WO2012062282A2 - Bewässerung und wasserentsalzung mittels solarenergie - Google Patents

Bewässerung und wasserentsalzung mittels solarenergie Download PDF

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    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Definitions

  • the invention is based on the object in these now To generate so much biomass in vegetationless regions that the associated C02-binding and the increased conversion of solar energy into biomass will have a positive effect on climate change.
  • significant improvements in living conditions in these regions can alleviate hunger, create jobs, and reduce social conflict and tensions.
  • Also by the extraction of high-quality Meersaiz or other residue products of the evaporation economic profits are to be obtained.
  • the object is achieved in that in a, e.g. from a dark (or even transparent), light absorbing cover existing, preferably semicircular tunnel (1) through the daytime solar radiation brine (5) in a shallow evaporation channel (4) is heated and thus the water from this brine (5) for evaporation is brought.
  • the tunnel (1) preferably a film tunnel with a span of several meters - is placed so directly on a water-permeable bottom (6) that it circumferentially sealed with this.
  • the tunnel is designed such that the ends (1a) of the tunnel walls (1b) which contact the base (6) end completely, but at least partially in one or more collecting channels (2), which distillate (3) runs away from the tunnel walls. collect and perform a - not shown here - treatment in which the distilled water - preferably by admixing small portions of the brine (5) - is made fit for human consumption again.
  • the brine (5) (preferably seawater or salty deep water, and in exceptional cases sewage), which enters the tunnel for evaporation, becomes inside the tunnel (1) in a shallow evaporation channel (4) distributed as possible.
  • this evaporation channel (4) is preferably made of dark material or dark coated. According to the invention, only a part of the bottom (6) is covered by the evaporation channel (4), so that the atmospheric moisture (7) produced by the evaporation also diffuses into the bottom (6) and condenses there upon reaching the dew point depth, thus increasing the soil moisture. This soil moisture also spreads below the collecting channels (2) into the planting zones (9) and supplies the plants (10) with water there. A shading (1 1) of the planting zone (9) protects the plants (10) from overheating.
  • This may preferably be made of reflective material and is mounted so that at least a portion of the solar radiation is dissipated to the tunnel.
  • additional lines (8) can be laid in the bottom through which the still cooler brine is led to the exit point (13) in the evaporation channels (4).
  • a water-impermeable barrier layer (14) in the form of a film under the entire plant and in the planting zones (9), a barrier layer (14a), which can be penetrated by the plants, be installed on the earth's surface in order to prevent excessive evaporation there.
  • the bottom (6) of the entire plant can also be mixed with a hygroscopic substrate (eg zeolite) to improve its storage capacity for water.
  • a hygroscopic substrate eg zeolite
  • the crystallizing salt may e.g. by means of a scraper (12) constantly withdrawn from the evaporation channel (4) and collected in a Saizauffangbereheatiter (15).
  • An entire system consists of any number of, preferably parallel to each other, arbitrarily long tunnels (1) each with intermediate planting strips (9) with or without shading (1 1).
  • the brine is preferably pumped by means of a brine line (16) and with the aid of wind power or solar pumps (18) via several buffer tanks (19) directly from the sea (20). Larger distances are bridged by a corresponding number of pumping stations (18) and buffer tanks (19) of appropriate size.
  • the buffer tanks can also be used for the cultivation of fish with the appropriate size and equipment.
  • the height difference can be achieved by overcoming the barrier with the appropriate amount of brine like a pumping power plant to generate electricity by means of a turbine
  • Fig. 1 shows a section through a tunnel (1) of an inventive
  • Fig. 2 shows a section through the desalination plant according to the invention with several tunnels.
  • Fig. 3 shows an example of the plan view of an inventive
  • Fig. 4 shows schematically the desalination plant according to the invention with the

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Entsalzung von Wasser z.B. aus unterirdischen Lagerstätten mit einem hohen Anteil an gelösten Salzen oder von Meerwasser unter Ausnutzung der Sonneneinstrahlung dadurch gekennzeichnet dass die Sole (5) innerhalb eines dicht an den Boden (6) angeschlossenen, vorzugsweise halbrunden Tunnels (1) in einer flachen Verdunstungsrinne (4) durch die tagsüber auftretende Sonneneinstrahlung erwärmt wird und somit das Wasser aus dieser Sole (5) zur Verdunstung gebracht wird, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (6) unterhalb dieser Abdeckung nur teilweise von der Verdunstungsrinne (4) abgedeckt wird, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der freibleibende Teil des Bodens (6) aus einer Masse besteht, welche die Fähigkeit besitzt, Feuchtigkeit zu speichern und wieder abzugeben, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (1 a) der transparenten Abdeckung an den Boden (6) zumindest teilweise durch eine Sammelrinne (2) gebildet wird, in der sich das während der Nacht an der nun kühlen Abdeckung (1b) bildende Destillat (3) sammeln kann.

