Адрес Промсервис Самара г. Самара, улица Ерошевского, дом 31, офис №1.
Часы работы Промсервис Самара Пн-Пт с 9:30 до 18:30

Современные методы уменьшения испарения с водных поверхностей

ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ УМЕНЬШЕНИЯ ИСПАРЕНИЯ С ВОДНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 

АННОТАЦИЯ

Предмет исследования: Чтобы сохранить воду и уменьшить потери при испарении, во многих странах было разработано и испытано много методов. В статье представлен обзор исследований современных физических, химических и биологических методов уменьшения испарения с водной поверхности. Указаны основные характеристики, а также достоинства и недостатки каждого метода.

Цели: Целью данной работы является обзор полевых, лабораторных и численных исследований методов снижения испарения с водных поверхностей, проведенных разными авторами за последние 13 лет (с 2005 по 2018 гг.).

Материалы и методы: В статье приводятся результаты опубликованных работ по физическим, химическим и биологическим методам уменьшения испарения с водной поверхности.

Результаты: В настоящее время используется несколько методов уменьшения испарения. В физических методах используются плавающие или подвешенные покрытия, которые могут сэкономить большой процент воды (от 70 до 95%). Использование перемешивания водных слоев сжатым воздухом компрессоров представляется очень перспективным для уменьшения испарения в глубоких водоемах (с глубиной более 18 м). Для уменьшения испарения воды широко используются химические вещества, такие как WaterSavr, которые могут сэкономить относительно небольшой процент воды (от 20 до 40%). Биологические методы, такие как плавающие растения и пальмовые ветви, могут обеспечить значительное уменьшение объема испарения.

Выводы: Применение любого метода для уменьшения испарения должно быть обосновано. В дальнейшем предполагается разработать рекомендации по применению конкретных методов в разных условиях.

ВВЕДЕНИЕ

Хотя вода покрывает более 70% поверхности Земли, только 1% воды - пресные, а для хозяйственного использования доступно значительно меньше. Кроме того, рост населения, загрязнение окружающей среды и глобальное потепление оказывают невиданное ранее давление на имеющиеся на Земле водные ресурсы. Поэтому стоимость воды во многих странах мира с засушливым или полузасушливым климатом значительно возросла за последние десять лет. Испарение является одной из наиболее важных причин, из-за которых может снижаться качество и количество воды, доступной для промышленного, сельскохозяйственного и бытового использования. Поэтому потери в результате испарения становятся существенной проблемой для эффективного сохранения воды во многих частях земного шара [1].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Были собраны и изучены результаты статей, материалов конференций, книг и технических отчетов, чтобы представить основные характеристики, преимущества и недостатки каждого уменьшения испарения.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Ниже приводится классификация физических, химических и биологических методов уменьшения испарения с водной поверхности и приводятся их положительные и отрицательные свойства.

1. Физические методы уменьшения испарения, которые используют плавающие покрытия

  • Плавающие сплошные покрытия.

Плавающие непрерывные покрытия обычно создают непроницаемый барьер, который плавает на поверхности воды. Полиэтиленовый пластик оказался наиболее приемлемым и долговечным материалом для покрытий этого типа. Испытания показали, что плавающие покрытия, такие как E-VapCaps, могут снизить испарение из открытых водохранилищ более чем на 95% [2].

  • Модульные плавающие объекты.

Это отдельные плавающие объекты, которые могут защищать поверхность воды. Примерами используемых плавающих модульных покрытий являются Aquacaps и пластиковые шары.

  • Плавающие диски (aquacaps)

Как показано на Рис. 1, aquacaps представляют собой круглые плавающие модули диаметром 1,1 м, сделанные из полипропилена и полиэтилена высокой плотности [3].

Исследования для оценки эффективности плавающих элементов для снижения потерь на испарение из водохранилищ были проведены в лабораторных условиях. Результаты показали, что испарение из защищенного плавающими дисками резервуара было снижено примерно на 80% относительно открытой поверхности воды [4].

