Чистая пресная вода необходима для поддержания человеческой жизни и имеет первостепенное значение для человека. Однако в мире существует такая глобальная проблема, как дефицит пресной воды. Недостаток ее к настоящему моменту испытывают более 80 стран мира, расположенных преимущественно в засушливых областях и составляющих около 60% все поверхности суши.
Общий объем воды на Земле составляет примерно 1400 млн.км3, из которых только 2.5% (около 35 млн.км3) – пресная вода. Морская вода составляет около 98% всех водных ресурсов планеты.
В условиях дефицита пресной воды особую актуальность приобрела технология опреснения соленых вод. Это подтверждает тот факт, что 15900 опреснительных установок в мире в настоящее время производят около 95 млн.м.3 пресной воды в сутки [1].

На сегодняшний день основные методы опреснения соленой воды следующие:

1. Дистилляция
Эффективность работы дистилляционных испарителей ограничена образованием накипи в системе циркуляции горячего рассола. Энергопотребление дистилляционного опреснителя около 24 кВт*ч на 1м3 пресной воды. Коррозия и образование накипи на теплообменном оборудовании ограничивает теплопередачу и ведет к еще более высокому энергопотреблению. Следовательно, необходимо применение специальных антинакипных добавок, что существенно увеличивает расходы на обессоливание.

2. Обратный осмос
«Ахиллесовой пятой» технологии обратного осмоса является загрязнение мембран. Следовательно, необходимы этапы предварительной обработки воды, чтобы продлить срок службы мембран и максимизировать эффективность данного метода. Энергопотребление опреснительной установки с технологией обратного осмоса в среднем 6-9 кВт*ч на 1м3 пресной воды.

3. Ионный обмен
Метод основывается на удалении из жидкости катионов и анионов солей. Недостаток ионообменного метода — сравнительно высокий расход реагентов. Рентабельность ионного обмена при опреснении воды обычно ограничивается исходным содержанием растворенных солей 1,5–2,5 г/л, поэтому широкого применения для опреснения воды ионообменный метод не находит.

4. Электродиализ
Процесс электродиализа применяют для обессоливания воды, содержащей не более 10 г/л растворенных солей. Фактическое энергопотребление опреснителя 7-15 кВт*ч на 1м3 пресной воды.

5. Вымораживание
Вымораживание – простой, но самый энергозатратный способ обессоливания воды. Энергопотребление достигает 68,5 кВт*ч на 1м3 пресной воды.














ВАЖНО!
Существующие технологии опреснения используют большое количество энергии и в то же время производят побочный продукт. Этот гипер-солевой побочный продукт (соленость 55-350 г/л в зависимости от метода опреснения) известен как «рассол». На 2019г. производство рассола в мире составляет около 142 млн.м3 в сутки [1]. В то же время для некоторых способов опреснения требуется предварительная обработка воды с применением: коагулянтов, биоцидов, биосульфатных солей, кислот, антискалантов, ингибиторов коррозии. Образовавшийся после завершения процесса опреснения рассол, с растворенными в нем химическими веществами, обычно сбрасывается обратно в водные объекты, тем самым оказывая неблагоприятное действие на окружающую среду:
· увеличивается соленость воды в зоне приема и смешивания
· повышается соленость донных отложений, обусловленная высокой соленостью рассола, который является отрицательно плавучим
· снижается растворимость кислорода, а следовательно, и содержание растворенного кислорода
· образование токсичных соединений для водных организмов
· увеличение мутности воды с увеличением взвешенных веществ, что влияет на глубину проникновения света
· смертность организмов морской флоры и фауны вследствие превышения толерантности организмов к солености воды, недостатка кислорода, отравления тяжелыми металлами и химическими веществами

Обезвоживание солевого раствора с применением вихревой технологии

На базе лабораторной установки нашей аэродинамикой вихревой камеры был проведен опыт по обезвоживанию солевого раствора из шахт предприятия ПАО «Норникель» и получена сухая соль и паровоздушная смесь с возможностью получения пресного конденсата. Энергопотребление составило менее 5 кВт*ч на 1м3 пресной воды.
Аэродинамическая вихревая камера представляет собой устройство, которое реализует равномерное распределение среды по периферии камеры и в котором жидкость совершает вращательное движение, т.е вихревая камера способствует образованию вихревого потока. Внутри камеры расположен ротор, который приводится в движение потоком воздуха и вращается с угловой скоростью ω = 387 рад/с. Соленая вода впрыскивается в камеру под давлением и под воздействием вращения ротора мгновенно прижимается к ее внутренней поверхности. Частицы воды в вихревой камере вращаются со скоростью ротора и имеют очень большое центробежное ускорение a = 29600 м/с2. Такое силовое поле позволяет удерживать их в вихревой камере так долго, как это необходимо для завершения термодинамических процессов.

Преимущества аэродинамической вихревой камеры для опреснения солевых растворов:
1. Результатом является сухая соль и пресная вода. Технология вихревого воздействия на солевой раствор позволяет получить соль в чистом виде, что не позволяет сделать ни одна из существующих технологий опреснения
2. Концентрация исходного солевого раствора не имеет значения для работы нашей установки
3. Нет образовывания рассола! Экологически безопасная технология!
4. Нет необходимости в каких-либо фильтрах или иных расходных материалах
5. Низкое энергопотребление метода


1. Edward Jones, Manzoor Qadir. The state of desalination and brine production: A global outlook. - Science of the Total Environment 657 (2019)