Новая технология получения воды из атмосферного воздуха и продуктов сгорания

Share Цимерман А.Б.

Одной из основных проблем, стоящей перед человечеством, является проблема пресной чистой воды. Запасы этой воды огромны, однако, в основном, они сосредоточены в малодоступных районах. Только 3% пресной воды Земли находятся в реках, озёрах и почве. Именно эта вода является источником водоснабжения. Большое количество воды циркулирует в атмосфере. Так, в 1 км3 приземного слоя атмосферы в жарких, засушливых и пустынных областях Земли содержится до 20000 тонн водяных паров. Однако погодно-климатические условия в этих зонах не позволяют водяным парам достигнуть состояния насыщения и выпасть в виде осадков. Таким образом, в засушливых и пустынных районах Земли процесс кругооборота воды не завершается.

Существо предлагаемой технологии заключается в том, чтобы на базе использования индустриальных эффективных экономичных и экологически безопасных методов завершить процесс кругооборота воды в природе и извлечь влагу из воздуха преимуществнно в засушливых и пустынных районах Земли.
Получение воды из атмосферного воздуха возможно традиционным методом, его охлаждением до температуры ниже температуры "точки росы". Этот способ давно освоен в кондиционерах и механических осушителях воздуха. Выпадающий на охлаждённых поверхностях конденсат необходимо очистить от пыли и микрофлоры, добавить необходимые присадки для получения воды заданного качества. Однако этот метод не может найти повсеместного применения из-за сложности используемого оборудования, его высокой цены, больших энергозатрат и, следовательно, высокой стоимости получаемой воды. Вместе с тем, при существующим дефиците воды питьевого качества, ряд фирм, производящих холодильное оборудование, в настоящее время приступили к выпуску установок, производящих питьевую воду на основе метода охлаждения атмосферного воздуха.

Разработанная технология лишена недостатков установок, с использованием холодильных машин. Он основан на существенном повышении концентрации водяных паров в воздухе, циркулирующем в установке, и, следовательно, на повышении температуры "точки росы" этого воздуха, что позволяет конденсировать водяные пары при температуре окружающей среды.

Сравнительные характеристики метода, основанного на охлаждении воздуха и предлагаемого нами метода, приведенные в таблице 1, показывают преимущества представленных нами установок.

Наименование модели	Производительность по воде		Габариты L*B*H,м	Холодо- производител ьность, кВт	Расход тепловой энергии, кВт	Ориентировочная стоимость установки, долл. США	Стоимость воды, долл. США/м3
	л/час	л/сутки
Model LA-1-25-60 (LIQUIDAIR, Florida USA)	90	380	4,8*2*1,8	88	-	55619	35
Model HCV 1000 (LIQUIDAIR, Florida USA)	16	2100	2,3*1*1,1	14	-	16157	37
Установки коллективного пользования, работа- ющие на газе (Автор: А. Б. Цимерман) k100 k300	100 300	2400 7200	2.2*2.2*1.6 2,8*2,8*3,4	- -	95 190	11700 23500	2,8 2,5
Установки индивиду- ального пользования, работающие на газе (Автор: А. Б. Цимерман) i15 i2	15 2	360 50	1*1*1.8 0,5*0,5*1	- -	18 2.5	2300 750	7,5 8,5
Установки, использующие отбросное тепло. (Автор: А.Б.Цимерман)	100	2400	1,75*1,75* 2,75	-	66	11000	1,5-0,8

