Энерго-эффективный метод производства питьевой воды с использованием роторно-цилиндрического солнечного дистиллятора

В регионах с засушливым климатом процесс преобразования загрязненной воды в питьевую воду с использованием технологии солнечной дистилляции является одним из наиболее широко применяемых методов.
Солнечный дистиллятор традиционного типа (CSS) представляет собой резервуар с соленой морской или загрязненной пресной водой, помещенный в герметичную прозрачную камеру, в которой происходит нагрев и испарение воды за счет проникающего внутрь солнечного излучения. Испаряясь, вода конденсируется на внутренней поверхности прозрачной крышки, которая накрывает резервуар. Очищенный конденсат, стекая по крышке, поступает в сборный канал и далее поступает в  водосборный бак, расположенный в нижней части дистиллятора. Несмотря на простоту конструкции производительность подобных дистилляторов крайне мала.
В настоящем исследовании приведены экспериментальные результаты для двух типов солнечных дистилляторов, традиционной солнечной дистилляции CSS и модифицированной системы солнечной дистилляции интегрированной с вращающимся цилиндром, приводимым в действие микродвигателем, питаемым от фотоэлектрической панели- MSS. Предварительные исследования показали, что чем меньше толщина слоя воды, тем быстрее она нагревается и испаряется. Новая конструкция включает в себя вращающийся в камере солнечного дистиллятора полый цилиндр, который за счет действия капиллярных сил захватывает воду из резервуара в виде пленки толщиной менее 1 мм. Тонкая пленка воды испаряется за считанные секунды. Таким образом, радикально увеличивается площадь и скорость испарения.
Результаты экспериментального исследования показали, что даже в условиях Уральской климатической зоны производство пресной воды в системе с вращающимся полым цилиндром в летний день, увеличилось с 0,87 л/м² до 2,22 л/м², т.е. на 155% по сравнению с традиционным солнечным неподвижным дистилляторомCSS. Несмотря на некоторое усложнение и удорожание конструкции MSS стоимость производства 1 литра пресной воды для CSS и MSS составляет 0,059 и 0,054 доллара соответственно.

1. M.T. Chaibi, An overview of solar desalination for domestic and agriculture water needs in remote arid areas, Desalination. 127 (2000) 119–133. https://doi.org/10.1016/S0011-9164(99)00197-6.

2. S. Senevirathna, S. Ramzan, J. Morgan, A sustainable and fully automated process to treat stored rainwater to meet drinking water quality guidelines, Process Saf. Environ. Prot. 130 (2019) 190–196. https://doi.org/10.1016/j.psep.2019.08.005.

3. Y. Sayato, WHO Guidelines for Drinking-Water Quality, Eisei Kagaku. 35 (1989) 307–312. https://doi.org/10.1248/jhs1956.35.307.

4. World Health Organization (WHO), "Guidelines for Drinking-water Quality", Third Edition Incorporating the First and Second Addenda, Vol. 1, Geneva, 2008.

5. E. Dupont, R. Koppelaar, and H. Jeanmart, “Global available solar energy under physical and energy return on investment constraints,” Applied Energy, vol. 257, no. May 2019, p.113968, 2020.

6. A. Agrawal, R. S. Rana, P. K. Shrivastava, and R. P. Singh, “a Short Review on Solar Water Distillation for,” no. 1, pp. 27–36, 2016.

7. L. Swatuk, M. McMorris, C. Leung, Y. Zu, Seeing “invisible water”: Challenging conceptions of water for agriculture, food and human security, Can. J. Dev. Stud. 36 (2015) 24–37. https://doi.org/10.1080/02255189.2015.1011609.

8. H.E.S. Fath, Solar distillation: a promising alternative for water provision with free energy, simple technology and a clean environment, Desalination. 116 (1998) 45–56. https://doi.org/10.1016/S0011-9164(98)00056-3.

9. A. Kaushal, Solar stills : A review, 14 (2010) 446– 453. https://doi.org/10.1016/j.rser.2009.05.011.

10. P. Patel, A.S. Solanki, U.R. Soni, A.R. Patel, A Review to Increase the Performance of Solar Still: Make It Multi Layer Absorber, Int. J. Recent Innov. Trends Comput. Commun. 2 (2014) 173–177.

11. S.W. Sharshir, Y.M. Ellakany, A.M. Algazzar, A.H. Elsheikh, M.R. Elkadeem, E.M.A. Edreis, A.S. Waly, R. Sathyamurthy, H. Panchal, M.S. Elashry, A mini review of techniques used to improve the tubular solar still performance for solar water desalination, Process Saf. Environ. Prot. 124 (2019) 204–212. https://doi.org/10.1016/j.psep.2019.02.020.

12. C. M. and A. Yadav, “Water desalination system using solar heat: A review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 67, pp. 1308– 1330, 2017.

13. S. W. Sharshir, N. Yang, G. Peng, and A. E. Kabeel, “Factors affecting solar stills productivity and improvement techniques: A detailed review,” Applied Thermal Engineering, vol. 100, pp. 267–284, 2016.

14. A. F. Muftah, M. A. Alghoul, A. Fudholi, M. M. Abdul-Majeed, and K. Sopian, “Factors affecting basin type solar still productivity: A detailed review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 32, pp. 430– 447, 2014.

15. K. Srithar, T. Rajaseenivasan, N. Karthik, M. Periyannan, and M. Gowtham, “Stand alone triple basin solar desalination system with cover cooling and parabolic dish concentrator,” Renewable Energy, vol. 90, pp. 157–165, 2016.

16. N.T. Alwan, S.E. Shcheklein, O.M. Ali, A practical study of a rectangular basin solar distillation with single slope using paraffin wax (PCM) cells, Int. J. Energy Convers. 7 (2019) 162–170. https://doi.org/10.15866/irecon.v7i4.17862.

17. Alwan N T, Shcheklein S E and Ali O M 2020 Productivity of enhanced solar still under various environmental conditions in Yekaterinburg city / Russia. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering vol 791.

18. A.S. Abdullah, F.A. Essa, Z.M. Omara, Y. Rashid, L. Hadj-Taieb, G.B. Abdelaziz, A.E. Kabeel, Rotating-drum solar still with enhanced evaporation and condensation techniques: Comprehensive study, Energy Convers. Manag. 199 (2019). https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.112024.

19. L. Malaeb, K. Aboughali, G.M. Ayoub, Modeling of a modified solar still system with enhanced productivity, Sol. Energy. 125 (2016) 360–372. https://doi.org/10.1016/j.solener.2015.12.025.

20. A.E. Kabeel, Performance of solar still with a concave wick evaporation surface, Energy. 34 (2009) 1504–1509. https://doi.org/10.1016/j.energy.2009.06.050.