1. Для чего нужна вода на судах
Опреснение морской воды является очень актуальным, особенно в сфере судоходства. Ведь пресная вода просто необходима для различных нужд. А где её взять посреди моря или океана? Запасаться заранее и перевозить большие объемы – это не рентабельно. Во-первых, потребуются большие емкости, которые занимают много места. Во-вторых, воды надо много, так как суда могут длительное время находится в открытом море. И в-третьих, у каждого типа воды (питьевая, техническая) требует определенных условий хранения.
Так для чего же нужна вода на судах? В первую очередь для питья и гигиенических нужд, для приготовления пищи. Так же необходима для мытья палуб, охлаждения и нагрева. И, естественно, чем больше судно, тем больший объем воды потребляет. Так же показатель расхода зависит от длительности плавания. Если говорить о небольших яхтах, на которой находится определенное количество человек, то и воды потребуется не так много. А если рассматривать лайнеры, которые совершают длительные путешествия, в этом случае расход будет приличный. Ведь надо полностью обеспечить водой не только пассажиров и команду, но и позаботиться о технических нуждах.
Конечно, суда могут зайти в порт и пополнить запасы пресной воды. Но это трата времени. К тому же качество очистки отличается. Питьевая вода должна быть более отфильтрованная, чем техническая. Чтобы иметь постоянный запас пресной воды устанавливают опреснители. Это специальные устройства, которые помогают сделать из морской воды пресную. Добиваются этого путем удаления излишка солей. Так же в морской воде могут присутствовать различные примеси. Поэтому избавляться надо не только от высокой концентрации солености, но и от других загрязнений. В противном случае такую воду нельзя использовать.
Чтобы получать пресную воду из морской, в соответствии с регламентом, можно совмещать несколько технологий. Способы обессоливания подбираются в зависимости от требований. То есть для маленького катера вовсе не обязательно установки габаритной системы обессоливания и фильтрации. В то время как крупным судам и подводным лодкам необходима полноценная система водоподготовки.
Пресная вода не является абсолютно пустой. В ней содержится определенное количество микроэлементов. От концентрации определенных веществ зависит применение такой воды в судоходстве. Основными показателями являются соленость и жесткость воды. Соленость дает хлористый натрий, жесткость-соли кальция и магния. Так как на суднах требуется разная степень опреснения воды, то используются разные методы фильтрации. То же самое касается условий хранения. Обязательное соответствие всем нормативам.
Технологии обессоливания морской воды используются уже достаточно давно. Изначально наиболее распространенным был метод обратного осмоса, как в принципе и на сегодняшний день. Но добавились и другие способы, которые не менее эффективны. При подборе оборудования для водоподготовки морской воды следует предварительно сделать анализ. Из состава будет видно какая именно концентрация соли присутствует и какие еще элементы находятся в воде. Далее рассчитывается производительность оборудования.
1. Способы опреснения
Способов обессоливания морской воды достаточно много. И выбираются они исходя из производительности, степени фильтрации и других технических требований. Разберем все методы поподробнее.
Химический способ. Быстрое обессоливание морской воды. Используются соли бария или соли серебра. При их добавлении начинается взаимодействие реагентов с солями и в итоге получается осадок. Очищенная вода подается потребителю или на следующий этап фильтрации, а осадок утилизируется. Для полного удаления реагентов из воды может быть установлен дополнительный фильтр. Чаще используются сорбенты или угольный. Это необходимо для полной очистки воды от возможных продуктов распада. Вроде бы метод очень простой и быстрый, но использование химических веществ нежелательно для опреснения питьевой воды. Дело в том, что в процессе удаления солей могут остаться продукты распада или неиспользованные ионы химикатов. Это недопустимо по нормативам. К тому же такой способ обязывает установки специальных комплектующих для добавления реагентов называемые дозатором. Именно этот элемент позволяет добавлять реагенты строго по норме. Так как их недостаток в воде полностью обесценит технологию. А их переизбыток, ухудшит существующий состав. Что может еще больше ухудшить состояние воды. Подбор химических веществ, а также дозации, зависит от исходного состава морской воды и концентрации солей. Такой способ оптимален для опреснения технической воды. Но опять же, чем более соленая вода, тем больше химических веществ потребуется. А это повышенные расходы на эксплуатацию. Реагенты часто очень агрессивны и их использование должно быть очень осторожным, не нарушая техники безопасности. Конечно, современные химические вещества очень разнообразны. Поэтому подобрать реагенты не так сложно. Но вопрос в их агрессивности. Чем быстрее необходима химическая реакция, тем более опасные вещества используются. Химическое опреснение, на сегодняшний день, редко используется в сфере судоходства, из-за высокой степени опасности и расхода на эксплуатацию.
