Обессоливание воды: для чего оно нужно

Согласно наблюдениям ученых, на Земле с каждым годом неуклонно снижается количество пресной воды. Возможно, не за горами то время, когда вода будет представлять собой наивысшую ценность для человека и станет причиной войн и раздоров. Устранить эту проблему можно лишь одним способом – найти оптимальный способ обессоливания воды. В данной статье мы подробнее рассмотрим обессоливание воды и методы, с помощью которых этого можно добиться.

В чем заключается опреснение и обессоливание воды

Процесс обессоливания воды имеет много интересных особенностей. По своему составу вода содержит определенное количество солей, поэтому ее обессоливание можно выполнять различными путями. В основном, это снижение жесткости (можно убрать соли жесткости из воды) и опреснение (устранение лишних солей из воды).

Обессоливание воды – это понижение концентрации солей в исходной жидкости до нужного уровня. При необходимости может быть выполнено полное и частичное обессоливание.

Для понимания основного различия между опреснением и обессоливанием, далее приведем толкование того и другого энциклопедией. Это позволит снизить путаницу между данными понятиями.

Опреснение (с точки зрения СанПин) – это удаление солей общего назначения из воды до показания 1 тыс. мг на литр.

Обессоливание – это уменьшение концентрации солей до показателей 5 мг и ниже. Данное значение включения солей применяется при производстве дистиллированной воды. Таким образом, опреснение – это производство с целью создания питьевой воды, а обессоливание – это производство воды специального назначения (например, для фармацевтической и химической промышленности).

Таблица содержит характеристики концентрации солей в воде разного назначения.

Методы обессоливания воды

Следовательно, морская вода не может быть задействована на каком-либо производстве либо в пищевых целях. Запасы пресной воды на Земле ограничены, при этом численность населения неуклонно возрастает. В связи с этим человечество находится в постоянном поиске актуальных технологий опреснения воды, отвечающих новым уровням безопасности, экономичности и удобства.

Рассмотрим ряд методов полного обессоливания воды:

• Обессоливание воды дистилляцией.

Наиболее знаменитый и часто применяемый способ обессоливания воды с повышенным прокаленным растворенным остатком – это испарение и конденсация пара. Для выполнения обессоливания воды при помощи дистилляции используют испарители, различные по производительности, энергопотреблению и конструкции. Наиболее широкое распространение, несмотря на высокую стоимость, получили паровые и электрические дистилляторы.

Испаритель – это котел низкого давления. В него поступает вода, и здесь она делится на пар и концентрат со значительным солесодержанием. Этот концентрат постоянно либо периодически сбрасывается. С целью достижения более высокой степени очистки воды следует осуществлять медленное кипячение. Тогда тяжелые примеси не уносятся паром и не оказываются в дистилляте. Многоступенчатость дистилляционных установок позволяет снизить расход энергии. Опять же, большее число ступеней испарения существенно расширяет площадь общей поверхности нагрева аппаратов. В результате увеличиваются капитальные затраты на обессоливание.

Использование прозрачного кварца или платины для изготовления трубопроводов, испарителей, арматуры, теплообменников, и установок позволяет получить обессоленную воду особой степени чистоты. Иные металлы и материалы совершенно не подходят.

• Электрохимический способ.

В электрическом поле, созданном при пропуске постоянного тока через слой воды, осуществляется перенос ионов растворенных в воде солей. При этом анионы направляются к аноду, а катионы – к катоду.

Катодная и анодная диафрагмы выделяют между катодом и анодом три отсека. В центральном отсеке – обессоливаемая вода. Анионы под влиянием постоянного тока направляются в анодный отдел, а катионы – в катодный.

Этот метод отличается довольно высокими затратами на электроэнергию и существенной стоимостью оборудования.

Соответственно, ни один из указанных методов не дорос до промышленных масштабов.

• Обессоливание воды ионным обменом.

Обработка воды на ионообменных смолах – катионитах и анионитах, предварительно переведенных в форму Н⁺ и ОН^-, позволяет получить более чистую воду, чем в процессе однократной дистилляции. При этом имеется в виду именно промышленный масштаб.

Рассмотрим этот метод обессоливания более подробно, так как его экономическая эффективность доказана, а также он позволяет достичь оптимального уровня очистки воды.

