Пути преодоления дефицита пресной воды


Ученые предполагают, что через 30 лет количество воды, пригодной для питья, уменьшится в два раза. Из всех запасов ¾ пресной воды на планете содержится в твердом состоянии – в ледниках, и только ¼ — в водоемах. Мировые запасы питьевой воды находятся в пресных озерах. Наиболее известные из них следующие:

  • Верхнее;
  • Танганьика;
  • Байкал;
  • Ладожское;
  • Онежское;
  • Сарезское;
  • Рица;
  • Балхаш и др.

Кроме озер, воды некоторых рек также пригодны для питья, но в меньшей степени. Создаются искусственные моря и водохранилища, чтобы накапливать пресную воду. Самыми большими запасами воды в мире обладает Бразилия, РФ, США, Канада, Китай, Колумбия, Индонезия, Перу и др.

Эксперты утверждают, что если бы все водоемы с пресной водой были разделены на планете равномерно, то запасов питьевой воды хватило бы на всех людей. Однако эти водоемы размешены неравномерно, и в мире существует такая глобальная проблема, как дефицит питьевой воды. Проблемы со снабжением питьевой воды есть в Австралии и в Азии (Восточной, Средней, Северной), на северо-востоке Мексики, в Чили, Аргентине, а также практически по всей территории Африки. Всего нехватка воды испытывается в 80 государствах мира.


Основной потребитель пресной воды – это сельское хозяйство, а на коммунальное использование приходится небольшая часть. С каждым годом потребности в пресной воде возрастают, а ее количество уменьшается. Она не успевает возобновляться. Результат дефицита воды:

  • снижение урожайности сельскохозяйственных культур;
  • рост заболеваемости людей;
  • обезвоживание жителей засушливых регионов;
  • возрастание смертности людей от нехватки питьевой воды.

Первый способ решения проблемы дефицита питьевой воды – это экономить воду, что может делать каждый человек на земле. Для этого нужно уменьшить количество ее расхода, не допускать утечки, вовремя закручивать краны, не загрязнять и рационально использовать водные ресурсы. Второй способ – это формировать водохранилища с пресной водой. Специалисты рекомендуют совершенствовать технологии очистки и переработки воды, что позволит ее экономить. Также возможно соленую воду перерабатывать в пресную, что является наиболее перспективным способом решения проблемы дефицита воды.

Кроме того, необходимо изменить методы расхода воды в сельском хозяйстве, например, использовать капельный полив. Нужно задействовать и другие источники гидросферы – использовать ледники и делать глубокие скважины, чтобы увеличивать количество ресурсов. Если все время работать на развитие технологий, то уже в ближайшее время можно будет решить проблему дефицита пресной воды.

Источник: ECOportal.info


Причины дефицита пресной воды

  • Глобальные изменения климата Земли.
  • Изменение погоды — как следствие глобального потепления.
  • Увеличение количества наводнений и засух — как следствие изменения погоды.
  • Агрессивное загрязнение водных ресурсов, в следствии бытовой и хозяйственной деятельности человека.
  • Растущий спрос на пресную воду, в следствии роста населения Земли.
  • Нерациональное использование воды человеком.

Нехватка пресной воды — возможные последствия

Глобальная нехватка пресной воды, практически со 100% вероятностью, приведет к таким последствиям:

  • замедлится или полностью остановится развитие отраслей промышленности, потребляющих большое количество пресной воды;
  • снизится качество жизни как таковой;

  • очевидно, что нехватка чистой пресной воды нанесет значительный удар по сельскому хозяйству (в настоящее время 3/4 все потребляемой человечеством воды приходится на сельское хозяйство);
  • специалисты посчитали, что в странах, которые постоянно ощущают недостаток воды возможно снижение ВВП на 6%;
  • нехватка чистой питьевой воды может стать причиной межрегиональных политических и военных конфликтов;
  • следствием нехватки чистой питьевой воды неумолимо приведет к росту числа различных заболеваний и эпидемий;
  • вследствие нехватки чистой питьевой воды возможно заметное снижение рождаемости и сокращение численности населения;

Что делать …

Что делать!? Об этом много написано и сказано, но мы еще раз перечислим наиболее важные, с нашей точки зрения меры, которые человечество может предпринять уже сегодня:

  • Восстановление и защита природной эко-системы планеты;
  • Качественный сбор и очистка сточных вод;
  • Качественный сбор и очистка сельскохозяйственных стоков;
  • Внедрение в сельское хозяйство водосберегающих технологий;
  • Разработка и внедрение водосберегающих технологий в промышленности и бытовых приборах;
  • Экономия воды в домашних хозяйствах;
  • Использование в промышленности и сельском хозяйстве воды по замкнутому циклу;

Выше приведенный перечень лишь малая толика от всех возможных действий по сохранению водных ресурсов.

