Способ и устройство для опреснения

Предлагаются способ и устройство для очистки воды. Исходная вода, например морская вода,может быть подана в фильтр, такой как микропористая или нанофильтрующая мембрана, для получения пермеата, который, в свою очередь, может быть подан в устройство для электродеионизации для получения пресной воды. Способ включает обработку морской воды,имеющей общее содержание растворенных твердых веществ примерно от 20000 до 40000 млн-1,путем селективного уменьшения концентрации одного или нескольких неодновалентных компонентов в морской воде на первой стадии, включающей пропускание морской воды через узел для нанофильтрации с получением возвратного потока и фильтрата; рекуперацию энергии из указанного возвратного потока в узле рекуперации и селективное уменьшение концентрации одного или нескольких одновалентных компонентов в фильтрате на второй стадии, включающей пропускание фильтрата с первой стадии через узел для электродеионизации с пониженным электросопротивлением. Система для опреснения морской воды содержит узел для нанофильтрации, соединенный по текучей среде с источником морской воды; узел для рекуперации энергии из возвратного потока, отводимого из узла для нанофильтрации; и узел для электродеионизации, соединенный по текучей среде с узлом для нанофильтрации, где узел для электродеионизации содержит концентрирующие ячейки и разбавляющие ячейки, имеющие ширину менее примерно 10 мм, что обеспечивает пониженное электросопротивление. Указанные способ и устройство позволяют получить воду, имеющую общее содержание растворенных твердых веществ примерно от 230 до 500 млн-1, при этом общее количество энергии,потребляемое в узле нанофильтрации с учетом рекуперации и узле электродеионизации, не превышает 7,2 кВтч/килогаллон (1,9 кВтч/м 3 или 6,85 МДж/м 3) получаемой воды. Область техники, к которой относится изобретение Данное изобретение относится к способу и устройству для очистки воды и, в частности, к опреснению воды при использовании фильтрации и электродеионизации. Уровень техники, предшествующий данному изобретению Возрастающая мировая потребность в пресной воде для питья для промышленных и сельскохозяйственных видов применения привела к увеличению потребности в способах очистки, которые используют в качестве источников воды морскую воду, солоноватую (жесткую) воду или другую воду с увеличенной минерализацией. Очистка воды с высокой минерализацией посредством удаления растворенных твердых веществ, таких как соли, выполняется несколькими путями, включая дистилляцию и обратный осмос (RO). В этих способах исходную морскую или другую солоноватую воду предварительно обрабатывают и затем очищают (например, опресняют) до уровня, который подходит для потребления людьми или для других целей. Несмотря на то что морская вода, и часто солоноватая вода, является исходным материалом, имеющимся в изобилии, энергия, требующаяся для ее преобразования в питьевую воду при использовании имеющихся в настоящее время методов обратного осмоса или дистилляции, часто стоит непомерно дорого. Океан предоставляет неограниченный источник воды, если может быть разработан эффективный способ опреснения при незначительном воздействии на окружающую среду. Хотя стоимость оборудования может быть высокой, наибольшие текущие затраты при опреснении воды с высокой минерализацией приходятся на энергию. Небольшое повышение эффективности использования энергии может привести к значительной экономии в расходах вследствие больших объемов воды, которые обычно обрабатываются системами опреснения. Например, энергия, требующаяся для получения питьевой воды из морской воды способом обратного осмоса, включает главным образом энергию, которая требуется для преодоления осмотического давления морской воды, наряду с компенсацией неэффективных потерь давления во время обработки. Поскольку как к пермеату обратного осмоса, так и к сточным водам от обратного осмоса (часто 70% общего количества воды, поданной в систему, теряются в виде отходов) должно быть приложено давление,то потребление энергии при обратном осмосе много больше теоретического термодинамического минимума, требующегося для опреснения. Обычно требуются дорогие механические устройства для утилизации давления, чтобы возвратить часть потерь энергии, требующейся для приложения давления. Морская вода обычно имеет общее содержание растворенных твердых веществ (TDS) примерно 20000-40000 млн-1 (мг/л), и источники солоноватой воды могут иметь от 2000 до 20000 млн-1 TDS. Эти растворенные твердые вещества включают множество одновалентных, двухвалентных, поливалентных и/или многовалентных солей или компонентов, при этом содержание хлорида натрия обычно составляет примерно 75% или более от общего содержания твердых веществ. Несмотря на то что способы с испарением, такие как дистилляция, традиционно используются для производства питьевой воды, эти способы обычно требуют еще большего количества энергии, чем системы с использованием технологии обратного осмоса. Кроме того, эти системы обычно используют сложные методы рекуперации тепла, чтобы улучшить эффективность использования энергии. Поскольку способы, основанные на обратном осмосе или дистилляции, функционируют при повышенном давлении или температуре и поскольку вода с высокой минерализацией обладает значительным корродирующим действием, то требуются металлы и сплавы со специальными свойствами, чтобы противостоять рабочим условиям, и, соответственно, необходимость в использовании в этих способах усложненного оборудования для сбережения энергии дополнительно увеличивает первоначальные затраты на оборудование и значительно уменьшает надежность оборудования. Метод обратного осмоса может быть эффективен при удалении ионных соединений из морской воды. Однако существенным недостатком систем обратного осмоса является то, что мембраны обратного осмоса селективным образом отфильтровывают не одновалентные или многовалентные соли в большей степени по сравнению с одновалентными солями. Соответственно, для целей очистки в таких областях применения, как сельское хозяйство, в которых большинство двухвалентных ионов, таких как кальций и магний, фактически полезны при орошении, эти ионы селективным образом отфильтровываются, что приводит к необходимости повышения рабочего давления и увеличивает потенциальную возможность засорения мембраны, образования на ней отложений и/или потерю ценных минералов для использования в растениеводстве. Разность в осмотическом давлении между морской водой, содержащей более 3,5% твердого вещества, и питьевой водой с TDS менее 1000 или менее 500 млн-1, определяет необходимость использования высокого давления при получении пермеата питьевого качества только лишь для того, чтобы преодолеть разность термодинамической свободной энергии. На практике, поскольку морская вода обычно обрабатывается при увеличенном отборе воды в качестве продукта, чтобы снизить затраты на предварительную обработку посредством уменьшения количества воды, которое требуется подготовить для последующей обработки, то требующееся осмотическое давление даже еще выше, чем то, которое необходимо для обработки морской воды при 3,5% твердого вещества. Например, давление, используемое в системах обратного осмоса, обычно составляет более 800, 900 или даже 1000 фунтов/кв.дюйм (5520, 6210 или даже 6900 кПа), и из практических соображений в отношении функционирования при высоком давлении, коррозионной стойкости, предотвращения потерь энергии и предотвращения образования отложений вследствие селективности для двухвалентных ионов и отфильтровывания кремнезема имеются ограничения в отборе воды в качестве продукта (отношении воды, полученной в качестве продукта и отвечающей определенным стандартам, и общего водопритока), составляющие примерно от 30 до 40%. Это ограничение приводит к высоким приростным издержкам в отношении предварительной обработки и использования воды в случае систем обратного осмоса, когда считается, что изменение в отборе воды в качестве продукта от примерно 67 до примерно 33% приводит к удваиванию стоимости оборудования для предварительной обработки и к удваиванию общего потребления воды для заданной потребности в чистой воде. Последние достижения в области мембран для обратного осмоса и в методах повторного использования энергии понизили потребление энергии системами для получения питьевой воды с использованием обратного осмоса до величины примерно от 7 до 14 кВтч на 1000 галлонов (от 7 до 14 кВтч/килогаллон)(от 1,85 до 3,70 кВтч/м 3 или от 6,66 до 13,32 МДж/м 3) получаемой воды. Для снижения потребления энергии при получении пресной воды из морской воды также разработаны альтернативные методы, использующие комбинацию процессов. Например, системы с двухпроходной нанофильтрацией проявили способность к получению питьевой воды при использовании общего рабочего давления примерно 750 фунтов/кв.дюйм (5175 кПа); примерно 500 фунтов/кв.дюйм (3450 кПа) на первой стадии и примерно 250 фунтов/кв.дюйм (1725 кПа) на второй стадии. Поскольку использование энергии относится к рабочему давлению, то общее рабочее давление примерно 750 фунтов/кв.дюйм(5175 кПа) обеспечивает систему, более эффективную в отношении потребления энергии по сравнению с обычной системой обратного осмоса, функционирующей при давлении более 800 фунтов/кв.