Введение

Система дистилляции и очистки воды с использованием солнечной энергии

Солнечный дистиллятор очищает воду, содержащую растворенные вещества, используя тепло Солнца для испарения воды, которая затем охлаждается и собирается, тем самым обеспечивая ее очистку. Они применяются в районах, где отсутствует питьевая вода, для получения чистой воды из загрязненной воды или растений путем воздействия на них солнечного света. Существуют различные типы дистилляторов, включая крупномасштабные солнечные дистилляторы с концентрацией энергии и конденсационные ловушки. В солнечном дистилляторе загрязненная вода находится снаружи коллектора, где испаряется под воздействием солнечного света, проходящего через прозрачный коллектор. Чистый водяной пар конденсируется на прохладной внутренней поверхности и стекает в резервуар. Дистилляция имитирует естественный процесс образования дождя. Энергия Солнца нагревает воду до точки испарения. При испарении водяной пар поднимается вверх и, охлаждаясь, снова конденсируется в воду. В результате этого процесса удаляются примеси, такие как соли и тяжелые металлы, а также уничтожаются микробиологические организмы. Конечным результатом является чистая (питьевая) вода.

История

Конденсационные ловушки использовались еще со времен доинкских народов, населявших Анды. В 1952 году вооруженные силы США разработали портативный солнечный дистиллятор для пилотов, потерпевших крушение в океане. Он представлял собой надувной пластмассовый шар с гибкой трубкой сбоку. Внутренний мешок подвешивается к точкам крепления на внешнем мешке. Морская вода заливается во внутренний мешок через отверстие в горловине шара. Пресная вода извлекается через боковую трубку. Производительность составляла от … до … литров пресной воды в день. Подобные дистилляторы входят в состав некоторых комплектов для выживания на спасательных плотах, хотя в основном их заменили ручные опреснители обратным осмосом. В настоящее время аргентинская армия обучает методу сбора воды с помощью конденсационных ловушек для использования специализированными подразделениями, которым предстоит проводить длительные патрули продолжительностью более недели в засушливых приграничных районах Анд.

Не двигаться .

На дне ямы помещают коллектор. В яму вертикально устанавливают ветви, достаточно длинные, чтобы выступать за край ямы и формировать воронку, направляющую воду в коллектор. Затем над этой воронкой возводят крышку из дополнительных ветвей, листьев, травы и т.п. Воду собирают каждое утро. Этот метод основан на образовании росы или инея на коллекторе, воронке и крышке. Образующаяся роса собирается и стекает по внешней стороне воронки в коллектор. Обычно эта вода испарялась бы под утренним солнцем и исчезала, но крышка удерживает испаряющуюся воду и повышает влажность внутри конструкции, уменьшая потери воды. Тень, создаваемая крышкой, также снижает температуру внутри конструкции, что дополнительно замедляет испарение. Солнечный дистиллятор можно построить из двух-четырех камней, пластиковой пленки или прозрачного стекла, центрального груза для формирования воронки и емкости для конденсата. Более качественные материалы повышают эффективность. Один лист пластика может заменить ветви и листья. Эффективность повышается, поскольку пластик водонепроницаем и предотвращает утечку водяного пара. Лист фиксируется по всему периметру камнями или землей. Утяжеление центра листа формирует воронку, по которой конденсат стекает в коллектор. Одно исследование дистилляции в яме показало, что наибольшее количество воды собирается при наклоне крышки под углом 30 градусов. Оптимальная глубина воды составляла около .

Пересох

Во время фотосинтеза растения выделяют воду посредством транспирации. Воду можно получить, поместив ветку с листьями в прозрачный пластиковый пакет, который собирает водяной пар, выделяемый растением. Пластик позволяет фотосинтезу продолжаться. В исследовании 2009 года было показано, что изменение угла наклона пакета и повышение внутренней температуры по сравнению с внешней увеличивают объем собираемой воды. Если не снижать давление пара вокруг ветки, оно может стать настолько высоким, что листья перестанут транспирировать, и воду придется часто удалять. В качестве альтернативы в пакет можно поместить пучки травы или небольшие кустарники. Листву необходимо регулярно заменять, особенно если она вырвана с корнем. Наибольшая эффективность достигается при максимальном солнечном освещении пакета. Мягкие, сочные корни дают наибольшее количество жидкости при наименьших затратах усилий.

Круглый стол

Солнечный дистиллятор с фитилями представляет собой герметичную стеклянную коробку с наклонной крышей. Вода заливается сверху. Она нагревается солнечным светом и испаряется. Пар конденсируется на внутренней стороне стекла и стекает в соединительную трубу внизу. Фитили разделяют воду на отдельные участки, чтобы увеличить площадь испарения. Чем больше фитилей, тем больше тепла достигает воды. Для лучшего поглощения тепла фитили можно почернить. Стекло поглощает меньше тепла, чем пластик, при высоких температурах, хотя стекло менее гибкое. Пластиковая сетка может улавливать воду перед тем, как она попадет в контейнер, и давать ей больше времени для нагрева.

Добавки

При дистилляции рассола или другой загрязненной воды добавление красителя может увеличить количество поглощенного солнечного излучения.

Не двигаться назад .

Обратный дистиллятор использует разницу температур между воздухом, нагретым солнцем, и самим устройством для конденсации водяного пара из воздуха. Одно из таких устройств производит воду без внешнего источника питания. Оно оснащено перевернутым конусом сверху для отклонения тепла окружающего воздуха и защиты верхней поверхности корпуса от солнечного света. Эта поверхность представляет собой лист стекла, покрытый несколькими слоями полимера и серебра. Он отражает солнечный свет, чтобы снизить нагрев поверхности. Остаточное тепло, которое не отражается, переизлучается в определенном (инфракрасном) диапазоне длин волн, позволяя ему проходить через атмосферу в космос. Корпус может быть на 15 °C (27 °F) холоднее температуры окружающей среды. Это стимулирует конденсацию, которая собирается на потолке. Потолок покрыт сверхгидрофобным материалом, благодаря чему конденсат образует капли и стекает в коллектор. Тестовая система дала литров воды в день, используя площадь поверхности или приблизительно 1,3 л/м2 (0,28 гал./фт2) в день. В пустынных условиях потребность в воде может превышать суточную потребность человека в состоянии покоя, в то время как производительность дистиллятора может составлять лишь в среднем. Для восполнения запасов воды, потерянных в процессе строительства, может потребоваться несколько дней сбора. В субтропических районах, подверженных ураганам, где электроснабжение может быть отключено на несколько дней, солнечная дистилляция может служить альтернативным источником чистой воды. Системы опреснения, работающие на солнечной энергии, могут быть установлены в отдаленных районах с ограниченной или отсутствующей инфраструктурой и энергосетью. Солнечная дистилляция остается доступной, экологически чистой и эффективной технологией среди других традиционных методов дистилляции. Солнечные дистилляторы особенно эффективны для обеспечения пресной водой жителей островов. Это делает их идеальными для использования в сельской местности или развивающихся странах, где доступ к чистой воде ограничен.

Выживание

Солнечные дистилляторы использовались пилотами, потерпевшими крушение в океане, и включались в аварийные комплекты для спасательных плотов.

Очистка сточных вод

Солнечные дистилляторы также применялись для очистки городских сточных вод, обезвоживания осадка сточных вод, а также для управления отходами производства оливкового масла.