Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Оазис

Ключевые слова:  автоматическое производство, альтернативная энергетика, мнение, опреснение воды, периодика

Автор(ы): Набиуллин Александр

Опубликовал(а):  Набиуллин Александр Ринатович

26 октября 2010

Продолжим тему нетрадиционных накопителей энергии. Ранее была предложена схема нефтехимического производства, питаемого солнечной энергией. Схема, безусловно, сложная и трудно реализуемая, хотя её потенциал для развития науки и техники очень велик. В первую очередь, её ценность состоит в разработке концепции и создании полностью автоматического производства, способного функционировать в закрытой системе. Рассмотрим более простые схемы.

Итак, по-прежнему, в нашем распоряжении солнечная электростанция мощностью 1 МВт, вырабатываемой 10 часов в сутки. В этот раз мы расположим её на пустынном берегу моря. Например, где-то на Аравийском полуострове. Нефти там хватает, и выработка моторного топлива смысла не имеет. Зато есть острый дефицит пресной воды. Направим получаемую мощность на опреснение.

Основные способы опреснения воды, применяемые в настоящее время, следующие: перегонка, ионный обмен и обратный осмос. Перегонка – крайне энергоёмкий способ. При однокамерной перегонке, протекающей при атмосферном давлении, расход энергии составляет примерно 1 кВт*ч на 1 кг перегоняемой воды. Наша станция сможет перегнать около 10 тонн воды в сутки. (предположим, что реализуется самый простой вид перегонки, без систем рекуперации тепла).

Ионный обмен позволяет быстро и полно очищать любые объёмы воды. Её количество ограничивается только обменной ёмкостью ионообменных смол и солёностью исходной воды. Главным недостатком ионообменников является необходимость их реагентной регенерации, то есть прокачивании через материал больших количеств щёлочи и кислоты. Это сильно снижает целесообразность применения ионообменных колонн для промышленного опреснения. В нашем примере ионообменники неприменимы, так как мы располагаем только электрической мощностью, но не запасами реагентов.

Обратный осмос. Обратный осмос является самой передовой системой очистки воды. Он основан он на фильтрации через специальные мембраны, отделяющие все частицы крупнее молекул воды. По заверениям производителей, расход электроэнергии составляет порядка 0,01 кВт*ч на 1 кг очищенной воды. Обратно-осмотические системы при работе расходуют некоторое количество реагентов, обычно поваренной соли, хотя могут работать и без неё (ресурс мембраны при этом сокращается) В этом случае, энергии, вырабатываемой станцией хватит для получения примерно 1000 тонн пресной воды в сутки.

Может возникнуть вопрос: а где же накопление энергии? В данном случае энергия действительно не накапливается. Но реализация процесса опреснения на солнечной энергии позволит экономить энергию, производимую другими способами, в первую очередь ТЭС. При этом, система обладает высоким уровнем автономности и не требует ресурсов для поддержания работоспособности.



Средний балл: 7.3 (голосов 3)

 


Комментарии
Интересно, автор предлагает подавать морскую воду на обратный осмос без предварительной подготовки? В зависимости от качества воды может уходить достаточно большое количество реагентов на пред. обработку и промывку мембран, не много меньше чем на ионный обмен. И еще один вопрос: зачем хлорид натрия для осмоса?
зачем хлорид натрия для осмоса
Как раз для предварительной подготовки - для регенерации катионита...хотя могут работать и без неё (ресурс мембраны при этом сокращается) :)
Совершенно верно. Мембрана более чувствительна к кальцию и магнию (а последнего в морской воде хватает). Поэтому ставится катионообменник, меняющий кальций и магний на натрий. Катионообменник регенерируют хлоридом натрия.
уже интересно!

1.Мембрана более чувствительна к кальцию и магнию

на сколько известно, обратноосмотическая мембрана чувствительна еще на десяток параметров отрицательно влияющие на нее, про которые автор нечего не упоминает.

2. так как мы располагаем только электрической мощностью, но не запасами реагентов.

Скромно полагаю что для стабильной работы осмоса как минимум нужны еще растворы для периодических промывок (обычно кислота и щелочь), ингибитор отложений, и наверно, перед осмосом неплохо бы иметь какую-нибудь коагуляцию для удаления всякой "гадости" из воды. И как выяснилось авторы хотят ставить еще катионоомбенник для которого тоже нужны регенерационные растворы. Вообщем, получается весьма классическая схема водоподготовки с немальньким реагентным хоз-вом.

3. Поэтому ставится катионообменник, меняющий кальций и магний на натрий. Катионообменник регенерируют хлоридом натрия.

что-то я запутался,выходит следующая ситуация, по словам автора:

CaR+2Na+=Na2R+Ca2+

MgR+2Na+=Na2R+Mg2+

Получается содержание кальция и магния увеличивается и повышается жесткость??

Na2R+NaCl=??.

В классической водоподготовке используют натрий-катионирование для умягчения воды, и схема ионного обмена противоположна.
что-то я запутался...
Действительно.
Вы написали уравнения регенерации смолы. При очистке воды левые и правые части в первых двух уравнениях надо переставить местами (и жесткость понижается), третье уравнение не имеет смысла.
Ингибитор отложения желателен, но не обязателен. У нас промышленная установка проработала десять лет на одном комплекте мембран без антискаланта. Только после смены (в целях бережливости) стали прикапывать ОЭДФ(к).
Реагенты для промывки нужны, но частоту обработки можно уменьшить за счет регулировки соотношения пермеата и дренажа - если экономика по воде и энергии позволяет, химию можно уменьшить. Так что не всё настолько "ужасно" :)
Собственно, я и имел в виду натрий-катионирование.