В заключение можем добавить, что чем раньше человечество по настоящему осознает и «озаботится» вышеперечисленными вопросами тем больше у нашей цивилизации будет шансов на выживание …

 

Источник: vodamama.com

Актуальность проблемы

Больше половины несоленой воды находится в полярных шапках и горных ледниках в «замороженном» виде. Кроме того, порядка 24 % располагается в грунтовых подземных водах. Анализируя данную ситуацию, можно сделать вывод, что на нашей планете существует серьезный дефицит пресной воды.

В качестве доступного и недорогого источника можно рассматривать озера, реки, в которых сосредоточено не больше 0,01 % мировых водных запасов.

Так как она имеет особое значение для жизни живых существ, можно с уверенностью говорить о том, что влага является драгоценным сокровищем Земли.

Круговорот в природе


Вода находится в постоянном движении. После испарения с поверхности водоемов, накапливается в атмосфере. В тот момент, когда концентрация пара станет максимальной, происходит переход в жидкое или твердое состояние, осадки пополняют запасы озер, рек.

Общее количество влаги на нашей планете остается неизменным, она просто переходит из одного агрегатного состояния в другое.

Из общего количества выпадающих осадков только 80 % оказывается непосредственно в океане. Что происходит с 20 оставшимися процентами, которые выпадают на суше? С их помощью человек пополняет источники воды.

Получается, что у той влаги, которая осталась на суше, есть возможность попадать в озера (реки), стекать в водохранилища. Кроме того, она может просачиваться в почву, пополнять запасы грунтовых источников.

Дефицит пресной воды возникает из-за нарушения связи между грунтовыми и поверхностными водами. Оба источника обладают определенными преимуществами и недостатками.

Поверхностные источники

Проблема дефицита пресной воды связана с геологическими и климатическими факторами. С климатической точки зрения важна частота и количество осадков, а также экологическое состояние в регионе. Выпадающие осадки приносят некоторое количество нерастворимых частиц: пыльцы растений, вулканической пыли, грибковых спор, бактерий, разнообразных микроорганизмов.

Промышленные выбросы

Проблема дефицита пресной воды частично возникает и из-за того, что в океане содержатся разнообразные соли. В морской влаге есть анионы хлора, сульфата, катионы калия, кальция, магния. Свой «вклад» вносят в атмосферу и промышленные выбросы. В них есть органические растворители и оксиды серы и азота, которые являются главной причиной «кислотных дождей». Негативно воздействуют на ее качество и химикаты, которые активно применяются в настоящее время в сельском хозяйстве.

Геологические факторы


К ним относят структуру русла рек. Если оно сформировано известняковыми породами, в таком случае вода жесткая и прозрачная. Если основой русла является гранит, в таком случае вода является мягкой. Мутность ей придают взвешенные частицы неорганического и органического происхождения.

Грунтовые источники

Решение дефицита пресной воды – серьезная проблема, заслуживающая отдельного изучения и рассмотрения. Например, частично вопрос можно решить за счет грунтовых вод. Образуются они в результате просачивания талой воды в почву. Она растворяет органические вещества почвенного грунта, насыщается молекулярным кислородом. Глубже располагаются глинистые, песчаные, известковые слои. В них происходит фильтрование органических соединений, вода насыщается микроэлементами и неорганическими солями.

На качество грунтовых источников оказывает влияние несколько факторов:

  • качество дождевой влаги определяется кислотностью, насыщенностью солями;
  • состояние жидкости в подводном резервуаре;
  • специфика слоев, сквозь которые она проходит;
  • геологическая природа водоносного слоя.

Причины дефицита пресной воды можно объяснить и тем, что в грунтовых водах есть магний, кальций, железо, натрий, а также незначительное количество катионов марганца. Они образуют соли вместе с гидрокарбонатами, карбонатами, хлоридами, сульфатами.

В самых «старых» грунтовых источниках настолько велика концентрация солей, что у них ощущается солоноватый вкус. Дефицит пресной воды на планете заставляет искать технологии очистки грунтовых источников. Живительная влага высокого качества располагается в глубинных известняковых слоях, но это дорогое удовольствие.

Значение воды

Почему человек должен искать пути решения дефицита пресной воды? Причина в том, что эту жидкость по праву называют основой жизни на Земле. Сама по себе она не обладает питательной ценностью, но без нее невозможно существование живых организмов.

В растениях – до 90 % воды, а в организме взрослого человека ее около 65 %. В отдельных органах ее количество существенно отличается:

  • в костях до 22 %;
  • в мозге – 75 %;
  • в крови до 92 %;
  • в мускулах 75 %.

Рассуждая о том, как решается проблема дефицита пресной воды, отметим, что она является отличным растворителем для многих химических соединений. Ее можно считать той средой, в которой осуществляются процессы жизнедеятельности.

