كيف تجعل المياه عذبة. تحلية مياه البحر: تقنيات العالم الحديث هل تصنع مياه الشرب من مياه البحر
WikiHow هو wiki ، مما يعني أن العديد من مقالاتنا كتبها مؤلفون متعددون. عند إنشاء هذه المقالة ، عمل 13 شخصًا على تحريرها وتحسينها ، بما في ذلك دون الكشف عن هويتهم.
أكثر من 97.5٪ من المياه الموجودة على الأرض تحتوي على الملح ، وتحلية المياه هي عملية إزالة الملح من الماء. يتم إنتاج أكثر من 60 مليار لتر من المياه المحلاة يوميًا ، يدخل معظمها إلى دول الخليج كمياه للشرب. إنه تحدٍ للمهندسين في جميع أنحاء العالم لإيجاد طريقة لتحلية المياه رخيصة بما يكفي لجلب المياه المحلاة إلى المناطق الفقيرة والنائية من الأرض. حاليًا ، هناك العديد من الطرق المستخدمة لتحلية المياه بكميات كبيرة ، بما في ذلك التناضح المباشر والأنابيب النانوية الكربونية والمحاكاة الحيوية. ومع ذلك ، لا يزال التبخر هو الطريقة الأكثر شيوعًا للحصول على المياه المحلاة. تنتج جميع طرق التحلية منتجات ثانوية خطرة ، مثل محلول ملحي مركّز ، والذي يشكل خطرًا بيئيًا على المياه العذبة والحيوانات. ربما تريد معرفة كيفية تحلية المياه على نطاق صغير لأسباب متنوعة ، مثل الرغبة في تعليم الطلاب إذا كنت مدرسًا ، أو لإرواء عطشك إذا تاهت فجأة في البحر. طريقة واحدة لتحلية المياه (باستخدام الشمس) هي التبخر. الطريقة بسيطة للغاية ويمكن تنفيذها بطرق مختلفة ، والتي تمت مناقشتها أدناه.
من أهم المشاكل العالم الحديثهو نقص مياه الشرب. قضية نقصها ذات صلة بجميع البلدان والقارات تقريبًا. إن جوهر المهمة ليس استخراج أو توصيل المياه العذبة ، ولكن إنتاجها من المياه المالحة (https://reactor.space/government/desalination/).
أهمية المشكلة
إذا كان الماء يحتوي على ما يصل إلى جرام واحد من الملح لكل لتر ، فهو مناسب بالفعل للاستهلاك بكميات محدودة. ومع ذلك ، إذا اقترب هذا المؤشر من نسبة عشرة جرامات لكل لتر ، فلا يمكن شرب هذا السائل بعد الآن. هناك أيضًا عدد من القيود على مياه الشرب فيما يتعلق بمحتوى الكائنات الحية الدقيقة والمكونات العضوية فيها. وبالتالي ، فإن الحصول على سائل نقي هو عملية متعددة المستويات معقدة نوعًا ما.
الطريقة الأكثر شيوعًا للحصول على مياه الشرب هي تحلية المياه. علاوة على ذلك ، هذه الطريقة مناسبة ليس فقط للمناطق ذات المناخ الجاف ، ولكن أيضًا لأوروبا وأمريكا. صنع المياه العذبة من المياه المالحة هو أفضل طريقةحل المشاكل.
يمكن العثور على مجموعة متنوعة من رواسب السوائل التي تحتوي على نسبة عالية من الملح في أي منطقة من الكوكب تقريبًا. لا توجد شروط لتكاثر الكائنات الحية الدقيقة. تقع المحاليل الملحية على عمق كبير نسبيًا ، مما يستبعد حدوث تلوث خارجي بواسطة عناصر كيميائية خطرة. يمكنك أيضًا الحصول على مياه عذبة من مياه البحر. في هذه المقالة ، سنلقي نظرة على أكثر الطرق شيوعًا لحل هذه المشكلة.
