RU2786416C1 - Method for obtaining drinking water in the black sea - Google Patents
Method for obtaining drinking water in the black sea Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786416C1 RU2786416C1 RU2022106331A RU2022106331A RU2786416C1 RU 2786416 C1 RU2786416 C1 RU 2786416C1 RU 2022106331 A RU2022106331 A RU 2022106331A RU 2022106331 A RU2022106331 A RU 2022106331A RU 2786416 C1 RU2786416 C1 RU 2786416C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- water
- sea
- drinking water
- condenser
- Prior art date
Links
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 title claims abstract description 67
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 101
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 10
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000003570 air Substances 0.000 description 120
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 8
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 230000000249 desinfective Effects 0.000 description 4
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 4
- 229920000426 Microplastic Polymers 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 3
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 3
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 3
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 3
- 241000282832 Camelidae Species 0.000 description 2
- 241000934359 Marmara Species 0.000 description 2
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 2
- 235000012206 bottled water Nutrition 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 2
- 235000021271 drinking Nutrition 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 230000004634 feeding behavior Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 241001270131 Agaricus moelleri Species 0.000 description 1
- 210000001367 Arteries Anatomy 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 241001274961 Rubus repens Species 0.000 description 1
- 230000003213 activating Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic Effects 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 description 1
- 230000001112 coagulant Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002845 discoloration Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 239000008394 flocculating agent Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- -1 neutralizers Substances 0.000 description 1
- 235000019645 odor Nutrition 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000002685 pulmonary Effects 0.000 description 1
- 239000003247 radioactive fallout Substances 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 230000014860 sensory perception of taste Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 1
- 235000019640 taste Nutrition 0.000 description 1
- 230000035917 taste Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области приготовления питьевой воды конденсацией водяных паров из воздуха при его естественной прокачке через природный источник холода, конкретно - в акватории Черного моря, используя его особую гидрологию, которая не повторяется в других морях и океанах. Состоит эта особенность в круглогодичном поддержании температуры воды в Черном море на глубине от 40÷50 метров и ниже в диапазоне от +7°С до +11°С, в то время как во всех остальных морях и океанах, располагающихся в поясе подобной географической широты по обе стороны от экватора (от 45 градусов южной до 45 градусов северной широты), аналогичная температура достигается только на глубинах более 600 метров, что делает реализацию в них заявляемого технического решения сложной и экономически нецелесообразной. Указанная температурная особенность Черного моря позволяет использовать его воду даже на такой незначительной глубине как естественный холодильник для конденсации водяных паров, содержащихся в атмосферном воздухе над поверхностью воды. В слое воздуха, непосредственно контактирующем с водной поверхностью, влагосодержание всегда изменяется таким образом, что оно равно или близко к максимально возможному для круглосуточно изменяющейся температуры воздуха, то есть постоянно близко к его 100-процентной относительной влажности. Это является одним из следствий того, что около 25% солнечной энергии, попадающей на планету Земля, расходуется на испарение воды из жидкого состояния в газообразное. Поддержание динамического равновесия между количеством постоянно испаряющейся воды с поверхности моря и количеством воды, возвращающейся в море из контактирующего с ним воздуха, на уровне максимально возможного влагосодержания в воздухе обеспечивается сильной зависимостью интенсивности испарения от скорости ветра: даже при незначительной скорости ветра 1 м/с испаряемость воды увеличивается в 3 раза, в то время как круглогодичная средняя скорость ветра в акватории Черного моря составляет 4÷6 м/с.Особенностью розы ветров в этом районе является то, что днем воздух дует преимущественно с моря на сушу, а ночью - с суши в сторону моря.The invention relates to the preparation of drinking water by condensation of water vapor from the air during its natural pumping through a natural source of cold, specifically in the Black Sea, using its special hydrology, which is not repeated in other seas and oceans. This feature consists in year-round maintenance of water temperature in the Black Sea at a depth of 40÷50 meters and below in the range from +7°C to +11°C, while in all other seas and oceans located in the belt of a similar geographical latitude on both sides of the equator (from 45 degrees south to 45 degrees north latitude), a similar temperature is reached only at depths of more than 600 meters, which makes the implementation of the proposed technical solution in them difficult and economically impractical. The specified temperature feature of the Black Sea makes it possible to use its water even at such an insignificant depth as a natural refrigerator for the condensation of water vapor contained in the atmospheric air above the water surface. In a layer of air in direct contact with the water surface, the moisture content always changes in such a way that it is equal to or close to the maximum possible for a round-the-clock changing air temperature, that is, constantly close to its 100% relative humidity. This is one of the consequences of the fact that about 25% of the solar energy falling on planet Earth is spent on the evaporation of water from a liquid state to a gaseous state. Maintaining a dynamic balance between the amount of constantly evaporating water from the sea surface and the amount of water returning to the sea from the air in contact with it, at the level of the maximum possible moisture content in the air, is ensured by the strong dependence of the evaporation rate on wind speed: even at a low wind speed of 1 m/s, evaporation water increases by 3 times, while the year-round average wind speed in the Black Sea is 4÷6 m/s. towards the sea.
Над береговой линией Черного моря относительная влажность воздуха, а значит и влагосодержание, постоянно уменьшается по мере удаления от морской поверхности, поэтому, например, над большей частью полуострова Крым в течение шести весенне-летне-осенних месяцев с максимальными положительными температурами воздух сухой и содержит минимум водяных паров, что особенно благоприятно сказывается на лечении или реабилитации отдыхающих с различными заболеваниями, особенно легочными. В то же время, недостаток в Крыму природных источников пресной воды создает серьезную проблему не только для орошения сельскохозяйственных культур, но даже для удовлетворения личных потребностей жителей полуострова и многочисленных отдыхающих, негативно влияя на качество жизни. Доступность чистой воды питьевого качества в пределах установленных норм - важнейший фактор здоровья и качества жизни жителей Крыма и отдыхающих. 8 июля 2010 года Генеральная ассамблея ООН включила право на воду в перечень базовых прав человека, а мировое сообщество признало расширение доступа к питьевой воде одной из четырех ключевых составляющих целей тысячелетия ООН по обеспечению устойчивости окружающей среды.Over the Black Sea coastline, the relative humidity of the air, and hence the moisture content, constantly decreases with distance from the sea surface, therefore, for example, over most of the Crimean peninsula during six spring-summer-autumn months with maximum positive temperatures, the air is dry and contains a minimum water vapor, which is especially beneficial for the treatment or rehabilitation of vacationers with various diseases, especially pulmonary. At the same time, the lack of natural sources of fresh water in Crimea creates a serious problem not only for irrigating crops, but even for meeting the personal needs of the inhabitants of the peninsula and numerous vacationers, negatively affecting the quality of life. The availability of clean drinking water within the established norms is the most important factor in the health and quality of life of Crimean residents and vacationers. On July 8, 2010, the UN General Assembly included the right to water in the list of basic human rights, and the world community recognized the expansion of access to drinking water as one of the four key components of the UN Millennium Environmental Sustainability Goals.
Предлагаемое изобретение обеспечивает легкую масштабируемость, автоматическое, высокопроизводительное, энергоэффективное и экологичное приготовление качественной питьевой воды для различных требуемых объемов потребления с минимальной затратой электрической энергии, без химических реагентов и без оказания какого-либо вреда экологии региона.The proposed invention provides easy scalability, automatic, high-performance, energy-efficient and environmentally friendly preparation of high-quality drinking water for various required volumes of consumption with minimal electrical energy consumption, without chemical reagents and without causing any harm to the ecology of the region.
