Тема находится в стадии разработки и требует капиталовложений.
Вода является наиболее важным компонентом потребления человека. Человек может жить месяц без пищи, и только буквально несколько дней без живительных свойств воды.
Но не во всех случаях питьевая вода употребима в пищу, пусть даже она обессолена. Реки, ручьи, озера и грунтовые воды несут биологические и химические продукты отходов к муниципальным водоочистным сооружениям, где основная часть их них подлежит удалению.
Уникальная водоочистная установка разработана учеными ГРЦ-Вертикаль на основе нано-технологий и называется «WATERFIER» (УОТЕРФАЕР от слов WATER и puriFIER — «сжигатель» плохой воды»). Установка имеет самую высокую в мире производительность (0.5 тонн воды в час на 1 киловатт потребляемой мощности) и состоит из трех основных модулей:
Водоочистная установка может работать вместе с ветроустановкой.
Идеальная система очистки воды — это та, которая очищает воду, запасает ее и при надобности отдает запасы воды. При этом желательно, чтобы такая установка имела автономное энергоснабжение, работала без постоянного присмотра, с редким обслуживанием, и была бы относительно дешевой.
Ветроэнергетические установки (ВЭУ) мощностью 3 и 30 кВт готовы решить данные вопросы, начиная с закачки загрязненной воды во входные трубопроводы, и заканчивая закачкой чистой воды в выходные водопроводы. Система обеспечивает подачу чистой питьевой воды из фактически неиспользуемых источников. Система обеспечивает энергией сама себя с помощью ветроэнергетической установки (а иногда солнечных батарей) и обеспечивает прокачку воды и ее очистку. Цистерна для запаса воды должна по объему отвечать требованиям потребителя и изготавливается по результатам опроса потребителя в плане источников воды и электропитания.
Для дополнительного улучшения качества воды может использоваться ультрафиолетовый или ультразвуковой модуль.
Поток воды проходит по длинному каналу, выполненному в виде тоннеля, состоящего из трех параллельных каналов, разделенных мембранами односторонней проводимости. При прохождении в электромагнитном поле с определенной напряженностью положительно заряженные ионы солей, содержащихся в воде, выводятся в один канал (например, в левый), а отрицательно заряженные — в противоположный канал (например, в правый). Ионы диффундируют сквозь разделительную мембрану односторонней проводимости, которая препятствует их возврату обратно в центральную часть потока. В результате между этими составляющими образуется поток чистой воды.
Проходя по каналу под длительным воздействием напряженности, создаваемой электродами, расположенными вдоль крайних каналов, вода очищается от солей и других вредных примесей. Для компактности агрегата плоская труба свернута в «улитку». Внешний вид и содержимое основного агрегата WATERFIER:
Положительные и отрицательные ионы могут соединяться в конце тоннеля и образовывать полезный для химической промышленности «рассол», представляющий совокупность различных химических соединений. Утилизация рассола является отдельным процессом, который может быть установлен и отлажен по договореннности с ближайшим заводом по переработке химических веществ.
Часть ионов задерживается в мембране и способствует ее засорению, поэтому мембрану необходимо периодически очищать. Самоочистка модуля может осуществляться переключением полярности электродов, в результате чего ионы, задержавшиеся в мембране, вымываются потоком воды. В этом случае потребитель должен быть отключен от водоснабжения, а промывочная вода подлежит утилизации.
Разрабатывая системы ветроэнергетических устнавок (ВЭУ), где источником электрической энергии является ветер, ученые обнаружили ряд технологий, для которых ВЭУ может являться источником электропитания для очистки воды или системы охлаждения, или даже модулей, которые разлагают воду способом электролиза на водород и кислород, далее в отсутствии ветра используя водород, как топливо в системах бесперебойного питания. В такой установке вода может являться одной из форм сохранения энергии!
Такая установка не требует подключения к обычной электросети. Обеспечение водой регионов, лишенных присутствия линий электропередач, делает экономику системы «ВЭУ+водоочистка» совершенно иной, нежели чем просто продажа электроэнергии существующим электросетям.