Основные функции


Она увлажняет воздух в процессе дыхания, способствует регулировке температуры тела. Именно она осуществляет доставку кислорода и питательных компонентов к разным клеткам организма человека, защищает жизненно важные органы, выводит отходы и шлаки из организма.

Для существования живого организма важно постоянное и определенное содержание воды. При изменении ее количества, солевого состава, происходит серьезное нарушение процессов усвоения пищи, кроветворения. Без пресной воды нет регуляции теплообмена с окружающей средой.

Человек серьезно страдает из-за снижения пресной воды, он способен провести без нее всего несколько дней. Уменьшение количества воды в организме на 10-20 % – это серьезная угроза для жизни.

Дефицит пресной воды приводит к необходимости снижения ее потребления в технических нуждах. Результатом может стать вспышка инфекционных заболеваний, поэтому так важно разрабатывать новые способы опреснения морской воды.

С учетом интенсивности работы, внешних факторов, культурных традиций, человек в сутки употребляет от двух до четырех литров воды. По данным Всемирной организации здравоохранения не больше 5 % питьевой воды можно считать приемлемой для употребления людьми.

Проблема мирового масштаба

Запасы пресной воды на нашей планете можно рассматривать в качестве единого ресурса. Для того чтобы рассчитывать на длительное освоение мировых запасов, требуется четкое решение глобальных проблем. Дефицит пресной воды особенно актуален для регионов, в которых нет полноценных и стабильных источников пресной воды. В плачевном состоянии находятся поверхностные и подземные источники.

Основные проблемы, которые негативно влияют на качество водоемов (озер и рек), связаны со следующими факторами:


  • недостаточной очисткой бытовых сточных вод;
  • слабым контролем промышленных стоков;
  • утратой и разрушением водосборных площадей;
  • нерациональным размещением промышленных предприятий;
  • вырубкой лесов;
  • бесхозяйственным земледелием.

Итогом становится нарушение естественного баланса водной экосистемы, появляется угроза для пресноводных живых ресурсов, что вызывает дефицит пресной воды на земле.

Оценка масштаба проблемы

Отражается на состоянии водоемов, наличии пестицидов в воде и возведение плотин, создание водохозяйственных сооружений, ирригационные проекты.

Отрицательное воздействие на экосистемы оказывает и эрозия, обезлесение, заиление, опустынивание земель. Такие проблемы появляются из-за непонимания общественностью серьезности неправильного подхода к водным ресурсам. Хозяйственная деятельность человека, организованная во вред природе, создает дефицит пресной воды: проблемы и способы решения — актуальный вопрос, который заставил человечество пересмотреть свое отношение к водным экосистемам.

Способы решения проблемы

В первую очередь необходима разработка профилактических мер, которые позволят избежать дорогостоящих мероприятий по очистке, восстановлению, освоению пресных водных ресурсов.

Воду, которая поступает из скважины, водопроводной муниципальной сети, необходимо предварительно очищать, чтобы она соответствовала гигиеническим нормативам.

Вымораживание


Одним из способов получения пресной воды можно считать вымораживание морской. Именно этой методикой пользуются в тех регионах, где существует серьезный недостаток пресных водоемов. Каковы основные недостатки подобной технологии? Вымораживание осуществляется при пониженных температурах, что предполагает существенные энергетические затраты. В связи с повышением цен на энергоносители, данный метод получения пресной воды сложно считать экономичным и рациональным.

Важные аспекты проблемы

Для того чтобы решать проблему недостатка пресной воды, ученые предлагают проводить комплексную очистку сточных вод, сооружая полноценные очистные системы. Оценивать качество воды можно только при наличии результатов ее бактериологического и химического анализа.

Каковы основные проблемы с водой, используемой потребителями? В ней могут присутствовать нерастворимые механические частицы, ржавчина, коллоидные вещества. Они не только приводят к быстрому засорению канализационных и водопроводных труб, но и негативно отражаются на здоровье человека, провоцируют множество инфекционных заболеваний.

Неприятный привкус, цветность, запах – все это называют органолептическими показателями, которые могут воздействовать на качество питьевой воды. Источниками подобных проблем могут являться некоторые органические соединения, сероводород, а также остаточный хлор.

Для улучшения качества питьевой пресной воды важно также проводить оценку ее бактериологической загрязненности. Причиной таких процессов являются разные микробы либо бактерии. Часть из них может угрожать здоровью людей, поэтому, несмотря на наличие такой питьевой воды, ее нельзя употреблять.

Часто даже самые безобидные бактерии в процессе своей жизнедеятельности образуют органические продукты. При их взаимодействии с хлором и бромом получаются канцерогенные и ядовитые соединения.

