Новая технология получения воды из атмосферного воздуха и продуктов сгорания

В настоящей статье изложены основные результаты работы автора по созданию установок для получения воды из атмосферного воздуха и продуктов сгорания.

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.

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.

---

Цимерман А.Б.