Отличительным признаком заявляемого способа получения питьевой воды в акватории Черного моря является подача в весенне-летне-осенний период теплого максимально насыщенного водяными парами воздуха из слоя, контактирующего с поверхностью моря, за счет естественного воздушного напора практически постоянно дующего ветра по профилированному воздуховоду к холодильнику-конденсатору, расположенному наклонно на глубине от 40 до 50 метров и постоянно омываемому естественными течениями черноморской воды во всех точках акватории моря с круглогодичной температурой на этой глубине от +7 °С до +11 °С, после чего сконденсированная дистиллированная вода, собранная в нижней части холодильника-конденсатора, подается насосом на плавучее средство на поверхности моря или на берег для доведения содержания необходимых солей до оптимального для питьевой воды уровня, например, добавкой очищенной и обеззараженной морской воды, содержащей все необходимые для человека соли в сбалансированном соотношении, а охлажденный и отдавший сконденсированную влагу воздух с влагосодержанием, соответствующим 100 % влажности при температуре (+7÷11)°С, напором очередных порций теплого насыщенного влагой воздуха и (или) с дополнительной помощью вентиляторов, при недостаточной скорости атмосферного ветра, выдавливается через сбросной воздуховод назад в атмосферу.A distinctive feature of the proposed method for obtaining drinking water in the Black Sea is the supply in the spring-summer-autumn period of the warmest air saturated with water vapor from the layer in contact with the sea surface, due to the natural air pressure of the almost constantly blowing wind through the profiled air duct to the refrigerator-condenser , located obliquely at a depth of 40 to 50 meters and constantly washed by the natural currents of the Black Sea water at all points of the sea with a year-round temperature at this depth from +7 ° C to +11 ° C, after which condensed distilled water collected in the lower part of the refrigerator - condenser, is pumped to a floating facility on the sea surface or ashore to bring the content of the necessary salts to the optimum level for drinking water, for example, by adding purified and disinfected sea water containing all the salts necessary for a person in a balanced ratio, and cooling The air that has given up condensed moisture and has a moisture content corresponding to 100% humidity at a temperature of (+7 ÷ 11) ° C is squeezed out through the discharge duct by the pressure of successive portions of warm moisture-saturated air and (or) with the additional help of fans, with insufficient atmospheric wind speed back into the atmosphere.
Из предшествующего уровня техники известны многочисленные конструктивные и технологические реализации различных способов и устройств получения питьевой воды. В общем случае они должны обеспечивать обеззараживание, осветление, обесцвечивание воды, удаление её запахов и привкусов, уменьшение содержания допустимых химических элементов и их соединений до значений, не превышающих предельно-допустимые значения (ПДК), а также исключать присутствие в воде канцерогенных и особо опасных веществ. Достигается это различными комбинациями технологических операций обеззараживания микроорганизмов, связывания и отделения различных органических и неорганических загрязнителей с применением химических реагентов (окислителей, нейтрализаторов, коагулянтов, флокулянтов), физических воздействий (магнитных, электрических, гидродинамических) и различных фильтров (грубой и тонкой очистки, засыпных, сорбционных, ультра- и нанофильтрационных). Основными критериями совершенства и предпочтительности при выборе реализуемого варианта являются обеспечение требуемого качества воды при использовании различных источников, низкие удельные затраты на реализацию технологии и ее практическое использование, минимальная себестоимость получаемой воды, преимущественное функционирование без дорогих и дефицитных реагентов, большой эксплуатационный ресурс, возможность обеспечения требуемой производительности и безопасность для природы (экологичность).Numerous constructive and technological implementations of various methods and devices for obtaining drinking water are known from the prior art. In general, they should provide disinfection, clarification, discoloration of water, removal of its odors and tastes, reduction of the content of permissible chemical elements and their compounds to values not exceeding the maximum permissible values (MPC), and also exclude the presence of carcinogenic and especially dangerous substances in water. substances. This is achieved by various combinations of technological operations for disinfecting microorganisms, binding and separating various organic and inorganic pollutants using chemical reagents (oxidizing agents, neutralizers, coagulants, flocculants), physical effects (magnetic, electrical, hydrodynamic) and various filters (coarse and fine cleaning, bulk , sorption, ultra- and nanofiltration). The main criteria for perfection and preference in choosing the implemented option are ensuring the required water quality when using various sources, low specific costs for the implementation of the technology and its practical use, the minimum cost of the water produced, the predominant operation without expensive and scarce reagents, a large operational resource, the ability to provide the required productivity and safety for nature (environmental friendliness).
Заявляемый способ должен удовлетворять требованиям к качеству питьевой воды централизованных систем питьевого водоснабжения и (или) расфасованной в емкости, а также к водоочистным устройствам и деятельности, связанной с услугами питьевого водоснабжения, которые изложены в действующих межгосударственных и национальных стандартах РФ [1-4] и санитарно-эпидемиологических нормах [5, 6].The proposed method must meet the requirements for the quality of drinking water of centralized drinking water supply systems and (or) packaged in containers, as well as for water treatment devices and activities related to drinking water supply services, which are set out in the current interstate and national standards of the Russian Federation [1-4] and sanitary and epidemiological standards [5, 6].
Из прибрежных районов Черного моря, входящих в состав Российской Федерации, особенно проблемным по обеспечению населения и отдыхающих питьевой водой является полуостров Крым в теплый сезон массовых отпусков вследствие дефицита естественных природных источников, которые могут использоваться для получения из них в достаточном количестве воды для бытового, технического, сельскохозяйственного применения и, особенно, питьевой воды.Of the coastal regions of the Black Sea, which are part of the Russian Federation, the Crimean peninsula during the warm season of mass vacations is especially problematic in terms of providing the population and vacationers with drinking water due to the lack of natural sources that can be used to obtain enough water from them for household, technical , agricultural applications and, especially, drinking water.
Длительное использование в этом регионе больших объемов воды из разведанных подземных месторождений непосредственно на территории полуострова и в акватории Азовского моря связано с риском неконтролируемого замещения выкачанной пресной воды произвольно проникающей соленой морской водой через негерметичности в грунтах, что рано или поздно может привести к порче таких источников.The long-term use in this region of large volumes of water from explored underground deposits directly on the territory of the peninsula and in the waters of the Sea of Azov is associated with the risk of uncontrolled replacement of pumped fresh water by randomly penetrating salty sea water through leaks in the soil, which sooner or later can lead to damage to such sources.
Богатые государства (Израиль, Сингапур, Австралия, Саудовская Аравия, ОАЭ) опресняют большие объемы соленой морской воды методами испарения или обратного осмоса, требующими дорогого и сложного оборудования, а также больших расходов электрической энергии. Сброс остающихся после опреснения морской воды больших объемов концентрированных солевых растворов уже негативно сказывается на экосистеме окружающих морских акваторий в перечисленных странах, что серьезно усложнит подобные проекты в случае принятия решения об их практической реализации в Республике Крым.Rich countries (Israel, Singapore, Australia, Saudi Arabia, UAE) desalinate large volumes of salty sea water using evaporation or reverse osmosis methods, which require expensive and complex equipment, as well as high costs of electrical energy. The discharge of large volumes of concentrated salt solutions remaining after seawater desalination is already negatively affecting the ecosystem of the surrounding marine areas in these countries, which will seriously complicate such projects if a decision is made on their practical implementation in the Republic of Crimea.