Ученые ГРЦ-Вертикаль, действуя на основании опыта и экспертиз в создании систем очистки воды для подводных лодок, разработали уникальную систему водоочистки, тем самым создав новое поколение самоочищающихся систем опреснения воды, который фактически заменяет всем известные системы обессоливания и водоочистки. Эта технология получила название «Waterfier» (от WATER puriFIER).
Основные особенности Waterfier: — Малая стоимость оборудования по сравнению с существующими, включая обратный осмос. — Малая стоимость выработки, ввиду отсутствия химикатов, высокого давления. Срок эксплуатации намного выше существующих систем, производительность на несколько порядков выше. — Процесс включает 2 стадии. Первая стадия — разделение потока воды на два потока для удаления механических частей и биологических компонентов. Вторая стадия — удаление растворенных солей и минералов. Устройство может также работать как просто обессоливающее. — Предлагаемая система очистки воды предназначена, в отличие от обратноосмотических, для любого источника воды. Она не требует частого обслуживания, смены фильтрационных элементов, и т. д. Она существенно меньше существующих систем и потребляет меньше электроэнергии.
Два know-how скомбинированы в двух модулях WaterFier — очистка от механических и биологических частиц + удаление минералов и солей, растворенных в воде:
ОЧИСТКА ОТ ПАТОГЕНОВ И МЕХАНИЧЕСКИХ ВЗВЕСЕЙ (отдельный модуль)
Это предварительная очистка загрязненной воды, основанная на индукционном подходе, использующем свойство управления движением заряженных механических частиц в специально созданном электромагнитном поле высокой напряженности.
Электрическое поле формируется с помощью специального расположения электродов, логической схемы их переключений и другими специальными алгоритмами, созданными специалистами ГРЦ-Вертикаль.
Неоднородное электрическое поле высокой напряженности (106 В/м) действует на поток воды таким образом, что механические и биологические частицы, взвешенные в воде, покрываются поляризованными молекулами воды (молекулы воды изначально полярны), и начинают двигаться к одному из изолированных электродов.
В системе, которая напоминает «улитку», этот процесс повторяется из витка в виток много раз, постепенно отделяя нерастворимые частицы от потока воды. Этот процесс также удаляет патогены и другие биологические формы.
Дополнительный эффект этого метода заключается в том, что нерастворимые частицы, например, золотые частицы, могут быть отделяться специальным образом от потока воды.
Т. о. поток загрязненной воды непрерывно разделяется устройством на два потока — первый (примерно 90%) — очищенная вода, второй (около 10%) — отход (рассол).
Например, модуль с камерой 500×600×300 мм3, запитанный от 30 кВт ветроустановки, развивает скорость очистки воды 15 м3/час.
Этот ионный метод совместил в себе элетродиализ, электролиз и электроосмос. Он похож на проточный процесс отделения патогенов и механических частиц от воды, который применен в сепарационном устройстве типа «улитки». Однако этот метод основывается на использовании иного принципа поточного отделения. Это наиболее эффективный, дешевый, малообслуживаемый, энергосберегающий, экологически чистый метод очистки воды среди известных, включая обратноосмотический.
Будучи секретной технологической разработкой, метод стал доступен промышленности и частным пользователям лишь в 2004 году.
Электрическое поле воздействует на поток воды с помощью катионовых и анионовых мембран и удаляет частицы, взвешенные в воде. Процесс повторяется многократно из витка в виток, в устройстве, напоминающем «улитку», в котором виток за витком расположены трубы с поперечным сечением в виде плоского овала, накрученные друг на друга. Эта конструкция получила наименование «чулок».
Т. о. суть предлагаемой технологии заключается в выводе движущихся в электрическом поле в исходной воде ионов солей с помощью специальным способом скомпонованных катионообменных и анионообменных мембран. При этом слабая напряженность электрического поля в каждой точке обрабатываемого потока воды позволяет избежать электродиализа самих молекул воды и связанных с этим затрат энергии.
