Компрессорно – фотоэлектрическая технология получения пресной воды из влажного воздуха

Получение питьевой воды в зонах, где полностью отсутствуют водные ресурсы (даже загрязненные или соленые воды) является чрезвычайно важной и сложной проблемой. В тоже время в присутствующем повсеместно атмосферном воздухе всегда содержится некоторое количество водяного пара. Атмосфера Земли содержит значительное количество водяного пара в дополнение к сухим газам, таким как кислород, азот, углекислый газ и т.д. В среднем концентрация водяного пара составляет около 3% от массы воздуха (4% в объеме), а остальные сухие газы.

Однако известные методы получения пресной воды из содержащихся в воздухе паров имеют чрезвычайно низкую эффективность, сложны в реализации и не находят в последние годы широкого применения в практике. В тоже время климатологические исследования указывают, что максимальное количество паров воды появляется в воздухе в ночные часы, однако естественная скорость их конденсации является чрезвычайно низкой. Эффективность конденсации можно значительно повысить, используя методы искусственного охлаждения, что требует наличия внешнего источника энергии. Возможен путь получения требуемой энергии от возобновляемых источников (например – солнца) в дневной период и аккумулирования ее для использования в ночной период в рефрижираторных системах конденсации.

В данной работе представлены экспериментальные результаты получения питьевой воды, особенно в областях без какого-либо источника воды, таких как пустыня, с использованием метода конденсации влаги в воздухе с помощью компрессионной холодильной системы – фотоэлектрической системы. Результаты экспериментального исследования показали, что компрессионно- охладительная - фотоэлектрическая система производит около 6,5 литров пресной воды в день, потребляя при этом 0,7 кВт*ч / л энергии.

Полученные результаты в десятки раз превышают эффективность процессов естественного (конвективного) извлечения воды из воздуха и имеют затраты энергии более низкие, чем на получение пресной воды путем термической дистилляции из морской воды 0,72 кВт*ч / л.

1. S. Edition, Copyright, 2009. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-374501-9.00014-5.

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

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

4. A.M.K. El-Ghonemy, Fresh water production from/by atmospheric air for arid regions, using solar energy: Review, Renew. Sustain. Energy Rev. 16 (2012) 6384–6422. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.06.029.

5. H. Kim, S.R. Rao, E.A. Kapustin, L. Zhao, S. Yang, O.M. Yaghi, E.N. Wang, Adsorption-based atmospheric water harvesting device for arid climates, Nat. Commun. 9 (2018) 1–8. https://doi.org/10.1038/s41467-018-03162-7.

6. H. Yang, SuKim, S.R. Rao, S. Narayanan, E.A. Kapustin, H. Furukawa, A.S. Umans, O.M. Yaghi, E.N. Wang, Powered By Natural Sunlight, Science (80-. ). 434 (2017) 430–434. https://doi.org/10.1126/science.aam8743.

7. J.O. Juvik, D. Nullet, Comments on “A Proposed Standard Fog Collector for Use in High-Elevation Regions,” J. Appl. Meteorol. 34 (1995) 2108–2110. https://doi.org/10.1175/1520-0450(1995)034<2108:copsfc>2.0.co;2.

8. O. Klemm, R.S. Schemenauer, A. Lummerich, P. Cereceda, V. Marzol, D. Corell, J. Van Heerden, D. Reinhard, T. Gherezghiher, J. Olivier, P. Osses, J. Sarsour, E. Frost, M.J. Estrela, J.A. Valiente, G.M. Fessehaye, Fog as a fresh-water resource: Overview and perspectives, Ambio. 41 (2012) 221–234. https://doi.org/10.1007/s13280-012-0247-8.

9. M. Muselli, D. Beysens, J. Marcillat, I. Milimouk, T. Nilsson, A. Louche, Dew water collector for potable water in Ajaccio (Corsica Island, France), Atmos. Res. 64 (2002) 297–312. https://doi.org/10.1016/S0169-8095(02)00100-X.

10. K.C. Park, S.S. Chhatre, S. Srinivasan, R.E. Cohen, G.H. McKinley, Optimal design of permeable fiber network structures for fog harvesting, Langmuir. 29 (2013) 13269–13277. https://doi.org/10.1021/la402409f.

11. R. V. Wahlgren, Atmospheric water vapour processor designs for potable water production: A review, Water Res. 35 (2001) 1–22. https://doi.org/10.1016/S0043-1354(00)00247-5.

12. Alwan, N.T., Shcheklein, S.E., Ali, O.M. Evaluation of the productivity for new design single slope solar still at different saltwater depth. Journal of Physics: Conference Series, (2020), 1706(1), 012002. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1706/1/012002.

13. Alwan, N.T., Shcheklein, S.E., Ali, O.M. Effect of Hollow Drum Rotational Speed Variation on the Productivity of Modified Solar Still According to Yekaterinburg City, Russia. Applied Solar Energy (English translation of Geliotekhnika), (2020), 56(4), стр. 276–283. https://doi.org/10.3103/S0003701X20040040.

14. Alwan, N.T., Shcheklein, S.E., Ali, O.M. Experimental investigation of modified solar still integrated with solar collector. Case Studies in Thermal Engineering, (2020), 19, 100614. https://doi.org/10.1016/j.csite.2020.100614.

15. Chvilov P.V., Scherbina L.A., Svinticka N.N. Study of the process of sorbation of water from the air granulul polyamide-6. Food technology and technology. 2017. S. 207.

16. Alexeyev V.V., Dvoryaninov A.V. Installation with radiation cooling to obtain fresh water from moist air Patent for the invention of RU 2182623 C2, (2002).

17. Andreev Y.P., Goldman V.L., Eliseev V.S., Eliseev N.N., Fedurkin E.B. The way to obtain fresh water from the humid air Author's certificate SU 421631 A1, (1974).

18. Vasilyev G.P., Gatov V.M., Kim L.N., A.V., A.V. Sakharov, zakharkin G.V. Device for obtaining water from warm humid air Patent for the invention of RU 2011934 C1, (1994).

19. Mironov V.V., Ivanyushin Y.A., Yakimov I.V. Using the energy of sea waves to obtain fresh water from the air. Herald of the School of Engineering of the Far Eastern Federal University. (2017). № 3 (32). S. 95-102.

20. Serkov A.T., Serkov A.A., Radishevsky M.B., Kalacheva A.V., Serkov A.A. The way water is extracted from warm humid air and the device for its implementation. Patent for the invention of RU 2719813 C1, (2020).

21. Mironov V.V., Gernakov E.A., Ivanyushin Y.A., Mironov D.V. Getting fresh water from the air using pneumatic energy generated by the sea wave. Izvestia universities. Investment. Construction. Real estate. 2017. T. 7. № 3 (22). S. 89-94.