5 курс / ОЗИЗО Общественное здоровье и здравоохранение / Инновационное_развитие_науки_фундаментальные_и_прикладные

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

25.Andrade A. B., Ferreira N. S., Valerio M. E. G. Particle size effects on

structural and optical properties of BaF2 nanoparticles // RSC Adv. - 2017. - 7. - P. 26839-26848. https://doi.org/10.1039/c7ra01582h.

26.Caffrey A.J., Heath R. L., Ritter P. D., Dew C., Anderson D. F.,

Majewski S. Radiation damage studies on BaF2 and BGO scintillator materials // IEEE Transact. Nucl. Sci. - 1986. - 33. - № 1. - P. 230-234.

27.Vistovskyy V. V., Zhyshkovych A. V., Halyatkin O. O., Mitina N. E.,

Zaichenko A. S., Rodnyi, P. A. Vasil‘ev A. N., Gektin A. V., Voloshinovskii A. S.

The luminescence of BaF2 nanoparticles upon high-energy excitation // J. Appl. Phys. - 2014. - 116. https://doi.org/10.1063/1.4892112.

28.Hamada M. M., Nunoya Y., Sakuragui S., Kubota Sh. Suppression of the

slow compоnent of BaF2 crystal by introduction of SrF2 and MgF2 crystals // NIM A

– 1994. – 353. – P. 33-36.

29.Lindner R., Williams R. T., Reichling M. Time-dependent luminescence of self-trapped excitons in alkaline-earth fluorides excited by femtosecond laser

pulses // Phys. Rev. B - 2001. - 63. - 075110 (1-7). DOI: 10.1103/PhysRevB.63.075110

30.Itoh M., Itoh H. Stimulated ultraviolet emission from BaF2 under corelevel excitation with undulator radiation // Phys. Rev. B - 1992. - 46. - № 23. - P. 15509-15511.

31.Родный П.А., Гарибин Е.А., Веневцев И.Д., Давыдов Ю.И. Проблемы и перспективы применения люминесценции фторида бария // Научнотехнические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. - 2019. - 12. - № 1. - С. 9–24. DOI: 10.18721/JPM.12101

32.Lisitsyna L. A., Kоrеpаnоv V. I., Grеchkina Т. V. Effect of temperature

on processes of radiation-induced generation of primary defects in MgF2 crystals // Opt. Spectr. - 2003. - 95. - P. 746-801. https://doi.org/10.1134/1.1628723.

33.Lisitsyna L., Popov A., Karipbayev Zh., Mussakhanov D., Feldbach E.

Luminescence of MgF2-WO3 ceramics synthesized in flux of 1.5 MeV electron beam // Opt. Mat. - 2022. - 133. 112999 (1-8). https://doi.org/10.1016/ j.optmat.2022.112999

34.Sibley W. A., Facey O. E. Color centers in MgF2 // Phys. Rev.- 1968.- 174. - № 3. - P. 1076-1082.

35.Buckton M. R., Pooley D. The radiation damage process in MgF2 // J. Phys. C: Solid State Phys. - 1972. - 5. - Р. 1553-1562.

36Kraus H., Mikhailik V. B., Ramachers Y., Day D., Hutton K. B., Telfer J. Feasibility study of a ZnWO4 scintillator for exploiting materials signature in cryogenic WIMP dark matter searches // Phys/ Letters B – 2005. – 610. – P. 37-44.

37.Hizhnyi Yu. A., Nediko S. G, Nikolaenko T. N. Theoretical investigation

of luminescence centers in PbWO4 and CdWO4 crystals // NIM A – 2005. – 537. – P. 36-39.