تقطير الماء بالغليان
تم استخدام هذه التقنية منذ العصور القديمة. هناك عدة أنواع من التقطير قيد الاستخدام اليوم. خلاصة القول هي إحضار السائل ليغلي ، وتكثيف البخار. والنتيجة هي المياه المحلاة.
يتم استخدام تقنيتين شائعتين لإنتاج سائل بكميات كبيرة. واحد منهم يسمى التقطير متعدد الأعمدة. يتمثل جوهر هذه التقنية في إحضار السائل إلى حالة الغليان في العمود الأول. يتم استخدام البخار الناتج لنقل الحرارة إلى بقية الأعمدة. هذه التقنية فعالة. بمساعدتها ، يمكنك الحصول على مياه عذبة على نطاق صناعي. ومع ذلك ، فإن هذه التكنولوجيا كثيفة الاستخدام للطاقة. لذلك ، نادرًا ما يتم استخدامه في عصرنا.
تم العثور على التقطير السريع ليكون أكثر كفاءة. جوهر هذه التقنية هو تبخر السائل المالح في غرف خاصة. في نفوسهم ، يتم تقليل مؤشر الضغط تدريجياً. وفقًا لذلك ، للحصول على بخار الماء ، هناك حاجة إلى مؤشر درجة حرارة أقل. هذا هو السبب في أن هذه التكنولوجيا أكثر كفاءة.
هناك طريقتان أخريان للتقطير: الغشاء والضغط. لقد نشأت نتيجة لتحديث أول تقنيتين. يعتمد التقطير الغشائي على استخدام غشاء من النوع الطارد للماء يعمل كملف تبريد. يحتفظ بالمياه مع السماح للبخار بالمرور. يعتمد التقطير الضاغط على استخدام بخار مضغوط (شديد التسخين) في العمود الأول.
كل هذه التقنيات لها نفس العيب. فهي كثيفة الاستخدام للطاقة. يتطلب تسخين سائل من صفر إلى مائة درجة أربعمائة وعشرين كيلوجول. ولتغيير حالة الماء من سائل إلى غازي ، سيستغرق الأمر بالفعل ألفين ومائتين وستين كيلوجول. تستهلك المعدات التي تعمل وفقًا لمبدأ التقنيات المدروسة ثلاثة ونصف كيلوواط أو أكثر في الساعة في الساعة متر مكعبالسائل المحلى الناتج.
التقطير بالشمس
في بلدان الجنوب ، تستخدم الطاقة الشمسية لتنفيذ عملية التقطير. هذا يسمح لك بتقليل تكلفة تحلية المياه المالحة بشكل كبير. لأداء عملية التقطير يمكنك استخدام الألواح الشمسية أو مباشرة طاقة حراريةشمس. أبسط من الناحية الفنية هو التكنولوجيا التي تعتمد على المبخرات. هذا الأخير عبارة عن مناشير خاصة مصنوعة من الزجاج أو البلاستيك يُسكب فيها سائل مالح.
ونتيجة لذلك ، فإن الطاقة الشمسية ترفع درجة حرارة الماء. يبدأ السائل في التبخر والترسيب على شكل مكثفات على الجدران. تتدفق القطرات الخارجة من البخار إلى أجهزة استقبال خاصة. كما ترى ، فإن التكنولوجيا بسيطة للغاية. من عيوبه ، يجدر تسليط الضوء على انخفاض معدل الكفاءة. لا تتجاوز الخمسين بالمائة. لذلك ، يتم استخدام هذه التقنية فقط في المناطق الفقيرة. بمساعدتها ، من الممكن توفير المياه العذبة في أحسن الأحوال لقرية صغيرة.
يواصل العديد من المهندسين العمل على تحديث التكنولوجيا المدروسة. هدفهم الرئيسي هو زيادة إنتاج هذه الأنظمة. على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي استخدام الأغشية الشعرية إلى تحسين أداء المقطرات الشمسية بشكل كبير.
وتجدر الإشارة إلى أن الأنظمة التي تعمل بمصادر طاقة بديلة ليست هي الأداة الرئيسية في الحصول على المياه العذبة. على الرغم من أن استخدامها لا يتطلب تكاليف كبيرة لعملية التقطير.
