Подготовка к нехватке воды с помощью гибридного дизайна

КИСТ разрабатывает методы мембранной дистилляции с использованием гидротермальной и солнечной энергии. Цель состоит в том, чтобы максимизировать эффективность системы с помощью технологий мембранной дистилляции, адаптированных к региональным климатическим характеристикам.

Национальный исследовательский совет науки и технологий

изображение: Сравнение объема производства и эффективности различных составов мембранной дистилляциипосмотреть больше

Фото: Корейский институт науки и технологий (KIST).

Чистая вода необходима для выживания человека. Однако менее 3% пресной воды можно использовать в качестве питьевой воды. Согласно отчету, опубликованному Всемирной метеорологической организацией, около 1 миллиарда человек во всем мире испытывают нехватку питьевой воды, а к 2050 году эта цифра, как ожидается, вырастет до 1,4 миллиарда.

Технология опреснения морской воды, позволяющая получать пресную воду из морской, может решить проблему нехватки воды. В Корейском институте науки и технологий (KIST, президент: Сок Джин Юн) исследовательская группа под руководством доктора Кён Гуен Сонга из Центра исследований водного цикла разработала гибридный модуль мембранной дистилляции, который сочетает в себе солнечную энергию с гидротермальной энергией. тепловые насосы для снижения потребления тепловой энергии в процессе опреснения.

Методы обратного осмоса и испарения являются относительно распространенными процессами опреснения морской воды; однако эти методы могут работать только при высоких давлениях и температурах. Для сравнения, метод мембранной дистилляции производит пресную воду за счет использования давления пара, создаваемого разницей температур между текущей сырой водой и очищенной водой, разделенными мембраной. Преимущество этого подхода заключается в низком потреблении энергии, поскольку пресную воду можно получать при давлении 0,2–0,8 бар, что ниже атмосферного давления, и температуре 50–60 ℃. Однако для крупномасштабной эксплуатации требуется больше тепловой энергии. Таким образом, необходимы научные исследования по снижению использования тепловой энергии для коммерческой эксплуатации.

Мембранная дистилляция предполагает одновременный перенос массы и тепла (энергии). Его разделяют на мембранную дистилляцию с прямым контактом (DCMD) и мембранную дистилляцию с воздушным зазором (AGMD) в зависимости от режимов, применяемых к стороне мембраны, обработанной водой, для создания разницы давлений пара, которая является движущей силой. Для подачи высокой энергии выгоден способ получения воды путем прямого контакта сырой воды с высокой температурой и очищенной воды с низкой температурой с поверхностью мембраны (т.е. DCMD). Напротив, при низком энергоснабжении эффективность выше, если передаваемое тепло (тепловые потери) снижается за счет воздушных зазоров, а не прямого контакта между сырой водой и обработанной водой (см. Рисунок 1). Таким образом, предпочтительным является режим, при котором образуется вода путем конденсации на холодной поверхности и при котором сохраняются воздушные зазоры между мембраной и поверхностью конденсации (т.е. АГМД).

Исследовательская группа KIST разработала гибридную технологию опреснения, проведя испытания на месте в течение 1 месяца для сравнения производительности и экономичности системы с использованием солнечной энергии и гидротермальных тепловых насосов. Когда система работала параллельно с солнечной энергией, производство увеличилось на 9,6% (см. Рисунок 2), а потребление энергии сократилось на 30% (см. Рисунок 3) по сравнению с методом мембранной дистилляции с использованием только гидротермальных тепловых насосов. Кроме того, сравнение потребления тепловой энергии в зависимости от наличия солнечной энергии показало, что эффективность процесса мембранной дистилляционной установки увеличивается до 17,5% при использовании солнечной энергии в качестве дополнительного источника тепла.

По словам доктора Сонга, «разработанную нами гибридную технологию опреснения можно рассматривать как метод снабжения водой некоторых промышленных комплексов и островных территорий, испытывающих нехватку воды, поскольку она может снизить потребление энергии, необходимое для производства пресной воды. Мы ожидаем, что эта технология будет применяется к важным объектам водоснабжения на Ближнем Востоке и в Юго-Восточной Азии, где годовое количество солнечной радиации в 1,5 раза выше, чем в Корее». Он добавил: «Качество сырой воды существенно не влияет на мембранную дистилляцию, поэтому можно будет подавать питьевую воду в районы, где качество сырой воды сильно загрязнено из-за загрязнения воды, и в районы, где обнаружены тяжелые металлы».