Способ дистилляции. Один из наиболее востребованных вариантов опреснения. Морскую воду можно назвать раствором, который состоит из воды и солей, летучего растворителя и твердых элементов. Смысл дистилляции в нагреве исходной воды. Образовывающийся пар собирается и конденсируется. Таким образом получается пресная вода. Еще один вариант дистилляции – без кипения. В этом случае используется давление и температура. Морская вода подвергается нагреву, но до температуры кипения. При этом давление в камере обработки выше, чем в камере, где происходит испарение. Из-за разницы температур, при поступлении в камеру испарения, вода становится паром, называемый в последующем дистиллятом. Для того чтобы этот пар образовался, используется тепло от испаряемой жидкости. Отдавая тепло, вода охлаждается до первоначального состояния. Называются эти два процесса по-разному: изотермический и адиабатный. В первом случае, для выпаривания используется, нагрев при подключении к энергоисточнику. Недостатком способа является его «прожорливость». Для того чтобы довести воду до кипения требуются значительные затраты электроэнергии. Но если использовать вакуумный испаритель или парогенераторы, можно значительно снизить расходы. Во-втором случае процесс некипящий и используется тепло воды. Дистилляцией в основном опресняют на судах промысловых.
Ионный способ. Для опреснения используется ионная смола синтетического происхождения. Можно использовать и природную, но её расход будет значительно больше. Смола гранулирована. Суть метода в замещении ионов солей на натрий. То есть проходя через ионную загрузку, молекулы солей прицепляются к гранулам, а те, в свою очередь, отдают натрий. Но для обессоливания таким методом требуется много ионитов. Из положительных моментов-ионозамещение позволяет не только обессоливать морскую воду, но и сразу удалять загрязнения. Не требуется установка дополнительных модулей очистки. На скорость и качество опреснения влияет состав воды и температура. А также свойства самого загрузочного материала. Ионная смола нуждается в периодической регенерации. Обессоливая, гранулы отдают натрий и со временем его количество уменьшается. Чтобы восполнить запасы требуется промывка загрузочной среды.
Способ обратного осмоса. Чаще применяется технология ультрафильтрации, одна из разновидностей мембранного метода. Разница заключается в самой мембране, в размерах ячеек. Поток воды под давлением подается на мембрану. Чистая вода проходит сквозь ячейки, а вот молекулы соли не могут, потому что являются более крупными по диаметру. Вообще, технология обратного осмоса применялась при обессоливании морской воды одной из самых первых. Технологию продолжали совершенствовать. И теперь это один из основных методов опреснения морской воды. Преимущества способа в полном обессоливании воды, даже при высоких показателях. Возможность получать питьевую воду, не используя реагенты. К тому же технические характеристики воды не изменяются после фильтрации. То есть ля обессоливания её не надо нагревать или охлаждать. Поэтому дополнительных расходов на электроэнергию нет. Что касается недостатков, то это сроки службы мембран. Чем больше концентрация солей, те чаще приходится заменять мембраны. Так же при необходима предварительная обработка воды от механических примесей. Это могут быть фильтры грубой очистки или угольные. Такая предосторожность необходима из-за возможности повреждения мембран. Для фильтрации соленой воды они, конечно, более усиленные. Однако, больше защищены от агрессивного воздействия солей и температуры. Что касается механических элементов, то они не только деформируют, но и засоряют фильтр, повышая нагрузку на систему. В современных установках фильтры предварительной очистки уже в комплектации системы.
Способ электродиализа. Используются специальные диафрагмы. Их наполнение состоит из смол с разным зарядом. Плюс к этому обязательна постоянная подача тока с определенным напряжением. Соли, которые растворены в морской воде, двигаются к электродам. Опреснение происходит с помощью мембран, которые более защищённые, чем при методе обратного осмоса. Если говорить проще, то вода проходит через мембранный фильтр при помощи электрического поля. Достигается оно с помощью разных зарядов катионов и анионитов. Чем более соленая вода, тем больше потребляется ресурсов. На выходе получается практически обессоленная вода. Электродиализ тратит минимальное количество ресурсов. При этом можно удалить из воды не всю соль, а только определенный тип. Так как мембранные элементы более устойчивы к внешнему воздействию, температура воды не играет роли при опреснении. Можно опреснять как горячую, так и холодную воду. Промывается фильтр так же с помощью обратного потока воды. Так ка мембраны более усилены, срок их эксплуатации выше.