дюйм(5520 кПа). См., например, идею Vuong в публикации патента СШАUS 2003/0205526, которая включена в данный документ посредством ссылки на нее. В другом способе, используемом для получения пресной воды из морской воды, используются методы нанофильтрации в сочетании с методами обратного осмоса или испарения при быстром понижении давления. См., например, идею Hassan в патенте США 6508936, который включен в данный документ посредством ссылки на него. Сущность изобретения Предмет данного изобретения может включать в некоторых случаях взаимосвязанные продукты,альтернативные решения для конкретных задач и/или множество разных видов использования одной системы или продукта. В одном из аспектов данного изобретения предлагается способ очистки морской воды, имеющей общее содержание растворенных твердых веществ примерно от 20000 до 40000 млн-1. Способ включает стадии подачи исходной воды в узел для нанофильтрации, где осуществляется селективное уменьшение концентрации одного или нескольких не одновалентных компонентов в морской воде, при рабочем давлении в узле для нанофильтрации примерно 600 фунтов/кв.дюйм (4140 кПа) или менее с получением возвратного потока и первого фильтрата; рекуперации энергии из указанного возвратного потока в узле рекуперации и пропускания первого фильтрата с первой стадии через узел для электродеионизации, где узел для электродеионизации содержит концентрирующие и разбавляющие ячейки, имеющие ширину менее примерно 10 мм, что обеспечивает пониженное электросопротивление, с получением воды, имеющей общее содержание растворенных твердых веществ примерно от 230 до 500 млн-1, в котором вышеуказанные стадии нанофильтрации и деионизации выполняются при потреблении нетто-энергии, не превосходящем 7,2 кВтч/килогаллон (1,9 кВтч/м 3 или 6,85 МДж/м 3) получаемой в качестве продукта воды. В соответствии с другим аспектом данного изобретения предлагается устройство (система) для опреснения морской воды, имеющей общее содержание растворенных твердых веществ примерно от 20000 до 40000 млн-1. Система содержит узел для нанофильтрации, соединенный по текучей среде с источником морской воды и функционирующий при рабочем давлении примерно 600 фунтов/кв.дюйм (4140 кПа) или менее; узел для рекуперации энергии из возвратного потока, отводимого из узла для нанофильтрации; и узел для электродеионизации, соединенный по текучей среде с узлом для нанофильтрации, где узел для электродеионизации содержит концентрирующие и разбавляющие ячейки, имеющие ширину менее примерно 10 мм, что обеспечивает пониженное электросопротивление. При этом общее количество энергии, потребляемое в узле нанофильтрации с учетом рекуперации и узле электродеионизации, не превосходит 7,2 кВтч/килогаллон (1,9 кВтч/м 3 или 6,85 МДж/м 3) получаемой воды, имеющей общее содержание растворенных твердых веществ примерно от 230 до 500 млн-1. Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предлагается способ обработки исходной морской воды или другой воды с высокой минерализацией, чтобы уменьшить суммарное содержание растворенных твердых веществ при приложении энергии в количестве, не превосходящем примерно 7,2 кВтч/килогаллон (1,9 кВтч/м 3 или 6,85 МДж/м 3) фильтрата к устройству, и удаления фильтрата из установки, при этом фильтрат содержит примерно от 230 до 500 млн-1 суммарного количества растворенных твердых веществ. Краткое описание чертежей Другие преимущества, особенности и виды применения данного изобретения станут очевидными из представленного ниже подробного описания неограничивающих вариантов осуществления данного изобретения, рассмотренных с привлечением прилагаемых чертежей, которые являются схематичными и представлены не в масштабе. Следует уточнить, что отмечен не каждый компонент и также не каждый компонент каждого варианта осуществления данного изобретения показан там, где иллюстрирование не является необходимым для понимания данного изобретения средними специалистами в данной области. На чертежах показано: фиг. 1 - схематическое изображение, которое иллюстрирует систему в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления данного изобретения; и фиг. 2 - схематическое изображение, которое иллюстрирует систему в соответствии с одним или несколькими другими вариантами осуществления данного изобретения. Подробное описание чертежей Это изобретение не ограничивается в своем применении деталями конструкции и расположением компонентов, рассмотренными в представленном ниже описании или проиллюстрированными чертежами. Данное изобретение может быть выполнено в виде других вариантов осуществления и может быть осуществлено на практике или реализовано различными путями. Кроме того, фразеология и терминология, использованные в данном документе в описательных целях, не должны рассматриваться в качестве ограничения. Использование слов "включающий", "содержащий", "имеющий", "имеющий в своем составе" и "включающий в себя" и их вариантов означает охватывание приведенных далее элементов и их эквивалентов, а также дополнительных элементов. В случаях, когда данное описание и материалы, упомянутые для сведения, включают противоречивые моменты, данное описание должно превалировать. Питьевая вода обычно имеет TDS менее примерно 1000 млн-1; и в некоторых случаях питьевая вода может иметь TDS менее примерно 500 млн-1. Примерами не питьевой воды являются морская вода или соленая вода, солоноватая вода, сточные воды и некоторые виды воды для промышленного водоснабжения. Ссылки на морскую воду в данном документе, как правило, применимы к другим видам не питьевой воды. Некоторые особенности данного изобретения относятся к способам и устройству для очистки морской воды и другой не питьевой воды, которые используют, помимо прочего, системы электроопреснения и электрохимические системы, а также методы, которые могут быть совмещены с мембранными системами с использованием давления и/или системами для обработки воды. Электрохимические методы могут в общем также включать такие процессы, как непрерывная деионизация, электродиализ с заполненными ячейками, электрохимическая деионизация и реверсивный электродиализ. Как это использовано в данном документе, термин "очищать" относится к уменьшению суммарного содержания растворенных твердых веществ и опционально к уменьшению концентрации суспендированных твердых веществ,содержания коллоидных частиц и ионизованных и неионизованных примесей в исходной воде до уровня,при котором очищенная вода считается питьевой и может быть использована для тех же целей, что и пресная вода, включая, однако без ограничения ими, потребление людьми и животными, орошение и промышленные виды применения. Опреснение является видом очистки, при котором из морской воды удаляется соль. Исходная вода или вода, подлежащая обработке, в целом может быть из разных источников, включая воду с TDS от примерно 3000 до примерно 40000 млн-1 или более. Исходная вода может быть, например, морской водой, солоноватой водой, сточными водами, промышленными сточными водами и возвратными водами нефтяной промышленности. Исходная вода может содержать высокие уровни одновалентных солей, двухвалентных и многовалентных солей и органические компоненты. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления данное изобретение направлено на способ обработки морской воды или солоноватой воды, при этом исходная вода содержит растворенную смесь, в которой одновалентные ионы присутствуют в более высокой концентрации по сравнению с концентрациями двухвалентных и других многовалентных ионов. Необязательная первоначальная стадия, включающая обработку микрофильтрацией или обработку ультрафильтрацией, предлагается для удаления суспендированного твердого вещества, коллоидных веществ и/или растворенных веществ с увеличенной молекулярной массой. После указанной необязательной стадии в этом варианте осуществления обеспечивается первая стадия специализированного электроопреснения, чтобы селективным образом удалить фракцию одновалентных ионов, за которой, после любой стадии промежуточной обработки,следует этап, включающий вторую стадию мембранной обработки, такую как электродеионизация, чтобы получить воду, обладающую желательной конечной чистотой. Данный способ в целом обеспечивает функционирование при отборе воды в качестве продукта от 30 до 70% или более. Электродеионизация (EDI) представляет собой способ, который удаляет из воды или, по меньшей мере, уменьшает содержание в ней одного или нескольких ионизированных или способных к ионизации компонентов при использовании электрически активной среды и электрического потенциала, чтобы влиять на перенос ионов. Электрически активная среда обычно служит для поочередного сбора и разряда ионизированных или способных к ионизации компонентов и в некоторых случаях, чтобы способствовать переносу ионов, который может быть непрерывным, посредством механизмов ионного или электронного замещения. Устройства для электродеионизации (EDI) могут содержать электрохимически активную среду с постоянным или временным зарядом и могут функционировать периодически, прерывистым образом, непрерывно и/или даже в режимах с изменением полярности. Устройства для электродеионизации могут функционировать для содействия протеканию одной или нескольких электрохимических реакций,специально разработанных для достижения или улучшения эксплуатационных характеристик. Кроме того, такие электрохимические устройства могут содержать электрически активные мембраны, такие как полупроницаемые или селективно проницаемые ионообменные или биполярные мембраны. Устройства для непрерывной электродеионизации (CEDI) представляют собой устройства для электродеионизации,известные специалистам в данной области, которые функционируют таким образом, чтобы очистка воды могла выполняться непрерывно, наряду с тем, что ионообменный материал восстанавливается непрерывным