Это разделение веществ, основанное на их электролитической диссоциации и переносе образовавшихся ионов через мембрану под действием разности потенциалов, создаваемой в растворе по обе стороны мембраны. Применяется для обессоливания воды и других жидкостей; особенно эффективен при использовании т. н. ионитовых мембран, избирательно пропускающих катионы либо анионы.
(от электро… и…лиз), совокупность процессов электрохимического окисления — восстановления, происходящих на погруженных в электролит электродах при прохождении электрического тока. Применяется для получения многих веществ (металлов, водорода, хлора и др.), при нанесении металлических покрытий (гальваностегия), воспроизведении формы предметов (гальванопластика).
Модуль состоит в основном из двух блоков: электрогидравлического и электродиализного. В состав электрогидравлического блока входят насосы, запорная арматура, трубопроводы из ПВХ, измерительные приборы и шкаф электроавтоматики. Электродиализный блок состоит из одного или нескольких электродиализных аппаратов, включенных последовательно или параллельно в зависимости от требуемой производительности и степени засоленности исходной воды.
Специальная частота, разработанная учеными ГРЦ-Вертикаль, изменяет физические свойства воды благодаря резонансным явлениям. В результате вода становится идеально пригодной для питья. Кроме того, такая вода может храниться любое количество времени.
Около 97% воды на Земле содержится в соленых океанах. И сегодня, более чем никогда, многие надеются, что обессоливание океанических вод может помочь людям обеспечить их все возрастающие потребности в питьевой воде на всех континентах. Соль, содержащаяся в морской воде, в общем случае представляет из себя обычную пищевую соль. Человек может без особых для себя проблем употреблять воду, содержащую ½ фунта соли на 100 фунтов воды, или 0.5 кг соли на 100 кг воды. Однако морская вода имеет концентрацию соли, в 7 раз превышающую этот порог. Т. о. человека, который будет употреблять только морскую воду, ждет быстрая фатальная участь. Клетки человека будут подвержены дегидратации, т. к. они пытаются избавиться от переизбытка соли, который привносится с морской водой. Люди также не могут использовать морскую воду в сельском хозяйстве и промышленности. Такая вода погубит урожай, или быстро выведет из строя механизмы.
Вода, взятая в качестве питьевой из рек и озер, несет в себе различные неблагоприятные взвеси. Поэтому городские службы добавляют хлор, убивающий основное количество бактерий. Однако даже очищенная таким образом вода содержит отравляющие вещества, хлор и бактерии. Хлор может вступать в соединения с другими веществами и превращаться в хлороформ и другие соединения, которые являются губительными для человека. Сотни исследований подтверждают данную информацию. Природоохранные ведомства сообщают, что хлор, содержащийся в воде, вызывает урологические и гастроэнтерологические раковые заболевания.
Существует множество источников воды, которая абсолютно непригодна для человека или животных. Вода может быть насыщена минералами, солью или органическими субстанциям, она может содержать бактерии, паразиты или патогены, ядовитые химикаты или комбинацию перечисленных материалов. Часто источники воды расположены в местах, недоступных для подведения электроэнергии. Если эта вода могла бы быть превращена в пригодную для употребления человеком или животными, больше земли на планете могло бы быть использовано человечеством.
В последние годы Всемирная Ассоциация Качества Воды провела независимые исследования, которые подтвердили гипотезы опасений. Результаты оказались следующие:
Эксперты были удивлены, что в Лос-Анжелесе 70% людей употребляют только фильтрованную или бутилированную воду.
При таком растущем потреблении воды высокого качества неудивительно, что многие предприятия занимаются внедрением водоочистных систем и агрегатов.
Список систем водоочистки очень длинный. Однако большинство из них очень узко направлены на удаление конкретных субстанций, например, только для удаления соли, или минералов, или бактерий, или других взвешенных частиц. Но ни один из них не удаляет все подряд, делая воду пригодной для питья.
http://www.fernsnutrition.com/compare http://energy.caeds.eng.uml.edu/Peru/ASES03-A167-water-final.pdf
Фильтры хороши для использования в течение 2 дней. Затем миллиарды бактерий начинают размножаться в стоячей воде дни и ночи, при этом вода получается «нашпигованной» биологическими субстанциями.
