В МИФИ разработали новую технологию ядерного опреснения воды

Недостаток пресной воды требует разработки новых принципов опреснения, в том числе перспективного метода ядерного опреснения, методов очистки вод для оборотного водоснабжения (рециклинг), причем требования к питьевой и к воде для технических нужд могут быть разными.

Для повышения экологической безопасности и совершенствования технологии опреснения необходимо решить глобальную научно-технологическую задачу, которой занимаются ученые кафедры №10 МИФИ, – создание комплексной системы водоснабжения на основе новой концепции, включающей использование новых высокоэффективных методов опреснения, таких как ядерное, мембранное опреснение, либо гибридные технологии на их основе. Эти методы должны сочетаться с рециклингом и обработкой осадков до уровня, позволяющего обеспечить экологические требования.

Большинство современных опреснительных технологий основаны на одном из двух методов: дистилляции с помощью тепловой энергии, в том числе ядерного опреснения или опреснения при помощи мембран (обратный осмос и мембранный электродиализ). При дистилляции соленая вода доводится до кипения, получаемый пар выводится из системы и конденсируется с образованием пресной воды. Если в качестве источника тепла используется ядерный реактор, метод называется ядерным опреснением.

Мембранный метод обратного осмоса основан на «фильтрации» соленой воды под действием перепада давления через полупроницаемые мембраны, проницаемые для молекул воды, но непроницаемые для солей, при этом перепад давления должен быть больше так называемого осмотического давления (~30 атм. для морской воды). В другом мембранном методе – мембранном электродиализе, наоборот, через так называемые ионообменные мембраны проникают ионы, а в канале остается пресная вода.

Указанные мембранные методы могут применяться совместно с ядерным опреснением (гибридные технологии опреснения), т.е. могут использоваться на ядерных объектах, где имеется доступ к относительно дешевой тепловой энергии.

Для нормального функционирования опреснительных установок качество исходной воды должно соответствовать определенным жестким требованиям. Это влечет за собой необходимость разработки системы предварительной очистки, стоимость которой иногда в два-три раза превышает стоимость самой опреснительной установки.

Ученые МИФИ разработали новую технологию и технологические схемы блока предподготовки с учетом данных по составу загрязнителей, солесодержанию и производительности системы водоподготовки на основе реагентных методов с гидродинамической активацией процесса вывода загрязнителей при их коагуляции, флокуляции и сорбции, что позволяет уменьшить размеры, и, как следствие, стоимость блока предварительной подготовкой в несколько раз. Более того, большая часть малорастворимых солей может быть удалена в блоке предподготовки, что увеличивает эффективность системы в целом. Также в работе предусмотрена разработка методов и технологических схем по удалению и переработке образующихся осадков – отходов (перевод в твердую фазу).

После блока предварительной подготовки воды соленая вода поступает в блок опреснения, процесс в котором, как правило, очень энергоемкий. Для снижения энергоемкости процесса опреснения предлагаются гибридные схемы опреснения. В этих схемах совместно используются дистилляционныех и мембранные методы опреснения, позволяющие получить как питьевую, так и технологическую воды.

Использование гибридной схемы, включающей дистилляционные и мембранные методы, позволяет получать как питьевую воду, так и особо чистую воду для собственных нужд АЭС.

Кроме этого, проект ученых МИФИ предусматривает разработку интегрированной технологической системы рециклинга воды и системы опреснения для снижения экологической нагрузки на окружающую среду и повышения энергоэффективности системы в целом.

Особенностью разрабатываемой технологии на кафедре №10 является подача предварительно очищенной использованной воды в блок обессоливания, причем, поскольку солесодержание этой воды составляет около 2-5 г/л, вода подается не на вход опреснительной системы, а на промежуточную стадию в соответствии с общей теорией разделения.

Полученные результаты предполагается использовать в комплексных проектах Росатома, в частности применительно к АЭС в Египте, где планируется реализовать технологию ядерного опреснения.

Доцент И.М. Курчатов и студент-дипломник Р.А. Александров работают на исследовательском стенде водоочистки