 
ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ УМЕНЬШЕНИЯ ИСПАРЕНИЯ С ВОДНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
 

Рис. 1. Плавающие диски (aquacaps)

  • Пластиковые шары

Пластиковые экологически чистые шары можно использовать в озерах, ручьях и плотинах, как показано на Рис. 2. В пруде Неру (Индия) было проведено исследование для оценки эффективности использования шаров из пластика для уменьшения испарения с поверхности воды. Для покрытия резервуара были использованы 4-х дюймовые черные шары из полиэтилена высокой плотности и технического углерода. Это исследование показало, что тени шаров уменьшали на 43-45% испарения в резервуаре [5].

 
ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ УМЕНЬШЕНИЯ ИСПАРЕНИЯ С ВОДНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
 

Рис. 2. Пластиковые шарики

2. Физические методы уменьшения испарения, которые используют подвешенные покрытия

  • Тканевые покрытия

Тканевые горизонтальные покрытия подвешиваются над поверхностью воды и поддерживаются снаружи стальными тросами и столбами. Такие устройства используются для небольших водохранилищ размером менее 10 га [2].

Исследования были проведены в Австралии для оценки преимущества тканевых покрытий для хранения питьевой воды, как показано на рис. 3. Было установлено, что скорость испарения снижается примерно на 90%. Кроме того улучшенилось качество воды и снизились затраты на техническое обслуживание водоема, так как покрытия задерживают рост водных растений [6].

 
ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ УМЕНЬШЕНИЯ ИСПАРЕНИЯ С ВОДНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
 

Рис. 3. Тканевый покрытие над Swifts Creek Storage, Австралия

  • Покрытие солнечными панелями.

Ожидается, что покрытие каналов солнечной фотоэлектрической системой значительно уменьшит испарение [7]. В 2014 году был запущен проект системы мощностью 10 МВт такого типа в Индии, которая была пионером в этой области. Система проложена над 3,6 км ирригационного канала Нармада в городе Вадодара и состоит из 33 816 солнечных панелей, как показано на Рис. 4. Эта система сэкономила 6 акров земли и около 9 миллионов литров воды в год. Дополнительным преимуществом является естественное охлаждение панелей, которое увеличивает эффективность солнечных батарей на 7% по сравнению с наземной установкой [8].

 
ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ УМЕНЬШЕНИЯ ИСПАРЕНИЯ С ВОДНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
 

Рис. 4. Солнечные панели над оросительным каналом Норманда, Индия

3. Физический метод уменьшения испарения путем впрыскивания пузырьков воздуха в воду (пузырьковый шлейф)

Это эффективный метод уменьшения испарения в глубоководных водоемах, который также положительно влияет на качество воды, обогащая ее кислородом. Это один из самых экономичных способов снижения испарения, он используется в Южной Африке.

Принцип действия этого метода состоит в следующем. Летом вода поверхностного слоя глубиной 3-4 м сильно нагревается и, следовательно, становится менее плотной. Ниже этого слоя вода остается холодной и более плотной. Эти два слоя не перемешиваются, а разделены слоем температурного скачка (термоклина), который предотвращает смешивание глубокой холодной воды с поверхностной теплой. Это явление называют термическим расслоением. В слое термоклина градиент температуры резко отличается от градиентов выше- и нижележащих слоев и достигает 8-10 градусов на 1 м по вертикали. Нарушение расслоения достигается путём инжекции воздушных пузырьков специальными устройствами (компрессорами, аэраторами), установленными на дне водоема (см. Рис.5) .

Для достижения большего эффекта по уменьшению испарения необходимо, чтобы водохранилище имело достаточную глубину (более 18 м), имелся естественный термоклин и достаточная глубина слоя холодной воды. Предлагаемая система имеет дополнительные положительные свойства: улучшение общего качества воды в водохранилище и ниже плотины, сокращение эксплуатационных затрат на очистку воды, увеличение количества растворенного в воде кислорода на нижних уровнях водохранилища, а, следовательно, расширение среды обитания рыб, сокращение роста водорослей [9].