109

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

38.Itoh M., Fujita N., Inabe Y. X-Ray photoelectron spectroscopy and electronic structure of scheeliteand wolframite -type tungstate crystals // J. Phys. Soc. Jap. - 2006. - 75. - № 8. 08475. DOI: 10.1143/JPSJ.75.084705

39.Nagirnyi V., Feldbach E., Jonsson L., Kirm M., Kotlov A., Luschik A.,

Nefedov V., Zadneprovski B. Energy transfer in ZnWO4 and CWO4 scintillators // NIM A - 2002. - 486. - P. 395-398.

40.Kolobanov V. N., Kamenskikh I. A., Mikhailin V. V., Shpinkov I. N., Spassky D. A., Zadneprovsky B. I., Potkin L. I. Zimmerer G. - NIM A - 2002. -

486.- P. 496505.

41. Krutyak N., Mikhailin V.V., Vasil‘ev A.N., Spassky D.A., Tupitsyna I.A., Dubovik A.M., Galashov E.N, Shlegel, V.N., Belsky A.N. // J. Luminesc. - 2013. -

144.- P. 105-109.

42.Ovechkin А.Е., Ryzhikov V.D., Tamulaitis G., Zukauskas A.

Luminescence of ZnWO4 and CdWO4 crystals // Phys. Stat. Sol. (a) - 1987.- 103. - P. 285-290.

43.Watterich A.A., Kovacs L., Wurz R., Schon F., Hofstaetter A., Scharmann A. Electron spin -resonance (ESR) and electron-nuclear double-

resonance (ENDOR) study of the self-trapped hole in ZnWO4 single crystals // J. Phys.: Condens. Matter. - 2001. - 13. - P. 15951605.

44. Lisitsyn V.M., Valiev D.T., Lisitsyna L.A., Tupitsyna I.A., Polisadova E.F., Oleshko V.I. Sресtral kinetic characteristics of Li, Bi-activated cadmium tungstate crystals // J. Appl. Spectr. - 2013. - 80. - P. 361-365.

45.Bechinger C., Oefinger G., Herminghaus S., Leiderer P. On the fundamental role of oxygen for the photochromic effect of WO3 // J. Appl. Phys. -

199.- 74. - № 7. - P. 4527-4533.

46.Madhavi V., Kondaiah P., Hussain O. M., Uthanna S. Structural, optical, and luminescence properties of reactive magnetron sputtered tungsten oxide thin films // ISRN Optics - 2012. - ID 801468, 8 pages doi:10.5402/2012/801468.

47.Niederberger S., Bartl M. H., Stucky G. D. Benzyl alcohol and transition metal chlorides as a versatile reaction system for the nonaqueous and lowtemperature synthesis of crystalline nano-objects with controlled dimensionality markus // J. Am. Chem. Soc. - 2000. - 46. - P. 13642-13643.

48.Park S., Kim H., Jin Ch. Lee Ch. Intense ultraviolet emission from

needle-like WO3 nanostructures synthesized by noncatalytic thermal vaporation // Nanoscale Research Letters - 2011. - 451. (1-6). http://www.nanoscalereslett.com/ content/6/1/451

49.Gerard P., Deneuville A., Courths R. Characterization of a-WO3 thin films before and after colouration // Thin Solid Films - 1980. - 71. - P. 221-236.

50.Архангельская В.А. Гусева Е.В., Зингер Г.М., Королев Н.Е., Рейтеров В.М. Термостойкость F2‒ центров в радиационно-окрашенных кристаллах LiF с кислородосодержащими примесями // Опт. спектр. - 1986. –

61.- № 3. - P. 542-549.

110

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

51.Егранов А. В., Раджабов Е. А. Спектроскопия кислородных и водородных центров в щелочногалоидных кристаллах. Издательство Наука, Новосибирск. - 1992. - 161 с.

52.Qi L., Guo M., Han L., Gu H. Electrolytic coloration and spectral properties of O2—and Mg2+-codoped LiF crystals // Spectrochimica acta, Part A: Molecular and biomolecular spectroscopy - 2015. doi:http://dx.doi.org/10.1016/ j.saa.2015.07.059

53.Лобанов Б. Д., Максимова Н. Т., Цирульник Н. А., Щепина Л. И., Волкова Н. В. Кислородные центры в кристаллах LiF и NaF // Опт. спектр. - 1984. - 56. № 1. - P. 172-174.