В итоге обессоливания ионным обменом из воды удаляются анионы и катионы растворенных в ней солей. При этом может быть достигнуто почти полное обессоливание воды. Все зависит от самой схемы установки и режима ее использования.

Иониты обеспечивают весь процесс обессоливания. Они являются малорастворимыми в воде полимерными веществами. У каждого из них есть подвижный ион. При некоторых условиях ион вступает в реакцию обмена с ионами аналогичного знака, имеющимися в растворе. В ходе контакта с водой иониты увеличиваются. При этом их объем может стать в 1,5-2 раза больше.

Каждый ионит имеет определенную обменную емкость: динамическую, статическую, полную и рабочую. Данная характеристика вычисляется из единиц массы сорбируемых веществ, разделенных на единицу массы либо объема ионита.

По ходу очистки происходит уплотнение ионитов. В дальнейшем иониты подвергают регенерации, для выполнения которой необходимо их взрыхлить очищенной водой. Далее следует их отмывка водой.

Извлекаемые из ионитов компоненты находятся в растворах щелочей и кислот и являются продуктами регенерации. Их называют элюаты. Самыми насыщенными по составу являются первые порции элюатов. С целью дальнейшей утилизации важных продуктов необходимо произвести их обработку и нейтрализацию (посредством смешения кислых и щелочных элюатов и введения кислоты либо щелочи).

Обмен катионов на катиониты происходит по типовой реакции:

Ме⁺ + Н[К]Ме[К] + Н⁺

где [К] – сложный комплекс катионита; Ме⁺ – катионы солей, которые извлекают из вод.

Существует несколько видов катионитов: природные и искусственные, органические и минеральные. Последние имеют очень низкую обменную способность и малую стойкость, поэтому не завоевали должную популярность, хотя их цена и невелика. Более распространены в процессах обессоливания органические искусственные катиониты, которые мы и рассмотрим.

Переход в воду Н-ионов и превращение анионов в соответствующие минеральные кислоты происходит в процессе фильтрования посредством Н-катионитового фильтра. Снижается сухой остаток воды.

Катиониты являются синтетическими высокомолекулярными соединениями, при этом важнейшей характеристикой выступает их селективная способность.

Классифицируют слабокислотные катиониты и сильнокислотные катиониты.

Для работы в любой среде следует остановить свой выбор на сильнокислотных катионитах. Слабокислотные катиониты работают лишь в щелочной либо нейтральной среде. Соответственно, важно выбрать сильнокислотный катионит КУ-2, если загружаете катионитовые фильтры всех трех ступеней очистки.

Обратное замещение сорбированных ионов ионами водорода называется регенерацией катионита. Этого можно достичь посредством воздействия на обработанный катионит серной кислотой:

2 Ме[К] + Н₂SO₄2Н[К] + Ме₂SO₄.

Свойства анионитов

Аниониты представляют собой искусственные смолы, получаемые поликонденсацией или полимеризацией некоторых органических соединений.

Обмен анионов на анионите осуществляется по типовой реакции:

2 [А]Он + Н₂SОO₄[А] 2SO₄ + 2Н₂О.

По характеристикам классифицируются слабо- и сильноосновные аниониты.

Поглощением ионов исключительно сильных кислот занимаются слабоосновные аниониты. Эта способность находит свое применение в целях разгрузки сильноосновных анионитовых фильтров.

Поглотить ионы как сильных кислот, так и слабых могут сильноосновные аниониты. К примеру, они могут поглотить ионы угольной кислоты, заменяя их на ионы ОН^-.

Таким образом, целесообразно устанавливать в ионитовой установке различные фильтры (и со слабоосновными, и с сильноосновными анионитами).

Фильтр для обессоливания воды

В настоящее время обычно применяются для обессоливания такие методы:

• кипячение;

• мембранный вариант – нанофильтрация, обратный осмос;

• комбинации любых методов;

• дистилляция.

Все приведенные методы обессоливания имеют как положительные, так и отрицательные стороны. К примеру, метод ионного обмена экономически невыгоден: смена картриджей, утилизация отходов… Но при определенных показателях данный метод обессоливания воды может оказаться экономически оправдан (в частности, при содержании солей в воде свыше 2 мг).

