התפלת מים: שיטות והגדרות

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

מדענים מאמינים שהאנושות הגיעה לתקופה שבה סכסוכים יתלקחו על פני מים מתוקים. יש רק דרך אחת לפתור את הבעיה הזו - למצוא את השיטה הטובה ביותר להתפלת מים.

מהי התפלת מים

לכל נוזל בהרכבו יש שיעור מסוים של מלחים, מיקרואורגניזמים, מינרלים. טיהור מים טבעיים או מי ברז מוציא מהם חומרים מזיקים. אבל לפעמים הוא מכיל כמות גדולה של מלחים, מה שהופך אותו לא מתאים לצריכה.

דה-מינרליזציה של מים היא ירידה בריכוז המלחים המומסים בהם. ההליך יכול להיות מוחלט, כאשר מהנוזל נמנע מכל תכולת מלח, או חלקי, כאשר נותרת בו כמות נתונה של מלח.

שיטות

התפלה מלאה מתבצעת בדרכים הבאות:

• זיקוק, שיטה תרמית.
• שיטת החלפת יונים.
• שיטת אלקטרודיאליזה.
• אוסמוזה הפוכה של ממברנה.

הסרת מלח חלקית מושגת באמצעות השיטות הבאות:

• ליים.
• ריכוך ברית.
• H-cationization.
• הקפאה.

שיטות התפלהמים דורשים גם עלויות כספיות וגם עלויות אנרגטיות. בחירת שיטת הטיפול תלויה במידת תכולת המלח בנוזל ההתחלתי, בפרודוקטיביות של המתקן, בעלויות מרכיבי התהליך (חום, חשמל, ריאגנטים). לכל אחת מהשיטות יתרונות, חסרונות משלה והיא מתרחשת בעזרת אמצעים טכניים.

התפלה חלקית

משומלים מכל זיהומים, מים משמשים בתהליכים תעשייתיים רבים והם נחוצים לצריכה פנימית על ידי מספר מצומצם מאוד של אנשים. צרכים ביתיים דורשים דה-מינרליזציה של מים במידה מסוימת. לרוב, ריכוך הנוזל מתרחש על ידי קטיוניזציה.

בתהליך, מלחים קשים מוחלפים בקטיוני מימן, אשר בתורם מגיבים להרוס יוני ביקרבונט. המוצרים יוצרים תרכובת המופרשת כגז. מידת הטיהור מוערכת לפי כמות הסידן פחמתי שהוסר.

זיקוק מים

התפלת מים בשיטת הזיקוק היא השיטה הוותיקה והנפוצה ביותר כיום. היתרון הוא בזמינותו האוניברסלית, והחיסרון הוא העלות הגבוהה של התהליך. מזקקים משמשים להשגת מים ללא זיהומים. מדובר בכמה סוגים של מאיידים, שההבדל ביניהם טמון בתכנון, בסוג האנרגיה המשמשת. הנפוצים ביותר הם מכשירי קיטור וחשמל, שהם יקרים וצורכים הרבה אנרגיה.

המכשיר הוא דוד (או כמה דוודים)לחץ נמוך, שבו הנוזל הופך לאדים ומפריד בין רכז המלח. כדי שהמים יקבלו טיהור מקסימלי, מגיעים לטמפרטורה של רתיחה איטית במכשיר. במצב זה, זיהומים כבדים אינם חודרים לתזקיק המעבה. אפשרות אחת להוזיל את העלות היא להגדיל את מספר השלבים, אך התקנה זו כרוכה בהשקעה ראשונית גדולה.

לציוד זיקוק, בנוסף לצריכת אנרגיה רבה, יש עלות מרשימה של כל החלקים. צינורות יקרים, אביזרים, מחליפי חום, מאיידים עשויים קוורץ או פלטינה יכולים לספק רמת טוהר גבוהה. חומרים אחרים אינם מתאימים.

שיטה אלקטרוכימית

מהות השיטה היא העברת מים דרך שדה חשמלי, תוך העברת יוני מלח - קטיונים מופצים לכיוון הקתודה, ואניונים - לכיוון האנודה. למערכת שלושה תאים, שנוצרים באמצעות דיאפרגמות קתודה ואנודה. התא האמצעי מכיל מים שהוכנו להתפלה.

בזרם מועבר זרם חשמלי קבוע, בעזרתו ממוינים המלחים לסרעפות הקתודה והאנודה. השיטה יקרה מאוד מבחינת עלויות ציוד ועלויות חשמל, ולכן לא נעשה בה שימוש נרחב.