Одной из перспективных технологий получения питьевой воды является конденсация водяных паров, практически всегда содержащихся в атмосферном воздухе благодаря солнечной энергии, которая является также первопричиной ветров и морских течений, используемых в заявляемом изобретении. Именно подобные технологии позволяют наиболее просто и экологично, без использования сложных и дорогих фильтров обратного осмоса решить особенно обострившуюся в последнее время проблему присутствия в большинстве проверяемых образцов питьевой воды, даже в бутылированной воде престижных торговых брендов, микропластика, свидетельствующего о глобальном загрязнении водных ресурсов планеты Земля [7].One of the promising technologies for obtaining drinking water is the condensation of water vapor, almost always contained in the atmospheric air due to solar energy, which is also the root cause of the winds and sea currents used in the claimed invention. It is these technologies that make it possible in the simplest and most environmentally friendly way, without the use of complex and expensive reverse osmosis filters, to solve the especially aggravated problem of the presence of microplastics in most tested samples of drinking water, even in bottled water of prestigious brands, indicating global pollution of the water resources of the planet Earth. [7].
Великий древний шелковый путь зародился во втором веке нашей эры и связывал Китай с городами Центральной Азии и странами Средиземноморья. Он долгие годы был важнейшей транспортной артерией, значительная часть которой пролегала по пустынным территориям Азии. Для перевозки грузов в основном использовались верблюды. Главной проблемой путешественников была доступность воды. Гениальные конструкторы древности сооружали посреди раскаленных песков колодцы, которые назывались «сардоба» [8]. Оригинальная конструкция колодца обеспечивала извлечение воды из атмосферного воздуха благодаря вихревому эффекту. Колодец из камня имел форму шатра с несколькими отверстиями в верхней части. Специальная конструкция крыши с боковыми отверстиями обеспечивала постоянную циркуляцию через колодец нескольких тысяч кубометров пустынного воздуха в сутки. Чистейшая прохладная вода из пустынного воздуха конденсировалась, преимущественно в ночное время, на каменном холмике в специальном углублении на дне колодца. Более половины колодца было погружено в землю. К воде спускались вниз по лестнице. Воды хватало для людей и каравана из 150-200 верблюдов. Остатки таких колодцев можно встретить и сегодня в некоторых местах Средней Азии. Основными недостатками таких устройств являются высокая удельная стоимость получаемой питьевой воды и их малая производительность, не способная удовлетворить современные потребности населения региона Черного моря при использовании лишь береговых территорий.The great ancient silk road originated in the second century AD and connected China with the cities of Central Asia and the countries of the Mediterranean. For many years it was the most important transport artery, a significant part of which ran through the desert territories of Asia. Camels were mainly used to transport goods. The main problem for travelers was the availability of water. The ingenious designers of antiquity built wells in the middle of hot sands, which were called "sardoba" [8]. The original design of the well ensured the extraction of water from the atmospheric air due to the vortex effect. The stone well had the shape of a tent with several holes in the upper part. The special design of the roof with side openings ensured a constant circulation of several thousand cubic meters of desert air per day through the well. The purest cool water from the desert air condensed, mainly at night, on a stone mound in a special recess at the bottom of the well. More than half of the well was sunk into the ground. They went down the stairs to the water. There was enough water for people and a caravan of 150-200 camels. The remains of such wells can be found today in some places in Central Asia. The main disadvantages of such devices are the high specific cost of the drinking water received and their low productivity, which is unable to meet the current needs of the population of the Black Sea region when using only coastal areas.
Известно подобное сооружение получения питьевой воды на полуострове Крым [9]. Своеобразный «воздушный колодец» - огромный искусственный конденсатор влаги - был построен в начале XX века. Расположен он на склоне плоской вершины горы Тепе-Оба, на высоте 150 м над уровнем моря. Его автор -инженер-лесник Ф. Зибольд, который сам лично сложил огромный конденсатор влаги при поддержке местных властей в 1905-1912 годах. Сооружение включало малый конденсатор (возле метеорологической станции в феодосийском лесничестве) и большой (на вершине горы Тепе-Оба). Каменная чаша последнего, которую называют чашей Зибольда, сохранилась до наших дней. "Воздушный колодец" сложен из известняка, круглый в плане, диаметром 12 метров. Края чаши приподняты, дно воронковидное, от центра к борту проложен выводной желоб. Чаша была покрыта слоем бетона толщиной 15 см и заполнена крупной береговой галькой, уложенной в виде огромного усеченного конуса, - его высота составляла 6 метров, диаметр вершины равнялся 8 метрам, а общий объем гальки составлял немногим более 307 кубометров. Капельки росы, оседая на гальке, стекали на дно конденсатора и по желобу выводились наружу к трубе. Строительство большого конденсатора завершилось в 1912 году. В течение нескольких месяцев, по свидетельствам современников, он давал до 36 ведер (около 443 л) воды в сутки. Днище конденсатора оказалось недостаточно прочным, и через образовавшиеся трещины вода вскоре стала уходить в почву.A similar facility for obtaining drinking water is known on the Crimean peninsula [9]. A kind of "air well" - a huge artificial moisture condenser - was built at the beginning of the 20th century. It is located on the slope of the flat top of Mount Tepe-Oba, at an altitude of 150 m above sea level. Its author is the forestry engineer F. Siebold, who personally built a huge moisture condenser with the support of local authorities in 1905-1912. The construction included a small condenser (near the meteorological station in the Feodosia forestry) and a large one (on the top of Mount Tepe-Oba). The stone bowl of the latter, which is called Siebold's bowl, has survived to this day. The "air well" is made of limestone, round in plan, with a diameter of 12 meters. The edges of the bowl are raised, the bottom is funnel-shaped, a discharge chute is laid from the center to the side. The bowl was covered with a layer of concrete 15 cm thick and filled with large coastal pebbles laid in the form of a huge truncated cone - its height was 6 meters, the diameter of the top was 8 meters, and the total volume of the pebbles was a little over 307 cubic meters. Dew drops, settling on pebbles, flowed to the bottom of the condenser and were led out through the chute to the pipe. The construction of the large condenser was completed in 1912. For several months, according to contemporaries, he gave up to 36 buckets (about 443 liters) of water per day. The bottom of the condenser was not strong enough, and through the cracks formed, the water soon began to go into the soil.
Эксперимент Зибольда в 2004 году повторили в Старом Крыму. На горе был установлен конденсатор площадью 10 кв. м. При высокой относительной влажности воздуха (более 90%) за 5,5 часа удалось получить примерно 6 литров чистой питьевой воды. Но такая высокая влажность бывает очень редко.Siebold's experiment was repeated in Stary Krym in 2004. A condenser with an area of 10 square meters was installed on the mountain. m. At high relative humidity (more than 90%) in 5.5 hours it was possible to get about 6 liters of clean drinking water. But such high humidity is very rare.
Последние три примера - «сардоба» древнего шелкового пути, «воздушный колодец Зибольда» в районе Феодосии начала XX века и конденсатор от 2004 года в Старом Крыму - лишь подтверждают техническую возможность практического извлечения водяных паров из воздуха для получения питьевой воды, однако не имеют практического значения из-за маленькой производительности и высокой удельной стоимости получаемой питьевой воды.The last three examples - the “sardoba” of the ancient silk road, the “Siebold air well” in the Feodosia region of the early 20th century, and the condenser from 2004 in Stary Krym - only confirm the technical feasibility of extracting water vapor from the air to obtain drinking water, but do not have practical values due to low productivity and high unit cost of produced drinking water.
