Конференция Приаралье

Разработка проекта по получению пресной воды в пустыне с помощью конденсационных установок

Проект. Разработка проекта по получению пресной воды в пустыне с помощью конденсационных установок

  1. Описание и обоснование проекта

Под дефицитом водных ресурсов понимают отсутствие достаточных запасов водных ресурсов для удовлетворения потребностей населения, сельскохозяйственного производства и некоторых производственных отраслей в чистой питьевой воде. Питьевая вода необходима для поддержания жизни и имеет первостепенное значение для человеческого здоровья. От дефицита питьевой воды страдает более 40% мирового населения. Проблема нехватки пресной питьевой воды с ХХ века рассматривается как глобальная проблема современности. Население планеты стремительно растёт и при этом возрастает потребность в чистой питьевой воде.

По прогнозам экспертов ВМО и других международных организаций, запасы пресной питьевой воды не безграничны, и они уже подходят к концу. По их оценкам, к 2025 году больше половины государств планеты ощутят либо серьёзную нехватку воды, либо почувствуют её недостаток. К середине XXI века около 75% населения Земли не будет хватать пресной воды. С наибольшей вероятностью первыми останутся без воды Африка, Южная Азия, Ближний Восток и Северный Китай. При этом острая нехватка воды в пустынных и полупустынных регионах вызовет стремительную миграцию населения. Нехватку пресной воды в последнее время ощущают и развитые страны: не так давно сильные засухи в США привели к дефициту воды на больших территориях Юго-Запада и в городах на севере штата Джорджия. По данным Евразийского Банка Развития средняя удельная водообеспеченность Центральной Азии к 2030 году достигнет критической величины. Прогнозируемая ситуация может возникнуть по следующим основным причинам. Во-первых, воздействия изменения структуры общей циркуляции атмосферы, как одной из составляющих формирования климата, на водные ресурсы будут оказывать влияние на различные сектора экономики, а также на окружающую среду и, в том числе, на здоровье человека. В результате этих процессов сократятся запасы воды в ледниках, которые являются основным источником стабильного водообеспечения стран Центральной Азии.

         Во-вторых, даже в том случае, если изменения циркуляционных процессов не окажут существенного влияния на водообеспеченность региона, то более заметной станет вторая причина увеличения дефицита воды вследствие роста населения, наращивания сельскохозяйственного производства и возрастания промышленного производства. Уже в настоящее время снижение средней удельной водообеспеченности в странах Центральной Азии идет высокими темпами. По данным отдела водного кадастра Узгидромета в Узбекистане районами с недостаточной удельной водообеспеченностью являются бассейны рек Кашкадарья и Сурхандарья, а также бассейн реки Зеравшан. В ближайшее время недостаточную водообеспеченность следует ожидать в Чирчик-Ахангаранском бассейне, к которому относится г. Ташкент.

Пути решения дефицита пресной воды

Существует несколько путей решения проблемы дефицита пресной воды.

Глобальная проблема пресной воды заключается в том, что не происходит восполнение водных ресурсов. Если не изменить экстенсивный путь траты водных ресурсов, то это может привести к дефициту пресной воды в большинстве регионов, а затем – к экологической катастрофе.

Первый путь – регулирование расходов пресной воды с целью её рационального использования и экономии. В этом отношении существуют следующие подходы:

  • Сохранение запасов пресной воды в водохранилищах. Это позволит не только сберечь водные ресурсы, но и иметь запас воды на случай непредвиденных катаклизмов. Но при этом следует обязательно учитывать глубину водохранилищ и площадь испаряющей поверхности, по этой причине строительство водохранилищ на равнине не целесообразно из-за больших потерь воды на испарение;
  • Капельный полив, при котором вода попадает непосредственно к растению или его корням (при подземном расположении системы), резко снижая расход пресной воды;
  • Селекционные методики для сельскохозяйственных культур, с помощью которых появилась возможность выводить засухоустойчивые сельскохозяйственные культуры, а также устойчивые к соленым почвам;
  • Искусственный лес в пустынных районах. На практике такие проекты еще не реализованы, но работы над ними ведутся, в том числе в Южном Приаралье;
  • Переработка и очистка хозяйственно-бытовых и сточных вод.

Этот путь ограничен в своих возможностях вследствие лимитированного поступления воды в виде осадков на территорию Средней Азии.

Вторым направлением в решении проблемы является конденсация воды, содержащейся в атмосферном воздухе. Парадоксально, но факт: самый крупный источник – вода в атмосфере – почти не используется.

Известно, что количество воды находящееся в каждый данный момент в атмосфере равно 14 тыс. км3. Ежегодно испаряется с поверхности суши и океана 577 тыс. км3. и столько же потом выпадает в виде осадков. По высоте влага распределена неравномерно. Половина всего водяного пара приходится на нижний, полуторакилометровый слой атмосферы, свыше 99% - на всю тропосферу. У земной поверхности абсолютная влажность в среднем по миру составляет 11 г/м3. Многие из стран жаркого пояса страдают от отсутствия пресной воды, хотя ее содержание в атмосфере значительно. Например, на африканском и аравийском побережье Красного моря в течение всего года практически не бывает дождей, в то время как абсолютная влажность в приземном слое воздуха колеблется от 18 до 24 г/м3. В Сахаре и в пустынях Аравийского полуострова над каждым квадратом поверхности со стороной 10 км в сутки проносится такое же количество воды, какое содержалось бы в озере площадью 1 км2 и глубиной 50 м. Ресурс пресной воды в атмосфере постоянно обновляется, 45 раз в течение года.