يمكن استخدام طرق أخرى لإزالة الملح من السائل. الحلول التقنية. طريقة شائعة إلى حد ما لتنقية المياه هي غسيل كهربائي. لتنفيذ الطريقة ، يتم استخدام زوج من الأغشية. أحدهما ضروري لمرور الكاتيونات ، والثاني يستخدم حصريًا للأنيونات. يتم توزيع الجسيمات على الأغشية تحت تأثير التيار المباشر. غالبًا ما يتم تنفيذ هذا الحل بالاقتران مع مولدات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.
التناضح العكسي
تقنيات تحلية المياه في تحسن مستمر. أصبح التناضح العكسي أكثر شيوعًا هذه الأيام. خلاصة القول هي استخدام غشاء شبه منفذ. يمر عبره سائل ملحي. نتيجة لذلك ، تظل جزيئات شوائب الملح على الجانب حيث يكون مؤشر الضغط مفرطًا.
طريقة التناضح العكسي هي الأكثر اقتصادا. خاصة إذا تم استخدامه لتحلية المياه ذات المحتوى الملح غير الحرج. في هذه الحالة ، يمكن أن تكفي كيلوواط / ساعة من الطاقة لإنتاج متر مكعب واحد من الماء. لذلك ، تعتبر تقنية التناضح العكسي الأكثر واعدة.
نتائج
كل طريقة لتحلية المياه لها خصائصها الخاصة. لإنتاج المياه العذبة على نطاق صناعي ، من الضروري تحديد الخيار الأكثر اقتصادا وفعالية. طريقة التناضح العكسي هي الأكثر فعالية إلى حد بعيد.
12 13 988 0
نحن نعيش في مكان فريد من نوعه - الأرض ، التي ، على الرغم من أنها تحتوي على الكثير من الأرض ، لا تزال في الغالب مغطاة بالمياه. نحن نسبح فيه ، نتنقل فيه ، والأهم من ذلك ، نشربه. على عكس العديد من الحيوانات ، لا يمكننا الحصول على ما يكفي من السوائل من الفواكه والخضروات فقط - نحتاج إلى الشرب بانتظام للبقاء رطبًا. لكن جسم الماء فقط له خاصية فريدة أخرى - فكله تقريبًا مالح. نسبة المياه العذبة صغيرة بشكل مدهش. نعم اعتدنا على ذلك لان هذه المياه تدخل بيوتنا وتباع في المحلات. لكن ماذا لو لم نتمكن فجأة من الوصول إلى المياه العذبة ، إذا كان لدينا مياه البحر فقط؟ ثم يحتاج إلى الانتعاش. دعونا نرى كيف يمكن تحقيق ذلك.
سوف تحتاج:
هذه الطريقة تسمى أيضًا التسامي. يتم تنفيذه بسهولة حتى في الظروف المعيشية، على الرغم من أنه لن يوفر كمية كبيرة من السائل.
خذ قدرًا عاديًا يُسكب فيه الماء المالح. بعد ذلك ، تحتاج إلى تغطية هذه المقلاة بغطاء وإشعال النار فيها. تدريجيا ، سوف يتراكم التكثيف على غلافه.
ومع ذلك ، حتى عند إزالة الغطاء معظمسوف تتدفق القطرات الجديدة مرة أخرى إلى المقلاة ، لذلك من الضروري تحسين هذا الجهاز المرتجل قليلاً.
- يتم حفر حفرة في غطاء القدر.
- يتم إدخال أنبوب مرن فيه ، على سبيل المثال ، ملف من قطعة قماش لغوية.
- يتم إنزال الطرف الآخر في وعاء فارغ.
- بعد ذلك ، تحتاج إلى تغطية الأنبوب بقطعة قماش مبللة حتى يبرد البخار الموجود فيه.
- سوف يتكثف ويسقط في وعاء فارغ.
نتيجة لذلك ، سينتهي الملح فقط في المقلاة الساخنة ، وسيبقى الماء المقطر فقط في الوعاء الثاني.