Description

Stand der Technik
Es sind Anlagen bekannt, die mittels Sonnenstrahlung salzhaltiges Wasser unter einer Folie bzw. unter Glas verdunsten und die so entstehende Luftfeuchtigkeit an einer gekühlten Innenfläche kondensieren und von dort in ein Sammelsystem ableiten.
Kritik am Stand der Technik Diese Anlagen dienen ausschließlich der Entsalzung von "Meer- oder Brackwasser bzw. der Gewinnung von destilliertem Wasser aus Abwasser. Ferner funktionieren diese Anlagen nur dann, wenn die Temperatur der Kondensationsfiäche den Taupunkt unterschritten hat, also entweder nur nachts oder mittels aktiver Kühlung und z.T. aufwändiger Technik. Auch sind Kleinaniagen bzw. mobile Anlagen bekannt, die mittels transparenter Abdeckungen in einer Schale oder in einem Behälter eingebrachtes Salzwasser verdunsten und in einer am unteren Rand der Abdeckung entlang laufenden Rinne sammeln. Auch geht durch die ausschließlich transparenten Abdeckungen, die aus dem Gewächshausbau und dem damit verbundenen Bedarf an Sonnenlicht herrühren, sehr viel Sonneneinstrahlung wieder verloren.
Aufgabenstellung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, Anlagen zur Entsalzung von Wasser bereitzustellen, mit denen es möglich ist, in der Hauptsache nur durch Sonnenenergie so großem Maßstab sowohl Trinkwasser herzustellen wie auch gleichzeitig ohne großen zusätzlichen technischen Aufwand Pflanzbereiche so zu bewässern, dass dadurch besonders im Landesinneren wasserarmer Länder oder in abgelegenen Wüstenregionen die notwendige Infrastruktur geschaffen wird, um dort einerseits Lebensraum für Mensch und Tier zu erhalten bzw. zu schaffen. Weiter liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, in diesen jetzt vegetationsloser Regionen soviel Biomasse zu erzeugen, dass sich durch die damit verbundene C02-Bindung und die erhöhte Umwandlung von Sonnenenergie in Biomasse ein positiver Effekt gegen den Klimawandel ergibt. Als wichtige ökosoziale Auswirkung kann eine erhebliche Verbesserung der Lebensbedingungen in diesen Regionen dazu beitragen, Hunger zu mildern, Arbeitsplätze zu schaffen und soziale Gegensätze und Spannungen abzubauen. Auch durch die Gewinnung von hochwertigem Meersaiz oder anderen Rückstandsprodukten der Verdunstung sollen wirtschaftliche Gewinne erzielt werden.
Lösung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in einem, z.B. aus einer dunklen (oder auch transparenten), Licht absorbierenden Abdeckung bestehenden, vorzugsweise halbrunden Tunnel (1) durch die tagsüber auftretende Sonneneinstrahlung Sole (5) in einer flachen Verdunstungsrinne (4) erwärmt wird und somit das Wasser aus dieser Sole (5) zur Verdunstung gebracht wird. Der Tunnel (1) vorzugsweise ein Folientunnel mit einer Spannweite von mehreren Metern - wird so direkt auf einem wasserdurchlässigen Boden (6) aufgestellt, dass er umlaufend dicht mit diesem. Weiter ist der Tunnel so ausgebildet, dass die den Boden (6) berührenden Abschlüsse (1a) der Tunnelwände (1 b) vorzugsweise ganz, wenigstens aber teilweise in einer oder mehreren Sammelrinnen (2) enden, welche von den Tunnelwänden ablaufendes Destillat (3) sammeln und einer - hier nicht dargestellten - Aufbereitung zuführen, in der das destillierte Wasser - vorzugsweise durch Beimischung geringer Anteile der Sole (5) - wieder genusstauglich gemacht wird.
Die zur Verdunstung in den Tunnel eingeleitete Sole (5) (vorzugsweise Meerwasser oder salzhaltiges Tiefenwasser, in Ausnahmefällen auch Abwasser) wird innerhalb des Tunnels (1) in einer flachen Verdunstungsrinne (4) möglichst siecht verteilt. Zur besseren Wärmeaufnahme ist diese Verdunstungsrinne (4) vorzugsweise aus dunklem Material bzw. dunkel beschichtet. Erfindungsgemäß ist nur ein Teil des Bodens (6) von der Verdunstungsrinne (4) bedeckt, so dass die durch die Verdunstung entstehende Luftfeuchtigkeit (7) auch in den Boden (6) diffundiert und dort bei Erreichen der Taupunkttiefe kondensiert und damit die Bodenfeuchtigkeit erhöht. Diese Bodenfeuchtigkeit breitet sich auch unter den Sammelrinnen (2) hindurch in die Pflanzzonen (9) aus und versorgt dort die Pflanzen (10) mit Wasser. Eine Beschattung (1 1 ) der Pflanzzone (9) schützt die Pflanzen (10) vor Überhitzung. Diese kann vorzugsweise aus reflektierendem Material ausgeführt sein und so angebracht wird, dass zumindest ein Teil der Sonneneinstrahlung auf den Tunnel abgeleitet wird.
