ПРЕСНАЯ ВОДА ИЗ АТМОСФЕРЫ

ПРЕСНАЯ ВОДА ИЗ АТМОСФЕРЫ Проблема дефицита пресной воды становится все актуальней для многих регионов мира. Сложности с обеспечением населения пресной водой существуют не только в странах Ближневосточного и Африканского региона, но и в Китае, Индии, Пакистане и даже в США. Дефицит и низкое качество воды составляют угрозу национальной безопасности многих стран. За последние 100 лет (с 1900 по 2000 годы) население земного шара выросло в три раза, в то время как потребление пресной воды на коммунальные нужды увеличилось в 13 раз. В ближайшие 20 лет, учитывая современные тенденции роста населения и мирового хозяйства, следует ожидать увеличение потребности в пресной воде не менее чем на 1000 кубических километров в год на сельскохозяйственные, промышленные и коммунальные нужды. Наиболее распространенным способом получения пресной воды является опреснение морской воды. Однако, этот способ приводит к негативным экологическим последствиям, так как полученный при этом концентрированный рассол, как правило, сливают обратно в море, что приводит к гибели флоры и фауны прибрежных вод и к засолению грунтовых вод. Кроме того, воду можно получать только вблизи морского побережья. Наиболее перспективными являются способы получения пресной воды из атмосферного воздуха. Вода в атмосфере в течение года обновляется 45 раз. Характеристики конденсата (воды получаемой в результате конденсации из влажного воздуха), который может быть получен в большинстве регионов Земли очень высокие: •
•
•
конденсат содержит на два‐три порядка меньше токсических металлов по сравнению с требованиями санитарных служб; практически не содержит микроорганизмов; конденсат обеднен по содержанию дейтерия (наличие дейтерия в воде отрицательно влияет на жизнедеятельность организма человека); Известны устройства для тепловлажной обработки воздуха, в которых реализуется способ, включающий организацию осушаемого и регенерирующего воздушных потоков, проходящих через адсорбер в виде вращающегося ротора, заполненного сорбентом с подводом тепла к регенерирующему потоку. Недостатком данных устройств является то, что при использовании удаляемой из воздуха влаги для водообеспечения требуются значительные дополнительные энергозатраты в следствие того что при использовании в качестве холодильника атмосферы, количество конденсируемого водяного пара всегда меньше, чем количество пара, удаляемого из сорбента. Объясняется это тем, что часть водяного пара, удаленного из сорбента, всегда остается в регенерирующем воздушном потоке, так как его относительная влажность в конце процесса конденсации составляет 100%, а температура выше температуры атмосферного воздуха на величину, необходимую для теплообмена между регенерирующим воздушным потоком и атмосферным воздухом. То есть влагосодержание выбрасываемого регенерирующего потока всегда выше влагосодержания атмосферного воздуха, даже если его относительная влажность равна 100%. Следовательно, часть водяного пара, удаляемого из сорбента, на что затрачивается энергия, выбрасывается в атмосферу. Это делает экономически неэффективным использование влаги, удаляемой из осушенного воздуха, для водообеспечения без охлаждения регенерирующего потока до температуры ниже температуры атмосферного воздуха, то есть без применения источников холода, которые усложняют процесс получения воды и повышают ее себестоимость. Нами разработан принципиально новый способ, при котором для получения пресной воды из атмосферы не требуются температуры ниже температуры окружающей среды. Способ основан на естественных процессах, происходящих в природе. Эффективность нового способа по сравнению с известными способами объясняется 1