يرجى ملاحظة ، مع ذلك ، أنه لن يكون هناك ملح في مثل هذا السائل على الإطلاق ، وبالتالي سوف يروي العطش بشكل سيئ.
من الأفضل صب كمية صغيرة من الماء المالح فيه.
باستخدام هذه الطريقة ، يتم استخدام كواشف ترسيب خاصة. تتفاعل مع الأملاح الموجودة في مياه البحر وتشكل مركبات غير قابلة للذوبان. لذلك ، يستقرون ويمكن تصفيتهم دون أي مشاكل.
هذا النهج له عيوبه ، على وجه الخصوص ، التكلفة العالية للكواشف ، وبطء التفاعل ، وعدد كبير من الكواشف اللازمة.
لذلك ، نادرًا ما يتم استخدام هذه الطريقة ، ولكن في الحياة اليومية لا يتم استخدامها وتقريباً على الإطلاق.
هذه الطريقة هي في الغالب صناعية وقد تم استخدامها لفترة طويلة. يعتمد على استخدام غشاءين شبه منفذين مصنوعين من أسيتات السليلوز أو بولي أميد. يمكن لجزيئات الماء الصغيرة أن تمر عبرها دون أي قيود ، بينما أيونات الملح الأكبر ، بالإضافة إلى الشوائب الأخرى ، يتم احتجازها ومنعها أكثر.
من الصعب تحقيق تحلية كمية كبيرة من السوائل بهذه الطريقة ، وفي الحياة اليومية يصعب تنفيذ مثل هذه الطريقة - فهي مناسبة للمؤسسات الصناعية.
يبدو أن طريقة تحلية المياه هذه بسيطة للغاية في فكرتها ، ولكن في تنفيذها فهي كثيفة العمالة والموارد. تستند الفكرة إلى حقيقة أن الملح لا يدخل إلى الجليد عندما يتجمد ، لأن تكوين الجليد يحدث فقط من جزيئات الماء.
توجد أكبر كمية من المياه العذبة في الطبيعة في جميع أنواع الأنهار الجليدية.
عادة ما يلجأ الإسكيمو إلى هذه الطريقة. يعرضون وعاء من الماء المالح للصقيع ، ثم ينتظرون حتى تتشكل بلورات الثلج هناك. يتم جمع هذا الجليد وتذويبه - والماء صالح للشرب.
مرة أخرى لمسألة الحصول على مياه الشرب المناسبة في الظروف القاسية.
ماذا تفعل في نزهة عندما لا يتم توفير مياه الشرب في الطريق؟ على سبيل المثال ، ستكون هناك مستنقعات وبحيرات وأنهار ومصبات الأنهار والبحار. لكن لن تكون هناك مياه نظيفة وعذبة.
عادة ، يأخذون معهم أقراصًا خاصة لتطهير الماء في نزهة ، وتذكر وصفات الجدة لتطهير المياه بالأعشاب ، وتطهير المياه بالبيروكسيد أو برمنجنات البوتاسيوم.
كل هذا مناسب تمامًا للمياه العذبة والصافية نسبيًا. هذا ، من حيث المبدأ ، يمكنك ببساطة الغليان لمدة عشرين دقيقة وطهيها بهدوء.
ولكن ماذا تفعل إذا كان الارتفاع ينص على اجتماع بالمياه المالحة فقط؟ على سبيل المثال ، الساحل الجنوبي لشبه جزيرة القرم وشبه جزيرة كيرتش ، حيث يوجد شيء يمكن رؤيته ، بهما القليل جدًا من مصادر المياه العذبة.
يمكنك بالطبع شراء المياه العذبة. لكن في مثل هذه الأماكن يكون مكلفًا للغاية. وماذا لو تم ترتيب اليوم بعيدا عن الحضارة؟
اتضح أن هناك طريقة واحدة فقط للخروج - حمل الماء معك. وهذا غير مريح إلى حد ما ، لإضافة باذنجان سعته خمسة لترات من الماء إلى حقيبة الظهر التي يبلغ وزنها 15 كجم.