Ультрафиолет убивает бактерий, но не позволяет удалять соль или другие взвеси.
http://www.zyicorp.com/products.html#waterОбратный осмос — широко распространенный метод обессоливания морской и грунтовой воды. В обычном осмосе менее концентрированная жидкость протекает через мембрану в более концентрированную жидкость. Т. о. если соленая вода и обессоленная вода разделены полупроводящей (в одну сторону) мембраной, обессоленная вода будет проистекать через мембрану в соленую воду. Однако, при применении достаточного давления, это направление можно изменить на противоположное. Чистая вода при этом будет выделяться из соленой воды и, оставляя соль возле мембраны, проистекать через мембрану в резервуар с чистой водой.
Однако этот способ не может удалять масло и другие опасные вещества из морской воды. Серьезным недостатком является также тот факт, что мембрану надо периодически вычищать.
Сеточная технология, появившаяся на рынке не так давно, практически полностью отвечает требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Однако для очистки воды она требует несколько модулей для удаления минералов, солей, бактерий, и других взвешенных частиц, благодаря применению различных химикатов, используемых в этих модулях. Т. о. этот процесс, хоть и достаточно эффективный, является очень дорогостоящим.
http://wholesalewaterdistillers.com/distiller-water/american-water-distillers/love-water-distiller.html
Дистилляция — достаточно старый подход, который также является очень дорогим. Промышленность предлагает массу всевозможных дистилляторов с хорошими характеристиками. Однако после дистилляции человек получает практически абсолютно чистую воду (H2O), которая, безусловно, может являться питьевой. Но для нормальной жизнедеятельности человеку нужна вода, содержащая множество химических элементов, содержащихся в воде (Ca, Mn, etc.).
http://www.bottledwaterweb.com/
Бутилированная вода (особенно минеральная) содержит ряд взвесей. Однако, по данным Департамента проверки бутилированной воды, 9 из 88 брэндов минеральной воды не удовлетворяют стандартам питьевой воды и федеральным нормам. К тому же, такая вода может быть изготовлена любым из вышеперечисленных способов, которые, как уже говорилось, имеют ряд недостатков.
РЯД ПОЛЕЗНЫХ ЦИФР: Цена 1 кВт-часа (взята средняя мировая) $.06 — $.13 (в среднем $.09) http://www.eia.doe.gov/cneaf/electricity/page/sales_revenue.xls1 галлон = 3.785 литров
ФИЛЬТРЫ Стоимость производства $.06 за галлон ($.015 за литр). Потребление 2 кварт воды в день стоит 3 цента в день или 90 центов в месяц. Преимущество — не требуется электроэнергия. Недостаток — не обессоливает, не деминерализует, не удаляет яды и иные растворенные вещества. Заключение — годен для кратковременной дополнительной очистки воды, поступающей из водопровода в личный дом.
УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ Стоимость производства $0.001 за галлон ($0.00026, или 3 ватт-часа электроэнергии на литр). Преимущество — убивает бактерии. Недостаток — не обессоливает, не деминерализует, не удаляет яды и иные растворенные вещества. Заключение — годен для облучения бассейнов с изначально чистой водой.
ОБРАТНЫЙ ОСМОС Стоимость производства $0.003 за галлон ($0.0008 за литр, или 9 ватт-час на литр). Преимущество — высокая степень очистки воды. Недостаток — частая замена мембран, предварительная обработка воды от механических и других взвесей, не убивает бактерии.