54.Парфианович И. А., Хулугуров В. М., Лобанов Б.Д., Mаксимова H. Т. Люминесценция и вынужденное излучение центров окраски в LiF // Изв AH CCCP, сeр. физ. // 1979. – 43. – C. 1125-1132.

55.Meistrich V. L. ESR and optical studies of O2in NaF // J. Phys. Chem. Solids - 1968. - 29. - P. 1111-1118.

56.Kanzig W., Cohen M. H. Paramagnetic resonance of oxygen in Alkali Halides // Phys. Rev. Letters - 1959. - 3. - № 11. - P. 509-510.

57.Rolf J., Lipsett F., King W. Optical absorption and fluorescence of oxygen in alkali halide crystals // Phys. Rev. - 1961. - 123. - P. 447-454.

58.Lavrich D. J., Buntine M. A., Serxner D., Johnson M. A. Observation of the A2Пu←X2Пg dissociative transition in isolated O2‒ using mass-selected

photofragmentation spectroscopy // J. Chem. Phys. – 1993. – 99. - № 8. –

P.5910-5916.

59.Ребане Л.А. Люминесценция примесной молекулы O2‒ в щелочногалоидных кристаллах // Тр. инст. физики и астрономии АН Эст. ССР

– 1968. – 37. – C. 14-45.

60.Панова А.Н., Угланова В.В. Спектры возбуждения и люминесценции О2‒ ионов в кристаллах LiF // Сб. научных трудов ВНИИ монокристаллов. - 1979. - C. 38-41.

61.Rolfe. J. Low-temperature emission spectrum of О2‒ in alkali halides // J. Chem. Phys. - 1964. - 40. - P. 1664-1670.

62.Sibley W.A., Facey O. E., Color centers in MgF2 // Phys. Rev. - 1968. - 174. - № 3. - P. 1076-1082.

63.Blunt R. F., Cohen M. I. Irradiation-induced color centers in magnesium fluoride // Phys. Rev.- 1967.- V. 153, №3.- P. 1031−1038.

64.Лисицына Л.А., Корепанов В.И., Гречкина Т.В. Влияние температуры на процессы радиационного создания первичных дефектов в кристаллах MgF2 // Опт. спектр. - 2003. - 95. - № 5. - C. 797-801.

65.Шварц К.К, Кристапсон Я.Ж., Лусис Д.Ю., Подинь А.В. Фтористый литий: оптические свойства и применение в термолюминесцентной дозиметрии - Радиационная физика - 1967. - 5. - P. 179-235.

111

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

66.Stoebe T. G. Influence of OH– ions on infrared absorption and ionic conductivity in lithium fluoride crystals // J. Phys. Chem. Solids. - 1967. – 28. – P. 1375-1382.

67.Wedding B., Klein M. Infrared absorption of the Hydroxyl ion in Alkali Halide crystals // Phys. Rev. - 1969. - 177. - P. 1274-1288.

68.Meistrich M. L. U.V. and I. R. absorption in OH–-doped NaF // J. Phys. Chem. Solids - 1968. - 29. - P. 1119-1125.

69.Vora Н., Jones J. H., Stoebe T. G. Hydroxil ions and absorption band in Mg and Ti doped thermoluminеscent LiF single crystals // J. Appl. Phys - 1975. - 46. - P. 71-77.

70.Накамото К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений. - М., – 1966. – 473 с.

71.Юрченко Э. Н., Кустова Г. Н., Бацанов С. С. Колебательные спектры неорганических соединений. – Новосибирск, – 1981. – 390 с.

72.Clark G. V., Doyle W. P. Infra-red spectra of anhydrous molybdates and tungstates // Spectr chem. Acta – 1966. – 22. – 1441-1447.