Zur Kühlung des Bodens und zur Vorwärmung der Sole können zusätzlich im Boden (Vorlauf-) Leitungen (8) verlegt werden, durch welche die noch kühlere Sole zu der Austrittstelle (13) in den Verdunstungsrinnen (4) geführt wird. Um zu verhindern, dass zuviel Feuchtigkeit in den Untergrund versickert bzw. in den Pfianzzonen (9) verdunstet, ist es möglich, unterhalb der Wurzelzone eine wasserundurchlässige Sperrschicht (14) z.b. in Form einer Folie unter der gesamten Anlage und in den Pflanzzonen (9) eine von den Pflanzen durchwachsbare Sperrschicht (14a) an der Erdoberfläche einzubauen, um dort eine übermäßige Verdunstung zu verhindern.
Vorzugsweise kann der Boden (6) der gesamten Anlage auch mit einem hygroskopischen Substrat (z.B. Zeolith) vermengt werden, um seine Speicherfähigkeit für Wasser zu verbessern. Funktionsweise
Durch die tagsüber auf den Tunnel (1 ) auftreffende Sonneneinstrahlung erwärmt sich dessen Innenraum so stark, dass das Wasser der sich in der Verdunstungsrinne (4) befindlichen Sole (5) sehr rasch verdunstet.
Die fehlende Wassermenge wird vorzugsweise durch ständiges Nachfließen frischer Sole kontinuierlich ergänzt, das sich auskristallisierende Salz kann z.B. mittels eines Schrappers (12) ständig aus der Verdunstungsrinne (4) abgezogen und in einem Saizauffangbehäiter (15) gesammelt werden.
Da sich tagsüber die Hülle (Wände (1 b)) des Tunnels (1 ) so stark erwärmen, dass eine Kondensation nicht oder nur in geringem Umfang erfolgen wird, diffundiert ein großer Teil der vorhandenen Luftfeuchtigkeit in den Boden (6), kondensiert dort bei Erreichung der Taupunkttiefe und verteilt sich unter den Sammelrinnen (2) hindurch auch in den Boden (6) der Pflanzzone (9) im Randbereich des Tunnels,
Während der nächtlichen Abkühlung verdunstet ein Teil des - im ebenfalls aufgeheizten Boden (6) - gespeicherten Wassers wieder, kondensiert nun an den kühlen Tunnelwänden und läuft in die Sammelrinnen (2) ab, die das Kondensat über die Destillatleitung (17) vorzugsweise zu einer Aufbereitung als Trinkwasser (Anreicherung mit Mineralien und Salzen evtl. sogar aus der Sole) leiten.
Eine gesamte Anlage besteht aus beliebig vielen, vorzugsweise parallel zueinander angeordneten, beliebig langen Tunneln (1 ) mit jeweils dazwischenliegenden Pflanzstreifen (9) mit oder ohne Beschattung (1 1 ). Die Sole wird vorzugsweise mittels einer Soleleitung (16) und mit Hilfe von Windkraft- oder Solarpumpen (18) über mehrere Pufferbecken (19) direkt aus dem Meer (20) gepumpt. Größere Entfernungen werden durch eine entsprechende Anzahl von Pumpstationen (18) und Pufferbecken(19) in entsprechender Größe überbrückt. Die Pufferbecken können bei entsprechender Größe und Ausstattung auch der Aufzucht von Fischen dienen. Bei der Überwindung natürlicher Barrieren (z.B. Gebirge) kann der Höhenunterschied nach Überwindung der Barriere bei entsprechender Solemenge wie ein Pumpkraftwerk zur Stromerzeugung mittels einer Turbine
Figurenbeschreibung
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Tunnel (1) einer erfindungsgemäßen
Entsalzungsanlage
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Entsalzungsanlage mir mehreren Tunneln.
Fig. 3 zeigt beispielhaft die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße
Entsalzungsanlage mir mehreren Tunneln.
Fig. 4 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Entsalzungsanlage mit der
Soleversorgung vom Meer.
Bezeichnungsliste
Tunnel (1 )
den Boden berührende Abschlüsse (1 a) der
Tunnelwände (1 b)
Sammelrinnen (2)
Destillat (3)
Verdunstungsrinne (4)
Sole (5)
Boden (6)
Luftfeuchtigkeit (7)
im Boden (Vorlauf-) Leitungen (8)
Pflanzzone (9)
Pflanzen (10)
Beschattung (1 1)
Schrapper (12)
Austrittstelle (13)
Sperrschicht (14)
von Pflanzen (10) durchwachsene Sperrschicht (14a)
Salzauffangbehälter (15)
Soleleitung (16)
Destillatleitung (17)
Windkraft- oder Solarpumpen (18)
Pufferbecken (19)
Meer (20)
Turbine mit Generator (21 )

