Ученые Южно-Уральского государственного университета придумали способ компенсировать недостаток пресной воды на Земле. Их разработка проста в использовании, оборудование недорогое и может использоваться как для опреснения морской воды, так и для очистки грунтовых вод.
Научный коллектив кафедр «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» и «Промышленная теплоэнергетика» ЮУрГУ собрал и запатентовал опреснительное устройство, которое можно использовать при применении низкопотенциальных источников тепла.
«Очевидно, что потребности в чистой воде практически безграничны. С учетом того, что запасы морской соленой воды и грунтовых подземных вод исчисляются тысячами кубических километров, очистка этой воды от солей могла бы стать решением вопроса водоснабжения, – отметил доктор технических наук, профессор, директор Международного Инновационного Центра «Альтернативная Энергетика» Евгений Соломин. – Однако, несмотря на наличие множества систем опреснения, проблема обеспечения чистой водой до сих пор не решена. Одной из проблем можно назвать длительное время цикла опреснения (дистилляция, обратный осмос). Другая проблема заключается в недостаточно качественной очистке (фильтрация). В связи с этим предложенное изобретение является актуальным, поскольку позволяет не только получить качественную чистую воду из морской воды, но и значительно ускорить процесс дистилляции».
Механизм действия довольно прост. При поднятии поршня в верхний отдел устройства из нижнего поступает подогретая соленая вода. По достижении в верхнем отделе расчетного количества воды и снижении давления до нужного уровня, происходит закипание (может подводиться и дополнительное тепло от опциональных нагревательных элементов для ускорения процесса) воды менее, чем при 100 градусах Цельсия, и ее испарение. После испарения жидкости поршень быстро движется вниз, повышая давление в отделе с паром выше атмосферного уровня. В этих условиях происходит сброс рассола в отдельную емкость, а пар перемещается в нижний отдел устройства, где под избыточным давлением (от продолжающего движение поршня) пар с повышенной температурой ускоренно конденсируется в пресную воду. Далее конденсат под давлением вытесняется через теплообменник (отдающий тепло соленой воде) в емкость для сбора дистиллята, после чего весь цикл повторяется.
Введение поршневой системы позволяет упростить конструкцию дистиллятора, достичь экономии подводимой для испарения энергии, ускорить испарение воды при низком давлении и конденсацию пара при высоком давлении – все это позволяет увеличить производительность установки.
По расчетам ученых, устройство небольшой конструкции с габаритами 1 х 0,2 х 0,2 м может работать в автоматическом режиме, выдавая количество питьевой воды, необходимое для 1 человека в сутки (2-3 литра), при затратах энергии около 1 кВт/час. Однако разработку можно масштабировать и увеличить количество выдаваемой чистой воды предположительно до 15 тонн в сутки. Важно, что новое устройство для опреснения соленой воды является полностью автономным – вся необходимая энергия поступает от солнечного модуля.
Чтобы элементы не страдали от морской соленой воды, разработчики сделали их из нержавеющей стали, продлив таким образом срок эксплуатации оборудования более, чем на десять лет. Себестоимость прототипа, собранного из имеющихся на рынке деталей, составила 12 000 рублей. При массовом изготовлении его себестоимость должна снизиться в 5-10 раз.
Изобретатели планируют апробацию прототипа устройства с различными составами морской и минеральной воды, и при получении положительных результатов продвижение продукта на рынок. Изобретение появилось на основе дистиллятора, разрабатываемого в рамках гранта Российского Научного Фонда, как параллельная разработка. В данный момент устройство проходит первые испытания.
В будущем разработка ученых ЮУрГУ может помочь в борьбе с недостатком пресной воды в отдаленных регионах планеты, где эта проблема по-прежнему решена не до конца.
Екатерина Больных
На фото соавтор разработки, заведующий кафедры «промышленная энергетика» Южно-Уральского государственного университета Константин Осинцев