Кипячение

Кипячение как вариант обессоливания представляет собой процесс доведения воды до состояния перехода в газообразную форму. Далее полученный пар следует конденсировать, что позволит получить чистую воду без примесей солей. Соли излишне тяжелы для испарения. Установка для кипячения обязательно должна обладать неким фазовым переходом, который позволит отделить конденсирующую воду и не запускать ее повторно в процесс.

Кипячение как метод обессоливания получило широкое распространение за счет своей дешевизны и удобства. Отходами данного метода являются твердые соли, а сам процесс не требует никаких реагентов.

Экономическую выгодность данного метода обессоливания снижает то, что в результате получается довольно низкая степень очистки. К тому же в процессе кипячения на стенках оборудования оседают соли, что приводит к потребности дополнительной чистки и даже смены оборудования.

Дистилляция

Дистилляция также является методом обессоливания воды. Для дистилляции используют различные приборы, как одноступенчатые, так и многоступенчатые либо термокомпрессионные. Если рассматривать оптимальную комбинацию, то наилучшим вариантом будет применение дистилляции с ионным обменом либо иным химическим прибором.

Данная комбинация позволяет четко отслеживать количество необходимых реагентов, тепло и затрачиваемую электроэнергию.

Следующим за кипячением среди методов обессоливания воды можно назвать ионный обмен, в котором все элементарно. В приборе содержится определенная смола, адсорбирующая в себя соли. Точнее сказать, она заменяет их на определенный элемент. При этом не требуются какие-либо другие стимуляторы для этого процесса.

Ионный обмен позволяет сделать как полное, так и частичное обессоливание воды. Частичное заключается в смягчении воды посредством ионообменных натриевых смол. Полное проявляется в устранении всех солей и примесей. Близость ионита к микроэлементу, который нужно удалить, напрямую влияет на степень очищения. Находясь очень близко, ионит может действовать быстрее и эффективнее.

Этот способ обессоливания позволяет выполнять его в несколько этапов, а вариант очистной засыпки возможно изменять либо компоновать несколько различных ионитов. Грамотно составленная комплектация ионитов дает возможность получить высочайшую степень очистки воды от большинства примесей.

Лишь применение анионитов сильной степени окисления с целью обессоливания позволяет получить наилучшую степень очистки.

Смешанный фильтр

Разновидностью обессоливания воды выступает очистка посредством смешанного фильтра. В данном случае применяется катионит вместе с анионитом, в результате чего удаляются примеси, заряженные как отрицательно, так и положительно. В итоге достигается нормальный кислотно-щелочной уровень воды, а концентрация солей снижается почти десятикратно.

Положительной стороной такого способа обессоливания является также быстрота очистки. Стоит сказать и о слабых сторонах: довольно сложно разделить отходы катионитов и анионитов, фильтрующая часть также восстанавливается с трудом. В связи с этим подобные установки обессоливания воды мало используются и исключительно для очень специфической воды.

Обратный осмос

И еще одним способом является применение обратного осмоса для обессоливания воды. Главную роль при таком способе обессоливания играет основной фильтрующий элемент. Насколько высока его пропускная способность, настолько эффективнее будут удаляться соли из жидкости.

Таким образом, вода, начисто лишенная примесей, получается исключительно при использовании высоконапорного обратного осмоса.

Останавливая свой выбор на обратноосмотической установке для обессоливания воды, важно учитывать то, что те работы установок, которые публиковались в различных изданиях, выполнялись при температуре +25 ^°С. В действительности представляется затруднительным соблюдать такой температурный режим обессоливания, т. к. температура воды склонна к колебаниям.

Возможно ли умягчение и обессоливание воды в домашних условиях?

Современные технологии обессоливания позволяют предоставить покупателям разнообразные варианты умягчителей и очистителей. Широкую популярность приобрело применение умягчителей при стирке одежды.

К сожалению, покупательная способность населения не всегда соответствует их потребностям, поэтому актуальным остается вопрос поиска наиболее эффективного и экономичного метода умягчения воды в домашних условиях.

