншому російському регіону - Красноярському краю. Підприємства Заполярного філії ВАТ "ГМК" Норільський нікель "скидають щорічно 85,4 млн м3 забрудненої води. Красноярська ТЕЦ-2 "виробляє" 39,2 млн м3, ТОВ "Єнісейський ЦПК" - 26,4 млн м3, ВАТ "Ачинський глиноземний комбінат" - 6,25 млн м3 і так далі ...
Регіони як приклад обрані майже навмання. Тривожні повідомлення надходять звідусіль. Нижегородська, Челябінська, Пермська, Амурська області, Приморський край останнім часом не раз балансували на межі найгостріших криз, викликаних нестачею води через кліматичні причин або промислового забруднення вододжерел. Столиця держави - Москва - споживає 5 млн м3 води на добу. І навіть тут в самому найближчому майбутньому цілком реальні проблеми з водопостачанням.
Таким чином, абсолютно ясно, що людству в цілому і окремих країнах зокрема, в число яких входить і Росія, не залишається нічого іншого, як серйозно зайнятися виробництвом чистої прісної води, опріснити морську і очищаючи зіпсовану, заражену відходами нашої життєдіяльності.
ЯК опріснювати морську воду?
"Прісною питної" вважається вода, якщо вміст солей в ній не перевищує 1 грама на 1 літр.
Сьогодні прісну воду з морської отримують методами дистиляції, зворотного осмосу, електродіаліз, виморожування і іонного обміну.
1. MSF (Multi-Stage Flash Distillation), дистиляція миттєвим скипанням - метод опріснення, коли морську воду випаровують по порядку через багато камер (Flash Chambers), в яких поступово знижується тиск.
2. MD (Membrane Distillation), мембранна дистиляція - нагрівання морської води відбувається з одного боку гидрофобной мембрани, яка пропускає пар, але не пропускає воду; з іншого боку мембрани пар охолоджується і конденсується.
3. MED (Multi-Effect Distillation), багатоколонного дистиляція - нагрівання морської води до високої температури в першій колоні і використання утвореного пара для нагріву в наступних колонах.
4. MVC (Mechanical Vapor Compression), компресійна дистиляція - для нагріву морської води в першій колоні по методу MED використовується частково стислий пар. У порівнянні з методами MSF і MD він вимагає меншої витрати енергії і дає можливість знизити температуру первинного нагріву, хоча не годиться для виробництва великих обсягів прісної води.
5. FP (Freezing Process), виморожування - охолодження морської води до кристалізації вологи і подальше виділення кристалів для отримання прісної води.
6. RO (Reverse Osmosis), зворотний осмос - використання напівпроникною мембрани, яка під тиском більше осмотичного пропускає воду, але затримує іони і молекули домішок.
7. ED (Electrodialysis), електродіаліз - використання двох мембран, одна з яких пропускає тільки катіони, інша - тільки аніони, що утворюються під дією прикладеної напруги постійного струму.
З усього обсягу одержуваної в світі опрісненої води 71,5% припадає на частку дистилят-ційних опріснювальних установок, 19% - обратноосмотічеськіх, 9,4% - електродіалізних, 0,1% - на частку заморожують і іонообмінних опріснювальних установок.
Традиційні опріснювачі, що використовують технології випарювання, є досить складні споруди, так як повинні бути агреговані з ТЕЦ, яка забезпечує дешеву теплову енергію. Ця умова відпадає в мембранних установках, що складаються з легко збираються модулів, яким потрібна лише електроенергія.
Французька компанія "Ondeo Degremont" отримала замовлення на спорудження найбільшого в світі опріснювального комплексу річною потужністю 62 млн м3 в еміраті Фуджейра (ОЕА) вартістю 160 млн євро. Інша французька компанія - "Vivendi Environnement" будуватиме опріснювальну установку річною потужністю 50 млн м3 і вартістю 110 млн євро поблизу Тель-Авіва (Ізраїль).
На цих двох комплексах традиційна технологія буде комбінуватися з мембранної. Таке поєднання, а також вдосконалення технології попередньої обробки морської води дозволяють істотно знизити вартість опріснення на нових установках - до одного долара за 1 м3 і менше. На ізраїльської установці собівартість буде навіть нижче - 0,55 долара. Це забезпечується можливістю альтернативного застосування кожної з технологій в залежності від цін на електроенергію. Як вважають, майбутнє може належати саме комбінованим комплексам.
НЕДОЛІКИ ЗАСТОСОВУВАНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Перераховані технології опріснення не позбавлені мінусів, істотно підвищують експлуатаційні витрати.
Освіта накипу на теплопередающих поверхнях дистиляторів різко знижує їх ефективність. Доводиться часто зупиняти і очищати випарники, використовувати антинакипін, хімреагент, при міняти дорогі системи водопідготовки.
Такі ж проблеми виникають і при використанні мембранних технологій. Наприклад, що подається під тиском 50-150 атм на мембрани вода (при вмісті солей 40 г / л) має жорсткі обмеження за змістом суспензій, колоїдних забруднень, вільного хлору, солей заліза, кальцію, магнію і стронцію. У ній не повинно бути мікробіологічних забруднень, її температура не може перевищувати 35-45оС і т.д.
Тобто попередня очистка (передпідготовки води) стає одним з головних етапів даних методів, а вартість систем очищення іноді в 2-3 рази перевищує вартість самих опріснювати установок; вона вимагає додаткових енерговитрат, великої кількості змінних матеріалів і реагентів, що, в свою чергу, дуже негативно позначається на стані навколишнього середовища.
Крім того, для великих опріснювальних комплексів необхідні потужні котельні (ТЕЦ) або атомні реактори. При опріснення методами дистиляції витрати на використане тепло досягають 40-50% від вартості отриманої води.
Проте спосіб уникнути цих складнощів сьогодні існує.
ГІДРОВОЛНОВОЙ МЕТОД
Унікальна технологія, створена в НТЦ "ТЕРОС-МІФІ" (Москва) під керівництвом заслуженого винахідника Росії В. С. Афанасьєва, заснована на застосуванні раніше не використовувалися в цій області фізичних процесів. В їх основі - створення в морській воді під впливом високочастотних механічних коливань таких гідродинамічних режимів, при яких в сольовому розчині створюються хімічні і теплові умови, що сприяють очищенню і випаровуванню води у багато разів ефективніше, ніж у відомих випадках. Відбувається це так.
