Экономное опреснение
Стоимость опреснения воды можно снизить в десять раз за счет сокращения затрат на энергию для нагрева и отказа от применения химических добавок. Новый метод разработали ученые Сибирского федерального университета (СФУ).
Основные способы опреснения на данный момент — термический метод и метод с использованием мембран, с их помощью в мире производится около 95% опресненной воды. Однако термический метод ограничен образованием накипи и коэффициентом теплопередачи, высокой энергоемкостью и т. п., а мембранный метод — засорением мембран и коэффициентом регенерации.
Как рассказал «Стимулу» один из авторов исследования заведующий кафедрой теплотехники и гидрогазодинамики Политехнического института СФУ профессор Владимир Кулагин, разработчики использовали эффект кавитации.
Кавитация — это разрыв сплошности жидкости с образованием кавитационных микропузырьков, заполненных паром, газом или их смесью; это явление обусловлено понижением давления. При схлопывании кавитационного микропузырька в локальном объеме вблизи него и внутри возникают поля высоких давлений (до 1000 МПа) и температур (до 14 000 °С). При коллапсе пузырька в жидкости генерируются волны разрежения–сжатия, а вблизи твердых границ потока образуются кумулятивные микроструйки со скоростями движения 100–500 м/с.
«Установка представляет собой замкнутую трубу, по которой гоняют насосом воду, — пояснил Владимир Кулагин. — Там есть рабочий участок, который является прототипом ступени проточного суперкавитирующего опреснителя. На этой установке ведется отработка режимных, термодинамических параметров будущей ступени промышленного опреснителя. И из каверны, образующейся в этом участке, производится отсос пресной воды. Это прообраз одной ступени, для увеличения производительности несколько ступеней предполагается размещать последовательно и параллельно».
Можно опреснять морскую воду, а также подземную, которая сильно минерализована. Во время опреснения при помощи эффекта кавитации внутри потока воды создается каверна, рассказывает Владимир Кулагин: «Когда образуется каверна, происходит испарение воды внутрь этой каверны, такой пузырь внутри движущейся жидкости, а с внутренней поверхности этого пузыря вода, так же как и со свободной поверхности, испаряется. Это отдельные молекулы воды, фактически дистиллят. Установка выкачивает эти молекулы, а соли и другие примеси уносятся с потоком обработанной воды».
На кафедре теплотехники и гидрогазодинамики СФУ ведутся поисковые исследования по созданию промышленного оборудования для опреснения засоленных вод. Проводятся как численные, основанные на методах математического моделирования, так и лабораторные физические исследования.
О коммерциализации на данном этапе говорить еще рано, но перспективы обнадеживающие, говорит Владимир Кулагин: «Проектом заинтересовались бизнесмены из Индии, где, как известно, большие проблемы с водой вообще и с питьевой в частности. Но их, естественно, интересует готовая установка. Пока мы ведем работу при небольшом финансировании, на грантах РФФИ, на личном энтузиазме. А если заинтересуются какие-то серьезные компании, то, может быть, у них появится желание проинвестировать этот проект».