Способ вымораживания. За основу взято природное опреснение. Лед- это замершая пресная вода. То есть при заморозке морской воды, пресная превратится в лед, а соль не поменяет так быстро свое состояние и будет находится в жидком виде. Но если замораживать воду в естественных условиях, даже при наличии климатических, получится длительный процесс. Поэтому кристаллизацию производят с помощью бутана в жидком виде. Соль быстро устраняется. Но такой способ не позволяет быстро обессолить большой объем воды. И у метода низкая производительность. Установки занимают много места. Поэтому кристаллизация не является основным выбором при подборе технологии обессоливания.
Выбор технологии зависит от многих показателей. Сюда входит производительность, исходные характеристики воды, требуемая степень очистки, расходы н эксплуатацию. То есть должно быть удовлетворено не одно условие.
У каждого метода есть свои преимущества и недостатки. Химическое опреснение позволяет обессоливать техническую воду. Она подходит для мытья и других нужд. Использование её для фильтрации питьевой воды нежелательно. К тому же это значительный расход химических веществ, которые необходимо хранить при определённых условиях. Конечно, современные лайнеры могут позволить обеспечить такое хранение. Но, например, яхты или катера, нет. Просто недостаточно места. Дистилляция требует установки габаритного оборудования. Поэтому для небольших судов так же не очень удобно. Ионная смола требует расходов на фильтрующую загрузку и особых условий промывки. При кристаллизации также устанавливаются габаритные устройства. Самым универсальным способом будет мембранная технология ультрафильтрации или обратного осмоса. Единственно, производительность не такая высокая, по сравнению с дистилляцией. Но это решается путем установки дополнительного оборудования.
2. Какое оборудование устанавливается
Оборудование подбирается исходя из метода опреснения. Содержит оно множество модулей очистки. И это не только сам элемент опреснения. В комплектации могут быть контроллеры, датчики, насосное оборудование, дозаторы, обеззараживатели. Отличия заключается в самом фильтре, который будет обессоливать. В случае химического метода – это реагенты, ультрафильтрация – мембрана. Кроме того, у каждого типа оборудования своя производительность. И эта категория зависит не только от самого элемента опреснения, но и внешних показателей. К примеру, важен состав исходной морской воды, в которой особое внимание уделяется концентрации солей и жесткости. Температура воды, давление – всё это так же важно учитывать. Практически для каждой технологии обязательна предварительная обработка от мусора. В морской воде, так же, как и в пресной, содержатся механические загрязнения, которые необходимо удалить. В частности, такая предварительная очистка нужна при мембранном способе опреснения.
Любое оборудование обязательно автоматизировать. Зачем же это нужно? Постоянно контролировать процесс опреснения морской воды не очень удобно. К тому же всем элементам фильтрации требуется очистка от накопившихся примесей соли. Для ионной смолы – это регенерация с помощью солевого концентрата. Для мембраны-промывка потоком воды в обратном направлении. Какой бы вариант очистки не был выбран, сам он начаться не может. Поэтому и устанавливаются специальные блоки управления, которые позволяют включать режим очистки по заранее заведенной программе. Кроме автоматизации системы требуется обеспечить определенное давление при обработке воды. Этим занимаются насосы. Если говорить о химическом опреснении, то требуется дозатор для добавления химических веществ в воду.
В основном, на судах используются технологии обратного осмоса или дистилляторы. В стандартном оборудовании дистиллятора должно находится: насос, датчики, клапаны, дозатор, контроллер, электромагнитный клапан. Но комплектация может отличаться, зависит от производителя. Установки обратного осмоса включают в себя мембрану, клапаны, насосное оборудование, картриджи, корпуса, регуляторы давления, датчики, контроллер. Но также комплектация может быть разной, в зависимости от производительности системы. Например, при обратном осмосе обессоливание достигает 99%. То же самое касается удаления всех типов примесей. Поэтому вода получается пустая. Её можно использовать для парогенераторов. А вот для питья её желательно дополнить микроэлементами. Для этого на финишной обработке устанавливают минерализатор.
Любая установка нуждается в монтаже и пуско-наладочных работах. Это необходимо для проверки работоспособности оборудования.
Каждая система обессоливания, независимо от выбранного метода имеет свои технические требования. Это может выражаться в температуре окружающей среды, поддержании определенного давления, температура воды и концентрации примесей. Если не учитывать требования, то оборудование будет работать неэффективно. Например, мембраны могут обессоливать только холодную воду и для них обязательно поддержание определенного диапазона давления. Кроме метода электродиализа, в этом случае температура воды не имеет значения. Ионная смола требует обязательной промывки специальным концентратом, который предварительно необходимо подготовить. Что касается очистки элементов фильтрации, то это отдельная категория. При обессоливании любой фильтр наполняется примесями. Это не только соли, но и другие загрязнения которые присутствуют в морской воде. Для поддержания качества опреснения необходимо удалять эти элементы с модулей фильтрации. Чтобы не очищать вручную, производится автоматизация. Практически все современные опреснители имеют такую функцию в стандартной комплектации.