החלפת יונים

הדרך האמינה ביותר להשיג התפלת מים היא שיטת חילופי היונים. משקעים של זיהומים בדרך זומאפשר לך לקבל נוזל נקי יותר בזמן קצר, שחשוב להתפלה תעשייתית. השיטה היא החסכונית ביותר ונותנת את תוצאת הניקוי הטובה ביותר.

השיטה מבוססת על סילוק קטיונים ואניונים של מלחים מהנוזל, כתוצאה מטיהור ניתן להגיע לדרגות שונות של דה-מינרליזציה, עד להסרה מלאה של חומרי מלח. התפלת מים על ידי חילופי יונים מתרחשת בהשתתפות מחליפי יונים, שהם פולימרים בלתי מסיסים במים המכילים יון נייד. בתנאים שנוצרו, הפולימר המוכן נכנס לתגובת חליפין עם יוני מלח מאותו סימן. מחליפי יונים ממוקמים בתפיחה בינונית מימית, גדלים בגודלם פי 1.5-2.

ככל שעובר הזמן, מחליפי יונים אוספים מלחים מומסים במים והופכים צפופים יותר. מחליפי יונים רוויים מתחדשים, ולאחר מכן מנקים אותם. מוצרים המתקבלים ממחליפי יונים רוויים נקראים "eluates", הם כוללים פתרונות של מלחים ואלקליות. חלקם הם חומרים יקרי ערך, ולכן הם נפטרים כרכיבים יקרי ערך.

אוסמוזה הפוכה

התקדמות טכנית ותחילתו של מחסור במים מתוקים מולידות טכנולוגיות חדשות להתפלה והתפלה. שיטת הטיפול באוסמוזה הפוכה הופכת לשיטה פופולרית, אשר אמינותה מובטחת על ידי פיתוח טכנולוגיות ממברנות. העניין התעשייתי נובע מעלויות אנרגיה נמוכות יחסית. רוב המכשירים של עיקרון זה משמשים לאחר טיפול במי נהר, כאשר יעילותם הוכחה שוב ושוב.

עבורלשימוש ביתי מתאימים מתקני התפלת מים המבוססים על עקרון אוסמוזה הפוכה הן מבחינת צריכת האנרגיה והן מבחינת איכות המוצר המתקבל. העיקרון של אוסמוזה הפוכה מבוסס על מעבר מים בלחץ דרך ממברנה אטומה למלחים מומסים וזיהומים אחרים. תהליך התפלת המים מסופק על ידי ממברנות חצי חדירה סינתטיות שאינן יכולות לשמור על חלק מהגזים המומסים במים (כלור, פחמן דו חמצני וכו').

שיטת האוסמוזה ההפוכה מטהרת מים מכל הזיהומים, מתרחשת דה-מינרליזציה מלאה, אשר מזיקה לגוף האדם. ברוב המקרים, ההדיוט צריך לבחור בין מי ברז או טיפול בסוג של פילטר. הרע הקטן יותר הוא מים, נטולי כל המרכיבים הטבעיים.

כיום, בחלק מהמדינות כבר יש מפעלים לייצור מי שתייה, שבהם משתמשים בשיטת האוסמוזה ההפוכה להתפלה, ומוציאים ממנה גזים מומסים כאחר-טיפול נוסף. על מנת לתת לו מצב נורמלי קרוב לטבעי, מפעלים מוסיפים את המלחים הדרושים בריכוז מאומת למים מטוהרים.

היתרונות והחסרונות של שיטות בסיסיות

לכל אחת מהשיטות להתפלת מים יש תכונות חיוביות ושליליות כאחד. לאחר שקלתם אותם בפירוט, תוכלו להבין לאיזה מהם להעדיף:

• חילופי יונים עוזרים לקבל את המים הטהורים ביותר, המערכת אמינה ואינה מגיבה למידת המינרליזציהמקור נוזל, דורש מעט עלויות ציוד. תהליך ההתפלה מתבצע עם אובדן מינימלי של צריכת מים. החסרונות של השיטה כוללים זיהום סביבתי מהיר בכימיקלים מזיקים, העלות הגבוהה של הריאגנטים עצמם, המערכת מזדהמת במהירות ומצריכה החלפה תכופה של מסננים. סילוק פסולת וחלקי מסננים קשה.
• זיקוק. מתקני התפלת מים המבוססים על השיטה התרמית משמשים ללא שימוש בכימיקלים, מדגימים את האיכות הטובה של הנוזל המתקבל, וניתן להשתמש בחום הנוצר במהלך הפעולה לצרכים אחרים. מאפיין ייחודי של שיטה זו הוא היכולת לסלק גזים מומסים במים. חסרונות השיטה כוללים: עלויות אנרגיה גבוהות, צורך בטיפול במים, עלות אחזקת המתקן (ניקוי כל החלקים), עלות ציוד גבוהה.
• התקנות ממברנה נבדלות על ידי חוסר יומרה למצב הראשוני של המים, התהליך אינו דורש ריאגנטים כימיים וקל לתחזוקה. איכויות שליליות הן: הכנת מים לתהליך הטיפול, כמות מים גדולה להבטחת פעולת המנגנון, צריכת חשמל גבוהה, המשפיעה על עלות המוצר הסופי.