Среди тех факторов, которые приводят к дефициту пресной воды, можно назвать и загрязнение водоемов. Под ним подразумевают снижение их экономического значения, биосферных функций, возникающее при поступлении вредных веществ. Например, электрические станции, промышленные комбинаты сбрасывают в реки и озера подогретую воду. Подобный процесс сопровождается повышением температуры воды, уменьшением количества кислорода, возрастанием токсичности примесей, нарушением биологического равновесия.

Во многих регионах основными источниками пресной воды являются подземные воды, которые ранее считались самыми чистыми. В результате хозяйственной деятельности человека многие из подобных источников загрязнены. К сожалению, степень их загрязненности часто настолько высока, что подземная вода оказывается непригодной для питья.

Заключение

Для различных нужд человечество потребляет огромное количество пресной воды. В качестве основных потребителей выступает сельское хозяйство и промышленные комбинаты. Среди самых водоемких отраслей выделяют сталелитейную, горнодобывающую, химическую, целлюлозно-бумажную, нефтехимическую промышленности. На их нужды уходит более половины всей воды, используемой промышленными предприятиями. Если не будут использоваться качественные очистительные системы, позволяющие многократно применять пресную воду, в таком случае через пару лет дефицит пресной воды станет масштабной катастрофой.

Экологи и химики ведут серьезную научно-исследовательскую работу, направленную на поиск оптимальных способов опреснения морской воды. В настоящее время уже применяются инновационные методы очистки питьевой воды, позволяющие снижать ее потери.

Кроме того, особое внимание уделяется вопросам установки полноценных систем очистки на промышленных предприятиях. Только при комплексном подходе ко всем вопросам, касающимся опреснения и очистки морской воды, можно рассчитывать на снижение дефицита пресной воды.

Источник: FB.ru

Описание проблемы

Только за период времени с 1950 по 1980 годы потребление пресной воды в год возросло в четыре раза и достигло 4000 км3, и этот рост продолжается. Расход воды на одного жителя современного города составляет от 100 до 900 л в сутки. И это только на бытовые нужды. Однако во многих странах эта цифра составляет менее 10 л, в результате чего более двух миллиардов человек на земле не обеспечены даже питьевой водой в достаточном количестве.

За последние 30 лет средний расход топлива на 100 км легковыми автомобилями сократился более чем в два раза, но по прежнему человеку нужно не менее двух литров питьевой воды в сутки. Мы живём в так называемую эпоху End of Oil Age, Beginning of Renewable Resources Age. По мнению экспертов ООН, в XXI веке вода станет более важным стратегическим ресурсом, чем нефть и газ, поскольку тонна чистой воды уже сейчас дороже нефти (Северная Африка, Австралия, ЮАР, Аравийский полуостров, Центральная Азия, США (некоторые штаты). По некоторым оценкам, каждый доллар, вложенный в улучшение водоснабжения и санитарии, приносит внушительный доход от $ 25 до $ 84.

Основными источниками пресной воды являются воды рек, озёр, артезианских скважин и опреснение морской воды. Количество воды, находящейся в каждый данный момент в атмосфере, составляет от 10 до 14 тыс. км3, в то время как всего во всех речных руслах и озёрах содержится 1,2 тыс. км3. Ежегодно испаряется с поверхности суши и океана около 600 тыс. км3, столько же потом выпадает в виде осадков, и всего лишь 7 % общего количества выпадающих осадков составляет речной годовой сток. Из сравнения общего количества испаряющейся влаги и количества воды в атмосфере легко видеть, что она в течение года в атмосфере обновляется 45 раз [1, 3]. Итак, основной источник пресной воды — вода в атмосфере — оказывается неиспользуемым.

В настоящее время в основном используются два метода опреснения воды: дистилляция путём выпаривания (70 %) и фильтрация через мембраны (30 %).

Проблема нехватки пресной воды и пути её решения. 12/2015. Фото 1

Оба метода достаточно дороги, так как требуют значительных расходов энергии. Мембранный метод достаточно чувствителен к механическим загрязнениям воды, кроме того с ростом температуры опресняемой воды производительность мембранных установок снижается. В результате деятельности обеих типов систем получается значительное количество соли, которую необходимо удалять, что приводит к загрязнению среды мощными опреснительными заводами. Кроме того, сжигание нефти для получения энергии, необходимой для работы этих установок приводит к загрязнению атмосферы. Использование же естественных процессов позволяет получать огромные количества пресной воды в южных районах, практически не влияя на окружающую среду.