لتجنب مثل هذه المضايقات ، تم إجراء تجربة لتحلية مياه البحر باستخدام عملية التقطير.
ما هو التقطير
التقطير- هذا عندما يغلي الماء ، يتجمع البخار فوقه ويبرد ثم يعود إلى الماء في خزان المستقبل.
لماذا ينقي التقطير الماء من الأملاح؟ لأن الأملاح تغلي أكثر درجة حرارة عاليةمن الماء. لذلك ، يتبخر الماء أولاً. بدون أملاح. ماذا تفعل بمياه البحر.
ماذا يحدث إذا كان الماء المقطر يحتوي على مواد تغلي عند درجة حرارة منخفضة؟ على سبيل المثال ، المواد العضوية المتطايرة؟ سوف يتبخرون أولا. لذلك ، فإن أحد مبادئ التقطير ليس توجيه مجمع البخار مباشرة إلى جهاز الاستقبال ، ولكن ترك الماء يغلي بجدية.
أيضا مبدأ مهم للتقطير هو التبريد الجيد بالبخار. أداء الجهاز يعتمد بشكل مباشر على كفاءة التبريد. إذا لم يتم تبريد جزء من البخار ، ولكنه تبخر ، فسيتم الحصول على كمية أقل من الماء النقي وفقًا لذلك.
إذن ، كيف قمنا بتقطير مياه البحر عمليًا.
تقطير مياه البحر في الممارسة العملية
موقع : شاطئ شمال قرية Podmayachnoe بالقرب من مدينة كيرتش. إلى أقرب متجر يحتوي على الماء ، قم بالدوس لمدة نصف ساعة على الأقل في الحرارة. هناك ، بالطبع ، جميل - منحدرات وطبقات من الأحافير ، إلخ. لكنها ساخنة.
مصدر المياه: بحر آزوف. ليس البحر شديد الملوحة ، الملوحة حوالي 10 جرام لكل لتر. مقارنةً به ، تبلغ درجة ملوحة البحر الأسود 16-20 جرامًا لكل لتر.
المواد والمعدات :
* اثنين من الطوب
* مشعل؛
* غلاية سياحية
* أنبوب ألومنيوم منحني ؛
* قنينة زجاجية؛
* ثقب في الرمال.
* كوب لمياه البحر.
* الإكثار من الحطب والكثير من الصبر
إجراء التقطير بسيط للغاية. ماء البحر - في غلاية ، غلاية - على النار. حفرة في الارض. تم دفن زجاجة بداخلها بزاوية. يبرز العنق فقط من الرمال ، حيث تم إدخال أنبوب نقل البخار.
كل شيء - الماء المغلي ، يمر عبر الأنبوب إلى الزجاجة ، حيث يبرد. إلى عن على تبريد أفضلتم سكب الزجاجة بمياه البحر الباردة (نسبيًا ، بالطبع). تمت إضافة الماء المالح إلى الغلاية أثناء تبخرها.
تقنية المعرفة الآن:
أنا. أول شيء تم تعديله هو مستوى مياه البحر في الغلاية. يجب أن تشغل مياه البحر أقل من نصف الحجم ، ويفضل الثلث. هذا ضروري لزيادة شدة التبخر. من غير المعروف سبب تشكل الزوج في هذه الحالة بشكل أكبر ، لكن اتضح أن الأمر كذلك.
II. علاوة على ذلك ، يجب عدم تسخين أنبوب النقل لتبريد البخار. تبين أن مياه التبريد كانت خبيثة ، وتدفقت عبر أنبوب (بالمناسبة ، طوله حوالي 80 سم) من الأسفل إلى زجاجة من الماء النظيف. تبعا لذلك ، لم يكن طعم المياه النقية جيدًا جدًا.