הפשרה בבית

סינון מים הוא הדרך המשתלמת ביותר לאחר טיפול. ישנן שתי דרכים נפוצות לסילוק טוב או נוזל ים בבית:

• הנח מיכל מים במקפיא והשאיר עד שהוא קפוא לחלוטין. מלח עם חלקהנוזל לא יקפא, יש להמיס את הקרח וניתן להשתמש בו מיד. לטיהור נוסף, כדאי להעביר מים נמסים דרך כל מסנן ביתי. השיטה נקראת זיקוק קר.
• האידוי. הם לוקחים שני מיכלים בגדלים שונים, שופכים מי ים/מלח לתוך הגדול יותר, משאירים את הקטן ריק ומניחים אותו בקערה גדולה. ניתן לשים את כל המבנה על הכיריים לחימום או להשאיר אותו בשמש, לאחר סגירת המכסה. יש צורך להשיג רתיחה איטית של מי מלח. אדים נטולי מלח יתרכזו במיכל הריק. תהליך האידוי בשמש יתקדם הרבה יותר לאט. בשיטה זו מתקבל נפח קטן למדי של מי שתייה.

התפלה והתפלת מים בשיטות עבודת יד אפשרית, אך לא יעילה. האפשרות הטובה ביותר תהיה לרכוש יחידת ניקיון ביתית.

התקנות מקומיות

לצרכים ביתיים, לרוב יש צורך במערכות לטיפול לאחר טיפול במים. ניתן לבצע סינון מים בכמה דרכים:

• הקל והמשתלם ביותר הוא קנקן עם מסננים להחלפה.
• זרבובית עם פילטר על הברז.
• מסנני מים בשולחן העבודה.
• מערכות משובצות המטהרות נוזלים בהתאם למיקום (רק במטבח, בנקודת הכניסה של אספקת המים לבית, מסננים רב-שלביים לטיהור מים מבאר ארטזית וכדומה).

אף אחת מהמערכות הביתיות לא יכולה לסלק מלחים לחלוטין מהנוזל, אבל היא יכולה לרכך מים קשים. בתוך זהבמקרה, אתה צריך לדעת באילו אלמנטים הוא רווי כדי לבחור מערכת, מחסניות מים, מסננים או ריאגנטים. תהליך ההתפלה דורש יחידות גדולות, שטח התקנה גדול, השקעות כספיות גדולות וזמינות של תחזוקת מערכת, שאינה זמינה למגוון רחב של צרכנים.

סוגי ניקיון ביתי

היום נעשה שימוש נרחב בסוגי הטיפול במים הבאים:

• סינון פחם. המכשיר הוא מיכל מלא בפחם, פעיל או פחם. מים העוברים דרך מסנן כזה מטוהרים מכלור, אלמנטים שומניים, חומרי הדברה, מיקרואורגניזמים, חיידקים וכו'. הפילטר זול, עמיד וקל לשימוש.
• ניקיון משובח. סוג זה של מסננים מתחלק לשני סוגים - חד-פונקציונלי ורב-פונקציונלי. כל בחירה מצריכה תחזוקה - החלפה מתמדת של מחסניות מים, החלפת אביזרים וכו'.
• ניקוי גס. הסר חלקיקים גדולים של לכלוך (חול, חלודה, משקעים וכו').
• ניקוי עמוק. סוג מסנן זה כולל מערכות אוסמוזה הפוכה, מסננים רב-שלביים וכו'.

ברוב אזורי רוסיה, נדרש טיהור מים נוסף בלבד, מכיוון שיש מספיק משאבי מים במדינה. האזור היחיד שבו עשוי להיות מחסור במים מתוקים הוא חצי האי קרים, שעלול לדרוש מתקנים תעשייתיים להתפלת מי ים. לכל המכשירים לביצוע תהליכים יש פטנט.יש לבצע התפלה והתפלת מים בשיטות מבוססות מדעיות עם בדיקת חובה של התוצאות בתנאי מעבדה.