Качество конденсата очень высокое: в нем на два-три порядка меньше токсичных металлов (по сравнению с требованиями санитарных служб), практически нет микроорганизмов, он хорошо аэрирован. Как показывают экономические оценки, вода из атмосферы может стать самой дешевой из всех, что получают иными способами.

         Опыты по конденсации воды из атмосферы проводятся и в России, в частности, в лаборатории возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, где с 1996 г. ведутся научно-изыскательные работы в этой области. По мнению специалистов лаборатории, принудительная конденсация воды из воздуха в приземном слое могла бы со временем решить проблему водоснабжения во многих регионах, страдающих от нехватки пресной воды. Использование конденсационных установок, например, в развивающихся странах позволит экономить энергию, которая требуется при опреснении морской воды.

Острый дефицит пресной воды в пустынных регионах Узбекистана, возрастающая опасность опустынивания других районов и ограниченность ресурсов пресной воды вызывает необходимость использования ресурсов пресной воды, находящейся в атмосферном воздухе. Над территорией Узбекистана её содержится около 9·109 м3 воды. Поделиться этой водой предлагается с помощью специальных конденсационных установок.

Совершенно очевидно, что получение пресной воды с помощью конденсации атмосферного водяного пара является единственным способом сократить её дефицит в пустынных условиях Узбекистана.

Способ добывания воды путем естественной конденсации водяных паров из воздуха известен очень давно. Еще в античные времена в Крыму для обеспечения водой г.Феодосия использовались насыпи из щебня в виде пирамиды – курумы, которые сооружались на невысоком горном плато. За счет разницы дневной и ночной температуры окружающего воздуха на поверхности щебня образовывался конденсат и стекал в специальную емкость. Оттуда естественным путем по желобу поступал к водоразборным сооружениям г.Феодосия.

Израильские изобретатели давно и успешно трудятся над созданием высокопроизводительных и экономичных установок для конденсации воды из атмосферы. Результаты работы группы студентов из Техниона г. Хайфа оказались, как они считают, настолько значительными, что их работу финансировала НАСА. Были отобраны лучшие проекты установок для финансирования изготовления опытных образцов, испытания и наладки их производства.

В настоящее время промышленностью многих стран в большом ассортименте выпускаются установки (как стационарные, так и мобильные) для производства воды из влаги атмосферного воздуха. Недостатком таких устройств является необходимость подключения к внешнему источнику электроснабжения для питания охладителя и нагнетателя, высокая розничная цена, малая производительность.

 

  1. Цель и задачи проекта

 

Цель: разработать проект создания в пустынном районе поселения на современном социально-техническом уровне с полностью автономным энергетическим и водообеспечением.

Задачи:

  1. Выбрать место реализации проекта;
  2. Обосновать выбор энергогенерирующих и конденсационных установок, обеспечивающих экологическую безопасность для окружающей среды;
  3. Выполнить расчёт потребности энергоресурсов для получения заданного объёма пресной воды;
  4. Дать оценку гелио- и ветроэнергетических ресурсов места реализации проекта;
  5. Дать оценку запасов пресной воды места реализации проекта;
  6. Разработать рабочий график работы конденсационных устройств.

 

  1. Обеспечение пресной водой селитебных территорий при соблюдении экологической безопасности для населения и окружающей среды.

 

  1. Пресная вода в необходимых объёмах.

 

  1. Бенефициары проекта

Геологоразведочные партии, фермеры, жители населенных пунктов в пустыне и др.

 

  1. Переговоры и договора, связанные с приобретением и установкой энергоустановок и конденсационных устройств. Производственные командировки и прочие мероприятия.

 

  1. По выбору заказчика, в районах, прилегающих к акватории Аральского моря.

 

  1. Три года после утверждения проекта.

 

  1. 585 тыс.долл. (Без стоимости энергоустановок и конденсационных установок, их установки и введения в эксплуатационный режим).

 

Исполнитель проекта: Научно-исследовательский гидрометеорологический институт Узгидромета

Контактное лицо: Холматжанов Бахтияр Махаматжанович – и.о. директора, +99871 235-83-25, +99899 878-51-27, bkhol@mail.ru

 

Основные параметры финансирования проекта

в долл. США

Категории

Всего необходимо

Запрашиваемая сумма

1.        Человеческие ресурсы

8

60000 на год

2. Оборудование, товары и материалы

Гелиоустановка

(200 кВт/ч) – 1

Ветрогенератор

(20 кВт/ч) – 4

Конденсационная установка Watergen Large Scale 

(5000 л/сутки) – 1

 

100000

 

200000

 

 

 

200000

3. Тренинги

4

10000

4. Другие расходы

 

15000

ВСЕГО

 

585 000