73. Grassmann H., Moser H.-G. Scintillation properties of ZnWO4 //

J.Lumines. - 1985. - 33. - P. 109-113.

74.Nagirnyi V., Feldbach E., Jonsson L., Kirm M., Kotlov M., Luschik A.,

Nefedov V., Zadneprovski B. Energy transfer in ZnWO4 and CdWO4 scintillators // NIM A – 2002. - 486395-398.

75.Krutyak N, Mikhailin V.V., Vasil‘ev A.N., Spassky D.A., Tupitsyna I.A., Dubovik A. M., Galashov E. N., Shlegel V. N., Belsky A. N. // J. Luminesc. – 2013.

– 144. – P. 105-114.

76.Ovechkin А. Е., Ryzhikov V. D., Tamulaitis G., Zukauskas A.

Luminescence of ZnWO4 and CdWO4 crystals // Phys. Stat. Sol. (a). – 1987. – 103.

– P. 285-290.

77.Wang Hong, Medina Fernando D., Antonious Maged S., Ptlrkdnyi Cyril, Haky Jerome E., Baird Donald M., Zhou Ya-Dong. Spectroscopic studies of ZnWO4 single crystals // Chem. Phys. Letters - 1993. - 205. - P. 497-501.

78.Spassky D., Omelkov S., Magi H., Mikhailin V., Vasil‘ev A., Krutyak N., Tupitsyna I., Dubovik A., Yakubovskaya A., Belsky A. Energy transfer in solid solutions ZnxMg 1-xWO4 // Opt. Mat. - 2014. - 36. - P. 1660-1664.

79.Kalinko А., Kuzmina A., Evarestov R.A. Ab initio study of the electronic

and atomic structure of the wolframite-type ZnWO4 // Sol. St. Comm. - 2009. - 149. - P. 425-428.

80.Watterich A., Kovacs L., Gilliam O. R., Kappers L. A. Роint defects

identified by spectroscopic methods in ZnWO4 single crystals // Rad. Protect Dosim. - 1996. - 65. - № 1-4. – P. 97-100.

81.Lisitsyna L. A., Lisitsyn V. M. Composition nanodefects in doped lithium fluoride crystals // Physics of the Solid State - 2013. - 55. - P. 2297-2303.

112

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

82.Lisitsyna L., Popov A., Karipbayev Zh. T. Temperature dependence of luminescence of LiF crystals doped with different metal oxides // Low Temperature Physics - 2020. - 46. - № 12. - P. 1450-1455.

83.Cywinski R., Damm J. Z. Generation of O2 molecular ions in electronirradiated KBr and KJ crystals // J. Lumines. - 1982. - 27. - P.327-332.

84.Chandra A. Impurity effects on the Ionization states of F-aggregate color centers in Sodium Fluoride // J. Chem. Phys. - 1969. - 51. - № 4. - P. 1499-1509.

85.Dweck I. A, Hooper H. O., Bray P. I. Electron spin resonance studies of atomic hydrogen and tritium in LiF // Bull Amer. Phys. Soc., ser.11 - 1962. - 7. -

№1. - P. 51-55.

86.Meistrich M. L. ESR and optical studies of О2‒ in NaF // J. Phys. Chem. Solids - 1968. - 29. – P. 1111-1118.

87.Kanzig W., Labhart M. Molecular and magnetic order in alkali hyperoxides: a short review of recent work // J. Phys. – 1976. – 37. – P. C7-39.

88.Kasumato Y. ESR studies of neutron –irradiated LiF crystals // J. Phys. Soc. Japan - 1973. - 35. - № 5. - P. 1442-1449.

89.Zahani F., Sebais M. UV-visible emission of (O2‒-F+) centers in KBr //

Cryst. Res. Technol. - 2007. - 42. - № 11. - P. 1123-1125. DOI 10.1002/crat.200710973

90. Шнайдер А.Г., Иванов Н.А., Хулугуров В.М. О природе красного свечения в кристаллах фтористого лития // Опт. спектр. - 1997.- 83. -

P.102-106.