Всякая гадость из воды удаляется микрофильтрацией.
Александр Борисович, а у вас установка работала на морской воде? и без предварительной обработки?
По поводу ионного обмена, Александр Ринатович, как-то двусмысленно выразился в предыдущем комментарии, что на что меняется, по этому решил уточнить что он имел ввиду. Проще было бы написать что используется Na-катионирование и все. Ионный обмен не арифметика перемена мест слагаемых имеет значение.

Александр Ринатович:

1. неплохо было бы к вашей статье приложить схему описываемой установки, а то по ходу нашего общения у вас возникают все новые элементы оборудования, про которые в исходнике не было сказано ни слова (микрофильтрация и Na-катионирование).

2. Нам мой взгляд, некорректно сравнивать методы ионного обмена и обратного осмоса без знания состава воды. Да и зачем огульно говорить что ионный обмен не подходит и тут же предлагать Na-катионирование. У обратного осмоса тоже есть много недостатков, которые вы никак не учитываете.

3. Теперь по поводу цифр: известный факт: при опреснении соленой воды из скважины, содержащей 0,5% растворенных солей, при давлении 50 атм в течение суток удается получить приблизительно 700 л пресной воды с каждого квадратного метра мембраны.

Т.е. что бы обеспечить производительность в 1000 тонн надо 1500 кв.м. мембран. 0,01 кВт*ч на 1 кг это с учетом работы насосов для создания давления в 50 атм.? по моему маловато. И то это скромно, морская вода хуже.

Стоимость производства 1л такой воды будет очень высокой даже с учетом "бесплатной" электроэнергии. Капитальные затраты на установку опреснения будут огромными. Плюс расходы на реагенты, да и про сточные воды не сказано не слова.

P.S. Вообщем, мне ваш проект представляется не жизнеспособным с экономической точки зрения, и очень трудно реализуемым с технологической.










Дмитрий Александрович, я могу и схему нарисовать. С насосами, катионообменным блоком, объёмными фильтрами и мембранами микрофильтрации. С линиями циркуляции и обратной промывки. С промежуточными ёмкостями и прочим хозяйством. Правда, если попытаться учитывать все параметры, то получится диссертация. А учитывать надо солёность воды, её температуру, рН, динамику забивания мембраны, отношение поток/пермеат, давление, поток и так далее, вплоть до вибрации насоса. В популярной заметке, которая описывает реализацию возможного использования альтернативной энергоустановки перегруженность техническими деталями только вредна.

2 Отчего же? Опреснение ионным обменом предполагает использование катионита и анионита. Для их регенерации нужны щёлочь и кислота. Самые дешёвые щёлочь и кислота будут намного дороже поваренной соли. Na-катионирования для опреснения маловато будет.

3 Стоимость воды - это величина относительная. На Байкале, например, она стоит доли копейки, а в Гоби - дороже нефти. Вполне могут быть и такие сочетания, когда вода дороже энергии, необходимой для её выработки. Таким образом, стоимость производства может оказаться меньше, чем стоимость доставки. Реагенты - в основном предполагается использование поваренной соли. Вещество очень дешёвое и достаточно удобно транспортируемое. Сточные воды как таковые отсутствуют. Не считать же стоком немного более солёную морскую воду. Вообще, стоимость установки будет значительно меньше, чем стоимость гектаров солнечных батарей для её питания.

Технологию можно откатать. Трудности - это нормальное и устранимое явление. Экономика... Я вот, когда пытаюсь просчитать например, те же СЭС или АЭС постоянно получаю какие-то шальные цифры по стоимости энергии. Ан говорят: ничего, это выгодно.

Александр Ринатович,

1. В популярной заметке, которая описывает реализацию возможного использования альтернативной энергоустановки.

С таким успехом можно многие вещи возможно использовать, даже научно-фантастические романы писать, но все таки хочется побольше конкретики, тем более на этом сайте.

по пункту 2 если использовать противоточные ионнобменики то количество кислоты и щелочи будет не большим и по стоимости будет сравнимо, чтобы довести морскую до качества, которую можно подавать на обратный осмос. Интересная статья где сравниваются эти два метода www.mediana-filter.ru/water_obessolivanie .html.

На мой взгляд, логичней использовать, в данном случае, ионнообменные фильтры с непрерывной регенерацией электрическим током (т.н.электродеионизация), в сочетании с другими методами водоподготовки

3. Технологию можно откатать

Думаю, это сложно будет сделать, и если вам это удастся, вы станете пионером в этой области, и почетным гостем арабских шейхов.




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Медуза палеозойской эры
Медуза палеозойской эры

Фитнес для солнечных элементов нового поколения
ученые из МГУ разработали новый подход, позволяющий создать рельеф на светопоглощающем слое перовскитных солнечных элементов. Это повысит эффективность поглощения солнечного излучения.

Приглашение на международную конференцию «Сканирующая зондовая микроскопия для биологических систем»
НТ-МДТ Спектрум Инструментс совместно с НИТУ «МИСиС» и компанией ICAPPIC рады пригласить Вас на международную школу-конференцию «Сканирующая зондовая микроскопия для биологических систем» 27-28 ноября 2019 года

Наносистемы: физика, химия, математика (2019, том 10, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume10/10-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.