В сущности, практически невозможно произвести обессоливание и умягчить воду самостоятельно. Отсутствуют эффективные фильтрующие поверхности, доступные рядовому человеку, чтобы он самостоятельно смог произвести качественную очистку с эффектом мембранной. Поэтому вариантов действий немного:

• использовать покупную питьевую воду;

• бороться с накипью на оборудовании самостоятельно;

• купить прибор-умягчитель.

Все варианты доступны для использования, хотя максимальную пользу и экономичность может предоставить лишь фильтр-умягчитель. Эффективное умягчение и обессоливание воды достигается в условиях дома лишь покупкой определенного фильтра. Другие перечисленные варианты способны только помочь бороться с вредным налетом.

В домашних условиях доступны два способа получения мягкой воды, но все они имеют свои последствия. Применяется кипячение либо вымораживание воды для того, чтобы смягчить жидкость. В результате обязательно появляется накипь на посуде, которая при этом использовалась.

Оба этих процесса обессоливания воды экономически невыгодны и совершенно неудобны. Вскипятить воду можно для питья, в крайнем случае, для личного использования в объеме нескольких тазиков, но много ее не заготовишь. К тому же останется проблема с накипью, потому что вода, поступающая в квартиры, практически не фильтруется. Да и в стиральных и посудомоечных машинах накипь будет продолжать образовываться.

Удобно ли это потребителю? Несложно догадаться, что нет. Кипячение воды в домашних условиях никак не сможет конкурировать с использованием специальных приборов для умягчения воды. Хотя даже в этом случае проблема борьбы с накипью остается актуальной.

Не имея возможности приобрести новый фильтр, человек может сразу продумать способы предотвращения появления сильной накипи на бытовых приборах. Широкую известность на просторах интернета завоевал способ борьбы с накипью посредством кока-колы.

Вред этого напитка для здоровья не обсуждает только ленивый. Интернет изобилует информацией на эту тему, но многие продолжать употреблять кока-колу по прямому назначению. Глядя на насыщенный состав этого напитка, нашлись смельчаки, пожелавшие провести эксперименты с очисткой поверхностей.

К сожалению, результат данных экспериментов был неутешителен. Кока-кола в процессе нагревания оказывает негативное воздействие на внутренние поверхности прибора. При этом накипь остается в том же количестве, только меняется ее цвет. При использовании Кока-колы не происходит ни размягчения, ни расслоения отложений. Соответственно, не имеет смысла проводить эксперименты в данном направлении.

Следующим народным способом очистки поверхности считается кипячение воды с картофельными очистками. У данного способа есть самая минимальная эффективность, что сгодится только для профилактики. И то, лишь в ситуации, когда нет физической возможности купить что-то другое.

Следующие два представителя народных технологий заслуженно завоевали свою популярность. Они оказывают положительное воздействие как на стиральную машину, так и на посудомоечную. Это лимонная кислота и уксус. При этом данные средства обессоливания воды обычно есть на кухне каждого человека. Их действительно можно применять для профилактики образования налета.

При этом расход данных средств небольшой, а профилактику следует выполнять регулярно. К примеру, обработку стиральной машины следует производить хотя бы каждые полгода. С этой целью в пустую машину (без одежды) засыпается примерно 100 гр. лимонной кислоты в отсек для стирального порошка. Далее машина включается на режим стирки с максимально высокой температурой. Данная процедура значительно снижает риск появления накипи. А в случае приобретения электромагнитного умягчителя, машинку не нужно будет разбирать, чтобы почистить поверхности.

Аналогично действует уксус. Нужно лишь добавить 2 ст. л. в воду из расчета на 1 литр кипяченой воды. Далее надо прокипятить кастрюлю или чайник в течение 10 минут.

Один из наилучших методов умягчения воды в домашних условиях – настаивание воды на куске кремния. Это очень просто и доступно. При том, что кремниевая вода признана наиболее полезной. Не следует слишком долго держать камень в воде, потому что вода может перенасытиться кремнием. Для массового применения есть ряд особенностей – большие временные затраты на получение мягкой воды, малый объем, и к тому же кремний должен быть качественный.

Другой способ – добавление в воду растворенной марганцовки. Хотя данный способ ближе к обеззараживанию, чем к умягчению. Следует с осторожностью отмерять необходимо количество вносимой марганцовки. Гарантировать мягкость воды такой фильтр умягчения не сможет.

