Опреснение воды — это снижение количества солей, содержащихся в природных водах. Для питьевых целей воду обычно опресняют частично, снижая содержание солей до величины, когда вода по своим вкусовым качествам становится пригодной для питья (менее 1000 мг/л).
Для опреснения воды используются различные методы. Химический метод ионного обмена, основанный на фильтрации воды через специальные зернистые материалы— иониты, широко применяется на практике для обессоливания вод с общим содержанием солей до 2— 3 г/л. Обессоливание воды электродиализом основано на том, что в электрическом поле катионы и анионы воды движутся к погруженным в воду катоду и аноду. Электродиализаторы разделены проницаемыми для катионов и анионов перегородками (мембранами), а в средней их части, между перегородками скапливается опресненная вода.
При опреснении воды дистилляцией образуется пар, свободный от солей, поэтому при его конденсации получается дистиллированная вода.
Опреснение воды замораживанием основано на том, что при медленном охлаждении воды ниже 0° кристаллы пресного льда, которые смерзаются в агрегаты, образуются раньше, чем замерзает рассол. При постепенном нагревании замерзший между пресным льдом рассол перейдет в жидкое состояние и будет стекать раньше, чем начнут таять кристаллы пресного льда. При дальнейшем таянии образуется пресная вода.
Перед подачей опресненной воды в водопроводную сеть ее необходимо обеззараживать.
Опреснение воды с помощью опреснительных ядерных установок производится методами дистилляции, электродиализа и замораживания. Предпочтение отдается дистилляции. Сброс рассола на поверхность земли или в местные водоемы недопустим. Опресненная вода лишена микроэлементов, безвкусна, малопригодна для питья, приготовления напитков и пищи. Нуждается в обогащении минеральными солями.
Опреснение воды — частичное обессоливание засоленной и морской воды с целью уменьшения содержания растворенных солей до степени, делающей воду
пригодной для хозяйственно-питьевых целей. Опреснение воды отличается от умягчения, т. е. частичного удаления из воды катионов кальция и магния. В связи с освоением новых районов с ограниченными ресурсами пресной воды и с ростом потребности в питьевой воде все чаще возникает необходимость использования источников засоленных вод и даже морской воды (районы Казахстана, Прикаспия и др.).
Опреснение воды достигается изменением ее агрегатного (фазового) состояния (дистилляция, замораживание) и удалением из нее растворенных солей (химические, электрохимические и ионообменные методы). Методом дистилляции, применяемым приблизительно на 80% существующих установок, опреснение воды ведется при температуре немного более 90°, что способствует одновременно и обеззараживанию питьевой воды (см.). Существуют установки, работающие и при низких температурах. Получающаяся путем дистилляции вода, лишенная солей, обладает неприятным вкусом и совсем не содержит микроэлементов; поэтому к ней добавляется исходная минерализованная вода, но не более чем это допускается стандартом качества питьевой воды. В природных условиях опреснение воды путем ее вымораживания и солнечного опреснения возможно лишь в определенных климатических районах. При опреснении воды вымораживанием нельзя допускать загрязнения льда, резервуаров и транспортных средств.
Новые перспективы в области опреснения воды возникли в связи с производством синтетических ионообменных веществ. Эти твердые нерастворимые в воде зернистые органические кислоты и основания обладают свойством обменивать входящие в их состав ионы на ионы, содержащиеся в опресняемой воде. Различают ионообменные смолы как катиониты, извлекающие из воды катионы (Са+2, Mg+2, Na+ и др.), и аниониты, извлекающие из воды анионы — хлор-ион (Cl-), сульфат-ион (SO-24) и др.
Опреснение воды ионообменным методом производится фильтрованием через фильтры напорные (подземные воды, не требующие предварительной очистки и обеззараживания) и безнапорные (воды поверхностного водоисточника, подлежащие предварительной очистке и последующему обеззараживанию). Ионообменные смолы не должны изменять органолептических свойств воды, вызывать появление веществ, которые могут оказаться опасными для здоровья (формальдегид, бластомогенные и другие небезопасные вещества, используемые при производстве органических ионитов).
Электрохимический метод опреснения воды основан на явлении электродиализа: практическое применение его стало возможным с удешевлением электроэнергии и после замены инертных диафрагм ионитовыми (из катионо- и анионообменных смол), соответственно пропускающими катионы и анионы. Использование вновь рекомендуемых ионообменных материалов допускается лишь с одобрения санитарных органов.
Опреснительные ядерные установки. На Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии в 1964 г. было указано на целесообразность строительства комбинированных ядерных опреснительных установок, рассчитанных на одновременное опреснение воды и выработку электроэнергии. Опреснение морской воды на ядерной установке может производиться методами дистилляции, электродиализа и замораживания. В настоящее время предпочтение отдается дистилляции. Экспериментальные установки, построенные в США и СССР, продемонстрировали эффективность и рентабельность двухцелевых станций, предназначенных для опреснения воды и выработки электроэнергии. Советская опреснительная установка рассчитана на 150 мгвт электроэнергии и 120 000 м3 пресной воды в день. Предварительные расчеты, сделанные в США, показывают, что стоимость 1 м3 опресненной воды не будет превышать 7 центов на больших установках и 14 центов на малых.
Однако опреснение воды и использование опресненной воды в народном хозяйстве — проблема не только техническая, ной гигиеническая. Опресненная вода лишена микроэлементов, необходимых для организма человека, безвкусна, малопригодна для питья, приготовления напитков и пищи. Она нуждается в обогащении минеральными солями; необходимо определить, какие минеральные элементы и в каких количествах следует добавлять к опресненной воде, предназначаемой для питья и приготовления пищи, какое количество минеральных элементов допустимо в опресненной воде. Как известно, в морской воде количество минеральных солей достигает 35 000 частей на миллион (ч/млн); в солоноватой воде степей и пустынь — от 2 000 до 4 000 ч/млн; в ирригационной дренажной воде — 4000 ч/млн и выше. Комитету экспертов ВОЗ в 1964 г. были даны рекомендации по содержанию минерального остатка в опресненной воде: от 500 до 1000 частей на 1 миллион.
При опреснении воды на ядерных установках сброс рассола, остающегося после упаривания горько-соленой воды, на поверхность земли или отведение его в местные водоемы недопустимы. В странах жаркого климата для атмосферного упаривания сточных вод до сухого осадка можно устраивать пруды, выложенные полиэтиленовой пленкой. На установках, располагающихся на побережье, отходы после дистилляции воды сбрасываются в море.