методы опреснения и обессоливания морской воды

Актуальные проблемы инженерных наук
градиентов фильтрации и уменьшению их величины по сравнению с изотропной
задачей. При увеличении скорости сработки водохранилища возрастают градиенты
фильтрации и, соответственно, фильтрационные гидродинамические силы.
2. Результаты фильтрационных расчетов использованы при анализе влияния
фильтрационной анизотропии и сработки водохранилища на коэффициенты запаса
устойчивости откосов, определяемые по методу круглоцилиндрических
поверхностей обрушения. При сработке водохранилища учет анизотропии
способствует увеличению коэффициента запаса устойчивости верхового откоса
плотины примерно на 10-14% по сравнению с изотропной фильтрацией. Учет
фильтрационной гидродинамической силы необходим, так как снижает
коэффициент запаса на 5-10%. Устойчивость низового откоса наоборот, снижается в
случае анизотропной фильтрации на величину 5-15% в зависимости от параметров
плотины и коэффициента анизотропии.
Список литературы:
1. Гольдин А.Л., Рассказов Л.Н. Проектирование грунтовых плотин. М.: Издво АСВ, 2001.
2. Рассказов Л.Н., Орехов В.Г., Анискин Н.А. и др. Гидротехнические
сооружения. М.: Изд-во АСВ, 2008.
3. Шестаков В.М. Некоторые вопросы моделирования неустановившейся
фильтрации. Сб. «Вопросы фильтрационных расчетов гидротехнических
сооружений», ВОДГЕО, 1956, № 2.
4. Reinius E., The stability of the upstream slope of earth dams, Stockholm, 1948.
5. Sherard, J.L. , et al., Filter for Silts and Clay, ASCE, GT6, Vol. 110, June 1984.
ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕСНЕНИЯ И ОБЕССОЛИВАНИЯ
МОРСКОЙ ВОДЫ
Мемарианфард Хамед Есфандиар
Научный руководитель: Бестужева А.С.
Московский государственный строительный университет, г. Москва
Обессоливание и обезвоживание воды
Что такое обессоливание воды? Жесткая вода не только невкусная, но и может
стать причиной многих заболеваний человека, поэтому пить ее людям не стоит.
Очистка воды от растворов солей щёлочноземельных металлов называется ее
умягчением. Таким процессом как обессоливание занимаются все современные
городские службы жилищно-коммунального хозяйства, так как жесткость питьевой
воды – это важный показатель, заслуживающий пристального внимания и
исследований. Связано опреснение воды с жесткостью этой жидкости, т.е.
совокупности физических и химических свойств воды, зависящих от соотношения в
ней солей металлов. Соответственно с увеличением содержания таких солей вода
становится более «жесткой» и ее опреснение осуществляется труднее.
125
IV Всероссийская научно-практическая конференция «Научная инициатива
иностранных студентов и аспирантов российских вузов»
Методы опреснения воды, которые работают
Существуют множественные методы обессоливания воды, которые
применяются как для городских водопроводов, так и для обеспечения
промышленных технологических процессов.
Традиционные способы опреснения состоят из обратного осмоса,
электродиализа, катионирования, термического способа и реагентного умягчения.
Однако чаще всего предпочитают
использовать
безреагентное
обессоливание морской воды, которое
не только экономично, но и эффективно
и
безопасно.
Безреагентная
водоподготовка используется не только
коммунальными хозяйствами, но и
промышленными объектами, которые
заботятся
о
качестве
воды
и
безопасности внешней среды, проявляя
свою
озабоченность
мировыми
проблемам.
Безреагентное опреснение морской воды станет отличным выбором
практичных и людей, четко осознающих свои цели и миссию.
Наиболее простым и доступным способом опреснения является выпаривание и
перегонка морской воды, при котором растворенные минеральные вещества,
содержащиеся в морской воде в избыточном количестве, выпадают в осадок.
Испарившаяся вода затем конденсируется, после чего становится пригодной для
потребления в пищу, для полива растений и другого применения там, где требуется
ограниченное содержание минеральных солей. Существенным недостатком
опреснения воды способом перегонки является большой расход энергии. Для
решения
проблемы
предлагается
использовать
дешевую
энергию
низкотемпературного ядерного синтеза, производимую автономным блоком,
входящим в состав опреснительной установки. Полученная энергия
низкотемпературного ядерного синтеза в сотни раз дешевле энергии, производимой
современными атомными электростанциями. Применение дешевой энергии
позволяет значительно увеличить эффективность производства пресной воды путем
дистилляции.
На земном шаре общие запасы воды достигают 1,5 млн км3. Около 2% этого
объема составляет пресная вода, а количество доступной для использования воды не
превышает 0,003%. Доступные ресурсы пресной воды (реки, озера, искусственные
водохранилища) распределены весьма неравномерно. Поэтому уже в настоящее
время до 60% площади материков планеты испытывает дефицит пресной воды.