Большое число стран, расположенных в засушливых и жарких районах земного шара, страдают от отсутствия пресной воды, хотя её содержание в атмосфере значительно. Вода в атмосфере распределена неравномерно, более половины всего водяного пара приходится на нижние слои (до 1,5 км) и около 50 % — на тропосферу [1]. На поверхности Земли средняя по земному шару абсолютная влажность составляет примерно 10-12 г/м3, в тропических зонах она составляет более 25 г/м3 [1]. В пустынях и степях, где практически отсутствуют источники пресной воды, абсолютная влажность в приземном слое воздуха колеблется от 15 до 35 г/м3 и существенно меняется в течении суток у поверхности земли, достигая максимальных значений в ночное время [3]. Данный ресурс пресной воды постоянно возобновляется, характеристики конденсата, который может быть получен в большинстве районов Земли, очень высокие: конденсат содержит на два-три порядка меньше токсичных металлов по сравнению с требованиями санитарных служб, практически не содержит микроорганизмов, хорошо аэрирован. Использование влаги, содержащейся в атмосфере Земли, с минимальным воздействием на окружающую среду, позволит решить все проблемы, связанные с дефицитом пресной воды, причём, как будет показано ниже, возможно создание таких установок, практически не требующих энергозатрат, что позволяет утверждать — эта вода будет самой дешёвой из всех, которые получаются иными способами [3].

На нашей планете достаточно много мест с практически идеальными условиями для получения пресной воды из атмосферного воздуха Например, в Королевстве Саудовская Аравия, государстве с населением более 25 млн человек, занимающей почти 80 % территории Аравийского полуострова и несколько прибрежных островов в Красном море и Персидском заливе, по устройству поверхности большая часть страны — обширное пустынное плато (высота от 300-600 м на востоке до 1520 м на западе), слабо расчленённое сухими руслами рек (вади). Вдоль побережья Персидского залива протянулась местами заболоченная или покрытая солончаками низменность Эль-Хаса (шириной до 150 км). Климат на севере — субтропический, на юге — тропический, резко континентальный, сухой. Лето очень жаркое, зима тёплая. Среднегодовая норма осадков около 70100 мм (в центральных районах максимум весной, на севере — зимой, на юге — летом); в горах до 400 мм в год. В районах пустынь и некоторых других в отдельные годы дожди не выпадают совсем.

Проблема нехватки пресной воды и пути её решения. 12/2015. Фото 2

Почти вся Саудовская Аравия не имеет постоянных рек или водных источников, временные потоки образуются только после интенсивных дождей. Проблема водоснабжения (а это примерно 1520 км3) решается посредством развития предприятий по опреснению морской воды, созданием глубоких колодцев и артезианских скважин.

Средняя температура июля в Эр-Рияде колеблется от 26 до 42 °C, в январе от 8 до 21 °C, абсолютный максимум — 48 °C, на юге страны до 54 °С с относительной влажностью воздуха 40-70 % (относительная влажность может быть определена как отношение плотности водяного пара к плотности насыщающего водяного пара при той же температуре, выраженное в процентах), а в каждом кубическом метре воздуха содержится до 24 г воды. При понижении температуры на 10-15 °С из каждого кубического метра можно выделить до 12 г воды. Если учесть, что суточный перепад температуры может составлять более 20 °C, то становится понятным, почему в Сахаре часто выпадают обильные росы.

Для получения значительных количеств конденсата из атмосферного воздуха необходимо выполнение двух условий: температуры ниже «точки росы» и наличие центров конденсации. Если в пересыщенный пар внести каплю с радиусом больше критического, то рост капли будет приводить к уменьшению термодинамического потенциала и, следовательно, будет происходить конденсация. Если же радиус капли меньше критического, то будет происходить испарение капли, так как при росте капли в этом случае термодинамический потенциал растёт. При понижении температуры, которое происходит в Сахаре в ночное время, очень часто пар оказывается в метастабильном состоянии, и для появления второй фазы в атмосфере, то есть для образования капель, необходимо наличие «зародышей» размером, превышающим критический. Это могут быть мелкие капли воды либо пылинки, либо земная поверхность. Например, чтобы капля размером 0,1 мкм росла при температуре 10 °C, необходимо перенасыщение более 200 %. Мелкие ядра конденсации в атмосфере живут достаточно долго, но они малы, чтобы происходила конденсация, большие же ядра быстро удаляются в результате стоксова оседания. В условиях климата стран Ближнего Востока, в ночное время температурные условия во многих случаях бывают выгодными для формирования осадков, однако отсутствие ядер конденсации в нижней атмосфере не даёт возможности каплям достаточно развиться. Поэтому необходимо создание сильно разветвлённой системы конденсирующей поверхности и условий конвективной вентиляции для обдува её влажным атмосферным воздухом.