УГОЛЬНО-СЕТЧАТАЯ ДЕИОНИЗАЦИЯ Стоимость производства $0.0001 за галлон ($.00003 за литр, или 0.36 ватт-час на литр). Преимущество — высокая степень очистки воды. Недостаток — требуются специальные материалы (стоимость их установки высока) для каждого процесса (разные материалы для разной очистки), периодическая замена компонентов, требуется предварительная очистка воды от механических и других взвесей. Т. о. стоимость производства при наличии всех компонентов составляет $0.001 за галлон ($.0003 за литр, или 3.6 ватт-час на литр).
ДИСТИЛЛЯЦИЯ Стоимость производства $0.01 за галлон ($0.003 за литр, или 53 ватт-час на литр). Преимущество — полная очистка воды. Недостаток — вода вообще не содержит минералов, требуемых человеку и животным для жизнедеятельности, стоимость установки дорогая, требуется периодическая замена компонентов, требуется предварительная очистка воды от взвесей.
БУТИЛИРОВАННАЯ ВОДА Стоимость бутылки воды $4–16 за галлон ($1–4 за литр). Преимущество — качество гарантируется поставщиком. Недостаток — постоянные расходы на покупку, утилизацию бутылок. Вода не содержит минералов, требуемых человеку и животным для жизнедеятельности. Качество не может быть известно досконально.
Стоимость 1 литра воды складывается из стоимости энергозатрат на производство литра воды, амортизации основных фондов (оборудования) и стоимости обслуживания (замены мембран) из расчета на литр.
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ 30 кВт установка производит непрерывно 15 м3 в час, в течение 360 дней в году, 24 часа в сутки. Итого 129,600 м3 или 129,600,000 литров воды в год.
СТОИМОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ Стоимость производства единичных установок мощностью 30 кВт — в пределах $200,000.
АМОРТИЗАЦИЯ 1. Замена мембран. Этот параметр рассчитывается исходя из срока эксплуатации оборудования. В нашем случае этот срок составляет минимум 50 лет (смену мембран раз в 10 лет берем как 5% от стоимости всего оборудования). Итого меняем 5 раз, тратим на это 5 х ($200,000×5%) или $50,000. Т. о. затраты в год составляют $50,000 / 50 лет = $1,000 в год. Составляющая замены мембран в 1 литре воды $1,000 / 129,600,000 литров = $0.000008 = $8×10-6. 2. Непосредственно амортизация составляет упрощенно 2% в год от стоимости оборудования (т. е. за 50 лет амортизируется 100% оборудования). Т. о. $200,000×2% = $4,000 / год. Тогда доля амортизации в 1 литре воды: $4,000 / 129,600,000 литров = $0.000031 = $31×10-6.
СТОИМОСТЬ ЭНЕРГИИ Энергопотребление вычисляемой установки составляет 30 кВт в час. При стоимости кВт-часа, например, $0.03 затраты на энергетику составляют $0.9 в час, или за 365 дней (учитывая и 5 дней обслуживания) $0.03×24 часа х 365 дней = $7,884 в год. Тогда составляющая энергопотребления составляет в 1 литре воды $7,884 / 129,600,000 литров = $0.000060 = $60×10-6. При использовании ВЭУ как энергоисточника данная составляющая уменьшается на порядок.
СТОИМОСТЬ 1 ЛИТРА ОЧИЩЕННОЙ ВОДЫ Стоимость 1 литра складывается из 3-х вычисленных параметров и составляет $(8 + 31 + 60)х10-6 = $0.000099 = $99×10-6.
Для сравнения 4-литровая банка питьевой воды стоит в среднем 19.68 руб или $0.7. Что составляет $0.17 за литр. Это в 1700 раз дороже стоимости воды, производимой оборудованием ГРЦ-Вертикаль….
Преимущество — водоочистка для любых целей. Не требуется замена элементов. Практически отсутствует обслуживание (самоочистка осуществляется за счет смены полярности электродов, и в это время от мембран и электродов устройства начинает выделяться все то, что не было выведено в процессе эксплуатации, т. е. обслуживание заключается в смене полярности электродов и смене трубопроводов с чистой воды на грязную (рассол) и наоборот. Особое преимущество состоит в удалении взвесей соли из практически любой исходной воды. Недостаток — данная технология пока незнакома потребителю. ЗАМЕЧАНИЕ: Для улучшения качества выходной воды до идеальных свойств необходим дополнительный модуль (см. выше).