Насос подає воду на що обертається з великою швидкістю ротор з періодично відкриваються вікнами (прорізами). Прорізи закриті - тиск в воді підвищений, прорізи відкриваються - тиск різко падає. Таким чином, вода нагрівається до температур вище 100оС НЕ тепловим, а механічним впливом практично з ультразвуковою частотою. А оскільки теплові нагрівальні елементи відсутні, утворюються відкладення не впливають на процес очищення. Немає необхідності займатися водопідготовкою, обладнання працює без використання витратних матеріалів в процесі експлуатації, не потрібні фільтри, іонообмінні смоли, сорбенти, хімічні реагенти і т.д. А значить, вторинні відходи, типові для інших технологій очищення, відсутні.
Другою відмітною особливістю гідроволновой технології є те, що в ній застосовується новий спосіб генерації пари в численних високоенергетичних зонах.
Перегріта вода подається на спеціальні перешкоди, за якими утворюються кавитационні зони зниженого тиску - суперкаверни. Кипіння там відбувається вже при температурі 30-60оC. Відведення пари з численних суперкаверн гідродинамічного парогенератора знижує температуру водного потоку, що використовується для конденсації відведеного пара. Питомі енерговитрати, таким чином, знижуються до 3 кВт. ч / м3, що значно менше, ніж у відомих аналогів.
Крім цього високочастотне гідродинамічний вплив руйнує органічні молекули, наприклад токсичних речовин (ціанідів, фенолів та ін.) На нешкідливі прості компоненти. Немає також необхідності в застосуванні стерилізуючого обладнання.
Ще одна особливість гідроволновой технології - можливість здійснення звукохіміческіх реакцій, при яких відбувається ефективне осадження деяких типів домішок, наприклад дейтерію, тритію і радіоактивного вуглецю-14. А це означає, що установка дозволяє вирішити найважливішу проблему очищення рідких радіоактивних відходів. Творці установки, наприклад, пропонують в найкоротші терміни (три роки) повністю вирішити проблему Теченского каскаду водойм, яке експлуатується ФГУП ПО "Маяк", в яких до теперішнього часу накопичилося близько 400 млн тонн радіоактивних відходів. Таку пропозицію направлено уряду.
І, можливо, найголовніше гідність установки. Оскільки для її успішної роботи не потрібні фільтри і мембрани, сорбенти і іонообмінні смоли, хімічні реагенти, вона здатна очищати в безперервному режимі промислові стоки практично будь-якого підприємства незалежно від характеру виробництва.
Робити це все одно доведеться. Здатність природи чинити опір людського впливу не нескінченна. Люди вже зараз відчувають на собі наслідки необдуманого посягання на екологію, і наслідки ці, якщо не брати необхідних заходів, будуть лише наростати і обважнювати.
Опріснювальний комплекс по гідроволновой технології передбачає модульний принцип побудови. За модуль прийнята установка продуктивністю 1200 м3 / добу (50 м3 / ч). Модуль може бути також розроблений з більшою продуктивністю.
Установка (модуль) здатна очищати і знесолювальних воду з будь-якій природній мінералізацією.
Установка (модуль) комплектується в кліматичному блок-боксі габаритами 3x3x10 м.
Відмінні показники гідроволнового процесу опріснення в порівнянні з існуючими:
1. Робота опріснювальної установки відбувається без використання витратних матеріалів в процесі експлуатації. Відсутні фільтри, іонообмінні смоли, сорбенти, хімічні реагенти і т.п.
2. Установка очищає і знесолювальних морську воду незалежно від ступеня її забруднення і мінералізації.
3. Немає необхідності в попередньої водопідготовки.
4. Питомі енергетичні витрати менші, ніж для всіх відомих установок (1,5-3,0 кВт. Год / м3).
5. Забезпечено повна екологічна безпека, можливо виділення домішок у вигляді твердого осаду.
6. Не треба в капітальному будівництві, оскільки опріснювальний комплекс передбачає модульний принцип побудови.
7. Установка здатна працювати від будь-якого джерела енергії, однак кращою є електроенергія.
8. Характер обслуговування: профілактичний огляд і зняття показань приладів працівником низької кваліфікації.
9. Витрата вихідної води дорівнює витраті очищеної води плюс обсяг наявних домішок.
10. Установка дозволяє здійснювати як переробку відходів, так і різні способи їх утилізації.
11. Собівартість 1 тонни виробленої прісної води - не більше 0,3 долара США. Установка за запропонованою технологією придатна для багатоцільового застосування через відсутність характерної для відомих технологій очищення водопідготовки.
Основні напрямки використання установок з гідроволновой технологією:
- очищення і опріснення морської води;
- очищення і знесолення природних вод будь-якого ступеня забруднення, в тому числі отримання води високого ступеня чистоти для медичних цілей (наприклад, "води для ін'єкцій";
- очищення і утилізація рідких радіоактивних відходів;
- отримання стійких водопаливних емульсій, палив з новими властивостями;
- виробництво теплогенераторів з високим коефіцієнтом перетворення енергії для систем гарячого водопостачання та теплового забезпечення виробничих та житлових об'єктів;
- очищення ємностей і трубопроводів від відкладень, забруднень;
- очищення і знешкодження забруднених вод в умовах надзвичайних ситуацій;
- поліпшення якості нафти і нафтопродуктів (зниження температури застигання і зменшення домішок, наприклад сірки);
- знешкодження отруйних речовин (ОР).
Відсутність традиційної водопідготовки (хімреагентів, сорбентів, фільтрів, іонообмінних смол і т.п.) дозволяє впровадити в експлуатацію таку установку для очищення і кондиціонування рідких радіоактивних відходів, що утворюються на АЕС, коли кількість відходів, що надходять в сховище, може бути зменшено в сотні разів , що є визначальним при вирішенні даного завдання.
бюро довідок
КЛАСИ ЯКОСТІ ВОДИ
Для оцінки якості водних об'єктів найчастіше використовується гідрохімічний індекс забруднення води (ИЗВ).
Це комплексна величина, що розраховується по шести-семи показниками концентрації містяться у воді речовин.