Известен аналог- изобретение по патенту RU 2618315 «Способ получения воды из воздуха» [10]. Изобретение относится к способам автономного получения пресной воды питьевого качества из влаги окружающего морского атмосферного воздуха. Способ включает в себя использование генераторов пневматической энергии. Охлаждение потока сжатого воздуха после генераторов производится в конденсаторах с осаждением и отбором влаги. Забор атмосферного воздуха производят в непосредственной близости от поверхности моря, где влажность его максимальна. Генераторы пневматической энергии приводят в действие энергией приливов. Выполняют генераторы в виде гидроагрегатов, которые размещают в зоне действия приливов с обеспечением подпора морской воды перед ними. На гидроагрегатах, имеющих подвижные в радиальном направлении стенки в виде мембран, устанавливают камеры сжатия воздуха с всасывающими и нагнетательными клапанами. В гидроагрегатах инициируют периодический гидравлический удар, приводящий в возвратно-поступательное движение мембраны камер сжатия воздуха и генерирующий в камерах сжатия пневматическую энергию. Воздух после конденсаторов направляют в расширители воздуха, которые выполняют в виде дросселей или пневмомоторов. Пневмомоторы соединяют с электрогенераторами. Полученную электрическую энергию используют для привода насосов откачки осажденной пресной воды из конденсаторов и влагоприемников расширителей воздуха. При использовании в качестве расширителей воздуха дросселей пресную воду из влагоприемников откачивают эжектированием подачей под давлением пресной воды, находящейся в конденсаторах. Конденсаторы влаги помещают под уровень моря и охлаждают морской водой. Обеспечивается преобразование гидравлической энергии морских приливов в пневматическую, необходимую для выделения влаги, содержащейся в атмосферном морском воздухе. Основными недостатками изобретения являются техническая сложность реализации, дороговизна и плохие условия для применения в акватории Черного моря из-за слабости его приливов вследствие изолированности от мировых океанов.An analogue is known - an invention according to patent RU 2618315 "Method of obtaining water from air" [10]. The invention relates to methods for autonomous production of fresh water of drinking quality from the moisture of the surrounding sea atmospheric air. The method includes the use of pneumatic energy generators. Cooling of the compressed air flow after the generators is carried out in condensers with precipitation and moisture extraction. Atmospheric air is taken in close proximity to the sea surface, where its humidity is maximum. Pneumatic energy generators are powered by tidal energy. The generators are made in the form of hydraulic units, which are placed in the zone of action of the tides with the support of sea water in front of them. On hydraulic units having radially movable walls in the form of membranes, air compression chambers with suction and discharge valves are installed. In hydraulic units, a periodic hydraulic shock is initiated, which reciprocates the membranes of the air compression chambers and generates pneumatic energy in the compression chambers. The air after the condensers is sent to air expanders, which are made in the form of chokes or pneumomotors. Pneumomotors are connected to electric generators. The resulting electrical energy is used to drive the pumps for pumping out the precipitated fresh water from the condensers and the moisture receivers of the air expanders. When using chokes as air expanders, fresh water is pumped out of the moisture collectors by ejection by supplying fresh water under pressure in the condensers. Moisture condensers are placed below sea level and cooled with sea water. The hydraulic energy of sea tides is converted into pneumatic energy, which is necessary for the release of moisture contained in the atmospheric sea air. The main disadvantages of the invention are the technical complexity of implementation, high cost and poor conditions for use in the Black Sea due to the weakness of its tides due to isolation from the world's oceans.
Известным аналогом является «Установка с радиационным охлаждением для получения пресной воды из влажного воздуха» по патенту RU 2182623 [11]. Установка с естественным источником холода и принудительной прокачкой воздуха содержит солнечные батареи, воздуховод с расположенными в нем вентилятором и теплообменником и водосборник. Теплообменник состоит из термосифонов с зонами конденсации и испарения, имеющими оребрение, причем зона конденсации наклонена к горизонту на 30-40°. Ребро зоны конденсации выполнено излучающим, смотрящая в сторону земли сторона этого ребра и наружная стенка воздуховода теплоизолированы, а излучающая в сторону неба сторона этого ребра имеет селективное покрытие, прозрачное для инфракрасного излучения. Зона испарения встроена в воздуховод, выполненный в виде трубки Фильда. Недостатками изобретения являются сложность конструкции и зависимость от солнечной энергии, которая отсутствует минимум половину суток даже в теплый сезон увеличенной потребности в питьевой воде.A well-known analogue is "Installation with radiative cooling for obtaining fresh water from moist air" according to patent RU 2182623 [11]. Installation with a natural source of cold and forced air circulation contains solar panels, an air duct with a fan and a heat exchanger located in it, and a water collector. The heat exchanger consists of thermosyphons with condensation and evaporation zones having fins, and the condensation zone is inclined to the horizon by 30-40°. The edge of the condensation zone is made radiating, the side of this edge looking towards the ground and the outer wall of the air duct are thermally insulated, and the side of this edge radiating towards the sky has a selective coating transparent for infrared radiation. The evaporation zone is built into an air duct made in the form of a Field tube. The disadvantages of the invention are the complexity of the design and dependence on solar energy, which is absent for at least half a day even in the warm season of increased demand for drinking water.
Известен также аналог «Установка для получения пресной воды из влажного воздуха» по патенту RU 2056479 [12]. Она содержит солнечные батареи, водосборник, холодильный агрегат, соединенный через гидронасос и вентиль с термоизолированной емкостью и с теплообменником-конденсатором, расположенным в воздуховоде, в котором также находятся каплеуловитель и вентилятор. Недостатками данной установки являются низкая эффективность, обусловленная низким коэффициентом преобразования солнечной энергии, и малая производительность.Also known analogue "Installation for obtaining fresh water from moist air" according to patent RU 2056479 [12]. It contains solar panels, a water collector, a refrigeration unit connected through a hydraulic pump and a valve to a thermally insulated tank and a heat exchanger-condenser located in the air duct, which also contains a drop catcher and a fan. The disadvantages of this installation are low efficiency, due to the low conversion factor of solar energy, and low productivity.
Наиболее близким, принятым за прототип, является изобретение по патенту RU 2146744 «Способ получения воды из воздуха» [13]. Способ заключается в том, что формируют поток воздуха, содержащий пары воды, осуществляют искусственное охлаждение потока воздуха и конденсируют пары воды. Получаемые при этом пресную воду-конденсат подают в емкость для сбора воды, а охлажденный воздух - на конденсатор для обеспечения рабочего режима холодильного устройства. Сформированный поток воздуха пропускают через фильтр воздухозаборника в условиях окружающей среды с относительной влажностью от 70 до 100% и температурой от +15 до +50°С, а затем через электростатическое поле. Получаемый охлажденный воздух через соединительную юбку подают на радиатор конденсатора, при этом объем проходящего через радиатор воздуха, из условия 20 г влаги на 1 м3 воздуха и среднесуточной производительности установки до 250 л/сутки, лежит в пределах 12-13 тыс.м3 в сутки. Основные недостатки изобретения:The closest adopted for the prototype is the invention according to the patent RU 2146744 "Method of producing water from air" [13]. The method consists in forming an air stream containing water vapor, artificially cooling the air stream and condensing the water vapor. The resulting fresh water-condensate is fed into the water collection tank, and the cooled air is fed to the condenser to ensure the operating mode of the refrigeration device. The generated air flow is passed through the air intake filter under ambient conditions with relative humidity from 70 to 100% and temperature from +15 to +50°C, and then through an electrostatic field. The resulting cooled air is fed through the connecting skirt to the condenser radiator, while the volume of air passing through the radiator, from the condition of 20 g of moisture per 1 m 3 of air and the average daily productivity of the installation up to 250 l / day, lies in the range of 12-13 thousand m 3 in day. The main disadvantages of the invention:
- низкая производительность по получению воды;- low water production efficiency;
- получение пресной воды-конденсата, которая не может использоваться для питья длительное время;- obtaining fresh water-condensate, which cannot be used for drinking for a long time;
- из описания изобретения не следует явным образом реализуемая технология искусственного охлаждения воздуха, который затем используется в конденсаторе для обеспечения рабочего режима холодильного устройства, в котором должна получаться пресная вода-конденсат.- the description of the invention does not explicitly imply the implemented technology of artificial cooling of air, which is then used in the condenser to ensure the operating mode of the refrigeration device, in which fresh water-condensate should be obtained.