ثالثا. ثم، زجاجة بلاستيكيةلجهاز الاستقبال من الأفضل عدم تناوله. لأنها ملتوية بالبخار. على الرغم من عدم وجود زجاج في متناول اليد ، فإن البلاستيك سيفي بالغرض. في المكان الذي يوجد فيه المخيم ، كانت الزجاجات البلاستيكية والزجاجية موجودة بكثرة.
النتائج: لمدة 30-40 دقيقة من التقطير بالطريقة الموصوفة ، يتم تنقية حوالي 350 مل من الماء.
الاستنتاجات
يعمل جهاز التقطير المجرب والمختبر على تنقية مياه البحر بشكل مثالي. لا يتم تذوق الأملاح في الماء الناتج. على ما يبدو ، فهي ببساطة غير موجودة :) تتطلب عملية التنظيف كمية كبيرة من الوقود. يضاعف التبريد الشامل لخزان الاستقبال من أداء آلة التقطير تقريبًا. يمكن لجهاز التقطير الذي تم اختباره ، مع الأخذ في الاعتبار جميع أنواع التصحيحات والمشاكل ، تزويد 2-3 أشخاص بالماء النظيف لمدة 2-3 أيام في اليوم. من أجل إمداد المزيد من الأشخاص بالمياه النظيفة لفترة أطول ، يلزم إما آلة تقطير أكثر تقدمًا (مما يجعل بنائها أثقل ويصعب نقلها) ، أو جعل معدات التقطير الشخصية التي تم اختبارها (يقوم كل مشارك بتنقية الكمية المناسبة من الماء) ليوم واحد).
وهكذا ، فقد أظهرت الدراسات التي أجريت نتائج ممتازة في تنقية مياه البحر بطريقة المسيرة. الأهم من ذلك أن وزن الغلاية وأنبوب البخار لم يتعدا 500 جرام.
اليوم في العالم مشكلة يشرب الماء- إنه صغير جدًا. أفريقيا ، على سبيل المثال ، يتم تزويدها بهذا المورد بنسبة 30 في المائة فقط من الكمية المطلوبة.
نفذت البلدان الأخرى لهذا البر الرئيسى
توصيل مياه الشربممكن ، لكن هذا لا يزال غير كاف. كان هذا الموقف هو الذي دفع العلماء إلى التفكير فيما إذا كان من الممكن إخراج مياه الشرب من مياه البحر؟ في الواقع ، ربما حتى في المنزل ، على الرغم من أن هذه عملية طويلة. سيتطلب ذلك مكعب تقطير أو ساكن لغو. في هذه الحالة ، يتم استخدام قانون الفيزياء ، الذي ينص على أن الأملاح لا يمكن أن تذوب تمامًا في الماء. أي بعد التبخر ، تبقى المعادن في القاع.اكتساح مياه البحر
بعد دفع مياه البحر عبر لغو القمر ، ستحصل بعد غليانها على مياه شرب جاهزة للشرب بأقل قدر من الشوائب. في تركيبته ، يشبه الماء المقطر الذي لا يوصل الكهرباء. لذلك ، من الصعب أن تشربها. لكن الصيدليات تبيع ما يسمى بـ "المخصبات" ، بإضافة بضع قطرات منها فقط ، يمكنك الحصول على الماء الذي يحتاجه جسم الإنسان. لذلك ، في المجمل ، يكلف إنتاج مياه الشرب من مياه البحر أكثر قليلاً من إنتاج المياه المعدنية.
كيف تصنع مياه الشرب من مياه البحر في الظروف الطبيعية؟
ليس من الصعب تحويل مياه البحر إلى مياه للشرب إذا قمت بإنشاء نوع من لغو من وسائل مرتجلة. سيتطلب ذلك ثقبًا يتم لفه من الداخل بفيلم وعدة أحجار كبيرة وقش. صب الماء في الحفرة مغطى بالتبن. يتم وضع الأحجار في الأعلى ، وهي مغطاة أيضًا بفيلم. بعد أن يسخن الماء سيبدأ في التبخر وعندما يبرد يتكثف على الحجارة. بالطبع ، سيكون هناك القليل جدًا من الماء ، ولكنه يكفي على الأقل لإرواء عطشك.