де С i- концентрація компонента;
N - число показників;
ГДК i- встановлена ​​гранично допустима величина концентрації для даного водного об'єкта.
Залежно від величини ИЗВ вода поділяється за якістю на 7 класів:
1-й клас - дуже чиста (до 0,2); 2-й - чиста (0,2 - 1); 3-й - помірно забруднена (1 - 2); 4-й - забруднена (2 - 4); 5-й - брудна (4 - 6); 6-й - дуже брудна (6-10); 7-й - надзвичайно брудна (більше 10).

Наука і життя // Ілюстрації

При тиску нижче атмосферного вода в баку доводиться до кипіння. Пар всмоктується компресором і конденсується в зануреному в розсіл теплообміннику, одночасно збільшуючи температуру підігріву.

В результаті переміщення крізь мембрани іонів розчинених солей в одній камері збирається збагачений сіллю розчин, а в іншій вода опріснюється.

Вода під тиском проходить через напівпроникну мембрану, яка затримує розчинені солі.

Заслужений винахідник України В.С. Афанасьєв біля демонстраційної установки гідроволнового методу очищення води.

Конструктивна схема очищення і знесолення води гідроволновим методом, продуктивністю 1200 м <SUP> 3 </ SUP> / сут.

Принципова схема комплексу для очищення та знесолення морської води сумарним подаванням 24 000 м <SUP> 3 </ SUP> / сут.

Техніко-економічні показники модуля.

<

>