Соответственно, все вышеперечисленные методы обессоливания воды не способны дать нормального качественного умягчения. В связи с этим все же следует задуматься о приобретении фильтров.

Специальный прибор значительно упростит процесс умягчения воды в домашних условиях. Так как фильтров много, то и выбирать каждый потребитель может, опираясь на собственные запросы и финансовые возможности.

По популярности покупаемые фильтры для бытового использования выстроились в следующем порядке:

1. Ионообменный прибор.

2. Электромагнитный умягчитель.

3. Ультрафильтрация.

Вполне объяснимо, что фильтрующие установки обессоливания воды выстроились четко в зависимости от их стоимости: от самых дешевых до самых дорогих. Современный отечественный потребитель находится в большой зависимости от собственного бюджета. Практически никто не готов задуматься и просчитать расходы в долгосрочной перспективе.

Фильтр-кувшин завоевал огромную популярность для обессоливания и умягчения в домашних условиях. Это реагентный прибор, хорошо зарекомендовавший себя за счет быстрых обменных процессов. Он приятен внешне, удобен и прост в эксплуатации. Обычный кувшин, внутри которого находится картридж, прикрепленный на емкости, куда заливают воду. Каждый кувшин обладает почти герметичной крышкой.

Ключевым элементом фильтр-кувшина является сменный картридж. Картридж состоит из ионообменной катионной смолы и имеет малые размеры. Смола обычно выпускается в виде красивых гелевых шариков. При контакте жестких солей со смолой, происходит интересный процесс.

Внутри смолы содержится натрий, который сам по себе плохо взаимодействует со структурой вещества. Соли жесткости при реакции со смолой образуют прочные связи, буквально притягиваясь к ней. Таким образом осуществляется смена ионов. При этом не требуются какие-либо каталитические стимулы. В результате фильтр-кувшин показывает наивысшую скорость обмена и умягчения соответственно. Скорость естественного умягчения.

Отрицательной стороной домашнего фильтра является ограниченность кувшина по объему. В то же время выпускаются магистральные версии подобного фильтра обессоливания воды. И пусть они стоят выше, но способны обеспечить всю квартиру мягкой водой питьевого качества. Известен и другой недостаток. Фильтр является реагентным, т. е. он может восстанавливаться посредством промывок насыщенным солью раствором. А это недопустимо для питьевого фильтра. В связи с этим требуется постоянная замена картриджа после истечения его срока годности. В результате, за год расходы на подобные картриджи могут равняться стоимости одного или двух электромагнитных умягчителей. Соответственно, экономически кувшин не совсем выгоден.

Наиболее экономически целесообразно покупать электромагнитный умягчитель для домашнего использования. Его размеры меньше, чем ионообменного, и он удобен при монтаже (не требует врезаний). Данный умягчитель не имеет эффекта привыкания воды, как у простого магнитного, и за таким прибором не придется ухаживать и что-то менять.

Кроме умягчения воды, подобные фильтры дают другой интересный эффект. В процессе функционирования они способствуют очистке поверхности от старой накипи. Соответственно, в бойлере и стиральной машине не будет накипи без каких-либо усилий. Расход электроэнергии при данном способе минимальный, да и прибор отличается долгим сроком службы, что делает его очень выгодным. В связи с этим он оптимально подходит для использования его в качестве магистрального прибора для обработки всей воды в квартире.

Если вы хотите получить систему водоочистки, которая будет отвечать всем требованиям, лучше обратиться к специалистам. На российском рынке присутствует немало компаний, которые занимаются разработкой систем водоочистки. Самостоятельно, без помощи профессионала, выбрать тот или иной вид фильтра воды довольно сложно. И уж тем более не стоит пытаться смонтировать систему водоочистки самостоятельно, даже если вы прочитали несколько статей в Интернете и вам кажется, что вы во всем разобрались.

Надежнее обратиться в компанию по установке фильтров, которая предоставляет полный спектр услуг – консультацию специалиста, анализ воды из скважины или колодца, подбор подходящего оборудования, доставку и подключение системы. Кроме того, важно, чтобы компания предоставляла и сервисное обслуживание фильтров.