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАЗЛИЧНЫХ ВОДООЧИСТИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
(таблица построена на основании данных, доступных для представления в средствах массовой информации)
80–100
55
30
Общее солесодержание исходной воды, мг/л
2600
30000
1600
1000
Общее содержание
обессоленной воды, мг/л
400
600
500
Давление исходной воды на входе, бар
2
3
19
63
Потребление электро-энергии, кВт-час
2.5
8
4
12
Потребление реактивов, кг/день:
0
Ингибитор нароста, М-50А
0.3
9000
18000
16000
24000
60000
Габариты (длина — ширина — высота), метры
1.6·0.8·0.8
1.6·1.3·0.8
1.6·0.8·1.2
1.6·1.3·1.2
2.7·0.8·1.5
3.6·1.2·1.5
20
5
Минерализованная вода ЗАМЕЧАНИЕ: Дроби в таблице означают Морская вода
По сравнению с обратно-осмотическими установками Waterfier обеспечивает:
СПРАВКА: Величина pH — показатель кислотных и щелочных свойств воды. Величина рН численно равна отрицательному десятичному логарифму активности ионов водорода. В океанских условиях pH может меняться от 7.6 до 8.5.
По сравнению с вышеперечисленными технологиями предлагаемая технология требует относительно малых капиталовложений благодаря малой стоимости WF, а также дешевизны предварительной обработки особо загрязненной воды с целью удаления механических частиц (10% от стоимости всего оборудования по водоочистке). Водоочистной модуль менее чувствителен к степени предварительной очистки воды от взвесей и масел.
Эксплуатационные расходы у данного устройства меньше, чем у известных, благодаря меньшему энергопотреблению, длительному сроку службы и меньшей стоимости мембраны, отсутствию постоянного обслуживания.
В Waterfier использованы материалы и агрегаты, свободно продаваемые на рынке. Т. о. их стоимость не зависит от конкретного продавца, а наоборот, подлежит колебаниям рынка, что является существенным преимуществом для материалов, требуемых для обслуживания.
Технология более надежная, чем известные, т. к. не использует высоких давлений, как в обратно-осмотических установках.
Ученые добились колоссальных результатов в развитии электродиализного метода, в результате чего были созданны совершенные запатентованные высокотехнологичные устройства, которые являются и простыми и дешевыми одновременно.
Традиционные электро-диализные установки используют проводящие электроды. Основной принцип действия – электроток ионов, который возникает между противоположно-заряженными электродами. Процесс потребляет огромное количество энергии и приводит к накоплению солей на электродах. Предлагаемая же установка использует на основе know-how индуктивный модуль, названный «электрофорус». Он позволяет увеличить напряженность электрического поля в 106 раз. А энергопотребление при этом составляет всего лишь несколько ватт.
Резервуар очистки воды (внутренний «чулок» водоочистного модуля) содержит электроды и металлическую сетку, расположенные в специальном порядке. Электролиз не используется в данной технологии.
Выход чистой воды примерно 90%. Производительность и качество можно регулировать.
Производительность системы составляет 0.5 тонн воды в час на киловатт приложенной мощности. Например, для производства 15 м3/час необходимо затратить 30 кВт. Габариты устройства 500×600×300 мм.
Источник питания для электродов – слаботочный импульсный источник питания на 20 кВольт.
Если система водоочистки используется вместе с ВЭУ, то энергопотребление зависит от производительности как водоочистки, так и выдачи мощности от ВЭУ.
Для оценки уровня производительности достаточно знать, что среднее потребление чистой воды на человека составляет 300 литров (или 0.3 тонны) в сутки. Производительность, например, 30-киловаттной установки составляет 15 м3 в час, или 15 м3 х 24часа = 360 м3 (360 тонн) чистой воды в сутки. Т. о. одна такая установка может обеспечить чистой водой 1200 чел.
