מבוא

משבר המים הגלובלי דורש פתרונות חדשניים, בר קיימא שיכולים לספק מים לשתייה נקיים ללא לחץ סביבתי.אחד הסינרגיות הטכנולוגיות המבטיחות ביותר הוא שילוב מערכות טיפול במים מבוססות קרום עם כוח סולארי.שילוב זה מקטין את הדיוק של סינון membrane ואת שפע האנרגיה הסולארית כדי ליצור מערכות טיהור מים מבוזרות, נמוך פחמן, על ידי decoupupupupupupupup מאנרגיה סולארית, יכול לשמש את התכונות של אנרגיה סולארית, לחץ דם, כדי ליצור תכונות אנרגיה סולארית, לחץ דם גבוה, ומערכת אנרגיה סולארית, לחץ דם תעשייתית, ומערכת אנרגיה, כדי לפתח מערכות אנרגיה סולארית, לחץ דם תעשייתית, לחץ דם, ומערכת אנרגיה סולארית, כדי לספק, כדי לפתח את היתרונות של מערכות אנרגיה סולארית, לחץ דם תעשייתית גבוהה, לחץ דם, עם מערכות אנרגיה סולארית, לחץ דם נמוך, כדי לספק את ההשפעות של מערכות אנרגיה סולארית, לחץ דם גבוה, עם מערכות אנרגיה סולארית, עם מערכות אנרגיה סולארית, עם מערכות אנרגיה סולארית, עם מערכות אנרגיה סולארית, עם מערכות אנרגיה סולארית, עם מערכות אנרגיה סולארית, עם מערכות חשמל נוזלי, מערכת אנרגיה סולארית, כדי לספק, לחץ דם נוזלי, עם מערכות אנרגיה סולארית, כדי לפתח את היתרונות של מערכות אנרגיה סולארית, כדי לפתח את ההשפעות של מערכות אנרגיה סולארית, לחץ אוויריות, 000

הבנת מערכות Membrane

(ב) למערכות של מנברן משתמשים במחסומים למחצה שניתן להפריד בין מזהמים פיזית מן המים; הם פועלים על העיקרון של חדירות סלקטיבית, המאפשר למולקולות מים לעבור תוך שמירה על מוצקים מפורשים, פתוגנים ומאקרומולקולטים (שלבי ספקטרום) של כל אחד (החומרים השונים ביותר של ספקטרום) של טיפול במים כוללים טיפול במים:0reverse osmosisFLT, 1,FN) LT2Ffilation:

ב-osmosis לאחור, הלחץ החל מתגבר על לחץ אוסמוטי כדי לכפות מים באמצעות מזכר צפוף, דוחה עד 99% של מלחים מומסים ומזהמים. nanofiltration באופן סלקטיבי מסירים דיווי משקל וחומר אורגני, מה שהופך אותו אידיאלי עבור מים רכך והסרת צבע.

מודולים מודרניים נועדו כמו ספירלה-סאונד, חלולים-פיבר, או תצורה של גליון שטוח, כל אחד מותאם לשיעורי זרימה ספציפיים והתנגדות חומרית. החידושים חומריים, כגון די-סרט מורכב פולימיד פולימדונים ו membranes קרמיקה, שיפרו יציבות כימית ותוחלת חיים.למרות היעילות שלהם, מערכות membrane דורשות זהירות כדי למנוע הצטברות - חלקיקים, או ירידה של אנרגיה זו, אשר יכול להוסיף על פני השטח.

תפקיד הכוח הסולארי בטיפול במים

כוח השמש מציע מקור אנרגיה נקי ומתחדש שניתן לפרוס כמעט בכל קנה מידה - החל לוחות פוטו-וולטאיים קטנים (PV) עבור יחידות משק בית ועד חוות סולאריות גדולות כוחם של צמחים תת-קרקעיים. אנרגיית השמש מתאימה במיוחד לטיפול במים, כי האזורים עם מחסור במים הגדול מקבלים לעתים קרובות שמש בשפע.על ידי המרת אור השמש ישירות לחשמל (PV) או אנרגיה תרמית (solar), מערכות אלה יכולות לפעול באופן עצמאי של רשת החשמל, צמצום פליטות פחמן לטווח ארוך.

במערכות טיפול במים המופעלות על ידי השמש, מערך PV מייצרות כוח נוכחי (DC) אשר משמש כדי להפעיל משאבות, מערכות בקרה, ומערכות membrane, כדי להניע את המשאבות בלחץ גבוה הנדרש עבור אוסמוזה הפוכה.סוללת או supercapacitors יכול לטבול מינוף מחויבויות, ומאפשר הפעלה במהלך תקופות ענן או לאחר שקיעה.

אנרגיית השמש תומכת גם ב- 0 (FLT:0) ⁇ FLT ( 1:1), תהליך מונע תרמי בשימוש חום ברמה נמוכה כדי להתרבות מים באמצעות מנברן הידרופובי. בשילוב עם אספנים סולאריים תרמיים, דינקה קרום המוח יכול להשיג שיעורי דחייה גבוהים עבור מנטה לא-לא-לא-לא-לא-לא-לא-לא-לא-מרפאהפעלת לחץ נמוך יותר מאשר אימפולסימוזיס לאחור, מנקה אנרגיה גמישהאנרגיה זו, מנקה.

תמריצים ממשלתיים ועלויות פאנל סולאריות מופחתות העצימו את אימוץה של הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה מתחדשת (IRENA), העלות העולמית של חשמל סולארי PV ירד ב-85% בין 2010 ל-2020 כתוצאה מכך, טיפול במים המופעלים על ידי השמש הופך להיות בעל קיימא מבחינה כלכלית אפילו עבור קהילות קטנות ופעולות הקלה אסון.

היתרונות של Integrating Membrane Systems עם כוח סולארי

השילוב של סינון מים ואנרגיה סולארית מניב יתרונות רבים מעבר לסכום הטכנולוגיות הבודדות.למטה הם היתרונות העיקריים:

  • (FLT:0) אחריות סביבתית: ⁇ FLT:1 על ידי החלפת גנרטורים או חשמל רשת (אשר לעתים קרובות מסתמכים על דלקים מאובנים) עם כוח סולארי, טביעת הרגל של טיפול במים מופחתת באופן דרמטי.
  • (FLT:0) צריכת החשמל: FLT:1 לאחר ההשקעה הראשונית בבירה, אנרגיית השמש מספקת חשמל חינם במשך עשרות שנים. הוצאות תפעוליות לאנרגיה - לעתים קרובות העלות הגדולה ביותר במערכות membrane - יכול לרדת ב 50-80% בהשוואה למערכות המחוברות לרשת או דיזל.
  • (FLT:0) עצמאות אנרגנית: 1FLT:1 Off-grid מערכת קרום סולרית מופעלת על ידי השמש הם בעלי יכולת עצמית.הם לא מסתמכים על רשתות חשמל לא יציבות או שרשרת אספקה דלק.זה קריטי עבור כפרים מרוחקים, קהילות איים, מחנות כרייה, ופריסה הומניטרית שבו גישה אנרגיה היא בלתי אמינה או יקרה.
  • (FLT:0) אמינותה של כוח השמש: 1FreaLT:1) ניתן לצמד עם אחסון אנרגיה ומערכות בקרה חכמות כדי להבטיח ייצור מים עקבי.יחידות מודרניות רבות משלבות חיישנים שמתאימים ללחץ התפעולי בהתבסס על אי-המציאות הסולארית, למקסם את התפוקה תוך הגנה על קרום מפני נזק.
  • (FLT:0) רגישות ומודולריות: FIRLT:1 הן membrane ורכיבי השמש הם מודולרי.מערכת יכולה להתחיל עם יחידה קטנה המספקת 500 ליטרים ליום ולהרחיב למפעלים בקנה מידה קהילתי על ידי הוספת מודולים נוספים של קרום ופאנלים PV.
  • (FLT:0) חינוך כימי: FLT:1 כי מערכות מונעות השמש פועלות לעתים קרובות בצריכת אנרגיה מסוימת נמוכה יותר ושילוב preטיפולment מתקדמת (למשל, אולטרה-סינון לפני אוסמוזה הפוכה), ניתן להפחית את התדרים הכימיים, להפחית סיכונים תפעוליים ועלויות כימיות.

שיקולים טכניים עבור מערכות משולבות

אנרגיה מתאמת ומערכת עיצוב

האתגר הטכני הגדול ביותר הוא התאמת אספקת האנרגיה הסולארית המשתנה עם הביקוש הקבוע או המשתנה של תהליך membrane. Reverse osmosis, למשל, דורש לחץ קבוע כדי לשמור על שלמות קרום ודחו מלחים.אם כוח סולארי טיפות, לחץ המשאבה עלול ליפול, המוביל להפחית את איכות permeate ונזקי קרום פוטנציאליים.

  • (FLT:0)Maximum Power Point Tracking (MPPT): ממירי DC-DC המייעלים את מערך ההפעלה PV כדי להפיק כוח מקסימלי תחת שינוי אי-דיור.זה מבטיח שהמשאבה תקבל כוח רב ככל הניתן בכל רגע נתון.
  • (FLT:0) אחסון אנרגיה: FLT:1 Batteries (lead-acid, Lithium-ion או סוללות זרימה) לאחסן עודף אנרגיה סולארית כדי לכפות את המערכת בתקופות אור נמוך.Sizing של בנקים סוללות חייב לקחת בחשבון עבור מחזורי עומס יומי ודרישות אוטונומיה (למשל, אחד עד שלושה ימים של מזג אוויר מעונן).
  • (FLT:0)Variable Speed Drives:FLT:1 משאבות מונעות על ידי כוננים בתדר משתנה (VFDs) יכול להתאים את המהירות הסיבובית שלהם בתגובה לכוח השמש זמין, הפעלה בשיעורי זרימה נמוכים במהלך השמש חלקית וקיבולת מלאה ב irradiance.זה דורש שליטה בתהליך חזק, אך משפר את יעילות המערכת הכוללת.
  • (FLT:0) מבצע: FLT:1 כמה מערכות בקנה מידה קטן פועלות במצב אצווה - איסוף מים בשעות שמש, אחסון זה בטנקים, ושחרור מים מטופלים על הביקוש.זה מבטל את הצורך סוללות גדולות ומפחית את משאבת האופניים.

בחירת Membrane ו-Fouling Control

הבחירה של membrane סוג משפיעה על דרישות אנרגיה.לדוגמה, osmosis לאחור מדכא נמוך הרחם לפעול על 4-8 בר (בהשוואה ל 10-15 בר עבור מזכר מים סטנדרטיים), מה שהופך אותם מתאימים יותר עבור מערכות המופעלות על ידי השמש עם יחידות חשמל מוגבלות. Ultrafiltration membranes דורש רק 0.5-2 בר ויכול לשמש טיפול מוקדם עבור vulmosis לאחור, להפחית את הציפוי אנרגיה מתקדמת או לחץ דם מופעלת.

איכות המים וההשבחה

מערכות משולבות חייבות לאזן את קצב ההתאוששות (אחוז של מים מזינים שמומרים למוצר) עם צריכת אנרגיה ופסולת שומן.הנחיות osmosis הפוכה המופעלות על ידי השמש פועל בדרך כלל בהחלמה נמוכה יותר (25–40% למים החריפים) כדי להפחית את הביקוש לדרגות ואנרגיה.ניהול שתן באזורי היבשה יכול להיות בעייתי; גלימות סולריות או מערכות פריקה של אפס-קל עשוי להיות נחוץ עבור מים; טיפול סטנדרטיים:

אתגרים ומכשולים לאימוץ

למרות היתרונות ברורים, הפריסה הנרחבת של מערכות קרום המופעלות על ידי השמש עומדת בפני כמה מכשולים:

  • (FLT:0) גבוה הון ראשוני עולה: 1FLT לוחות סולאריים, מופנים, סוללות, בקרים מתקדמים, ומודולים membrane מייצגים השקעה גדולה למעלה.בעוד עלויות מחזור חיים הכוללות נמוכות יותר, הבטחת מימון יכול להיות קשה באזורים המתפתחים.מודלים תשלומים חדשניים, כגון תשלום או מיקרו-מימון, מתעוררים.
  • (FLT:0System Complexity:FLT:1 integrating רכיבים מרובים -PV מערך, חשמל אלקטרוניקה, משאבות, מודול קרום, טיפול ואחסון - חיוני הנדסה ידע הנדסי מיוחד.מערכות מתוכננות עניים יכולים לסבול מיעילות נמוכה, התמוטטות תכופה, חיים קצרים, הכשרה מפעילי מקומיים והקמה רשתות תמיכה הם חיוניים.
  • דרישות ההנעה:0 (FLT:1) מערכות Membrane צריך ניקוי כימי קבוע, membrane להחליף כל 2-5 שנים, וחלופה כל 3-7 שנים עבור מוביל-חומצה (lithium יותר) באזורים מרוחקים, לוגיסטיקה של חלקי חילוף ומומחיות טכנית יכול להיות מאתגר.
  • (FLT:0) ,Energy Storage Limitations:FLT1 Batteries מוסיפים עלות, משקל ונושאי סילוק סביבתיים. Flow סוללות ו supercapacitors הם חלופות אבל פחות בוגר. חלק מהמערכות משתמשות בתצורה היברידית שבו גנרטור דיזל קטן מספק גיבוי, אבל זה מחזק את התלות הדלק.
  • (FLT:0) רגולציה וגדרות מוסדיות: טיפול במים של ראטמב 1 מוסדר במידה רבה.מערכות המופעלות על ידי השמש חייבות לעמוד בסטנדרטים הבריאותיים המקומיים לאיכות המים.הההעברת תהליכים עבור מערכות מבוזרות עשויה להיות לא ברורה.
  • (FLT:0) וריאציות עונתיות: 1) באזורים עם עונות רטובות / דריות נפרדות, אי-דימיות סולארית עשויה להיות גבוהה כאשר הביקוש למים הוא גם גבוה (למשל, העונה יבשה), אבל תקופות ממושכות במהלך עונות גשום גשם יכול להפחית את התפוקה.Oversizing את מערך PV או באמצעות מערכות סולמות רוח היברידית יכול להקטין את זה.

פרספקטיבה עתידית וחדשנות מתפתחת

מחקר ופיתוח מתקדמים במהירות להתגבר על המגבלות הנוכחיות.מגמות מספריות יעצבו את הדור הבא של מערכות משולבות:

  • (FLT:0) הדור הבא של Membranes:FreaLT:1 , Graphene oxide, פחמן ננוtube, ומזכרים המבוססים על אקווורין מבטיחים חדירות גבוהה יותר וסלקטיביות עם דרישות אנרגיה נמוכות יותר.
  • (FLT:0) חכם בקרת ו-IoT: 1FLT:1 דפדפנים המחוברים לענן עם אלגוריתמי למידת מכונה יכולים לחזות אי-דימיות סולארית, לייעל את לוח הזמנים של משאבה, ולזהות מעקב מרחוק מוקדם באמצעות רשתות סלולריות מאפשר למומחים לאבחן בעיות מרחוק, להפחית את הצורך לביקורים באתר.
  • (FLT:0)Hybrid Renewable Systems:03FLT:1) שילוב השמש עם טורבינות רוח קטנות או מיקרו-hydropower יכול לספק כוח עקבי יותר באקלים מגוונים.
  • (FLT:0) מודלים כלכלה מעגלית: ⁇ FLT:1 מערכות אשר מטפלות במים ומשחזרים משאבים יקרי ערך (חומרים, מינרלים, מתכות) משפכים באמצעות תהליכי קרום המופעלים על ידי השמש.
  • (FLT:0) בעלות קהילתית ומימון: קידמה 1 (הארגונים החברתיים וארגוני משתמשים במים) מפתחים מודלים של זיכיונות שבהם יזמים מקומיים מחזיקים ופעילו קיוסקים במים סולאריים. גישה זו מיושמת בהצלחה בחלקים של מזרח אפריקה ודרום אסיה, בתמיכת ארגונים כמו FLT:2 מים.orgF3LT).

שיתוף פעולה בין האקדמיה, התעשייה והסוכנויות הממשלתיות הוא קריטי.פרויקטי טייס בקניה, הודו והמזרח התיכון הפגינו את האפשרות הטכנית והקבלה החברתית.עבור סקירה של ניסויים בתחום האחרון, ראה פרסום ב-FLT:0DesalinationcioFLT:1 (קישור חיצוני: FLT:2Solar-powered osmosis: סקירה של ניסויים שדה אחרונים ו- 3FLT).

מסקנה

השילוב של מערכות קרום עם כוח סולארי מציע מסלול ברור לטיפול במים בר קיימא, מבוזר. על ידי שילוב יעילות גבוהה של סינון קרום עם אנרגיה מתחדשת, בעלות נמוכה מהשמש, מערכות אלה יכולים לספק מים נקיים לקהילות שאין להם גישה אמינה הן מים והן לפתרונות קרקעיים, למרות אתגרים הקשורים לעלויות הון, מורכבות, תחזוקה, קידום טכנולוגי מהיר וחדשניים הם מודלים אלה, באופן עקבי, סוללות ממשלתיות, חייב להיות יותר, ללא מטרות פרטיות.