Поскольку ресурсы пресной воды становятся все более дефицитными во всем мире, опреснение стало критическим решением для обеспечения водной безопасности. Среди доступных технологий обратный осмос (ОО) и термическое опреснение стали двумя доминирующими подходами, каждый из которых имеет свои преимущества и области применения.

Обратный осмос работает путем проталкивания морской воды через полупроницаемые мембраны под высоким давлением, позволяя молекулам воды проходить, блокируя соли, минералы и другие примеси. Современные системы ОО, такие как NIROBOX™, значительно повысили эффективность и надежность этой технологии.

Процесс опреснения включает в себя несколько критических этапов:

1. Предварительная обработка: Морская вода проходит несколько этапов фильтрации для удаления взвешенных твердых частиц, водорослей и микроорганизмов, которые могут повредить мембраны. Передовые системы включают в себя песочную фильтрацию, ультрафильтрацию и химическую обработку для оптимизации качества воды перед ее поступлением в мембраны ОО.

2. Насосная система высокого давления: Специализированные насосы повышают давление воды, чтобы преодолеть естественное осмотическое давление, обычно требуя 50-80 бар для опреснения морской воды. Устройства рекуперации энергии могут возвращать до 60% этой энергии из потока рассола.

3. Мембранное разделение: Сердцем системы являются спирально-навитые мембранные элементы, которые могут удалять 99,7% растворенных солей. Современные тонкопленочные композитные мембраны обеспечивают более высокие скорости потока и более длительный срок службы, чем более ранние версии из ацетата целлюлозы.

4. Последующая обработка: Полученная вода подвергается корректировке минерального состава, балансировке pH и дезинфекции для соответствия стандартам питьевой воды или конкретным промышленным требованиям.

5. Обращение с рассолом: Концентрированный рассол требует тщательных стратегий утилизации, обычно включающих контролируемый сброс с использованием диффузионных систем для минимизации воздействия на окружающую среду.

• Модульные конструкции позволяют масштабировать производительность от небольших сообществ до крупных муниципалитетов
• Потребление энергии снизилось на 80% с 1970-х годов, в настоящее время в среднем составляет 3-4 кВтч/м³
• Компактная занимаемая площадь позволяет развертывать системы в местах с ограниченным пространством
• Может обрабатывать различные источники воды, помимо морской воды, включая солоноватую воду и сточные воды

Термические процессы, включая многоступенчатую мгновенную вспышку (MSF) и многоэффектную дистилляцию (MED), испаряют морскую воду и конденсируют пар для получения пресной воды. Эти методы остаются распространенными в регионах с доступом к недорогой тепловой энергии.

Многоступенчатая мгновенная вспышка (MSF): Нагретая морская вода проходит через серию камер с последовательно более низким давлением, вызывая мгновенное испарение («вспышку») на каждой стадии. Установки MSF обычно требуют 10-16 кВтч/м³ тепловой энергии плюс 2,5-5 кВтч/м³ электрической энергии.

Многоэффектная дистилляция (MED): Несколько испарителей работают последовательно, каждый из которых использует скрытую теплоту пара предыдущей стадии. Системы MED достигают большей энергоэффективности, чем MSF, требуя 6-12 кВтч/м³ тепловой энергии.

• Производит воду высокой чистоты независимо от солености исходной воды
• Может использовать отработанное тепло от электростанций или промышленных процессов
• Менее чувствителен к изменениям качества питательной воды, чем мембранные системы
• Долгая история эксплуатации с доказанной надежностью

Выбор между ОО и термическим опреснением включает в себя несколько соображений:

Энергетические требования: ОО обычно обеспечивает более низкое потребление энергии, особенно при использовании современных устройств рекуперации энергии. Тепловые установки становятся более конкурентоспособными, когда доступно отработанное тепло.

Качество воды: Термические методы производят ультрачистую воду, в то время как ОО может потребовать дополнительной последующей обработки для определенных применений.

Капитальные затраты: Крупные тепловые установки требуют больших первоначальных инвестиций, но могут иметь более низкие эксплуатационные расходы в определенных сценариях.

Операционная гибкость: Системы ОО могут более легко регулировать производство в соответствии с колебаниями спроса.

Воздействие на окружающую среду: Обе технологии генерируют концентрированный рассол, но системы ОО обычно производят меньшие объемы. Источник энергии существенно влияет на общий экологический след.

Отрасль продолжает развиваться с несколькими важными разработками:

Гибридные системы: Сочетание ОО с термическими процессами может оптимизировать использование энергии и скорость извлечения воды.

Интеграция возобновляемых источников: Системы ОО на солнечной энергии и установки MED, использующие солнечную тепловую энергию, становятся все более распространенными.

Передовые материалы: Новые химические составы и конфигурации мембран обещают более высокое отталкивание солей и устойчивость к загрязнению.

Валоризация рассола: Технологии извлечения ценных минералов из потоков концентрата привлекают все больше внимания.

Поскольку нехватка воды обостряется во всем мире, обратный осмос и термическое опреснение будут играть решающую роль в стратегиях водной безопасности. Оптимальный выбор технологии зависит от местных условий, доступных источников энергии и конкретных требований к качеству воды.