91.Кortov V.S., Zvonarev S.V., Medvedev A.I. Pulsed cathodoluminescence of nanoscale Aluminum oxide with different pluse compositions // J. Lumines. – 2011. – 131. - № 9. - P. 1904–1907.

113

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Глава 6.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЕ ОПРЕСНЕНИЯ ВОДЫ

Шаньгин Евгений Сергеевич

д.т.н., профессор

Некрасов Алексей Владимирович

к.э.н., доцент

Чубарова Ольга Ивановна

к.э.н., доцент

Кочина Татьяна Борисовна

к.т.н., доцент ФГБОУ ВО «Нижневартовский государственный университет»

Аннотация: в данной научной работе проанализированы сильные и слабые стороны различных технологических схем для опреснения соленой воды, в частности с помощью электрогидравлического эффекта. Даны практические рекомендации по применению электрогидравлического эффекта - для упрощения конструкции предложена схема генерации высоковольтного разряда в жидкости на основе индукционного накопления энергии.

Ключевые слова: электрогидравлический эффект, питьевая вода, способы опреснения, обратный осмос, дистилляция воды.

APPLICATION OF THE ELECTROHYDRAULIC EFFECT

IN THE TECHNOLOGICAL SCHEME OF WATER DESALINATION

Shangin Evgeniy Sergeevich

Nekrasov Alexey Vladimirovich

Chubarova Olga Ivanovna

Kochina Tatyana Borisovna

Abstract: in this scientific work, the strengths and weaknesses of various technological schemes for desalination of salt water are analyzed. The application of the electrohydraulic effect for these purposes is considered. Practical recommendations are given on the application of the electrohydraulic effect, for example, to simplify the design, a scheme for generating a high-voltage discharge in a liquid based on inductive energy storage is proposed.

Key words: electrohydraulic effect, drinking water, desalination methods, reverse osmosis, water distillation.

114

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Проблема снабжения пресной водой населения Земли является одной из наиболее важных и сложных проблем, которые сталкиваются современные общества, что привлекает внимание к этой проблеме многих ученых [1, 3, 4 и др.]. Несмотря на то, что на Земле есть достаточное количество воды, только небольшая доля этой воды пригодна для употребления человеком. Некоторые научные данные, касающиеся проблемы снабжения пресной водой населения Земли, включают в себя следующие факты:

По оценкам ООН, более 2 миллиардов человек не имеют доступа к безопасной питьевой воде, а 4,2 миллиарда человек не имеют доступа к безопасным условиям санитарии и гигиены;

Согласно отчету Всемирной комиссии по водным ресурсам, к 2025 году около половины населения мира может столкнуться с нехваткой воды;

Изменение климата и экологические проблемы также усугубляют проблему доступности пресной воды. К примеру, глобальное потепление приводит к таянию ледников, что уменьшает запасы пресной воды. Загрязнение водных ресурсов также снижает количество доступной пресной воды для употребления человеком.

Решение проблемы доступности пресной воды требует комплексных подходов, включающих в себя улучшение инфраструктуры для доступа к водным ресурсам, совершенствование технологий очистки и обеззараживания воды, а также сокращение потребления воды и повышение эффективности ее использования. Таким образом, тема опреснения воды становится все более актуальной в свете изменения климата и растущей потребности в чистой питьевой воде. Одним из основных способов опреснения воды является обратный осмос, который позволяет удалить соли и другие примеси из морской воды. Однако обратный осмос имеет свои недостатки, такие как высокая стоимость и низкая эффективность удаления микроорганизмов и токсинов. Кроме того, он потребляет большое количество энергии и может

приводить к загрязнению окружающей среды из-за выброса отходов. В последнее время исследователи активно ищут новые способы опреснения воды, такие как использование нанотехнологий и солнечной энергии. Например, некоторые исследования показывают, что использование графена и других материалов на основе углерода может увеличить эффективность опреснения воды и снизить затраты на энергию. Также, для более эффективного опреснения воды важно рассмотреть вопросы охраны и восстановления экосистем, включая земли и водные ресурсы, на которых зависит чистая вода. В этом контексте принципы устойчивого развития должны быть учтены в разработке и реализации решений по опреснению воды.