Claims

Ansprüche
Anspruch 1 : Vorrichtung zur Trennung von in Wasser gelösten Salzen und Wasser unter Ausnutzung der Sonneneinstrahlung dadurch gekennzeichnet dass die Sole (5) innerhalb eines dicht an den Boden (6) angeschlossenen, vorzugsweise halbrunden Tunnels (1) in einer flachen Verdunstungsrinne (4) durch die tagsüber auftretende Sonneneinstrahlung erwärmt wird und somit das Wasser aus dieser Sole (5) zur Verdunstung gebracht wird, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (6) unterhalb dieser Abdeckung nur teilweise von der Verdunstungsrinne (4) abgedeckt wird, weiter dadurch
gekennzeichnet, dass der freibleibende Teil des Bodens (6) aus einer Masse besteht, welche die Fähigkeit besitzt, Feuchtigkeit zu speichern und wieder abzugeben, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (1 a) der transparenten Abdeckung an den Boden (6) zumindest teilweise durch eine Sammelrinne (2) gebildet wird, in der sich das während der Nacht an der nun kühlen Abdeckung (1 b) bildende Destillat (3) sammeln kann.
Anspruch 2: Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des Bodens (6) innerhalb Tunnels (1) mit der Masse des Bodens außerhalb des Tunnels (1 ) in Verbindung steht und dadurch die von der Bodenmasse innerhalb des Tunnels (1 ) aufgenommene Feuchtigkeit auch in die Bodenmasse außerhalb des Tunnels (1 ) übertreten kann.
Anspruch 3: Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2 dadurch
gekennzeichnet, dass die Abdeckung des Tunnels vorzugsweise aus einem dunklen, Licht absorbierenden Matertal, bzw. einer dunklen Folie besteht.
Anspruch 4: Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenmasse in einer
Pflanzzone (9) außerhalb des Tunnels (1 ) dem Anbau von Pflanzen (10) dient, die durch die Bodenfeuchtigkeit aus der Bodenmasse innerhalb des Tunnels (1 ) bewässert werden.
Anspruch 5: Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet dass zur Bewässerung des Pflanzstreifens (9) zumindest ein Teil des Wassers (Destillat (3)) aus den Sammelrinnen (2) direkt oder indirekt verwendet wird.
Anspruch 6: Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet dass unterhalb der Wurzelschicht der Pflanzen (10) eine feuchtigkeitsdichte Sperrschicht (14) eingebracht ist, die verhindert, dass Feuchtigkeit zu weit in den Untergrund eindringt.
Anspruch 7: Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet dass in der Pflanzzone (9) an der Erdoberfläche oder knapp darunter eine Sperrschicht (14a) eingebracht ist, die verhindert, dass Feuchtigkeit verdunstet, aber von den (Wurzeln der) Pflanzen (10) durchwachsen werden kann.
Anspruch 8: Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet dass das in der Verdunstungsrinne (4) auskristallisierende Salz vorzugsweise mittels eines Schrappers (12) gesammelt und in einen Safzauffangbehälter (15) transportiert wird
Anspruch 9: Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet dass die Versorgung mit Sole (5) mittels Windkraft- oder Solarpumpen (18) über mehrere Pufferbecken (19) direkt aus dem Meer (20) erfolgt und dass in den Pufferbecken Fischzucht betrieben werden kann. Anspruch 10: nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet dass der Höhenunterschied nach Überwindung z.b. einer natürlichen Barriere bei entsprechender Solemenge ais Pumpkraftwerk zur Stromerzeugung mittels einer Turbine mit Generator (21 ) genutzt wird.
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CN105129891B (zh) * 2015-08-21 2017-09-08 浙江大学 一种基于吸光沸腾的太阳能海水淡化装置及方法

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