 
ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ УМЕНЬШЕНИЯ ИСПАРЕНИЯ С ВОДНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
 

Рис. 5. Схема циркуляции воды, созданной путём искусственной дестратификации

4. Химические методы

Известно, что мономолекулярные плёнки некоторых поверхностно-активных веществ могут замедлять испарение воды. Это, по-видимому, одна из важных технологий сокращения испарительных потерь воды из открытых резервуаров.В России с середины ХХ века предлагались способы, предусматривающие искусственное покрытие водной поверхности объекта пленкой из жидкого вещества с низкими показателями теплоемкости, теплопроводности и высокими показателями поверхностного натяжения, с удельным весом, меньшим, чем удельный вес воды. В частности, в [10] предлагалось использовать маслянистую вязкую жидкость биологического или минерального происхождения (растительные масла или углеводородное сырье для необитаемых водоемов). Жидкость, вытекая из специальных сосудов, размещенных в нескольких точках по периметру водоема, распределяется по поверхности водоема, в количестве, достаточном для покрытия всей площади водоема пленкой минимальной толщины.

В Австралии в лабораторных условиях были проведены исследования по определению оптимальных веществ, которые можно использовать для уменьшения испарения воды. Среди тестируемых поверхностно-активных веществ были биоразлагаемые жирные спирты с низким уровнем токсичности, которые показали наибольшую устойчивость к разрушению в воде при нагревании (гексадеканол и октадеканол). Первый полевой эксперимент был проведен в начале 50-х годов. Было получено снижение испарения на 30%, что вызвало интерес исследователей и правительств некоторых стран [11].

5. Биологические покрытия

Плавающие водные растения способны уменьшать испарение с водохранилищ за счет уменьшения нагревания воды, но при использовании растений необходимо учитывать воду, истраченную для транспирации. Исследования в Таиланде показали, что ряска может снизить испарение до 10% [12].

Пальмовые ветви, которые обычно доступны в засушливых регионах, можно использовать для покрытия водоемов. Исследование, проведенное в Саудовской Аравии, показало, что среднее снижение испарения при использовании плавающего покрытия, состоящего из пальмовых листьев, составило 58% для полностью покрытого бассейна [13].

ВЫВОДЫ

  • Физические методы уменьшения испарения позволяют экономить большой процент воды (между 70 и 95%), требуются большие капитальные затраты, но техническое обслуживание недорого, a xимические методы уменьшения испарения экономят меньший процент воды (между 20-40%), не требуют больших капитальных затрат, но затраты на техническое обслуживание значительны.
  • Метод инжекции воздушных пузырьков в воду является самым эффективным методом уменьшения испарения в глубоководных водоемах (с глубиной более 18 м).
  • Покрытия плавающими водными растениями могут обеспечить значительное уменьшение объема испарения.

Вполне очевидно, что эффективность применения любого метода для уменьшения испарения увеличивается с ростом глубины водного объекта. Влияние площади поверхности должно быть наиболее заметно для химических способов защиты, так как под действием волн пленки разрушаются, а влияние ветра зависит от длины разгона. Кроме того на разрушение пленки влияет температура воды. В дальнейшем предполагается разработать четкие критерии применения описанных выше методов.

 

 

Узнать цены на
☎️ +7 (960) 823-40-80

Остались вопросы ?

Оставьте свои контактные данные и наши специалисты свяжутся с вами в ближайшее время.

Нажимая кнопку, я даю согласие на обработку персональных данных
г. Самара, улица Ерошевского, дом 31, офис №1.
© 2020 Все права защищены.
Оставьте заявку и наш менеджер вам перезвонит
Оставить заявку
x