Земная поверхность на 60% состоит из территорий, где источников пресной воды или совсем нет, или есть, но в очень небольшом количестве. Поскольку во многих засушливых областях мало пресноводных водоѐмов,

115

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

возникают проблемы с поливом почвы. Их можно было бы решить благодаря возможности использования для этих целей морскую воду. На Земле присутствует значительный запас такой воды, но из-за высокого содержания солей еѐ невозможно применять в хозяйственных целях. Чтобы выращивать сельскохозяйственные культуры, необходимо поливать их водой с очень низким содержанием солей. Если растения получат с влагой более 0,25% солей, они просто не будут расти. Также на них отрицательно скажется присутствие в воде щелочей.

Первое место в мире по наземным пресноводным ресурсам занимает Россия. Достаточно одного Байкала, чтобы удовлетворить сегодняшнюю потребность российского населения и промышленности в пресной воде. Однако большая часть водных ресурсов России сосредоточена в практически незаселѐнных и не освоенных районах Сибири, Севера и Дальнего востока. На высокоразвитые центральные и южные регионы с высоким уровнем промышленности, сельского хозяйства и плотности населения приходится только 20% пресноводных запасов. Страны Средней Азии (Туркмения, Казахстан, Узбекистан), а также Кавказ, Донбасс и юго-восточная часть Российской Федерации обладают большими минерально-сырьевыми ресурсами, а пресноводных источников не имеют.

В России есть большое количество подземных источников, уровень минерализации которых составляет от 1 до 35 г/л. Они не могут применяться для нужд населения, так как содержат большое количество солей, но после опреснения их вполне можно будет использовать. В процессе опреснения морской воды важным параметром является еѐ солѐность, под которой понимается масса сухих солей в граммах на 1 кг воды. Количество солей в единице объѐма жидкости может существенно колебаться в зависимости от моря. Например, Чѐрное, Каспийское и Азовское моря характеризуются как слабосолѐные. Средний показатель солѐности Мирового океана составляет 35 г/кг. Кроме пищевой соли (NaCl), морская вода содержит и ряд других химических элементов, в основном в виде ионов, которые можно получать из неѐ в промышленных масштабах: К+, Mg2+, Са2+, Sr2+, Br-, F-, H3BO3. Всего в морских недрах обнаружено около пятидесяти химических элементов в разной концентрации, среди которых литий (Li), рубидий (Rb), фосфор (P), йод (J), железо (Fe), цинк (Zn), молибден (Mo). Концентрация каждого элемента мала, но их общая масса определяет солѐность воды. Для пищи может быть пригодна вода, в которой содержится не более 0,001 г/мл солей. Для того, чтобы достичь такой концентрации, применяются различные технологии опреснения морской воды [1-4 и др.].

Попытки опреснения вод мирового океана пока не достигли необходимого масштаба. Это связано с несовершенством технологий опреснения, сложностью и дороговизной технологического оборудования. Пока технологии опреснения океанской воды до питьевого уровня хорошо

116

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

работают в ограниченных масштабах, например, на подводных кораблях. Там стоимость оборудования не является определяющей и ограничивающей применение его не только для получения воды, но и для получения кислорода для дыхания и работы агрегатов. С помощью таких технологий подводные плавательные устройства могут находиться под водой более месяца. С сожалением можно констатировать, что такие уникальные технологии и технические средства не нашли применения для организации получения пресной воды в промышленных масштабах в силу их дороговизны.