Задачей предлагаемого технического решения является устранение указанных в аналогах и прототипе недостатков и обеспечение такого способа получения питьевой воды в акватории Черного моря, который отличается:The objective of the proposed technical solution is to eliminate the shortcomings indicated in the analogues and the prototype and provide such a method for obtaining drinking water in the Black Sea, which is different:
- простотой и надежностью процесса приготовления питьевой воды требуемого качества без микропластика с возможностью ее использования для централизованных систем бытового водоснабжения и фасовки в емкости;- simplicity and reliability of the process of preparing drinking water of the required quality without microplastics with the possibility of its use for centralized domestic water supply systems and packaging in containers;
- высокой энергоэффективностью и минимальным удельным расходом электрической энергии (кВт/м3) за счет использования электрической энергии только на перекачку сконденсированной воды из подводного холодильника-конденсатора на поверхность моря (берег) с незначительной глубины - 40÷60 метров и, возможно, для работы вентилятора, помогающего выбрасывать охлажденный и отдавший сконденсированную воду воздух в атмосферу;- high energy efficiency and minimum specific consumption of electrical energy (kW/m3) due to the use of electrical energy only for pumping condensed water from an underwater refrigerator-condenser to the sea surface (shore) from a shallow depth of 40÷60 meters and, possibly, for fan operation , which helps to throw out the cooled and condensed water air into the atmosphere;
- большим диапазоном возможных для реализации производительностей по питьевой воде за счет масштабирования и тиражирования устройств;- a wide range of potable water capacities possible due to scaling and replication of devices;
- приготовлением питьевой воды в непрерывном автоматическом режиме в течение весенне-летне-осенних месяцев, для которых наиболее актуально устранение дефицита питьевой воды;- preparation of drinking water in a continuous automatic mode during the spring-summer-autumn months, for which the most important is the elimination of the shortage of drinking water;
- большим эксплуатационным ресурсом устройства для реализации заявляемого способа;- a large operational resource of the device for the implementation of the proposed method;
- абсолютным отсутствием вредного воздействия на экологию окружающих экосистем (атмосферу и морскую воду).- the absolute absence of harmful effects on the ecology of the surrounding ecosystems (atmosphere and sea water).
Указанный технический результат достигается максимальным использованием таких присущих только Черному морю природных, климатических и гидрологических факторов, как:The specified technical result is achieved by the maximum use of natural, climatic and hydrological factors inherent only in the Black Sea, such as:
- круглогодичная температура воды на глубине от 40 м и ниже в диапазоне от +7 до +11°С;- year-round water temperature at a depth of 40 m and below in the range from +7 to +11°C;
- постоянные морские течения, позволяющие использовать всю прибрежную акваторию Черного моря как естественный холодильник, не требующий дополнительных затрат энергии на охлаждение обрабатываемого воздуха для конденсации содержащихся в нем водяных паров (основными источниками энергии этих течений считаются потоки огромных количеств воды, которыми через пролив Босфор обмениваются между собой Черное и Мраморное моря, причем в верхнем слое пролива течет менее соленая вода из Черного моря, а в нижнем, придонном слое в Черное море поступает более соленая вода Мраморного и Средиземного морей);- permanent sea currents, allowing the use of the entire Black Sea coastal area as a natural refrigerator, which does not require additional energy costs for cooling the processed air to condense the water vapor contained in it the Black and Marmara Seas, and in the upper layer of the strait, less salty water flows from the Black Sea, and in the lower, near-bottom layer, the more salty water of the Marmara and Mediterranean Seas enters the Black Sea);
-постоянный ветер со средней годовой скоростью 4÷6 м/с и интенсивная солнечная энергия в весенне-летне-осенние месяцы, активирующие процесс испарения морской воды и поддерживающие относительную влажность слоя воздуха, контактирующего с поверхностью моря, близкой к 100 %, что соответствует максимальному влагосодержанию для конкретной температуры в течение суток;- constant wind with an average annual speed of 4÷6 m/s and intense solar energy in the spring-summer-autumn months, activating the process of seawater evaporation and maintaining the relative humidity of the air layer in contact with the sea surface close to 100%, which corresponds to the maximum moisture content for a specific temperature during the day;
-всегда присущая ветру кинетическая энергия (и соответствующее количество движения, напор), определяемая его скоростью и позволяющая направлять естественный поток теплого насыщенного влагой воздуха без дополнительных затрат других видов энергии по профилированному воздуховоду к холодильнику-конденсатору на глубину 40÷50 м и выдавливать воздух, охлажденный и отдавший избыточные для температуры (+7)÷(+11) °С водяные пары, через сбросной воздуховод в атмосферу, возможно, с дополнительным задействованием в этом процессе вентилятора при небольшой скорости ветра; вместо вентилятора может использоваться струйный воздушный насос, также использующий энергию атмосферного ветра и создающий над сбросным воздуховодом область пониженного давления.- the kinetic energy that is always inherent in the wind (and the corresponding momentum, head), determined by its speed and allowing directing the natural flow of warm moisture-saturated air without additional costs of other types of energy through a profiled air duct to the refrigerator-condenser to a depth of 40÷50 m and squeezing out the air, cooled and given off excess water vapor for the temperature (+7) ÷ (+11) ° С, through the exhaust duct into the atmosphere, possibly with additional activation of the fan in this process at a low wind speed; instead of a fan, a jet air pump can be used, which also uses the energy of atmospheric wind and creates an area of low pressure above the discharge duct.
Дополнительным положительным отличием заявляемого способа получения питьевой воды в акватории Черного моря конденсацией водяного пара из воздуха является получение обеззараженной питьевой воды без микропластика, выявляемого в настоящее время не только в большинстве водоемов и естественных природных источниках воды, но и в образцах воды систем централизованного водоснабжения и расфасованной в емкости, а также без повсеместно используемых в системах водоочистки и водоподготовки вредных и опасных для всего живого на Земле хлора и его соединений.An additional positive difference of the proposed method for obtaining drinking water in the Black Sea by condensation of water vapor from the air is the production of disinfected drinking water without microplastics, which is currently detected not only in most reservoirs and natural water sources, but also in samples of water from centralized water supply systems and packaged water. in a container, as well as without chlorine and its compounds commonly used in water treatment and water treatment systems, harmful and dangerous for all living things on Earth.
