7.2. Опреснение природных вод

Опреснение воды долгое время было весьма дорогостоящим производственным процессом. Поэтому оно раньше применялось преимущественно на судах, а затем и на суше для обеспечения водой особо ответственных потребителей. Но по мере совершенствования технологии и снижения стоимости опресненной воды область ее применения расширялась.

Кроме мембранных методов - электродиализа (ЭД) и обратного осмоса (ОО), применяемых для опреснения солоноватых вод (минерализацией 2-5 г/л), для опреснения морской воды используют преимущественно дистилляцию. Подробное технико-экономическое сравнение каждого из этих методов можно найти в [260]. Мы остановимся лишь на основных показателях.

В основу методики подсчета технико-экономических показателей электродиализных установок положены типовые методики и рекомендации по расчету экономической эффективности [263-266]. Порядок расчета аналогичен приведенному в подразд. 7.1.

Экономичность опреснительных процессов во многом зависит от расхода энергии. Расход энергии в электродиализном методе, как отмечалось ранее, прямо пропорционален солесодержанию исходной воды и складывается из расхода электроэнергии на собственно опреснение и работу насосов (6.22). На практике расход энергии намного выше теоретически рассчитанного по закону Фарадея. Это обусловлено рядом причин: неполной селективностью мембран, обратной диффузией электролита из рассольных камер в дилюатные, необходимостью преодоления омических

118

сопротивлении растворов, мембран и протекания электродных процессов, утечками тока, бесполезным переносом ионов в связи с поляризацией и др. Поэтому вводят величину - выход по току.

Большое влияние на расход энергии оказывают плотность тока, размер и число камер, кратность рециркуляции растворов, толщина мембран и др. Существующие способы снижения стоимости процесса электродиализа сводятся к нахождению оптимальной плотности тока как фактора, определяющего все основные затраты. При подходе к определению оптимальной плотности тока для серийных циркуляционных установок сохраняется основной принцип ее нахождения - по минимальной себестоимости обессоливания воды. С другой стороны, возможен другой критерий оптимальности, а именно максимальная эффективность внедрения [13].

В табл. 7.2 и 7.3 представлены типичные для данного опреснительного процесса затраты энергии методами дистилляции, электродиализа и обратного осмоса при опреснении солоноватых вод на отечественных и зарубежных установках [260].

Таблица 7.2

Затраты энергии на отечественных установках, МДж/м³

Таблица 7.3

Затраты энергии на зарубежных установках, МДж/м

Из данных таблиц видно, что для опреснения солоноватых вод менее энергоемкими являются мембранные методы. Область энергетически выгодного применения ЭД лежит в более малых концентрациях, а ОО - в более высоких (рис. 7.1). Добиться более глубокого обессоливания можно комбинированием методов ОО и ЭД.

Так как о действующих крупных ОО установках авторам не удалось обнаружить технико-экономических проработок, то рассмотрим сравнение методов ЭД и дистилляции.

119

Структура капитальных и эксплуатационных затрат на опреснение методами дистилляции и электродиализа хорошо иллюстрируется цифрами, полученными Колодиным [260] и приведенными в табл. 7.4, а основные экономические показатели (в ценах 1990 года) - данными табл. 7.5.

Рис. 7.1. Изменение относительной стоимости опреснения воды электродиализом (1)
и обратным осмосом (2) в зависимости от начальной минерализации [267]

Нужно отметить, что приведенные показатели и структура капитальных и эксплуатационных затрат на отечественных опреснителях соответствуют ценам прошлого десятилетия. На сегодняшний день цены на топливо и промышленное оборудование повысились.

Однако в целом общую тенденцию можно проследить. Так, с увеличением производительности дистилляционных установок с 1 до 100 тыс. м³/сут удельные капитальные вложения уменьшаются в 5-6 раз, себестоимость - в 2,5-3 раза и приведенные затраты - в 3-3,5 раза. Для электродиализных установок эти показатели соответственно снижаются в 1-1,5, 2-2,3 и 1,5-2 раза.

Нужно также отметить, что дистилляционные опреснители малой производительности (до 4 тыс. м³/сут) почти в 4 раза дороже электродиализных, и лишь на крупных станциях мощностью 100 тыс. м³/сут капитальные вложения и них почти равны, но себестоимость опреснения воды на ЭД при этом в 2,7 раза дешевле. Поэтому опреснение солоноватых вод экономически выгоднее производить электродиализом.

120

Таблица 7.4

Структура капитальных и эксплуатационных затрат на опреснение на отечественных установках, %

^*На установке предусмотрена переработка отходящих рассолов по схеме доупаривания и разделения солей.

Таблица 7.5

Экономические показатели опреснения воды на отечественных установках, коп/м³

121