образом. См., например, патенты США 6824662, 6312577, 6284124, 5736023 и 5308466, каждый из которых включен в данный документ посредством ссылки на него. Технология непрерывной электродеионизации может включать такие процессы, как непрерывная деионизация, электродиализ с заполненными ячейками или электрохимическая деионизация. При контролируемых напряжении и условиях минерализации в системах непрерывной электродеионизации молекулы воды могут расщепляться с образованием водорода или ионов или групп гидроксония и гидроксида или гидроксильных ионов или групп, которые могут регенерировать ионообменную среду в устройстве и, соответственно, способствовать высвобождению из нее захваченных компонентов. Таким образом, поток воды, подлежащей обработке, может очищаться непрерывно без необходимости химического восстановления ионообменной смолы. Устройства для электродиализа (ED) функционируют на основе принципа, сходного с устройствами для непрерывной электродеионизации, за исключением того, что устройства для электродиализа не содержат электроактивной среды между мембранами. Вследствие отсутствия электроактивной среды функционирование устройств для электродиализа может затрудняться исходной водой с низкой минерализацией по причине ее повышенного электрического сопротивления. Также, поскольку функционирование устройства для электродиализа при высокой минерализации исходной воды может приводить к увеличенному электрическому току, устройство для электродиализа наиболее эффективно при использовании исходной воды со средней минерализацией. В системах на базе электродиализа из-за отсутствия электроактивной среды расщепление воды неэффективно, и функционирования в таком режиме обычно избегают. В устройствах для непрерывной электродеионизации и устройствах для электродиализа несколько смежных ячеек или отсеков обычно разделены селективно проницаемыми мембранами, которые позволяют прохождение либо положительно, либо отрицательно заряженных компонентов, однако обычно не тех и других вместе. В таких устройствах разбавляющие или обедняющие отсеки обычно расположены между концентрирующими или концентрационными отсеками. Когда вода протекает через обедняющие отсеки, то ионные и другие заряженные компоненты обычно втягиваются в концентрационные отсеки под действием электрического поля, такого как поле постоянного тока. Положительно заряженные компоненты притягиваются к катоду, обычно расположенному на одном конце стека из множества обедняющих и концентрационных отсеков, а отрицательно заряженные компоненты аналогичным образом притягиваются к аноду таких устройств, обычно расположенному на противоположном конце стека отсеков. Электроды обычно расположены в электролитных отсеках, которые, как правило, отделены от жидкостных каналов обедняющими и/или концентрационными отсеками. При нахождении в концентрационном отсеке заряженные компоненты обычно захватываются барьером из селективно проницаемой мембраны, по меньшей мере частично, определяющей концентрационный отсек. Например, дальнейшая миграция анионов из концентрационного отсека в направлении к катоду обычно предотвращается катионной селективной мембраной. Захваченные в концентрационном отсеке заряженные компоненты могут быть удалены потоком концентрата. В устройствах для непрерывной электродеионизации и устройствах для электродиализа поле постоянного тока обычно прикладывается к ячейкам источником электрического напряжения и тока, соединенным с электродами (анодом или положительным электродом и катодом или отрицательным электродом). Источник напряжения и тока (в собирательном значении "источник электропитания") может сам по себе питаться от устройств различного вида, таких как источник питания переменного тока или, например, источник питания с использованием солнечной энергии, энергии ветра или морских волн. На поверхностях раздела электрод/жидкость протекают электрохимические полуэлементные реакции, которые инициируют перенос ионов через мембраны и отсеки и/или способствуют ему. Специфические электрохимические реакции, которые происходят на электродах/поверхностях раздела, могут контролироваться до некоторой степени концентрацией соли в специализированных отсеках, в которых размещены электродные сборки. Например, при подаче в анодные электролитные отсеки воды с высокой концентрацией хлорида натрия имеет место тенденция к образованию газообразного хлора и ионов водорода, в то время как при подаче такой воды в катодный электролитный отсек имеет место тенденция к образованию газообразного водорода и гидроксильных ионов. Обычно ион водорода, образованный в анодном отсеке, будет связываться со свободным анионом, таким как хлоридный ион, для сохранения нейтральности заряда и образовывать раствор хлористо-водородной кислоты, и аналогичным образом, гидроксильный ион,образованный в катодном отсеке, будет связываться со свободным катионом, таким как ион натрия, для сохранения нейтральности заряда и образовывать раствор гидроксида натрия. В соответствии с другими вариантами осуществления этого изобретения реакционные продукты электродных отсеков, такие как образованные газообразный хлор и гидроксид натрия, могут быть использованы при необходимости в данном способе для дезинфекции, для очистки мембраны и устранения ее засорения, а также для регулирования рН. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения в системе для обработки может быть использовано несколько стадий для очистки воды или, по меньшей мере, для уменьшения концентрации растворенных в ней твердых веществ. Например, вода, подлежащая обработке, может быть очищена постадийно таким образом, что на каждой стадии удаляется селективным образом один или несколько типов растворенных твердых веществ, в результате чего получают очищенную, например обессоленную или даже питьевую, воду. В некоторых случаях на одной или нескольких стадиях может использоваться один или несколько операционных блоков, которые осуществляют селективное удержание некоторых растворенных компонентов, которые затем могут быть удалены на одной или нескольких последующих или расположенных ниже по потоку стадиях при использовании одного или нескольких других операционных блоков. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления системы очистки по данному изобретению на первой стадии могут удаляться растворенные компоненты одного вида или, по меньшей мере, может уменьшаться их концентрация. В других вариантах осуществления на первой стадии могут удаляться все растворенные компоненты, кроме одного их вида, или, по меньшей мере, может уменьшаться их концентрация. Любые оставшиеся компоненты, не удаленные из воды, могут затем быть удалены или их концентрация может быть уменьшена на одной или нескольких последующих стадиях. В некоторых вариантах осуществления данного изобретения могут использоваться потоки побочного продукта от одной или нескольких стадий, чтобы осуществить регенерацию или восстановление одной или нескольких других стадий. Выпускаемый поток или поток побочного продукта от одной или нескольких стадий системы по данному изобретению может иметь высокую концентрацию первого растворенного компонента, удаленного из воды, подлежащей обработке. Присутствие первого растворенного компонента в таком потоке может способствовать регенерации других операционных блоков на одной или нескольких других стадиях электродиализа могут удаляться из морской воды одновалентные компоненты или уменьшаться их концентрация. Для примера в табл. 1 представлены концентрации основных типичных растворенных веществ, которые составляют соли, содержащиеся в типичной морской воде. На основании этих компонентов и в предположении удаления примерно 80% от общей величины TDS (общего количества растворенных твердых веществ) на первой стадии, функционирующей при отборе в качестве продукта примерно 67% воды и содержащей анионные и катионные селективные ионообменные мембраны для одновалентных ионов, может быть определен состав обедненного и обогащенного потоков, вытекающих с данной стадии, как функция коэффициента селективности мембраны. Коэффициент селективности мембраны может быть определен как где v представляет собой молярность ионного компонента i иv представляет собой изменение молярности ионного компонента. В табл. 2 представлены расчетные величины содержания растворенных веществ, остающихся в потоке, обедненном ионами, и потоке, обогащенном ионами, выпускаемых из первой ступени разделительного устройства, содержащей анионные и катионные селективные мембраны для одновалентных ионов с селективностями 1 (неселективные), 5 и 10. Данные в табл. 2 получены для исходной воды с TDS примерно 20000 млн-1 и при предполагаемом отборе воды в качестве продукта примерно 67%. Таблица 1 Типичный состав морской воды Таблица 2 Свойства обедненного и обогащенного потоков при подаче умягченной морской воды в 2-ступенчатые устройства для электродиализа Как можно видеть из табл. 2, для устройств, содержащих мембраны, селективные в отношении одновалентных ионов, концентрации растворенных веществ, таких как кальций, магний и сульфат, которые вызывают засорение концентрационных отсеков устройства и образования в них отложений, поддерживаются при сравнительно низких уровнях содержания в обогащенном потоке по сравнению с устройствами с использованием неселективных мембран. Результат заключается в том, что использование устройства с мембранами, селективными в отношении одновалентных ионов, позволяет увеличить отбор воды в качестве продукта без вызывания осаждения солей и результирующего ухудшения характеристик или