Новая технология получения пресной воды

Нет необходимости объяснять, что запасы пресной воды на Земном шаре крайне ограничены. Есть страны и континенты, где питьевая вода является драгоценным ресурсом. Нынешнее поколение людей, особенно в мегаполисах, не знают, что такое чистый природный источник питьевой воды и употребляют в пищу бутилированную воду. И в то же время, мы продолжаем ее расходовать расточительно в быту и в промышленном производстве.

В промышленной энергетике, где основу составляют тепловые и атомные электростанции, в технологическом процессе используют воду из природных водоемов, рек и озер и периодически пополняют ее забор из-за испарения в градирнях после охлаждения оборудования. По разным данным для нужд электростанций производится отбор пресной воды из водоемов от 25% до 40%. Причем, назад она не возвращается.

Учитывая природный дефицит пресной воды и стремительное сокращение ее запасов, ученые всего мира заняты разработкой технологий, по сокращению ее потребления и вовлечения в водный баланс объемов после фильтрации и опреснения. Такой способ получения  пресной воды по новой технологии разработали в Массачусетском технологическом институте (МТІ). 

Новая система, разработанная инженерами МТІ, может обеспечить недорогой источник питьевой воды для городов с недостатком воды по всему миру и сократить эксплуатационные расходы электростанций.

Около 39% всей пресной воды, взятой из рек, озер и водохранилищ в США, используется для охлаждения оборудования тепловых и атомных электростанций, и большая часть этой воды уплывает в облаках пара и потом никак не используется. Разработанная новая система может не только сократить значительную часть воды, что испаряется,  но и стать важным источником чистой и безопасной питьевой воды для прибрежных городов, где морская вода используется для охлаждения местных электростанций.

Новый способ получения пресной воды стал основой для стартап-компании «Infinite Cooling», которая в прошлом месяце выиграла конкурс Массачусетского технологического института на сумму 100 тыс. долларов США. Авторы разработки и основатели стартапа — Махер Дамак и Крип Варанаси.

Принцип, лежащий в основе нового метода, весьма прост: когда о воздух, богатый туманом, ударяется пучок электрически заряженных частиц – ионов, капли воды становятся электрически заряженными, и поэтому могут быть направлены к сетке проводов, расположенных на их пути. Затем капли собираются на этой сетке, стекают в поддон и могут быть повторно использованы на электростанции или в системе водоснабжения города.

Идея Варанаси заключалось в разработке высокоэффективных систем рекуперации воды путем захвата капель воды, как из естественного тумана, так и из паровых шлейфов промышленных градирен. Проект начинался как часть докторской диссертации Дамака, которая была направлена ​​на повышение эффективности систем сбора воды из туманов, которые используются во многих прибрежных районах, где питьевая вода дефицитна. Эти системы обычно состоят из пластиковой или металлической сетки, висящей вертикально на пути туманов, регулярно идущих со стороны моря. Сетки захватывают только 1%-3% капель воды, поэтому система считается неэффективной. Варанаси и Дамак нашли очень простой и эффективный метод,  как улавливать большее количество капель.

Причина неэффективности существующих систем заключалась в аэродинамике. Поскольку поток воздуха проходит через препятствие, например, через провода в сетчатых противотуманных экранах, он естественно отклоняется от препятствия, подобно тому, как поток воздуха, проходящий через крыло самолета, разделяется на струи воздуха: одна проходит над, а другая под крылом. Эти отклоняющиеся воздушные потоки несут капельки воды мимо проводов, если только они не загоняются специально в центр системы. В результате доля захваченных капель намного меньше, чем доля площади сбора, занятой проводами, потому что капли отлетают от проводов, которые лежат перед ними.

Но если входящий туман сначала обработать ионным лучом, происходит противоположный эффект. Мало того, что все капли, которые находятся на пути проводов, приземляются на них, но и капли, направленные на отверстия в сетке, тянутся к проводам. И как результат, эта система может захватывать большую количество проходящих капель, затрачивая минимальные ресурсы и мощности.

Затем команда сосредоточилась на захвате воды из шлейфов охладительных башен на электростанциях. Там поток водяного пара гораздо более концентрирован, чем в любом естественном тумане, и это позволяет сделать систему еще более эффективной. Более того, поскольку это испарившаяся вода, являющаяся результатом процесса дистилляции, она захватывается чистой, даже если при использовании ее для охлаждения она изначально была соленой или загрязненной. 

«Это дистиллированная вода, которая имеет слишком высокое качество, чтобы тратить ее впустую», — говорит Варанаси. Такая вода может быть подана в систему питьевой воды города или использоваться в процессах, требующих чистой воды, например, в котлах энергетических установок, а не в системе охлаждения, где качество воды не имеет большого значения.

Типичная 600-мегаваттная электростанция, по словам Варнаси, может захватить 150 миллионов галлонов воды в год, что составляет миллионы долларов и примерно 20-30 процентов воды, которая сейчас теряется на градирнях. Усовершенствованная система будет еще более эффективной.

А для тех засушливых береговых линий, где уже установлены электростанции, и многие из них охлаждаются морской водой, этот способ опреснения воды становится еще более простым и требует лишь небольших затрат на строительство автономного опреснительного оборудования. По мнению Дамака и Варанаси, стоимость такой установки составит примерно одну треть от стоимости строительства нового завода по опреснению воды, а его эксплуатация обойдется в 50 раз дешевле. Срок окупаемости такой установки составит около двух лет, и она экологически безопасна.

«Это может быть отличным решением проблемы глобального водного кризиса, — говорит Варанаси. – А также компенсирует потребность, по меньшей мере, в 70% новых установок для опреснения воды в следующем десятилетии».

В настоящее время команда строит полномасштабную тестовую версию установки получения пресной воды, которая будет размещена на градирне электростанции МТІ, использующая  для выработки электроэнергии и тепла природный газ. Ожидается, что установка оборудования завершится к концу лета, а в начале осени пройдут тестовые испытания. 

Если система заработает, то это должно подтолкнуть операторов электростанций к ее распространению, которые, как правило, придерживаются консервативных решений в области технологий, и не хотят принять  что-то новое. Кроме того, такая технология поможет направить инфраструктуру института на более эффективное использование водных ресурсов. Источник

Спасибо за прочтение. smileyЕсли вам понравилось, пожалуйста, поделитесь с друзьями и в комментариях черкните пару слов своего мнения