3. Какой метод и оборудование наиболее эффективны
Сравнивая технологии нельзя сказать об эффективности какого-то одного способа. У каждого из них есть преимущества и недостатки. Поэтому выбор зависит от требований и производительности. Но все же некоторые способы наиболее приоритетнее. Вымораживание и химический метод являются более устаревшими и используются редко. По причине высоких затрат на эксплуатацию. Химикаты не могут использоваться для опреснения питьевой воды, а кристаллизация требует установки габаритного оборудования. Ионные смолы также не особо популярны. Все дело в регенерации смолы. Она требует промывки специальным солевым концентратом. Для этого необходимо устанавливать дополнительное оборудование, чтобы подавать раствор на фильтрующую среду. А потом утилизируемую воду снова подвергать очистки, потому что она сильно соленая. А сброс такой воды на постоянной основе значительно повысить уровень содержания солей в морской воде.
Самыми распространенными являются методы дистилляции, как с кипением, так и без, и обратного осмоса. Такие установки не требуют значительных затрат на эксплуатацию. Современные мембраны для опреснения морской воды делают более защищенными, чем для пресной. Это необходимо для защиты от агрессивного воздействия элементов. В морской воде ведь не только повышенная жесткость и солевые микроэлементы, но и другие примеси. Поэтому элементы изготавливаются из прочных полимерных материалов. Конечно, при высокой концентрации соли, мембраны требуется чаще очищать, да и срок службы их не особо велик. Зато дают возможность получать абсолютно чистую пресную воду, без дополнительных модулей фильтрации.
Что касается дистилляторов, в этом случае есть несколько вариантов. При использовании внешнего источника питания для доведения воды до кипения, тратиться много энергии. Поэтому расход на содержание подобного оборудования выйдет не дешево. Но при этом метод не использует химические вещества и позволяет качественно обессолить воду любой степени солености не снижая производительности. Если выбирать метод, основанный не разнице температур и давлении без кипения, то расходы на энергию снижаются. Потому что для образования тепла используется немного другой подход.
Поэтому говоря об эффективности обессоливания морской воды в приоритете будут именно эти два варианта. Они не используют химические вещества, а значит можно использовать очищенную воду в качестве питьевой, минимальны расходы на эксплуатацию и системы имеют достаточную производительность. Современные установки обессоливания отличаются по компактности. В случае яхт, используется минимальная комплектация и такая система не занимает много места. Что касается больших судов, то в этом случае комплектация расширена, ввиду добавления дополнительных модулей.
4. Рекомендации
Обессоливание и фильтрация морской воды занимают важную часть в сфере судоходства. Различные опреснители помогают удалить излишки соли, а дополнительные фильтры-загрязнения. Современное оборудование настолько разнообразно, что подобрать под конкретные нужды не составит труда. При повышенной солености можно комбинировать как технологии, так и оборудование. При этом получать пресную воду, которую можно использовать в качестве питьевой. Подбор установок определяется исходя из технических свойств воды, производительности и первичного состава.
Обязательна автоматизация оборудования. Особенно это актуально на больших судах, где повышенный расход воды разной степени очистки. Современные установки используют разные способы опреснения и отличаются не только по внешним данным, но и техническим характеристикам. Технология подбирается, основываясь на производительности, в первую очередь.
Кроме выбора, монтажа и пуско-наладочных работ, устройствам обессоливания требуется сервисное обслуживание. Да, они могут работать длительное время при правильной эксплуатации. Она включает в себя обязательную промывку фильтрующих элементов и соблюдения все норм использования. Но периодически требуется проверять на повреждения, протечки и качество опреснения. Например, мембраны могут деформироваться. Это происходит из-за высокого давления или при попадании механических элементов при очистке. В этом случае производится обязательная замена. Если соблюдать все условия, то опреснительные установки прослужат долго. Это касается любого оборудования. Кроме соблюдения всех норм эксплуатации необходимо чтобы все устройства были сделаны из качественных материалов. Морская вода соленая и оказывает определенное негативное воздействие. Если качество материалов не будет на определенном уровне, то элементы фильтрации просто сломаются или деформируются.
Если вам понравилась наша публикация, поставьте пожалуйста лайк и подписывайтесь на наш канал, будет еще много полезной информации.