засорения устройства для опреснения. Селективность в отношении одновалентных ионов может не обязательно снижать непропорциональным образом уровни бикарбоната в обогащенном потоке, однако потенциальная возможность осаждения бикарбонатных соединений, таких как бикарбонат кальция, тем не менее понижается по причине непропорционального снижения уровней содержания кальция (например, по отношению к натрию) в обогащенном потоке. Кроме того, как будет рассмотрено более подробно ниже, кислые электролитные продукты, полученные при использовании высокоминерализованного раствора хлорида натрия в качестве электролита, могут быть использованы в качестве реагента, подаваемого в поток концентрата, чтобы регулировать и понижать величину pH потока концентрата и, соответствен-6 019880 но, сдерживать потенциальную способность любого остаточного бикарбоната кальция в потоке концентрата к образованию отложений посредством смещения равновесного состояния бикарбоната от карбонатной формы. Поток побочного продукта (например, поток концентрата от стадии электродиализа, селективного в отношении одновалентных ионов) мог бы иметь высокую концентрацию таких компонентов, например хлорида натрия, которые могут быть затем использованы, чтобы способствовать восстановлению функционирования ионообменного узла с возможностью его последующего опционального использования для селективного удаления из воды, подлежащей обработке, двухвалентных компонентов или же уменьшения их концентрации. Кроме того, когда дополнительные ступени, включающие другие виды операционных блоков, используются для дополнительного удаления или уменьшения концентрации оставшихся компонентов и/или следовых загрязнений из части или всего обедненного потока, то могущие вызвать проблемы компоненты, которые остаются в обедненном потоке, выпускаемом с первой стадии,селективным образом удаляются перед конечным использованием (например, это удаление бора селективным ионным обменом перед использованием воды для орошения в сельском хозяйстве) или перед подачей ко второй мембранной структуре комплексной системы (например, это удаление кальция и магния посредством химически регенерируемого катионного обмена, чтобы избежать засорения второй мембранной ступени и образования в ней отложений). Посредством размещения опционального узла для ионного обмена, размещенного после первой ступени для селективного удаления одновалентных ионов, обеспечивается возможность проведения дополнительных процессов, выгодных для функционирования ионообменного узла. Функционирование ионообменного узла, например узла катионного обмена для удаления кальция и магния из исходной воды, гораздо менее эффективно в отношении его способности к удалению, если исходная вода имеет высокую общую минерализацию. Соответственно, посредством функционирования узла для ионного обмена, размещенного после первой ступени для удаления соли, в которой уже удаляется большая часть солей, присутствующих в исходной воде, данный узел для ионного обмена будет работать более эффективно и предоставлять очищенный продукт лучшего качества при меньшей потребности в химической регенерации. Кроме того, когда дополнительные ступени с другими видами операционных блоков используются для дополнительного удаления оставшихся компонентов из потока воды или снижения их концентрации,то любые потоки побочного продукта от них также могут быть использованы, чтобы способствовать регенерации одного или нескольких других операционных блоков на других стадиях. Другие особенности данного изобретения могут быть рассмотрены как направленные на уменьшение общего количества побочного продукта или отходов, связанных с очисткой воды, подлежащей обработке. Фактически, поток побочного продукта от одной или нескольких ступеней или операционных блоков может быть направлен к одной или нескольким ступеням или операционным блокам, расположенным выше или ниже по потоку, и объединен с водой, подлежащей обработке, и/или использован,чтобы способствовать функционированию таких операционных блоков. В соответствии с одной или несколькими особенностями данного изобретения системы и методы электродеионизации (EDI), включая системы непрерывной электродеионизации (CEDI), могут быть объединены с одним или несколькими методами для очистки не питьевой воды, например воды с TDS более примерно 5000 млн-1, чтобы получить питьевую воду. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления данного изобретения на одной или нескольких стадиях используются методы отделения с приложением давления, такие как фильтрация, для удаления части TDS в исходной не питьевой воде и один или несколько методов отделения с приложением электродвижущей силы, таких как электродеионизация, чтобы дополнительно удалить часть TDS в первоначально отфильтрованной воде для получения, в конечном счете питьевой воды. Методы отделения с приложением давления могут быть основаны на системах и технологии нанофильтрации (NF). В соответствии с другими вариантами осуществления метод отделения с приложением электродвижущей силы, такой как электродиализ или электрохимическая деионизация, однако не ограничиваясь ими, может быть использован, например, совместно с системами и методами фильтрации и/или электродеионизации, чтобы очистить, например опреснить,воду. Другие варианты осуществления данного изобретения предполагают использование комбинаций таких систем и методов. Так, например, системы электродеионизации могут быть использованы совместно с двумя или более системами, которые в комбинации удаляют предпочтительным образом один или несколько видов растворенных твердых веществ. Фактически, в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления данного изобретения стадия электродеионизации может быть использована со стадией электродиализа и/или стадией ионного обмена. Методы нанофильтрации могут быть использованы для удаления компонентов меньшего размера по сравнению с теми, которые могут быть удалены ультрафильтрацией (UF), однако они обычно не удаляют все те компоненты, которые могут быть удалены методами обратного осмоса. Мембраны для нанофильтрации могут объединять как стерические, так и электрические эффекты при отфильтровывании или селективном отделении растворенных компонентов. Соответственно, мембраны для нанофильтрации могут, например, удалять или уменьшать концентрацию незаряженных органических молекул, включая,-7 019880 например, органические молекулы с молекулярной массой более примерно 150 Да или в некоторых случаях более примерно 300 Да. Двухвалентные и/или многовалентные ионы обычно удаляются при степени удаления более примерно 90%. Однако в некоторых случаях она составляет более примерно 95% и в некоторых видах применения более примерно 98% многовалентных компонентов может быть удалено такими селективными методами. Системы нанофильтрации, однако, обычно менее эффективны для удаления одновалентных ионов по сравнению с двухвалентными или не одновалентными ионами и могут удалять, например, менее примерно 10%, менее примерно 25%, менее примерно 50%, менее примерно 75% или менее примерно 90% одновалентных ионов, присутствующих в исходной воде, подлежащей обработке. Мембраны для нанофильтрации могут быть изготовлены из различных материалов, включающих,например, полиамидные материалы. См., например, патенты США 6723241 и 6508936, а также публикацию патента США 2003, 5736023 и 5308466, которые включены в данный документ посредством ссылки. Как отмечено выше, в отдельных случаях системы и методы нанофильтрации могут не удалять одновалентные ионы эффективным образом или, по меньшей мере, до такого их содержания, которое желательно и/или экономически целесообразно. Морская вода, однако, обычно имеет величину TDS, в которой примерно три четверти составляют компоненты в форме одновалентных солей. Табл. 1 представляет типичные концентрации различных, однако не обязательно всех, компонентов в морской воде. Сопутствующее рабочее давление, требующееся для обработки воды с использованием мембран,может быть существенно меньше рабочего давления, требующегося для прохождения воды через мембраны для обратного осмоса, в которых одновалентные соли вносят значительный вклад в разность осмотического давления между исходной водой и пермеатом. В зависимости от применения, исходная вода может быть очищена в устройстве для нанофильтрации при рабочем давлении менее примерно 600 фунтов/кв.дюйм (4140 кПа); в некоторых случаях при рабочем давлении менее примерно 500 фунтов/кв.дюйм (3450 кПа) или в других случаях при рабочем давлении примерно 400 фунтов/кв.