Недостаток воды ощущается в 43 странах мира. В условиях растущего загрязнения
воды продуктами жизнедеятельности человека и быстрого роста водопотребления
"водный голод" приобретает все большую остроту. Непрерывно увеличивающийся
объем промышленных, бытовых и дренажных стоков, сбрасываемых в естественные
водоемы, привели в непригодность многие источники природной пресной воды. В
результате развития промышленности в ближайшие годы следует ожидать
образования 6000 км3 сточных вод, для разбавления которых (с учетом повышения
качества очистки примерно в 2 раза) потребуется израсходовать весь мировой
речной сток. Согласно прогнозам гидрологов в ближайшее десятилетие в северном
126
Актуальные проблемы инженерных наук
полушарии будет происходить уменьшение стона рек и влажности почвы. В свою
очередь это потребует увеличения норм полива сельскохозяйственных угодий.
Наиболее радикальным способом ликвидации дефицита пресной воды является
опреснение соленых и солоноватых вод.
Недостаток пресной воды может быть ликвидирован и подачей ее по
трубопроводам или каналам из районов, в которых она имеется в избытке. Однако
при значительном удалении пресноводных источников опреснение соленой воды на
месте стоит дешевле пресной воды поступающей по водоводам.
Люди повсеместно нуждаются в пресной воде. Однако пресная вода
распределена на поверхности Земли неравномерно. Существуют районы,
содержащие избыточное количество морской воды и дефицит пресной воды.
Наиболее простым и доступным способом опреснения является выпаривание и
перегонка морской воды, при котором растворенные минеральные вещества,
содержащиеся в морской воде в избыточное количестве выпадают в осадок.
O 86,82
H 10,72
Cl 1,89
Na 1,06
Mg 0,14
S 0,088
Al<1×10-3
Mn 4×10-7
Ni 3×10-7
Cs 2×10-7
Co 1×10-7
Ti<1×10-7
Состав морской воды
(средний состав в вес.%)
Са 0,041
F 0,0001
Zn 5×10 -6
К 0,038
Si 0,00005
Ba 5×10-6
Br 0,0065
Rb 0,00002
Fe 5×10-6
С 0,002
Li 0,000015
Cu 2×10-6
-5
Sr 0,0013
N 1×10
As 1,5×10 -6
-6
В 0,00045
I 5×10
P 5×10-6
-7
-8
Рв 5×10
V 5×10
Ga 5×10-8
Se 4×10-7
Th 4×10-8
V 3×10-8
-7
-8
Sn 3×10
La 3×10
Ce 3×10-8
-7
-8
U 2×10
Bi<2×10
Sc 4×10-9
Mo 1×10-7
Hg 3×10-9
Ag 4×10-9
-7
-10
Ge<1×10
Au 4×10
Ra 1×10-14
Мировые технологии по опреснению морской воды разделяются на
следующие:
1) MSF (Multi-Stage Flash Distillation), метод опреснения, по которому
испаряют морскую воду по порядку через много камер, где постепенно понижается.
давление.
2) MD
(Membrane
Distillation), нагреть морскую
воду
с
одной
стороны
гидрофобной мембраны, которая
пропускает
пар,
но
не
пропускает воду, а с другой
стороны
охлаждать
пропущенный пар и получать
пресную воду.
3) MED (Multi-Effect Distillation), нагреть до высокой температуры
(эффектно) морскую воду в первой колонне и использовать образованный в первой
емкости пар для нагрева в последующих колоннах.
127
IV Всероссийская научно-практическая конференция «Научная инициатива
иностранных студентов и аспирантов российских вузов»
4) MVC
(Mechanical
Vapor
Compression), для нагрева морской воды в
первой
колонне
по
методу
МЕО
использовать частично сжатый пар. По
сравнению с методами МЗК и МО меньше
расхода энергии и имеет преимущество:
возможно
снизить
максимальную
температуру морской воды.
5) FP
(Freezing
Process)
кристаллизовать только влагосодержание,
охладив морскую воду, выделять и
растворять кристаллы для получения
пресной воды.
6) RO
(Reverse
Osmosis),
используется полупроницаемая мембрана,
которая имеет способность: вода проникает,
но ионы и молекулы примесей не
проникают. Получить пресную воду через
полупроницаемую мембрану возможно
давлением
морской
большим
воды
осмотического давления раствора.
7) ED (Electrodialysis), установить
попеременно мембрану, которая пропускает
только катион, и мембрану, которая
пропускает только анион, и включить
напряжение постоянного тока между ними
и убирать, к примеру, натриевый и хлорный
анион из морской воды.
Пресная вода уже сейчас становится
главным стратегическим ресурсом на
планете. Ведь если без нефти и газа
существовать можно, то без воды человеку
не прожить и недели. Таким образом,
океанские и морские воды могут стать
ценным источником водных ресурсов для
промышленного
использования.
Их
огромные
запасы
практически
неисчерпаемы.
Список литературы:
1. Потапов А.Д. Экология – М.:«Высшая школа» 2005.
2. Медведева В.Т. Инженерная экология – М. 2002.
128