Способ основан на использовании сорбционно-десорбционных процессов поглощения паров воды из воздуха с их последующей конденсацией. Основной областью использования предложенного метода является производство чистой воды преимущественно бытового и сельскохозяйственного назначения.
Для работы установок по данному способу необходимы затраты тепловой энергии на десорбцию влаги и электрической (механической) энергии на перемещение воздушных потоков и для других операций.
В качестве тепловой энергии могут быть использованы отбросное тепло технологических процессов (например, выхлопные газы тепловых двигателей; солнечная радиация; тепло сгорания топлива и другие). В случаях, когда установка предназначена для работы на отбросном (даровом) тепле, стоимость получаемой воды будет близка к стоимости водопроводной.
Процесс производства воды состоит из чередующихся либо протекающих одновременно процессов сорбции и десорбции. На этапе сорбции водяные пары избирательно поглощаются сорбентом из парогазовой смеси. На стадии десорбции происходит выделение паров воды и их концентрация до величины, необходимой для осуществления их конденсации при температуре окружающей среды. Интенсивность процессов сорбции зависит от вида сорбента, параметров и расхода парогазовой смеси. Интенсивность процессов десорбции, в основном, зависит от количества и параметров подводимого тепла. Возможность получения конденсата из пара выделившегося при десорбции, является одним из главных преимуществ метода. При высоких температурах окружающего воздуха (t 30 ⁰C) традиционными методами из воздуха, прошедшего через адсорбент, воду получить невозможно, т.к. концентрация паровоздушной смеси очень мала. В наших установках гарантируется конденсация водяного пара при любых возможных температурах наружного воздуха. Такой эффект достигается за счет концентрации водяных паров в процессе десорбции, что обеспечивается конструктивными и схемными решениями. Тепло конденсации передается окружающей среде путем охлаждения конденсатора наружным воздухом либо промежуточным теплоносителем.

При уменьшении влагосодержания воздуха эффективность работы установки уменьшается. Нами были проделаны исследования климата Земли с точки зрения извлечения влаги из воздуха. Анализ этих данных показал, что во всех жарких засушливых регионах Земли влагосодержание атмосферного воздуха существенно выше 5 г/кг, и поэтому использование в этих условиях предлагаемого метода вполне целесообразно. Особый интерес представляет предлагаемая технология получения воды из продуктов сгорания, выхлопных газов тепловых двигателей, т.к. они являются не только теплоносителями, но и всегда содержат большое количество водяных паров. Работа таких установок практически не зависит от влагосодержания атмосферного воздуха и они могут использоваться в любых климатических условиях без дополнительных затрат тепловой энергии. Их область применения газовая и нефтяная промышленность и особенно мобильные транспортные средства различного назначения, в том числе на выхлопе в водную среду.

Share

Преимущества предлагаемого метода:
1. Возможность получения пресной воды в любом жарком сухом районе без крупных капитальных и эксплуатационных затрат (строительство и эксплуатация водоёмов, каналов, водохранилищ, опреснительных установок, водозаборных устройств, очистных сооружений и т.п.)
2. Децентрализация производства пресной воды, что ликвидирует необходимость в создании новых магистральных водопроводных сетей и затрат энергии на транспортировку воды по ним.
3. Полная экологическая безопасность предлагаемого метода получения пресной воды, т.к. он имитирует природные процессы влагообмена между атмосферой и поверхностью Земли, при этом баланс движения водяных масс сохраняется. В результате работы установок по предлагаемому методу не образуются экологически вредные отходы (например, рассолы и др.) и не используются химикаты, наносящие вред окружающей среде.
4. Возможность использования для получения пресной воды дешёвых источников тепловой энергии и возобновляемых энергоресурсов - солнечной радиации, энергии ветра и др.
5. Предлагаемый метод может эффективно использоваться в районах, где имеются ресурсы отбросного и дешевого тепла, особенно в местах добычи и переработки нефти и природного газа.
6. Возможность использования для орошения сельскохозяйственных угодий получаемых на этих установках аналога дождевой воды позволяет избежать засоления почв и подъёма уровня солёных грунтовых вод. Постоянный долговременный процесс орошения водой из естественных водоёмов приводит со временем к катастрофическим последствиям - выводу из сельскохозяйственного оборота огромного количества плодородных земель. В настоящее время такая картина наблюдается в некоторых районах Центральной Азии (Узбекистан, Туркмения, Казахстан) и в отдельных районах юго-западных штатов США.
7. Возможность получения питьевой воды любого заданного качества.

Основные задачи, решаемые предложенным методом:
1. Создание экологически безопасных методов получения пресной, чистой воды в любых районах земного шара.
2. Обеспечение в настоящее время снабжением чистой питьевой водой людей, проживающих в районах с дефицитом пресной чистой водой.
3. В более дальней перспективе обеспечение освоения пустынных и засушливых районах Земли в местностях, удалённых от источников пресных и солёных вод.
Наши предложения существенно дополняют широко применяемые методы опреснения соленых вод, использование подземных вод и др.

---