Вода из воздуха и другие изобретения Союза Фраунгофера

Столь привычная для нас вода является меж тем ценнейшим природным ресурсом, дарованным человеку. Вода – это жизнь, но что делать, если ее не хватает? Как не растерять это сокровище впустую? На выставке IFAT Entsorga 2010 Союз Гидрологических Систем Фраунгофера задался целью наглядно продемонстрировать, как можно извлекать драгоценную питьевую воду из воздуха, обнаруживать утечки в системе трубопроводов и даже эффективно очищать сточные воды.

Решением Генеральной Ассамблеи Организации Объединенных Наций 28 июля этого года чистая питьевая вода и базовое санитарное обеспечение признаны неотъемлемыми правами человека. К сожалению, более миллиарда людей во всем мире не имеют доступа к питьевой воде, количество же живущих без какой-либо канализационной системы составляет 2,6 миллиарда человек - то есть более чем треть населения мира.

Более того, наличие воды было и остается экономическим фактором первостепенной важности, поскольку сельское хозяйство и промышленность в наше время потребляют более 80% этого драгоценного продукта. Исследование ООН свидетельствует о том, что в будущем вода станет более важным стратегическим ресурсом, чем даже нефть.

Именно это подвигло 14 институтов Фраунгофера (Германия) объединиться под названием Fraunhofer Water Systems Alliance (Fraunhofer-Allianz SysWasser) и совместными усилиями выработать экологически рациональные технологии системы водоснабжения. Подробности были представлены на семинаре выставки IFAT/Entsorga под названием «Анализ водопользования будущего». 

Питьевая вода из воздуха

Благодаря технологии, разработанной Союзом Фраунгофера, появилась возможность извлекать питьевую воду из влаги в воздухе, причем делать это можно где угодно, от пустыни до центра мегаполиса. В основе изобретения лежит гигроскопичный солевой раствор, поглощающий влагу из воздуха при стекании вниз по конструкции, имеющей форму башни. Затем солевой раствор закачивается в емкость с вакуумом, расположенную в паре метров над землей. Энергия, получаемая от солнечных коллекторов, нагревает раствор, содержащий поглощенную из воздуха воду. Благодаря вакууму раствор достигает точки кипения раньше, чем это случилось в условиях нормального атмосферного давления. Испаренная вода без соли конденсируется и контролируемо стекает вниз по целиком заполненной трубке. Сила тяжести этого водяного столба непрерывно создает вакуум, делая ненужным наличие вакуумного насоса. Ставший же вновь концентрированным соляной раствор стекает вниз по поверхности башни, чтобы снова поглощать влагу из воздуха.

Процесс основан исключительно на возобновляемых источниках энергии, таких как обыкновенные солнечные коллекторы и фотоэлектрические элементы, а это значит, что описанный метод энергетически полностью самодостаточен. Важно то, что он может функционировать даже в тех областях, где отсутствует электрическая инфраструктура. Процесс особенно хорошо подходит для извлечения питьевой воды в засушливых и полупустынных регионах, где больше воды испаряется, чем выпадает с осадками.

Управление системой снабжения питьевой воды

Как можно улучшить работу систем снабжения питьевой водой? Есть ли в системе утечки? Для ответа на эти вопросы исследователи Фраунгофера вместе с поставщиками питьевой воды разработали решение для управления питьевой водой HydroDyn. Прежде всего, система питьевой воды моделируется на компьютере, так как это лучший способ как для вычисления оптимального режима работы этих систем, так и для проектирования их расширения. Кроме того, система может автоматически определять местонахождение утечек. Именно поэтому соответствующее программное обеспечение уже активно используется в Монголии, Ливии и Саудовской Аравии, а также в некоторых немецких городах. 

Вычисление утечек

Из-за негерметичных труб и ржавчины часть драгоценной влаги частенько так и не добирается до потребителей, просачиваясь в землю по пути. Одним из способов отслеживания повреждений является "умный" зонд, проверяющий трубы изнутри. Местонахождение трещин или повреждений вследствие коррозии труб можно определять при помощи ультразвуковых волн, причем такие системы пригодны как для линий передачи питьевой воды и канализационных труб, так и для трубопроводов в целом. 

Алмазы для очистки сточных вод

Электроды с алмазным покрытием позволяют очищать воду без использования химических веществ. Особенность метода заключается в гидроксильных радикалах, образующихся в воде на электродах, покрытых проводящим слоем алмазов. Они являют собой сильный окислитель, разрушающий все вещества, содержащие углерод, т.е. все органические загрязнители вплоть до бактерий и пестицидов. Единственное, что остается – безвредные соли и углекислый газ. Таким образом, мы без проблем получаем обеззараженную воду. На выставке исследователи продемонстрировали работу этого метода на примере текстильной краски индиго кармин, чей цвет легко удаляется из воды в присутствии гальванического элемента с алмазными электродами. 

Экономное захоронение отходов

Сильно загрязненные сточные воды металлургической и полиграфической промышленности, содержащие тяжелые металлы, цианиды, растворители и сложные химические соединения, должны постоянно утилизироваться в качестве опасных отходов, а стоит это недешево. Проблема заключается в том, что загрязняющие вещества в них сильно разбавлены, при этом доля воды иногда достигает 90%, а то и больше. Это и делает утилизацию очень дорогой.

Зная о такой проблеме, исследователи Фраунгофера разработали недорогой модульной вакуумный процесс испарения, при котором сточные воды сгущаются в вакууме при температуре 40-50°С. Затем сточные воды легко нагреваются при помощи отходящего или солнечного тепла, а опресненную воду можно снова использовать в производстве. 

Больше биогаза из сточных вод

Более 10000 очистных сооружений в Германии занимаются очисткой загрязненной воды, поставляемой из домов, заводов и ресторанов. Чистая вода после обработки сбрасывается в реки и озера, и единственное, что остается – это осадок сточных вод.

Исследователи Фраунгофера разработали метод уменьшения объема и массы осадка сточных вод, при котором часть шлама обрабатывают ультразвуком, а затем механически измельчают. Обработанные таким образом отходы дают больше биогаза, а следовательно, их становится легче осушать. Этот новый процесс уже успешно применяется в работе очистных сооружений.

Эти и другие решения экологически рационального водоснабжения демонстрировались на объединенном стенде исследователей Фраунгофера на выставке IFAT Entsorga 2010. Выставка с таким названием явилась результатом сотрудничества между организаторами выставки IFAT и Федеральной ассоциацией Германии индустрии обработки отходов (BDE). IFAT Entsorga 2010 стала 16-й Международной специализированной выставкой, посвященной технологиям очистки воды и сточных вод,  утилизации и переработки отходов и очистки воздуха. В этом году она проходила с 13го по 17е сентября в Мюнхене, Германия. 

Источник: www.fraunhofer.de

• < Фуллерен или C60 - лекарство будущего?! (видео)
• Рекуперация воды и воздуха - повторное использование тепловой энергии >

Комментарии: