В условиях глобального изменения климата и нарастающего дефицита воды в мировом масштабе чрезвычайно актуальной становится задача эффективного управления водными ресурсами, как на уровне стран, так и на уровне целых регионов. Устойчивое развитие государства невозможно без создания необходимых условий — продовольственной, энергетической и ресурсной базы, социального обеспечения, благоприятной экологической обстановки. Это особенно важно для Туркменистана, около 90 % используемых водных ресурсов которого формируются за пределами страны. В таких условиях, когда запасы пресных водных ресурсов имеют тенденцию к постепенному уменьшению, сегодня в Туркменистане на государственном уровне уделяется огромное внимание вопросам охраны и рационального использования водных ресурсов страны.
Ключевые слова : коллекторно-дренажные воды, Туркменское озера Алтын асыр, фотоэлектрическая станция.
Одним из важных резервов источников воды для водоснабжения населенных пунктов и экономики в Туркменистане являются коллекторно-дренажные воды, отводимые с орошаемых площадей, которые составляют примерно 20–30 % используемого в стране объема воды. С целью объединения всех магистральных и межхозяйственных коллекторов страны в единую сеть, позволяющую обеспечить своевременный отвод дренажных вод в экологически безопасное место, в Туркменистане ведется реализация проекта Туркменского озера Золотого века. Проведение этих мероприятий позволит улучшить мелиоративное состояние всех земель в зоне орошения, предотвратит сброс коллекторно-дренажных вод в реку Амударьи и затопление пустынных пастбищ в Центральных Каракумах [1].
В зоне прохождения трасс магистральных и крупных межхозяйственных коллекторов появляется возможность повторного использования коллекторных вод для развития животноводства и создания рыбоводческих хозяйств, а также создание промышленной инфраструктуры ориентированной на переработку сельскохозяйственной и рыбоводческой продукции. Однако в этой зоне практически отсутствуют запасы пресных вод и системное энергоснабжение, поэтому разработка современных высокотехнологичных способов опреснения коллекторно-дренажных вод, является одной из важной научно-технической задачей . Вэтом отношении разработка, создание и внедрение автономной электродиализной установки малой и средей мощности для опреснения коллекторно-дренажных вод является несомненно актуальной [2], [3].
Для решения множества локальных проблем в зоне влияния Туркменского озера «Алтын асыр» использование электрической энергии, полученной солнечными фотоэлектрическими станциями, позволит быстро и эффективно использовать в производстве электродиализные опреснительные установки. Поэтому создание и внедрение опреснительных установок, питающихся от солнечных фотоэлектрических станций для водо-энергоснабжения пустынных потребителей в зоне Туркменского озера, является весьма перспективным. Предпосылками этого являются: большое число солнечных дней на территории Каракумов (до 240–260 дней в году), дневная продолжительность 10–12 часов и высокая интенсивность солнечного излучения (до 1000 Вт/м 2 ). Кроме того использования возобновляемые источники энергии обладает ряд преимуществ по сравнению с другими источниками энергии.
Во-первых, возобновляемые источники энергии являются исключительно экологически чистыми видами энергии, использование которых не загрязняют окружающую среду. Во-вторых, возможное использование их в будущем в больших масштабах, при этом они не нарушит естественного энергетического баланса нашей планеты. В-третьих, созданные автономные источники энергии могут работать в автономном режиме в местах отсутствия централизованных поставках электроэнергии [4] .
Применение солнечных энергоустановок с ограниченным уровнем мощности для энергоснабжения мелких автономных потребителей может сыграть большую роль там, где отсутствует централизованное обеспечение энергией на обширных и еще малоосвоенных территориях. При отсутствии централизованного энергоснабжения солнечные установки экономически эффективнее по сравнению традиционными методами. Высокая эффективность солнечной энергии в зоне влияние Туркменского озера «Алтын асыр» позволяет широко использовать солнечные батареи для энергопитания опреснительных установок малой и средней мощности.
Используемый метод электродиализа, работающий на солнечной энергии, при сравнении с другими методами опреснения воды является одним из самых выгодных. Для этих целей совместно с учеными института «Туркменсувылымтаслама» нами создана установка, которая будет работать на солнечных батареях.
Созданные автономные электродиализные опреснительные установки малой мощности предусматривают в составе солнечной фотоэлектрической станции, фильтра предварительной и окончательной очистки, электродиализа, то есть одновременно проводить очистку, обеззараживание, умягчение и опреснение воды. Разработаны технологические схемы функционирования от солнечных батарей (СБ) электродиализной опреснительной установки, опресняющей дренажной воды Туркменского озера «Алтын асыр». Определены основные составные части технологической цепей электродиализной опреснительной установки, работающей от солнечных батарей, а также созданы усовершенствованные опытно-экспериментальные образцы электродиализной установки малой мощности, а также принята подходящая схема работы при использовании СБ в качестве источника энергии для установки.
Научные исследования проводились совместно с учеными института «Туркменсувылымтаслама» на созданном ими опытном участке.
Проведенные исследования и опыты показали возможность работы подобных малых производительных сооружений. Солнечные батареи используемые при этом методе, способны опреснять дренажные воды с уровнем солености 5 г/л и получать с его помощью питьевую воду [3].
Результаты созданного автономного электродиализного опреснительного аппарата малой мощности при опреснении коллекторно- дренажных вод приведены в (Табл.1). Исследования проводились в дневное время при минерализация исходной дренажной воды 4,5 ÷ 8,14 г/л; количестве солнечных батарей 4 шт.; количестве ячеек аппарата 50 штук. Производительность аппарата была постоянной и составляла 10 л/ч. Максимальный вырабатываемый ток солнечных батарей был равен 0,95÷1,06 A, а вырабатываемое напряжение составляло 48,8÷50,25 Вольт, вырабатываемый мощность 47,63÷51,73 Вт.
В процессе исследований были определены средние значения рабочих параметров электродиализного аппарата при работе от 4-х солнечных батарей при различных концентрациях солей в коллекторно-дренажных водах.
Таблица 1
Средние энергетические показатели автономного электродиализного аппарата малой мощности при опреснении различных солесодержанию коллекторно-дренажных водах
|
Соленость исходной воды С исх (г/л) |
Соленость опресненной воды С кон (г/л) |
Количество солнечных батарей N шт |
Средние значения потребляемого тока аппарата I ср. ЭДА раб (А) |
Средние значения потребляемого напряжения аппарата U ср .ЭДА раб (В) |
Средние значения потребляемой мощности аппарата N ср.ЭДА (Вт) |
Максимальный вырабатываемый ток солнечной батареи I СБ м . (А) |
Максимальное вырабатываемое напряжение солнечных батарей U СБ м . ( В ) |
Максимальная вырабатываемая мощность солнечных батарей N СБ м . ( В t) |
|
8,14 |
3,37 |
4СБ |
0,48 |
68,28 |
32,77 |
1,06 |
48,8 |
51,73 |
|
6,65 |
1,06 |
4СБ |
0,36 |
65,57 |
23,61 |
0,95 |
50,14 |
47,63 |
|
4,5 |
0,48 |
4СБ |
0,28 |
64,72 |
18,12 |
1,01 |
50,25 |
50,75 |
В результате проведенной работы были установлены приемлемые энергопоказатели электродиализа малой мощности опреснителя дренажных вод — производительность установки составляет 10 литров в час, а при работе по схеме прямого течения опресняются дренажные воды с соленостью до 5 г/л и понижается уровень солености до 0,48 г/л. Были продемонстрированы возможности опреснения коллекторно-дренажных вод Туркменского озера «Алтын асыр» при помощи электродиализа опреснения вод.
Созданная установка представляет, возможность обеспечения питьевой водой водопользователей, проживающих и работающих в зоне действия Главного коллектора Туркменского озера «Алтын асыр» (животноводческие фермы, экспедиции, временные трудовые коллективы и т. д.).
Литература:
- Бертокс П., Радц Д. Стратегия защиты окружающей среды от загрязнения. Пер. с англ./Под ред. Я. Б. Черткова — М.: Мир, 1980.
- Павлов Ю. В. Опреснение воды «Просвещение», М. 1972.
- G.Наvеns, Раsific Factoru, 106 № 5, 1964.
- Смагин.В. И. Обработка воды методом электродиализа. Москва, 1986 г.