Если водяной пар сконденсировался и находится в воздухе в виде мелких капель, то получение воды сводится к механическому её извлечению из влажного воздуха. Эксперименты по получению воды данным методом проводились во многих районах мира. Этот способ получения воды происходит в природных экосистемах. Хорошо известно, что горы и лес как бы «вычёсывают» туманы. Даже если нет дождя, но если облако проходит в горах через лес, то влага конденсируется на ветках и листьях деревьев и потом попадает на землю. Получение конденсированной влаги на кустах, деревьях либо на искусственных водоуловителях подтверждено экспериментально в 47 местах в 22 странах мира. В районах города Феодосия, в Тувинской республике, на древних курганах Алтая и в Закавказье обнаружены кучи щебня (габионы), сложенные людьми для конденсации атмосферной влаги.

Наиболее интересными были феодосийские сооружения, которые, к сожалению, в настоящее время разобраны.

Проблема нехватки пресной воды и пути её решения. 12/2015. Фото 3

В городе Феодосия в России до 80-х годов XIX века не было водоснабжения из одного какого-либо мощного источника, но в довольно большом количестве имелись городские «фонтаны». Вода к ним была подведена самотёком по гончарным трубам в направлении с гор, окружающих город. На этих горах никаких признаков источников или каких-либо сооружений для водопровода не было. Дело было в том, что конденсат собирался со скалы, на которой были установлены специальные щебневые кучи. При этом использовался эффект капиллярной конденсации. Во времена расцвета Феодосии в XV-XIV веках её население достигало более 80 тыс. человек, однако всё водоснабжение осуществлялось с помощью таких конденсационных габионов.

Пути решения

В последнее время осуществлялись попытки создания подобных искусственных установок в России. Так, в Лаборатории возобновляемых источников энергии географического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова профессором Алексеевым В.В. с сотрудниками разработана конструкция стационарной установки «Роса-1» с расчётной производительностью 20-40 м3 пресной воды в сутки в районе Средиземноморья [4]. Она предназначена для получения пресной воды путём конденсации атмосферной влаги на системы развёрнутых конденсирующих поверхностей, обдуваемых влажным атмосферным воздухом.

Конденсация паров воды, содержащихся в воздухе, при охлаждении его в вечернее и ночное время — природный процесс. Он активно используется природными экосистемами, но применение его в хозяйственных целях представляет сложную проблему ввиду малого удельного (в расчёте на единицу площади) количества образующегося конденсата. Авторы установки «Роса-1» ставили перед собой задачу локализовать в предлагаемых ими устройствах и интенсифицировать процесс конденсации атмосферной влаги с целью получения результатов, обеспечивающих с технической и экономической стороны возможность хозяйственного использования этих устройств, главным образом в засушливых зонах, лишённых источников воды. При этом они опираются на исторический опыт применения для получения пресной воды аналогов этих устройств, представляющих собой галечные (гравийные) «кучи».

Проблема нехватки пресной воды и пути её решения. 12/2015. Фото 4

По этой аналогии авторы также предлагают использовать галечное заполнение некоторого объёма, в котором локализуется процесс конденсации атмосферной влаги, поскольку необходимым условием такой локализации является максимальное развитие поверхности конденсации, то есть предлагаются некие конструкции для конденсации атмосферной влаги, основу которых при различных общих геометрических формах составляют так называемые габионы, представляющие собой сетчатый контейнер из проволоки, заполненный кусками щебня с условным диаметром 10 см. Для усиления воздухообмена в объёме этой конструкции предлагаются вытяжные устройства различного конструктивного исполнения с подогревом воздуха для усиления естественной тяги, а также тепловые трубы для отвода тепла из объёма устройства в атмосферу.

Основным показателем работы рассматриваемого устройства является его производительность, которая при сопоставлении с капитальными вложениями и эксплуатационными затратами определяет себестоимость единицы продукции (пресной воды), что, в свою очередь, даёт ответ на вопрос о возможности хозяйственного применения устройства. Опытный образец такой установки был установлен в городе Обнинске Московской области, однако производительность её оказалась крайне низкой в первую очередь за счёт плохой работы габионов, эффективное охлаждение которых которые оказалось невозможным. Однако работы на этом не прервались, и группа профессора Алексеева В.В. разработала несколько других схем установок типа «Источник» и других [4-6]. Однако расчётной производительности, которая позволила бы создать промышленную установку, достичь так и не удалось.

Нашей задачей стало разработка схемы установки для получения пресной воды из атмосферного воздуха (схема установки представлена на рис. 1 и 2 [7]), использующей возобновляемые источники энергии с увеличением эффективности работы конденсирующей поверхности и обеспечением полной автономности при работе. Для этого в установку для конденсации пресной воды из атмосферного воздуха [7], содержащую солнечные коллектора, солнечные батареи,

Основным показателем работы рассматриваемого устройства является его производительность, которая при сопоставлении с капитальными вложениями и эксплуатационными затратами определяет себестоимость единицы продукции холодильную систему, водосборник, воздуховод и вентиляционную систему, введена в качестве конденсатора высокоэффективная система конденсирующих панелей специальной конструкции, а в качестве источника холода используются поверхностные слои земли на некоторой глубине. Эффект достигается за счёт того, что используется в качестве конденсатора высокоэффективная система конденсирующих плоских тонкостенных панелей, а в качестве источника холода используются естественные источники холода — поверхностные слои земли на некоторой глубине.