дюйм(2760 кПа) или менее. В полученном при этом пермеате концентрация органических компонентов и концентрация двухвалентных и не одновалентных ионов обычно уменьшены на величину более чем примерно 90%, наряду с тем, что удерживается более чем примерно 10% одновалентных ионных компонентов. В зависимости от конкретной конфигурации и исходной воды удерживается или извлекается более чем примерно 25% одновалентных ионов; в некоторых видах применения извлекается более чем примерно 50% одновалентных ионов и в других видах применения извлекается более чем примерно 75% одновалентных ионных компонентов. Поэтому устройство для нанофильтрации морской воды, солоноватой воды или исходной воды сходного состава может давать фильтрат, в котором в значительной степени уменьшено содержание двухвалентных и не одновалентных ионных компонентов и/или органических компонентов, однако может оставаться значительная часть первоначальных одновалентных ионных компонентов, таких как хлорид натрия. У фильтрата по сравнению с исходной водой может иметь место снижение TDS примерно 30% или более (в некоторых случаях вплоть до примерно 95%). В большинстве случаев, однако, фильтрат морской воды при однопроходной нанофильтрации не подходит для потребления людьми или использования в видах применения, требующих пресной воды, и может потребоваться дополнительная обработка, чтобы получить подходящую воду. В соответствии с одной группой вариантов осуществления данного изобретения продукт, например фильтрат со ступени нанофильтрации, подается на ступень электродеионизации (например, в узел непрерывной электродеионизации). Двухвалентные и многовалентные катионы, такие как магний и кальций, которые обычно вносят вклад в жесткость воды, могут быть в большом количестве удалены на ступени нанофильтрации или на промежуточной ступени ионообменного умягчения воды ниже по потоку от ступени электродиализа,селективной по одновалентным ионам. Устройства для электродеионизации могут, в свою очередь, удалять одновалентные катионы и/или анионы, такие как хлорид натрия, и также функционировать при более низкой потребляемой мощности в случае исходной воды, свободной от двухвалентных ионов. Соответственно, исходная вода, которая содержит в качестве растворенного твердого вещества в основном одновалентные ионы, может быть эффективно очищена пропусканием воды через один или несколько узлов для электродеионизации и один или несколько узлов для нанофильтрации. Для каждой стадии могут быть выполнены один или несколько проходов и два узла или более для электродеионизации могут быть использованы последовательно или при любом подходящем расположении. Обычно ступени нанофильтрации предшествуют ступеням электродеионизации. Такие конфигурации могут приводить к снижению или даже к предотвращению засорения операционных блоков и/или компонентов, расположенных ниже по потоку, например в концентрационных отсеках, и действующих совместно узлах устройства для электродеионизации, а также патрубков и трубопроводов. Поэтому один или несколько узлов для нанофильтрации могут быть использованы преимущественно для удаления двухвалентных и/или многовалентных ионов, например ионов, обусловливающих жесткость воды, и одно или несколько устройств для электродеионизации могут быть использованы преимущественно для удаления одновалентных ионов, соответственно уменьшая или устраняя склонность к засорению. Фактически, данное изобретение может быть направлено на системы и способы, которые обеспечивают одну или несколько стадий или операционных блоков, которые могут удалять из потока воды один или несколько двухвалентных и/или многовалентных компонентов или, по меньшей мере, уменьшать их концентрацию и одну или несколько стадий или операционных блоков, которые могут удалять из потока воды один или несколько одновалентных компонентов или, по меньшей мере, уменьшать их концентрацию. Вода, полученная при этом в качестве продукта, может быть, соответственно, отнесена к питьевой воде. Другие особенности данного изобретения направлены на системы и способы очистки потока воды посредством снижения или даже сведения к минимуму тенденции одного или нескольких компонентов в потоке воды к засорению мембранных устройств или образованию в них отложений на первой стадии или предварительных стадиях или посредством удаления одновалентных компонентов или, по меньшей мере, уменьшения их концентрации на второй стадии или последующих стадиях. Первая стадия, например, фильтрация, такая как нанофильтрация, может выполняться при потреблении энергии примерно 4,7 кВтч/килогаллон (4,47 МДж/м 3) или менее. Вторая стадия, например, электрохимическая обработка, такая как электродеионизация, может выполняться при потреблении энергии примерно 2,3 кВтч/килогаллон (2,19 МДж/м 3) или менее. Соответственно, ожидаемое общее потребление энергии может составлять примерно 7 кВтч/килогаллон (6,66 МДж/м 3), что соответствует значительному снижению потребляемой энергии по сравнению с другими способами опреснения, такими как опреснение испарением, обратный осмос, опреснение с двухпроходной нанофильтрацией и гибридные способы нанофильтрации/обратного осмоса и нанофильтрации/испарения. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления данного изобретения жидкости, содержащие удержанные (отфильтрованные) компоненты и концентрат, которые образуются в ходе этого процесса и обычно содержат большее количество растворенных твердых компонентов по сравнению с использованной исходной водой, могут быть выпущены в источник исходной воды или в обычные очистные сооружения для обработки сточных вод. Концентрат, выпускаемый, например, из узла для непрерывной электродеионизации, может быть использован повторно и возвращен в качестве исходной воды или в комбинации с исходной водой в узле для нанофильтрации. В некоторых случаях, например,когда концентрированный рассол выпускается из отсеков для концентрата узла для непрерывной электродеионизации, данный рассол, который может быть практически полностью или в основном свободен от двухвалентных и многовалентных ионов или иметь пониженный уровень содержания компонентов,образующих отложения, может быть использован в качестве исходного рассола для производства дезинфицирующего средства, такого как гипохлорит натрия, однако без ограничения этим. Умягченный рассол может обеспечивать источник хлорсодержащего компонента, способного к электролизу, для использования в системах, образующих дезинфицирующее средство, в которых может быть использовано, например, электролитическое устройство. Соответственно, если очищенная вода, полученная при использовании некоторых особенностей данного изобретения, может принести пользу при последующем использовании для дезинфекции, то это обеспечивает возможность получения готового источника умягченного концентрированного рассола и/или дезинфицирующего средства при низких затратах. Перед обработкой исходной воды могут быть выполнены различные процедуры ее предварительной обработки. Например, методы предварительной обработки могут быть использованы для исходной воды, которая может содержать твердые вещества или другие материалы, способные оказывать влияние на какую-либо стадию или устройство, такое как устройство для нанофильтрации или устройство для электродеионизации, или снижать их эффективность. Процессы предварительной обработки могут быть выполнены перед устройством для нанофильтрации и/или устройством для электродеионизации и могут включать, например, фильтрацию твердых частиц, фильтрацию песка, фильтрацию углерода, микрофильтрацию, такую как микрофильтрация в поперечном потоке (CMF), их комбинации и другие способы, направленные на снижение содержания твердых частиц. Также может быть выполнена регулировкаpH и/или щелочности исходной воды посредством, например, добавления кислоты, основания или буфера или посредством аэрации. Особенно важное опциональное преимущество варианта осуществления, включающего первую стадию, селективную в отношении одновалентных ионов, заключается в том, что поскольку отбор воды в качестве продукта в такой системе больше, чем в технологиях, используемых в настоящее время, то объем предварительной обработки, требующейся для исходной воды, существенно уменьшается. Соответственно, пропорционально снижается требуемая производительность оборудования для предварительной обработки. Результатом являются пониженные стоимость и объем оборудования для предварительной обработки и/или, в качестве варианта, возможность использования систем для предварительной обработки, которые обычно не подходили бы с экономической точки зрения. Например, мембранная микрофильтрация, т.е. технология, которая удаляет не только объемные твердые частицы, но также и микробные загрязняющие компоненты и другие вредные коллоидные примеси в исходной воде, может быть использована более рентабельным образом в качестве замены традиционным и менее эффективным системам отфильтровывания песка. Это улучшает качество воды, получаемой в качестве конечного продукта, наряду с повышением надежности последующих компонентов для обработки. Один из вариантов осуществления устройства по данному изобретению проиллюстрирован на фиг. 1. Устройство 100 включает один или несколько узлов 110 для нанофильтрации, а также один или несколько узлов 120 для электродеионизации. Узел 110 для нанофильтрации содержит нанофильтрующую мембрану, размещенную в корпусе. Узел 120 для электродеионизации содержит один или несколько анодов, катодов, концентрационных и обедняющих отсеков. Потоки исходной воды поступают в обедняющие, концентрационные и электродные отсеки узла 120 для электродеионизации. Источником 140 исходной воды может являться, например, океан. Исходная вода может закачиваться через трубопровод 150 и подаваться под давлением насосом 130 для протекания через нанофильтрующую мембрану в узле 110 для нанофильтрации. Обычно насос 130 прикладывает к подаваемой воде давление примерно 600 фунтов/кв.