Известно, что до 25 % всей солнечной энергии на планете Земля расходуется на испарение жидкой воды и переход её в пар, содержащийся в атмосферном воздухе. Содержание влаги в воздухе сильно зависит от удаленности от водного источника, скорости ветра, температуры, плотности и давления воздуха, которые уменьшаются с удалением от земной поверхности. Поэтому для получения питьевой воды по заявляемому в изобретении способу конденсацией влаги необходимо использовать воздух, непосредственно контактирующий с поверхностью Черного моря. Наиболее компактно взаимосвязь перечисленных параметров воздуха представлена в таблице абсолютной влажности воздуха, которая получается из стандартной ID-диаграммы влажного воздуха [14].It is known that up to 25% of all solar energy on planet Earth is spent on the evaporation of liquid water and its transformation into steam contained in the atmospheric air. The moisture content in the air strongly depends on the distance from the water source, wind speed, temperature, air density and pressure, which decrease with distance from the earth's surface. Therefore, to obtain drinking water according to the method claimed in the invention by moisture condensation, it is necessary to use air that is in direct contact with the surface of the Black Sea. The relationship between the listed air parameters is most compactly presented in the table of absolute air humidity, which is obtained from the standard humid air ID diagram [14].
Заявляемый способ отличается непрерывностью процесса получения питьевой воды нормируемого качества в весенне-летне-осенние месяцы, когда имеется наибольший спрос на питьевую воду, за счет того, что дополнительно включает использование технологических операций:The claimed method is distinguished by the continuity of the process of obtaining drinking water of normalized quality in the spring-summer-autumn months, when there is the greatest demand for drinking water, due to the fact that it additionally includes the use of technological operations:
-фильтрации и обеззараживания морской воды для доведения содержания солей в полученном дистилляте до уровня, требуемого для питьевой воды;- filtration and disinfection of sea water to bring the salt content in the resulting distillate to the level required for drinking water;
-постоянного оперативного контроля интегральных показателей качества получаемой питьевой воды (прозрачности, водородного показателя pH и др.) широко использующимися сегодня датчиками.-constant operational monitoring of integral indicators of the quality of drinking water obtained (transparency, pH, etc.) by sensors widely used today.
Сущность изобретения поясняется графическим изображением (Фиг. 1, Фиг. 2), на котором изображена схема частного случая возможного устройства, реализующего заявляемый способ получения питьевой воды в акватории Черного моря. Способ приготовления питьевой воды в акватории Черного моря включает следующие технологически связанные операции:The essence of the invention is illustrated by a graphic image (Fig. 1, Fig. 2), which shows a diagram of a particular case of a possible device that implements the inventive method for obtaining drinking water in the Black Sea. The method for preparing drinking water in the Black Sea includes the following technologically related operations:
-улавливание подвижным воздухозаборником 1, автоматически ориентирующимся на направление ветра с помощью воздушного руля 2, потоков исходного теплого и влажного воздуха 3 над поверхностью морской воды 4 (акватория Черного моря) и направление его в профилированный подающий воздуховод 5;- trapping by a movable air intake 1, automatically oriented to the direction of the wind with the help of an
-подача исходного теплого и влажного воздуха 3, благодаря использованию его кинетической энергии на входе в воздухозаборник 1, определяемой скоростью атмосферного ветра, по профилированному подающему воздуховоду 5 к наклонному холодильнику-конденсатору 6 на глубину 40÷45 м, где вода Черногоморя круглогодично имеет температуру от +7 до + 11 °С и за счет естественного морского течения, как хладоагент, постоянно омывает холодильник-конденсатор;-supply of initial warm and
-охлаждение воздуха в наклонном холодильнике-конденсаторе 6 до температуры окружающей морской воды (+7÷+11) °С для выпадения конденсата (росы), количество которого зависит в основном от разницы температур атмосферного воздуха и температуры морской воды, омывающей в данный момент холодильник-конденсатор 6, и определяется ID-диаграммой влагосодержания воздуха [14]; холодильник-конденсатор 6 должен быть оптимизирован по минимуму аэродинамического сопротивления, оказываемого протекающему по нему воздуху, и продолжительности охлаждения воздуха до температуры окружающей морской воды конструктивным исполнением и выбранным материалом с высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью к соленой морской воде; облегчение сбора конденсата обеспечивается наклонной установкой холодильника-конденсатора 6;-cooling of the air in the inclined refrigerator-
-сбор конденсата 7 в нижней части наклонного холодильника-конденсатора 6 и подача его насосом 8 на поверхность моря или на берег в хранилище питьевой воды 9;- collection of
-фильтрация и обеззараживание морской воды устройством 10 и подача её дозирующим насосом 11 для доведения содержания солей в воде хранилища 9 до нормативного значения, соответствующего требованиям к питьевой воде; -возврат охлажденного воздуха с точкой росы (+7)÷(+11) °С, отдавшего избыточную влагу, по сбросному воздуховоду 12 в атмосферу выдавливанием новыми порциями исходного теплого и влажного воздуха 3, с задействованием струйного воздушного насоса 13, создающего разряжение над сбросным воздуховодом 12, и (или) вентилятором 14 при слабой скорости воздушных потоков 3.- filtration and disinfection of sea water by the
Параметры потока воздуха, движущегося по профилированному подающему воздуховоду 5, определяются скоростью атмосферного ветра 3, размерами и формой воздухозаборника 1, размерами и профилем воздуховода 5, размерами и конструкцией холодильника-конденсатора 6 и будут выбираться при расчетах комплексов производства питьевой воды в акватории Черного моря по заявляемому в изобретении способу для обеспечения требуемой производительности по питьевой воде.The parameters of the air flow moving along the profiled
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Способ реализуется следующим образом. В акватории Черного моря в прибрежной зоне с глубинами 50÷60 м на дне на фундаменте устанавливается профилированный подающий воздуховод 5 с установленными на нем сверху над поверхностью моря 4 подвижным воздухозаборником 1 с воздушным рулем 2 и снизу наклонным холодильником-конденсатором 6. Воздушный руль 2, работая подобно флигелю, автоматически ориентирует воздухозаборник 1 навстречу вектору скорости атмосферного воздуха для максимального использования кинетической энергии ветра и направления в профилированный подающий воздуховод 5 максимального количества исходного теплого и насыщенного влагой воздуха 3.Information confirming the possibility of carrying out the invention. The method is implemented as follows. In the water area of the Black Sea in the coastal zone with depths of 50÷60 m at the bottom on the foundation, a profiled
Холодильник-конденсатор 6 имеет уклон для сбора в своей нижней части конденсата 7, который насосом 8 подается в хранилище питьевой воды 9 на поверхность моря или на берег. Очищенная и обеззараженная устройством 10 морская вода подается дозирующим насосом 11 в хранилище 9 для доведения содержания в поданном конденсате необходимых солей до уровня, соответствующего требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Такой способ превращения дистиллированной воды (конденсата) в питьевую оптимальной солености наиболее физиологичен благодаря присутствию в морской соли всего комплекса макро- и микроэлементов в необходимых для человека пропорциях.Refrigerator-
Охлажденный и отдавший часть влаги воздух после холодильника-конденсатора 6 по сбросному воздуховоду 12 возвращается в атмосферу. Для этого, в зависимости от скорости ветра и насыщенности воздушных потоков кинетической энергией, могут использоваться три варианта технологического процесса:The air cooled and given off some of the moisture after the refrigerator-
-при высокой скорости атмосферного охлажденный воздух возвращается в атмосферу под естественным напором свежих порций теплого и насыщенного влагой воздуха, попавшего в воздухозаборник;- at a high atmospheric speed, cooled air returns to the atmosphere under the natural pressure of fresh portions of warm and moisture-saturated air that has entered the air intake;
-при средней скорости ветра дополнительно используется струйный воздушный насос 13, создающий над выходным отверстием сбросного воздуховода 12 разрежение (область пониженного давления) за счет использования энергии атмосферного воздуха;- at an average wind speed, an additional
-при низкой скорости ветра включается вентилятор 14.- at low wind speed the
Собранная в нижней части холодильника-конденсатора 6 сконденсированная вода 7 насосом 8 подается в хранилище 9, которое может располагаться на поверхности моря, например, на морском судне или на берегу. Для доведения солености воды в хранилище до соответствия требованиям, предъявляемым к питьевой воде, дозирующим насосом 11 подается необходимое количество очищенной и обеззараженной морской воды устройством 10.The
Технология по заявляемому способу получения питьевой воды из воздуха акватории Черного моря обеспечивает энергоэффективный и экологичный процесс получения чистой питьевой воды в весенне-летне-осенние месяцы с циклическими суточными колебаниями производительности, соответствующими температуре атмосферного воздуха и скорости ветра.The technology according to the claimed method for obtaining drinking water from the air of the Black Sea provides an energy-efficient and environmentally friendly process for obtaining clean drinking water in the spring-summer-autumn months with cyclic daily fluctuations in productivity corresponding to atmospheric air temperature and wind speed.