Она содержит корпус 1, теплообменные панели 2, охладительные ёмкости 3, насосную станцию 4, теплообменную колонну 5, ёмкость для воды 6, аккумуляторную станцию 7, плоские солнечные коллектора 8, солнечные батареи 9 и систему автоматического управления 10. Теплообменные панели 2 представляют собой установленные вертикально плоские теплообменники, сваренные из двух тонкостенных (толщиной 0,1-0,5 мм) листов с внутренними каналами по которым проходит охлаждающая жидкость (вода), поступающая из холодильника. Холодильник выполнен в виде нескольких охладительных ёмкостей 3, представляющих из себя резервуары большой ёмкости (более 20-60 тыс. л), заполненные водой и зарытые в землю на глубину 5-10 м. Теплообменная колонна 5 — это установленная вертикально цилиндрическая ёмкость объёмом до 2000 л, заполненная водой, которая нагревается в дневное время плоскими солнечными коллекторами (СК) 8 (устройства, преобразующие солнечную энергию в тепловую энергию теплоносителя).

Проблема нехватки пресной воды и пути её решения. 12/2015. Фото 5

Работа установки происходит следующим образом. В дневное время происходит накопление тепловой энергии в теплообменной колонне за счёт работы плоских солнечных коллекторов (СК) и электрической энергии в аккумуляторах аккумуляторной станции за счёт работы солнечных батарей (СБ). Ночью температура поверхности земли и воздуха начинает уменьшаться вследствие радиационного излучения. За счёт теплообменной колонны, заполненной горячей водой, которая нагревается в дневное время плоскими солнечными коллекторами (СК), в вытяжной трубе корпуса установки создаётся поток тёплого воздуха.

В результате разности давлений атмосферный воздух поступает через открытую нижнюю часть внутрь корпуса и вступает в контакт сначала с нижним ярусом, а затем и с верхними ярусами теплообменных панелей, и через вытяжную трубу уходит в атмосферу.

Если относительная влажность воздуха близка к 100 %, то находящийся в нем водяной пар конденсируется на поверхностях теплообменных панелей, а полученная вода стекает в резервуар. Если относительная влажность воздуха меньше 100 %, но больше 50 %, то сначала воздух охлаждается у поверхности теплообменных панелей до температуры, когда пар становится насыщенным, а затем происходит конденсация. Процесс конденсации будет продолжаться также и днём, только сначала тёплый атмосферный воздух будет охлаждаться поверхностями теплообменных панелей, так как внутри теплообменных панелей протекает холодная вода, которая подаётся насосами из резервуаров большой ёмкости, заполненных водой и зарытых в землю на глубину более 5 м, до температуры, пока находящийся в нём пар не станет насыщенным. При нагреве воды в резервуаре холодильника выше установленной температуры система автоматического управления подключает к работе другой резервуар, а в отключённом резервуаре происходит охлаждение воды путём естественного теплообмена с холодным грунтом земли. Затем процесс повторяется в той же последовательности. При условии работы установки в течении 10 часов в сутки, суточная норма получения воды для установки с внешним диаметром 15 м с поверхностью конденсации около 2500 м2 должна составить от 15 до 25 тонн.

С целью подтверждения возможности получении пресной воды на автономной установке для получения воды из атмосферного воздуха были проведены экспериментальные исследования. Экспериментальные исследования проводились на территории опытного производства Центрального аэрогидродинамического института имени Н.Е. Жуковского (город Жуковский Московской области) в июле 2005 года с 17:30 до 18:30 часов в условиях переменной облачности при средней температуре окружающего воздуха 25 °С и относительной влажности около 70 % [8-10]. В качестве конденсирующей поверхности была использована плоская теплообменная панель из коррозионно-стойкой стали толщиной 0,3 мм с суммарной площадью поверхности 0,5 м2. Панель при помощи гибких шлангов и патрубка подсоединялась к водопроводной сети, а из другого патрубка панели вода сливалась в канализацию. Для проведения эксперимента использовалась вода из системы водоснабжения, температура которой на входе в панель не превышала 12-13 °C. Скорость подачи воды в панель составляла 5-6 л/мин. Для создания воздушного потока использовали бытовой вентилятор, которым была организована обдувка панели со скоростью 2-3 м/с. Эксперимент продолжался в течении одного часа. Полученную в результате конденсации воду собирали губкой (ввиду малого времени эксперимента) с поверхности в мерную ёмкость. В результате было получено за один час 0,28 л воды. То есть производительность установки для условий Москвы (очень неблагоприятных с точки зрения получения максимальной производительности) составляет примерно 0,56 л/ч. Таким образом, с одного квадратного метра за 10 часов можно получить 10-12 л пресной воды, а производительность промышленной установки с площадью конденсации 2500-3000 м2 может достигать 32 тонн воды в сутки. Для работы данной установки не требуется никакой энергии, кроме солнечной, функционирует она в автоматическом режиме и является при этом абсолютно экологически безопасной.