дюйм (4140 кПа) или менее (рабочее давление). Пермеат из узла 110 для нанофильтрации,в котором понижено содержание многовалентных ионных компонентов, протекает через трубопровод 160 в качестве исходного потока в узел 120 для электродеионизации. Отфильтрованная жидкость из узла 110 протекает через трубопровод 170 и может быть направлена, например, назад в источник 140 исходной воды. Энергия может быть рекуперирована из потока концентрата и использована, например, для нагревания исходной воды, получения электроэнергии и/или для предоставления энергии для других процессов или операционных блоков, которые не обязательно непосредственно связаны с устройством 100. Вода через трубопровод 160 может подаваться в любые обедняющие, концентрационные и/или электродные отсеки узла 120 для электродеионизации. Узел 120 для электродеионизации обычно питается от источника электрического тока (не показан), который может быть сконфигурирован так, чтобы давать электрическое поле с изменением полярности. Очищенная вода поступает в трубопровод 180, по которому она может направляться для использования или хранения в качестве питьевой воды. Питьевая вода,при необходимости, может быть подвергнута консервированию или дополнительной дезинфекции. Поток концентрата из узла 120 для электродеионизации может быть выпущен в отходы через трубопровод 190, может быть возвращен в устройство через трубопровод 192 и использован повторно или может быть использован в качестве рассола через трубопровод 194. Поток концентрата может иметь содержание хлорида натрия, сходное с его содержанием в морской воде, и может являться источником исходной воды для узла 110 для нанофильтрации. Устройства и способы по данному изобретению могут функционировать непрерывным или периодическим образом и могут функционировать при фиксированном расположении оборудования или на мобильной платформе, например на борту судна или на транспортном средстве. Также могут быть использованы системы многопроходной непрерывной электродеионизации, в которых исходная вода обычно протекает через устройство два раза или более, или она может протекать через опциональное второе устройство. В некоторых случаях устройство для электродеионизации может быть нагрето, чтобы, например, увеличить скорость переноса внутри них ионных компонентов. Соответственно, устройство для электродеионизации может функционировать при температуре окружающей среды; в качестве варианта устройство для электродеионизации может функционировать при температуре более примерно 30C, более примерно 40C или даже более примерно 50C. В некоторых случаях может оказаться желательным уменьшение внутреннего электрического сопротивления устройства для электродеионизации, чтобы минимизировать потребление энергии. Поэтому в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления данного изобретения для отделения или ограничения обедняющих и/или концентрационных отсеков могут быть использованы мембраны с низким электросопротивлением. Например, индивидуальные отсеки или ячейки устройства для электродеионизации могут быть сконструированы таким образом, чтобы иметь ширину менее примерно 10 мм. Использование мембран с низким электросопротивлением и/или тонких отсеков может способствовать снижению электросопротивления или нагрузки и, следовательно, служить для уменьшения потребности в электропитании. Мембраны с низким электросопротивлением, которые могут быть использованы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения, включают, например, мембраны, поставляемые на рынок под торговым названием NEOSEPTA компанией ASTOM Corporation,Токио, Япония. В некоторых вариантах осуществления данного изобретения пространство между мембранами может составлять, например, менее примерно 0,1 дюйма (2,54 мм), примерно 0,06 дюйма(1,52 мм) или менее или примерно 0,05 дюйма (1,27 мм) или менее. В некоторых видах применения может оказаться важным или желательным снижение концентрации компонентов бора в воде до уровня, приемлемого для сельского хозяйства и/или потребления людьми. Например, желательная концентрация компонентов бора может составлять менее примерно 1 млн-1. В некоторых случаях желательная концентрация компонентов бора соответствует уровню, предписанному правительством и/или организациями здравоохранения, или ниже этого уровня. Например, концентрация бора может соответствовать уровню, рекомендуемому Всемирной организацией здравоохранения, который составляет примерно 0,5 млн-1, или быть ниже этого уровня. Фактически, в некоторых видах применения концентрация бора в обработанной воде составляет предпочтительно менее примерно 0,4 млн-1. Поскольку морская вода часто содержит высокие уровни бора, например от примерно 1 до примерно 4 млн-1, то может быть затруднено достижение рекомендуемых или предписанных целевых уровней содержания бора при использовании обычных способов опреснения. Устройства и способы по данному изобретению могут быть выгодным образом использованы для снижения концентрации компонентов бора в исходной воде до приемлемого уровня. Фактически, некоторые варианты осуществления данного изобретения направлены на устройства и способы, которые снижают концентрацию бора в исходном потоке от примерно 4,6 до менее примерно 0,5 млн-1. В дополнение к снижению затрат на энергию, устройства и способы по данному изобретению могут обеспечивать меньшие капитальные затраты, эксплуатационные расходы и/или затраты на техническое обслуживание. Например, вследствие способности к функционированию при более низких рабочих давлениях в устройствах по данному изобретению могут быть использованы материалы с более низкой стоимостью, такие как пластиковые трубопроводы, вместо трубопроводов высокого давления из нержавеющей стали и/или титановых сплавов, которые обычно требуются для систем обратного осмоса. Для очистки морской воды требуется отделить воду от растворенных в ней компонентов. Энергия,требующаяся для выполнения этого отделения, представляет собой количество энергии, требующейся для преодоления разности осмотического давления между исходной водой (морской водой) и продуктом(пресной водой). Осмотическое давление морской воды, Psw, может быть определено из уравнения Вант-Гоффа:(8,314 Дж/(мольК, и Т - абсолютная температура в кельвинах, Т=300 К (примерно 27C). Концентрация ионов соли в морской воде составляет примерно 1,12 моль/л, в предположении раствора чистого хлорида натрия. Поэтому осмотическое давление определяется как составляющее примерно 400 фунтов/кв.дюйм(2760 кПа) (1,120,082300=27,6 бар). Энергия, требующаяся для опреснения, обычно указывается в расчете на 1000 галлонов очищенной воды в час. Приблизительная величина теоретически минимальной энергии, требующейся для опреснения морской воды, составляет примерно 2,9 кВтч/килогаллон (2,76 МДж/м 3) (или примерно 0,77 кВтч/м 3), при ее определении в соответствии с указанным ниже уравнением, в предположении давления на мембране примерно 400 фунтов/кв.дюйм (2760 кПа) (для нанофильтрующей мембраны) и КПД насоса 100%: Эффективная мощность в л.с. = [(галлонов/мин)(фунтов/кв.дюйм)]/[(1715) (КПД)] =[(16,67)(400)]/[(1715)(1)] = 3,89 л.с. (2,9 кВт). Полагают, что требующаяся минимальная энергия не зависит от способа, используемого для опреснения морской воды (с использованием нагревания или давления). Пример 1. Сравнение известных устройств с использованием обратного осмоса с устройствами и способами по данному изобретению иллюстрирует экономию энергии, которая может быть достигнута. Обычное устройство с использованием обратного осмоса требует примерно 19,2 кВтч/килогаллон (18,26 МДж/м 3) для опреснения морской воды, как показано представленным ниже уравнением. В данном расчете принятое давление на мембране составляет примерно 900 фунтов/кв.дюйм (6210 кПа), принятый КПД насоса составляет примерно 85% и принятый отбор воды в качестве продукта составляет примерно 40%. Кроме того, принято, что при расходе на входе примерно 41,67 галлонов/мин (0,1577 м 3/мин) образуется примерно 16,67 галлонов/мин (0,0631 м 3/мин) пермеата и примерно 25 галлонов/мин (0,0946 м 3/мин) возвратной воды. Предполагается, что методы рекуперации энергии не используются. Эффективная мощность в л.с = [(галлонов/мин)(фунтов/кв.дюйм)]/[(1715)(КПД)] =[(41,67)(900)]/[(1715)(0,85)] = 25,73 л.с. (19,2 кВт). Однако если используются методы рекуперации энергии, то рассчитанная потребность в энергии может быть уменьшена. Примеры агрегатов или оборудования для рекуперации энергии включают, например, турбину, такую как колесо Пельтона, или устройство для обмена давления. Устройства обоих видов могут рекуперировать энергию от возвратного потока высокого давления и передавать энергию исходному потоку, поступающему в устройство для обратного осмоса. Узел с колесом Пельтона обычно имеет эффективность рекуперации энергии примерно 80%, а устройства объемного вытеснения обычно могут обладать эффективностью рекуперации энергии от примерно 90 до примерно 95%. Чтобы рассчитать влияние рекуперации энергии на общее потребление энергии, предполагают, что примерно 40% энергии расходуется потоком пермеата (0,419,2 кВтч/килогаллон (5,07 кВтч/м 3 или 18,26 МДж/м 3)=7,68 кВтч/килогаллон (2,03 кВтч/м 3 или 7,30 МДж/м 3 и примерно 60% энергии расходуется возвратным потоком (0,619,2=11,52 кВтч/килогаллон (3,04 кВтч/м 3 или 10,96 МДж/м 3. В предположении, что, например, примерно 93% энергии в возвратном потоке может быть рекуперировано,расходуется, соответственно, примерно 7% (0,0711,52=0,81 кВтч/килогаллон (0,21 кВтч/м 3 или 0,77 МДж/м 3. Поэтому общее потребление энергии устройством для обратного осмоса с использованием технологии рекуперации энергии составляет примерно 7,68+0,81=8,49 кВтч/килогаллон Пример 2. Чтобы оценить общее количество энергии, требующейся для опреснения морской воды при использовании устройства, содержащего комбинацию узлов для нанофильтрации и для электродеионизации,определяют независимым образом величины энергии, потребляемые каждым из узлов, и затем их объединяют. Энергия, потребляемая узлом для нанофильтрации, оценивается как составляющая примерно 10,7 кВтч/килогаллон (10,18 МДж/м 3) (примерно 2,8 кВтч/м 3), как показано представленным ниже уравнением: Эффективная мощность в л.с. = [(галлонов/мин)(фунтов/кв.