тем, что он позволяет сконденсировать весь водяной пар, удаляемый из осушаемого воздуха без затрат на производство холода. В новом способе регенерирующий воздушный поток возвращают на вход в адсорбер, то есть осуществляют его циркуляцию по замкнутому контуру с отводом теплоты конденсации водяного пара в конденсаторе и с теплообменом между воздухом, входящим в конденсатор и выходящим из конденсатора. В процессе конденсации водяного пара из‐за уменьшения влагосодержания температура точки росы уменьшается и достигает минимального значения в конце процесса конденсации. Относительная влажность воздуха на выходе из конденсатора равна 100%, но с повышением температуры в нагревателе относительная влажность воздуха в регенерирующем потоке уменьшается, что позволяет увеличивать его влагосодержание. Благодаря высокой температуре воздуха, сорбент нагревается и из него десорбируется влага, поглощенная сорбентом, увеличивая влагосодержание регенерирующего воздушного потока. Так как влагосодержание регенерирующего воздушного потока на входе в адсорбер всегда равно его влагосодержанию в конце процесса конденсации, то количество сконденсированного водяного пара всегда равно количеству водяного пара, удаленного из сорбента, то есть, нет потерь энергии, которая пошла на удаление водяного пара из сорбента, не используемого в системе водоснабжения. При использовании в качестве холодильника атмосферы температура точки росы на выходе из конденсатора всегда выше температуры атмосферного воздуха на величину перепада температур, необходимую для отвода теплоты конденсации. Таким образом, осуществляется обратная связь между температурами точки росы и атмосферного воздуха, то есть с повышением температуры атмосферного воздуха повышается и температура точки росы в конце процесса конденсации и наоборот. Это означает, что теплоту конденсации можно отводить непосредственно в атмосферу независимо от климатических условий, то есть, атмосфера всегда может выполнять роль холодильника. Эффективность процесса получения пресной воды из атмосферы повышается за счет высокой степени регенерации теплоты путем теплообмена между воздухом, входящим в конденсатор и воздухом, выходящим из конденсатора. Это позволяет производить предварительное охлаждение регенерирующего потока при входе его в конденсатор, что повышает эффективность процесса конденсации водяного пара и последующий возврат теплоты регенерирующему потоку с повышением его температуры до температуры выхода его из адсорбера. Кроме того, атмосферный воздух пропускают через два слоя сорбента, причем организуют два противоположно направленных воздушных потока с прохождением каждого из них последовательно через сорбент одного слоя после его регенерации и сорбент другого слоя перед его регенерацией. Таким образом, используется тепло сорбента, оставшееся после его регенерации. Все это позволяет существенно сократить энергозатраты при получении пресной воды из атмосферы по сравнению с существующими аналогичными устройствами. При использовании в качестве источника тепловой энергии природного газа, его расход составляет 1м3 на 10 литров воды. В южных районах в качестве источника тепла можно использовать солнечную энергию. В этом случае энергии солнца, приходящейся на 1м2 земной поверхности достаточно для получения примерно 1 литра воды в час. Так как потребителю часто требуются системы осушки воздуха и системы охлаждения, то, при использовании в системах охлаждения тепловых насосов, холод можно использовать для охлаждения помещений или хранения продуктов, а полученное при этом тепло, которое, как правило, выбрасывается в атмосферу, можно использовать для получения пресной воды. В этом случае, на получение пресной воды, дополнительных энергозатрат практически не требуется. 2
Предлагаемый способ позволяет получать пресную воду из атмосферы, используя как электроэнергию, так и любой вид топлива. Также можно использовать альтернативные источники энергии, например, солнечная энергия. Это позволяет получать пресную воду из атмосферы повсеместно, независимо от природных и климатических условий. Успешно проведены лабораторные исследования, подтверждающие правильность способа и получена пресная вода из атмосферного воздуха без понижения температуры, ниже температуры окружающей среды. В настоящий период ведется разработка опытно‐промышленной установки с производительностью 5 литров в час для отработки технологического цикла получения пресной воды из атмосферы и определение основных параметров серийных установок с производительностью, необходимой Заказчику (состав оборудования и габаритные размеры опытно‐промышленной установки прилагаются). Новизна разработки подтверждена двумя Патентами РФ (результаты патентной экспертизы и Решения о выдаче Патентов РФ прилагаются). 3
4