Промышленная применимость заявляемого способа получения питьевой воды из воздуха в акватории Черного моря подтверждается расчетным примером с использованием среднестатистических параметров температуры и ветра в акватории Черного моря в районе полуострова Крым в весенне-летне-осенние месяцы, когда температура атмосферного воздуха превышает + 14 °С.The industrial applicability of the proposed method for obtaining drinking water from the air in the Black Sea is confirmed by a calculation example using the average statistical parameters of temperature and wind in the Black Sea in the area of the Crimean peninsula in the spring-summer-autumn months, when the atmospheric air temperature exceeds + 14 °C.
Пример 1.Example 1
Исходные данные для расчета производительности по питьевой воде на комплексе, реализующем способ по заявляемому изобретению:Initial data for calculating the productivity of drinking water at the complex that implements the method according to the claimed invention:
-средняя температура исходного воздуха, непосредственно контактирующего с поверхностью Черного моря и имеющего относительную влажность, близкую к 100 %, - (+25) °С;- the average temperature of the source air, which is in direct contact with the Black Sea surface and has a relative humidity close to 100%, - (+25) °С;
-средняя скорость ветра над поверхностью Черного моря - V = 4,5 м/с; -воздухозаборник выполнен в виде прямоугольника с размерами по горизонтали D = 50 м и по вертикали Н = 30 м;- average wind speed over the surface of the Black Sea - V = 4.5 m/s; - the air intake is made in the form of a rectangle with horizontal dimensions D = 50 m and vertical dimensions H = 30 m;
-средняя годовая температура морской воды на глубине от 40 м и ниже - (+9) °С;- the average annual temperature of sea water at a depth of 40 m and below - (+9) ° С;
-абсолютная влажность воздуха при +25 °С - 23,0 г/м3;- absolute air humidity at +25 °С - 23.0 g/m 3 ;
-абсолютная влажность воздуха при +9 °С - 8,8 г/м3;- absolute air humidity at +9 °С - 8.8 g/m 3 ;
-количество конденсата, выпадающего из 1 м3 воздуха с относительной влажностью 100 %, охлажденного до +9 °С, - G = 14,2 г = 0,0142 кг.- the amount of condensate falling out of 1 m3 of air with a relative humidity of 100%, cooled to +9 ° C, - G \u003d 14.2 g \u003d 0.0142 kg.
В качестве экспертной оценки примем значение коэффициента полезного действия комплекса производства питьевой воды η = 0,5 (для более точной оценки необходимо проводить специальные аэродинамические расчеты с учетом размеров, профилей и используемых материалов воздухозаборника, воздуховодов и холодильника-конденсатора).As an expert assessment, we will take the value of the efficiency of the drinking water production complex η = 0.5 (for a more accurate assessment, it is necessary to carry out special aerodynamic calculations, taking into account the dimensions, profiles and materials used for the air intake, air ducts and refrigerator-condenser).
Расчет количества воздуха, попадающего за сутки в воздухозаборник и далее по подающему воздуховоду в холодильник-конденсатор при средней температуре атмосферного воздуха +25 °С:Calculation of the amount of air entering the air intake per day and then through the supply air duct to the refrigerator-condenser at an average ambient air temperature of +25 °C:
М25=(D х Н) xV х (24 х 60 х 60) х G х η=50 х 30 х 4,5 х 24 х 60 х 60 х 0,0142 х 0,5=4140720 [кг],M 25 \u003d (D x H) xV x (24 x 60 x 60) x G x η \u003d 50 x 30 x 4.5 x 24 x 60 x 60 x 0.0142 x 0.5 \u003d 4140720 [kg],
что соответствует для питьевой воды объему 4 140, 72 м3.which corresponds to a volume of 4,140.72 m 3 for drinking water.
При минимальной температуре атмосферного воздуха +15 °С, абсолютная влажность которого составляет 12,8 г/м3, производительность по питьевой воде составит:At a minimum air temperature of +15 °С, the absolute humidity of which is 12.8 g/m3, the drinking water capacity will be:
M15 = 50 х 30 х 4,5 х 24 х 60 х 60 х 0,004 х 0,5 = 1166400 [кг],M 15 = 50 x 30 x 4.5 x 24 x 60 x 60 x 0.004 x 0.5 = 1166400 [kg],
что соответствует объему 1 166, 4 м3.which corresponds to a volume of 1,166.4 m 3 .
При максимальной температуре атмосферного воздуха +35 °С, абсолютная влажность которого составляет 39,6 г/м3, производительность по питьевой воде составит:At a maximum ambient air temperature of +35 °С, the absolute humidity of which is 39.6 g/m3, the drinking water capacity will be:
Mi5 = 50 х 30 х 4,5 х 24 х 60 х 60 х 0,0308 х 0,5 = 8981280 [кг],Mi5 = 50 x 30 x 4.5 x 24 x 60 x 60 x 0.0308 x 0.5 = 8981280 [kg],
что соответствует объему 8 981,28 м3.which corresponds to a volume of 8,981.28 m 3 .
Учитывая, что в питьевой воде содержится менее 1 % солей, то очищенную и обеззараженную морскую воду, которую необходимо добавлять к получаемому дистиллированному конденсату, в рамках настоящего демонстрационного расчета не учитываем.Given that drinking water contains less than 1% salts, purified and disinfected sea water, which must be added to the resulting distilled condensate, is not taken into account in this demonstration calculation.
Результат демонстрационного расчета единичного комплекса подтвердил возможность энергоэффективно и дешево производить в акватории Черного моря с использованием заявляемого способа питьевую воду высокого качества, соответствующую гигиеническим требованиям к питьевой воде централизованных систем питьевого водоснабжения и расфасованной в емкости по государственным нормам Российской Федерации [1-6] с требуемой производительностью.The result of the demonstration calculation of a single complex confirmed the possibility of energy efficient and cheap production in the Black Sea using the proposed method of high quality drinking water that meets the hygienic requirements for drinking water of centralized drinking water supply systems and packaged in containers according to state standards of the Russian Federation [1-6] with the required performance.