дюйм)]/[(1715)(КПД)] =[(41,67)(500)]/[(1715)(0,85)] = 14,3 л.с. (10,7 кВт). Эта оценка была основана на предположении, что давление на мембране составляет примерно 500 фунтов/кв.дюйм (3450 кПа), КПД насоса составляет примерно 85%, и отбор воды в качестве продукта составляет примерно 40%. Эта оценка также была основана на том, что расход на входе составляет примерно 41,67 галлонов/мин (0,1577 м 3/мин) и образуется примерно 16,67 галлонов/мин (0,0631 м 3/мин) пермеата и примерно 25 галлонов/мин (0,0946 м 3/мин) возвратной воды. Предполагается, что методы рекуперации энергии не были использованы. Методы рекуперации энергии могут быть использованы в устройствах для нанофильтрации аналогично тому, как это было описано выше для устройств с использованием обратного осмоса. Кроме того,аналогичные допущения были использованы в отношении влияния рекуперации энергии: предполагается, что примерно 40% энергии расходуется потоком пермеата (0,410,7 кВтч/килогаллон (2,83 кВтч/м 3 или 10,18 МДж/м 3)=4,28 кВтч/килогаллон (1,13 кВтч/м 3 или 4,07 МДж/м 3 и примерно 60% энергии расходуется возвратным потоком (0,610,7=6,42 кВтч/килогаллон (1,70 кВтч/м 3 или 6,11 МДж/м 3. Если примерно 93% энергии в возвратном потоке рекуперируется, то расходуется, соответственно, примерно 7% (0,076,42=0,45 кВтч/килогаллон (0,12 кВтч/м 3 или 0,43 МДж/м 3. Соответственно, общее потребление энергии устройством для нанофильтрации составляет примерно 4,73 кВтч/килогаллон(4,28+0,45=4,73 кВтч/килогаллон (1,25 кВтч/м 3 или 4,50 МДж/м 3). Чтобы потреблять меньше энергии, чем система обратного осмоса в отдельности, требуется устройство для опреснения, содержащее ступени нанофильтрации и непрерывной электродеионизации в комбинации одной с другой. Как рассмотрено выше, ступень нанофильтрации потребляет примерно 4,7 кВтч/килогаллон (1,24 кВтч/м 3 или 4,47 МДж/м 3), в то время как общее потребление энергии системой обратного осмоса составляет примерно 8,5 кВтч/килогаллон (2,25 кВтч/м 3 или 8,09 МДж/м 3). Соответственно, чтобы обеспечить общее потребление энергии меньше, чем в системе обратного осмоса, потребление энергии на ступени непрерывной электродеионизации предпочтительно должно составлять примерно 3,8 кВтч/килогаллон (1,00 кВтч/м 3 или 3,61 МДж/м 3) или менее. Если система для нанофильтрации отфильтровывает примерно 91% от общего количества растворенных твердых веществ, содержащихся на входе в подаваемой морской воде, то расположенный ниже по потоку модуль непрерывной злектродеионизации предпочтительно должен удалять примерно 90% оставшихся растворенных твердых частиц, чтобы вода удовлетворяла стандартам для питьевой воды сTDS менее 500 млн-1. Поэтому, чтобы конкурировать с системами обратного осмоса, модуль непрерывной электродеионизации для удаления этого количества твердого вещества должен нуждаться в энергии в количестве менее примерно 3,8 кВтч/килогаллон (1,00 кВтч/м 3 или 3,61 МДж/м 3) воды, полученной в качестве продукта. Пример 3. Устройство приводилось в действие для определения возможности очистки (опреснения) морской воды до уровня менее примерно 500 млн-1 TDS. Устройство содержало узел для нанофильтрации и узел для непрерывной электродеионизации, который отвечает вышеуказанным требованиям в отношении потребления энергии (менее примерно 3,8 кВтч/килогаллон (1,00 кВтч/м 3 или 3,61 МДж/м 3). Искусственную морскую воду готовили из смеси искусственной морской соли INSTANT OCEAN, производства компании Aquarium Systems, Mentor, Ohio. Узлы для нанофильтрации и для непрерывной электродеионизации функционировали при следующих условиях. Как для узлов нанофильтрации, так и для узлов непрерывной электродеионизации использовали замкнутые контуры. Исходная вода для электродного отсека узла непрерывной электродеионизации, которая была отделена от воды, образованной в качестве продукта нанофильтрацией, была образована водой от обратного осмоса с добавлением H2SO4, чтобы достичь величины pH примерно 2. Содержание кальция в исходной воде составляло примерно 50 мг/л, при его измерении как СаСО 3. В устройстве для нанофильтрации использовали мембрану FELMTEC NF90 (440), производства компании The Dow Chemical Company, Midland, Michigan. К потоку воды на входе узла для нанофильтрации прикладывали давление примерно 500 фунтов/кв.дюйм (3450 кПа), и вода имела электропроводность примерно 45,5 мСм/см. Пермеат из узла для нанофильтрации имел электропроводность примерно 4,2 мСм/см при расходе примерно 3,25 л/мин. Расход отфильтрованной жидкости составлял примерно 36 л/мин. Номинальная рабочая температура узла составляла примерно 23C. Оценивали два разных узла для непрерывной электродеионизации, обозначенных как стек А (пониженное электросопротивление) и стек В (стандарт). Каждый из стеков А и В содержал 20 пар ячеек,расположенных на пути протекания, изогнутом с образованием 2 ступеней, по 10 пар ячеек на каждой ступени. Длина пути протекания составляла примерно 28 дюймов (0,71 м). В обоих стеках используется анод на базе оксида иридия, катод из нержавеющей стали и смесь примерно 50/50 анионной смолы сильного основания/катионной смолы сильной кислоты DOWEX MARATHON, обе производства The DowChemical Company, Midland, Michigan. Расстояние между мембранами в каждом из стеков А и В составляло примерно 0,06 дюйма (1,52 мм). Стек А включал чередующиеся ионообменные мембраны. Условия функционирования и характеристики обоих модулей обобщены в табл. 2. Данные о потреблении энергии, представленные в табл. 3, не учитывают эффективность подачи электропитания. Эти данные показывают, что стек А предпочтительнее стека В, поскольку стек А производит продукт аналогичного качества при таком же расходе, однако при использовании примерно на 40% меньше энергии. Соответственно, в предположении, что устройство для нанофильтрации требует примерно 4,7 кВтч/килогаллон (1,24 кВтч/м 3 или 4,47 МДж/м 3) для достижения желательной производительности при степени удаления менее примерно 90%, устройство, содержащее узлы для нанофильтрации и для непрерывной электродеионизации, обеспечивает потребление энергии примерно 7 кВтч/килогаллон(1,85 кВтч/м 3 или 6,66 МДж/м 3). Это общее потребление энергии примерно на 15% меньше потребления энергии обычным устройством с использованием обратного осмоса. Таблица 3 Рабочие и измеренные параметры стеков А и В для непрерывной электродеионизации Пример 4. Этот пример описывает другие варианты осуществления данного изобретения, которое может быть использовано для уменьшения концентрации растворенных твердых веществ в морской воде. Как проиллюстрировано на фиг. 2, устройство может содержать по меньшей мере одну ступень электродеионизации, расположенную после одной или нескольких ступеней уменьшения концентрации одновалентных компонентов и одной или нескольких ступеней уменьшения концентрации двухвалентных компонентов. Ступень уменьшения концентрации одновалентных компонентов может содержать любой операционный узел, который уменьшает концентрации одновалентных компонентов, таких как хлорид натрия,однако без ограничения ими. Примеры операционных блоков, которые могут служить для уменьшения концентрации одновалентных растворенных твердых веществ, включают, однако без ограничения ими,узлы для электродиализа и для электрохимической деионизации. Эта ступень уменьшения концентрации одновалентных компонентов может функционировать при увеличенном отборе воды в качестве продукта, в частности примерно от 60 до 70% или более, в зависимости от коэффициента селективности мембраны для одновалентных компонентов по отношению к не одновалентным компонентам. Это обусловлено предотвращением потенциальной возможности засорения мембранных устройств или образования в них отложений за счет не одновалентных или многовалентных компонентов, поскольку их концентрация не увеличивается в той же самой пропорции, что и одновалентные компоненты. Такое устройство в гораздо меньшей степени склонно к засорению и образованию отложений по сравнению с другими процессами, такими как неселективный электродиализ или дистилляция, и в еще меньшей степени склонно к засорению и образованию отложений по сравнению с такими процессами, как нанофильтрация и обратный осмос, которые селективным образом концентрируют многовалентные компоненты и засоряющие вещества по сравнению с одновалентными компонентами. Посредством функционирования при увеличенном отборе воды в качестве продукта не только процесс является более эффективным, например, вследствие снижения требований в отношении объема оборудования и материалов для предварительной обработки, но также уменьшается общее количество воды, требуемой для всего процесса в целом, что особенно важно в регионах с ограниченными водными ресурсами. Кроме того, посредством функционирования при высоком отборе воды в качестве продукта концентрация соли в потоке концентрата от устройства увеличивается, что полезно в определенных обстоятельствах. Например, посредством функционирования при минерализации исходной воды примерно 3,33% и при отборе воды в качестве продукта примерно 67% может быть получен поток концентрата с концентрацией соли примерно 10%. В случае, когда преимущественно одновалентные ионы селективным образом переносятся в указанный поток концентрата, результирующий поток может являться потоком с преимущественно чистыми одновалентными компонентами (например, с хлоридом натрия) в концентрации примерно 10%. Такой поток, например, может быть частично использован для регенерации истощенных ионообменных колонн, в качестве соляных очищающих агентов, для подачи в кристаллизаторы для