Проблема нехватки пресной воды и пути её решения. 12/2015. Фото 6

Проведённые эксперименты подтвердили не только возможность получения пресной воды на автономной установке для получения пресной воды из атмосферного воздуха, но и её достаточно высокую эффективность, но, к сожалению, сегодня не существует ни одной промышленной установки по конденсации воды из атмосферы, хотя есть несколько бытовых решений для получения 10-100 л воды в сутки.

Основными рынками сбыта подобных промышленных установок будут страны Персидского залива, США (Калифорния и пр.), Австралия, Центральная Азия, Южная Европа, Северная Африка, Индия, Китай.

Вода, конденсируемая из атмосферы, является полностью возобновляемым природным ресурсом, для производства используются источники возобновляемой энергии, стоимость воды будет значительно ниже, чем воды из опреснительных станций, в тоже самое время стоимость опреснённой воды возрастёт в несколько раз до 2030 года.

Инвестиционная привлекательность проекта. Для инвесторов и фондов, принявших решение инвестировать в проект на ранней стадии развития открываются перспективы по получению инвестиционного дохода, сравнимые с инвестициями на ранних стадиях в такие компании, как Facebook, WhatsApp, Skype, Instagram и прочие. В следующее десятилетие на рынок выйдут новые компании с технологиями, которые сегодня находятся на уровне ранних R&D. Это повлечёт за собой создание новой международной индустрии, развитие новых технологий на разных континентах.

Промышленные установки для получения не менее 20 тыс. литров воды в сутки планируется создавать с применением технологий, не имеющих никаких мировых аналогов.

Эти установки будут полностью энергонезависимыми, в качестве источника электроэнергии для работы всех узлов и агрегатов будет использоваться электроэнергия от PV-панелей или ветровых генераторов (это зависит от региональной специфики), часть электроэнергии будет продаваться через традиционные энергетические сети.

Для достижения максимальной энергоэффективности и экономической эффективности мы планируем устанавливать не единичные установки, а монтировать AWG Farms^ которых одновременно будет эксплуатироваться 15-30 установок, это позволит получать от 300 тыс. до 600 тыс. литров воды в сутки, или от 90 тыс. до 200 тыс. тонн воды в год.

Проблема нехватки пресной воды и пути её решения. 12/2015. Фото 7

Патенты и «ноу-хау». Сегодня готовы материалы и документы для нескольких патентов, для которых нужна международная патентная защита. В процессе создания производства промышленных установок будет создано и подано не менее нескольких сотен патентов для защиты изобретений и «ноу-хау».

Производство. Для создания производства промышленных установок необходимо наличие высокоразвитой инфраструктуры, современное прессовое и сварочное оборудование, последние разработки в области нержавеющих сталей, материаловедения, PV-индустрии, специалисты-материаловеды, конструкторы, инженеры, теплотехники, технологи, логистики, специалисты ВИЭ (возобновляемые источники энергии) и т.п. После завершения работ с MVP мы планируем в течении года создать производство промышленных образцов.

Промышленные установки для получения не менее 20 тыс. литров воды в сутки планируется создавать с применением технологий, не имеющих мировых аналогов. Эти установки будут полностью энергонезависимыми (будет использоваться электроэнергия от PV-панелей или ветровых генераторов).

Маркетинг и продажи. Основными регионами мира, в которых есть огромный интерес к промышленным установкам конденсации воды являются: страны MENA, Центральная Азия, Южная Европа, Индия, Австралия, США, Китай, Северная и Южная Америка.

В качестве заказчиков и партнёров мы рассматриваем следующие типы организаций: частные и государственные компании, отвечающие за водоснабжение и коммунальные услуги; частные и государственные компании, занимающиеся развитием альтернативной энергетики и возобновляемыми природными ресурсами; частные и государственные фонды и агентства; международные организации и фонды; различные благотворительные и прочие социально ориентированные организации.

До 2025 года общие инвестиции всех стран в альтернативные технологии получения воды оцениваются на уровне $ 150-400 млрд.

Инвестиции, потребность в финансировании. Для завершения испытаний и создания MVP необходимо 15-20 млн рублей. Для создания производства промышленных установок необходимо $ 2224 млн.

Проблема нехватки пресной воды и пути её решения. 12/2015. Фото 8

Источник: www.c-o-k.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.