Литература и другие источники:Literature and other sources:
1. ГОСТ Р 52132-98 «Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества».1. GOST R 52132-98 “Drinking water. General requirements for the organization and methods of quality control.
2. ГОСТ 32220-2013 «Вода питьевая, расфасованная в емкости. Общие технические условия».2. GOST 32220-2013 “Drinking water packaged in containers. General technical conditions".
3. ГОСТ 31952-2012 (межгосударственный стандарт) «Устройства водоочистные. Общие требования к эффективности и методы её определения».3. GOST 31952-2012 (interstate standard) “Water treatment devices. General requirements for efficiency and methods for its determination.
4. ГОСТ Р ИСО 24510-2009 «Деятельность, связанная с услугами питьевого водоснабжения и удаления сточных вод. Руководящие указания по оценке и улучшению услуги, оказываемой потребителям».4. GOST R ISO 24510-2009 “Activities related to drinking water supply and wastewater disposal services. Guidelines for evaluating and improving the service provided to consumers.
5. СанПиН 2.1.4.1074-01 (с изменениями на 28 июня 2010 года) «Питьевая вода и водоснабжение населенных мест.Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».5. SanPiN 2.1.4.1074-01 (as amended on June 28, 2010) “Drinking water and water supply of populated areas. Hygienic requirements for water quality in centralized drinking water supply systems. Quality control".
6. СанПиН 2.1.4.1074-02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества».6. SanPiN 2.1.4.1074-02 “Drinking water. Hygienic requirements for the quality of water packaged in containers. Quality control".
7. https://plus-one.ru/ecology/2021/03/16/10-neozhidannyh-mest-gde-nashli-mikroplastik7. https://plus-one.ru/ecology/2021/03/16/10-neozhidannyh-mest-gde-nashli-mikroplastik
8. https://kak-eto-sdelano.livejournal.com/749966.html8. https://kak-eto-sdelano.livejournal.com/749966.html
9. https://www.kramola.info/vesti/neobyknovennoe/vozdushnyy-kolodec-izobretatelya-zibolda9. https://www.kramola.info/vesti/neobyknovennoe/vozdushnyy-kolodec-izobretatelya-zibolda
10. Изобретение по патенту RU 2618315 «Способ получения воды из воздуха», МПК Е03В 3/28, приоритет от 28.03.2016, опубликовано 03.05.2017.10. Invention according to patent RU 2618315 "Method of obtaining water from air",
11. Изобретение к патенту RU 2182623 «Установка с радиационным охлаждением для получения пресной воды из влажного воздуха», МПК Е03В 3/28, B01D 5/00, приоритет от 24.01.200, опубликовано 20.05.2002.11. Invention to patent RU 2182623 "Installation with radiative cooling for obtaining fresh water from moist air",
12. Изобретение к патенту RU 2056479 «Установка для получения пресной воды из влажного воздуха», МПК Е03В 3/28, приоритет от 27.06.1997, опубликовано 10.12.1998.12. Invention to patent RU 2056479 "Installation for obtaining fresh water from moist air",
13. Изобретение к патенту RU 2146744 «Способ получения воды из воздуха», МПК Е03В 3/28, B01D 5/00, приоритет от 05.08.1999, опубликовано 20.03.2000.13. Invention to patent RU 2146744 "Method of obtaining water from air",
14. https://dpva.ru/Guide/GuidePhysics/Humidity/MaximumMoistureContentAir/14. https://dpva.ru/Guide/GuidePhysics/Humidity/MaximumMoistureContentAir/
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2786416C1 true RU2786416C1 (en) | 2022-12-21 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2117734C1 (en) * | 1997-10-21 | 1998-08-20 | Борис Федорович Кочетков | Device for producing fresh water |
RU2146744C1 (en) * | 1999-08-05 | 2000-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Адекватные технологии" | Method for producing water from air |
WO2015149816A1 (en) * | 2014-04-04 | 2015-10-08 | УГЛОВСКИЙ, Сергей Евгеньевич | Device for producing water from ambient air |
RU160016U1 (en) * | 2015-10-05 | 2016-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" (ВоГУ) | INSTALLATION FOR WATER |
RU2686224C1 (en) * | 2018-05-24 | 2019-04-24 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Apparatus for producing fresh water from sea-based atmospheric air |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2117734C1 (en) * | 1997-10-21 | 1998-08-20 | Борис Федорович Кочетков | Device for producing fresh water |
RU2146744C1 (en) * | 1999-08-05 | 2000-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Адекватные технологии" | Method for producing water from air |
WO2015149816A1 (en) * | 2014-04-04 | 2015-10-08 | УГЛОВСКИЙ, Сергей Евгеньевич | Device for producing water from ambient air |
RU160016U1 (en) * | 2015-10-05 | 2016-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" (ВоГУ) | INSTALLATION FOR WATER |
RU2686224C1 (en) * | 2018-05-24 | 2019-04-24 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Apparatus for producing fresh water from sea-based atmospheric air |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Т.А. ЛЕОНОВА и др. "Оценка эффективности метода получения воды путем конденсации влаги из воздуха в условиях полуострова Крым", Научные труды КубГТУ, N6, 2020, с.28-33. В.В. БИРЮК и др. "Получение воды питьевого качества для населения пунктов Черноморского побережья", Вестник МАХ, N4, 2019, с.26-31. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Belessiotis et al. | Thermal solar desalination: methods and systems | |
Lu et al. | Desalination coupled with salinity-gradient solar ponds | |
Naim et al. | Non-conventional solar stills Part 1. Non-conventional solar stills with charcoal particles as absorber medium | |
AU2013370015B2 (en) | Seawater desalting apparatus and method using solar energy for continuously supplying heat | |
US6116034A (en) | System for producing fresh water from atmospheric air | |
US9908059B2 (en) | Desalination or water purification means, extremely low cost construction and operation | |
CN106830149A (en) | A kind of high salt water treatment facilities of utilization ultrasonic atomizatio combination solar energy evaporation | |
Pourkiaei et al. | Status of direct and indirect solar desalination methods: comprehensive review | |
CN101880069A (en) | Negative pressure strengthened multi-stage laminated disc type solar energy distillation system for desalination | |
CN102086048A (en) | Method for desalting seawater and increasing water level by utilizing natural energy | |
Ali et al. | Experimental investigation of an effective solar hybrid system for treatment of concentrated brine solution of desalination plants | |
Bourouni et al. | Application of geothermal energy for brackish water desalination in the south of Tunisia | |
RU2786416C1 (en) | Method for obtaining drinking water in the black sea | |
CN205709901U (en) | A kind of sea water is evaporated brine, is desalinated integrated system | |
CN107986360B (en) | Simple device for producing distilled water | |
Sadi et al. | Retrospectives and potential use of saline water desalination in Algeria | |
Beithou | Non-conventional water resources-review and developments | |
JPH0436721B2 (en) | ||
RU2755788C1 (en) | Seawater desalination plant | |
Akram et al. | Design, construction and performance test of a solar still for water desalination in Bangladesh perspective | |
US20160122206A1 (en) | Solar still countercurrent flow system and apparatus | |
CN206156784U (en) | Bitter demineralizer | |
Sahota et al. | Advanced solar-distillation systems | |
SAVAŞ et al. | Seawater Desalination | |
CN107043144A (en) | A kind of method and device desalinized seawater |