эффективного производства кристаллических солей и/или в других электрохимических процессах для производства, например, хлора и каустической соды для дезинфекции или регулировки pH. Кроме того, концентрированный раствор соли может использоваться циклически в электролитных отсеках устройства для электродиализа, и хлор и каустическая сода в качестве побочных продуктов могут производиться без необходимости в отдельной системе образования каустической соды/хлора, при этом устраняется необходимость в дополнительных химикатах, иных, чем соли, уже имеющиеся в исходной воде,подлежащей обессоливанию. На стадии удаления одновалентных компонентов могут использоваться мембраны, которые селективным образом удаляют одновалентные катионы, одновалентные анионы или как одновалентные анионы, так и одновалентные катионы. Если желательно производство чистого хлорида натрия из сырья, содержащего кальций и сульфатные соли, то система может содержать как анионные мембраны, так и катионные мембраны, селективные в отношении одновалентных ионов. В качестве варианта, если целью является лишь производство концентрата, содержащего чистые ионы натрия, независимо от уровней содержания сульфата, то система может содержать только катионные мембраны, селективные в отношении одновалентных ионов. Частично обессоленный продукт от ступени селективного удаления одновалентных ионов может быть затем направлен в ступень снижения концентрации двухвалентных ионов, которая может включать любой операционный блок, который уменьшает концентрацию двухвалентных компонентов, таких как соли кальция и магния, однако без ограничения ими. Примеры операционных блоков, которые могут служить для уменьшения концентрации таких компонентов, обусловливающих жесткость, включают,однако не ограничиваются ими, ионообменные узлы, в частности катионообменные колонны, использующие катионообменную среду. Кроме того, ионообменная среда, объединенная с селективными абсорбентами, и среда, селективная в отношении анионов, могут быть использованы для селективного удаления из воды возможных следовых ионов, таких как остаточный бор и бикарбонат, а также двухвалентных анионов, таких как сульфат. Для селективных абсорбентов, которые требуют не только стадий регенерации рассолом, но также стадии регенерации кислотой или каустической содой, кислота и каустическая сода могут быть опционально получены из концентрированного чистого соляного раствора сода могут быть опционально получены из концентрированного чистого соляного раствора от концентрата первой стадии, полученного на первой стадии очистки мембраной, селективной в отношении одновалентных ионов. Варианты осуществления, представленные на фиг. 2, также иллюстрируют использование потока побочного продукта от одной ступени к другой ступени, чтобы способствовать ее функционированию. В качестве примера показано, что стадия уменьшения содержания одновалентных ионов может уменьшать концентрацию хлорида натрия в обрабатываемой воде и накапливать такие компоненты в потоке концентрированного побочного продукта, который обычно выпускается в качестве потока отходов, обогащенного хлоридом натрия. Этот поток побочного продукта может быть использован для регенерации катионообменной среды на ступени уменьшения концентрации двухвалентных ионов. Заключительная ступень может рассматриваться в качестве ступени доочистки, которая дополнительно уменьшает концентрацию любых нежелательных компонентов и доводит воду до качества питьевой воды. Поток побочного продукта от этой ступени может быть введен повторно или смешан с водой или же выпущен. Соответственно, проиллюстрированный вариант осуществления может выгодным образом уменьшать общую нагрузку на выходе. В отдельных случаях было бы непрактично использование такого потока концентрата для регенерации ступени удаления двухвалентных ионов, однако поскольку устройства,селективные в отношении одновалентных ионов, обычно функционируют при повышенной концентрации, то становится возможной эффективная регенерация ионообменных узлов. Также возможно производство кислоты, каустической соды и хлора для очистки, санитарной обработки, дезинфекции для помощи в регенерации специальных селективных ионообменных узлов с ионообменной средой, селективной в отношении бора. Вода, полученная в качестве продукта из мембранного узла, селективного в отношении одновалентных ионов, может быть использована для определенных целей непосредственным образом без необходимости в ее дополнительной обработке, например в качестве воды для нужд сельского хозяйства, в которой полезным образом поддерживается определенный уровень содержания двухвалентных ионов по сравнению с одновалентными ионами. Как вариант, вода в качестве продукта от второй ступени может быть использована непосредственным образом, например в случаях, когда вода в качестве продукта обессолена примерно на 90% и когда вода свободна от следовых элементов и двухвалентных компонентов или имеет пониженный уровень их содержания. Однако, в качестве альтернативы, продукт от второй ступени может быть направлен в третий узел мембранного разделения, содержащий, например, неселективные мембраны для электродиализа или электродеионизации, в котором вода дополнительно обессоливается до высокого уровня чистоты. В таком случае концентрированный раствор от третьей ступени обычно содержит в основном лишь один вид одновалентных ионов и, соответственно, имеет место малая потенциальная возможность засорения третьей ступени или образования в ней отложений, и концентрат,при высокой доле отбора воды в качестве продукта, может быть использован повторно, например при концентрации солей, близкой к их содержанию в исходной воде, для подачи потока концентрата на первую стадию узла, селективного в отношении одновалентных ионов. Конечный результат выполнения способа в целом заключается в том, что могут быть обеспечены различные виды воды для разных видов применения, наряду с тем, что устройство функционирует при условиях, обеспечивающих высокую эффективность, при которых устройство не склонно к засорению или образованию отложений, при этом отбор воды в качестве продукта много больше по сравнению с обычными технологиями опреснения, и требуемые вспомогательные химикаты для регенерации, для удаления следовых элементов, для дезинфекции, для регулировки pH и для очистки обеспечиваются из состава ионов исходной воды. При ознакомлении с описанными здесь некоторыми особенностями по меньшей мере одного варианта осуществления этого изобретения следует принимать во внимание, что различные изменения, модификации и усовершенствования могут быть легко сделаны специалистами в данной области техники. Такие изменения, модификации и усовершенствования следует понимать как часть данного изобретения,и они предполагают включение в сущность и объем данного изобретения. Соответственно, представленные выше описание и чертежи приведены лишь в качестве примера. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система для опреснения морской воды, где морская вода имеет общее содержание растворенных твердых веществ примерно от 20000 до 40000 млн-1, содержащая узел для нанофильтрации, соединенный по текучей среде с источником морской воды и функционирующий при рабочем давлении примерно 600 фунтов/кв.дюйм (4140 кПа) или менее; узел для рекуперации энергии из возвратного потока, отводимого из узла для нанофильтрации; и узел для электродеионизации, соединенный по текучей среде с узлом для нанофильтрации, где узел для электродеионизации имеет концентрирующие ячейки и разбавляющие ячейки, имеющие ширину менее примерно 10 мм, что обеспечивает пониженное электросопротивление,при этом общее количество энергии, потребляемое в узле нанофильтрации с учетом рекуперации и узле электродеионизации, не превышает 7,2 кВтч/килогаллон (1,9 кВтч/м 3 или 6,85 МДж/м 3) получаемой воды, имеющей общее содержание растворенных твердых веществ примерно от 230 до 500 млн-1. 2. Система по п.1, дополнительно содержащая узел для предварительной обработки, расположенный перед узлом для нанофильтрации, причем данный узел для предварительной обработки выбран из группы, состоящей из фильтра с подушкой, микрофильтра, микрофильтра с поперечным потоком, отстойного резервуара и аэратора. 3. Способ обработки морской воды, имеющей общее содержание растворенных твердых веществ примерно от 20000 до 40000 млн-1, включающий селективное уменьшение концентрации одного или нескольких неодновалентных компонентов в морской воде на первой стадии, содержащей пропускание морской воды через узел для нанофильтрации при рабочем давлении примерно 600 фунтов/кв.дюйм (4140 кПа) или менее с получением возвратного потока и фильтрата; рекуперацию энергии из указанного возвратного потока в узле рекуперации; селективное уменьшение концентрации одного или нескольких одновалентных компонентов в фильтрате на второй стадии, содержащей пропускание фильтрата с первой стадии через узел для электродеионизации, где узел для электродеионизации имеет концентрирующие ячейки и разбавляющие ячейки, имеющие ширину менее примерно 10 мм, что обеспечивает пониженное электросопротивление,с получением воды, имеющей общее содержание растворенных твердых веществ примерно от 230 до 500 млн-1, в котором вышеуказанные стадии нанофильтрации и деионизации выполняются при потреблении нетто-энергии, не превышающем 7,2 кВтч/килогаллон (1,9 кВтч/м 3 или 6,85 МДж/м 3) получаемой в качестве продукта воды. 4. Способ по п.3, в котором поток концентрата от узла для электродеионизации смешивают с морской водой выше по потоку относительно первой стадии.