Рассмотрим историю становления технологий опреснения воды в хронологическом порядке. Опреснение воды как научно-техническая проблема насчитывает много веков. Основой такой технологии является процесс дистилляции, которая рассматривается как разделение смеси двух веществ. Дистилляция применяется в промышленности и в лабораторной практике для разделения и рафинирования сложных веществ: разделения смесей органических веществ. Например, разделение нефти на бензин, керосин, дизельное топливо и др.; получение душистых веществ в парфюмерии; очистка этилового спирта и для получения высокочистых неорганических веществ, например, металлов: бериллия, свинца, цинка, магнитя, кадмия, ртути; и неметаллов: серы, селена и др. Первые сведения о дистилляции относятся к I веку и упоминаются в работах греческих алхимиков в Александрии (Египет). В XI веке, у Авиценны, дистилляция упоминается как метод получения эфирных масел. С середины XIX века разрабатывается ректификация. Наиболее древним способом является процесс

сконденсацией пара в жидкость. К нему можно отнести следующие способы:

-простая перегонка – частичное испарение жидкой смеси путѐм непрерывного отвода и конденсации образовавшихся паров в холодильнике. Полученный конденсат называется дистиллятом, а неиспарившуюся жидкость

– кубовым остатком.

-фракционная дистилляция (или дробная перегонка) – разделение многокомпонентных жидких смесей на отличающиеся по составу части, фракции, путѐм сбора конденсата частями с различной летучестью, начиная с первой, обогащѐнной низкокипящим компонентом. Остаток жидкости обогащѐн высококипящим компонентом. Пример – крекинг-процесс.

-ректификация – способ дистилляции, при котором часть жидкого конденсата постоянно возвращается в куб, двигаясь навстречу пару в колонне, при этом чистота пара и конденсата повышается.

Дистилляция воды – перегонка жидкости, включающая процесс испарения с последующим охлаждением, в результате которого пары конденсируются и выпадают в виде капель. В качестве простого и наглядного примера можно привести закипание чайника, в процессе которого вода превращается в пар и затем вновь оседает в жидком виде на остывшую

поверхность. При таком испарении жидкость отделяется от нелетучих

117

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

твѐрдых веществ (посторонних частиц, солей, микроорганизмов), и это делает дистилляцию воды эффективным способом еѐ очистки от примесей. В результате выпаривания получают дистиллированную воду (или, так называемый, аква-дистиллят), обладающую определѐнными свойствами. Такая жидкость на 99% очищена от примесей, в том числе от минеральных солей, микроорганизмов, органических включений. При этом она хорошо растворяет любые вещества, не вступая с ними в реакцию и не влияя на их свойства.

Несмотря на то, что дистиллированная вода фактически пригодна для питья, еѐ не рекомендуется употреблять на протяжении длительного времени. Учитывая, что такая вода практически стерильна, она не содержит жизненно важных для человеческого организма химических элементов. Кроме того, полностью очищенная питьевая вода обладает не самым приятным вкусом.

Дистилляционные установки включают в себя испарители, нагревательные элементы, конденсаторы и сборники дистиллята. Сам процесс испарения может быть, как одно-, так и многоступенчатым. При этом из первичного пара получается до 90% пресной воды за одну ступень. В установках с многоступенчатым опреснением, когда не вскипевшая вода перетекает из одной камеры в другую, и так до 50-60 раз, выход воды увеличивается в 15-20 раз. Однако такие системы гораздо сложнее в работе из-за существенной концентрации солевого раствора на последних этапах и порчи оборудования из-за отложения солей на трубопроводах.

Недостатки дистилляции воды – достаточно дорогой, энергоѐмкий и трудоѐмкий процесс.

В число существующих способов дистилляции воды можно включить вакуумную перегонку – дистиллирование в вакууме с давлением намного ниже атмосферного, которое создают специальные вакуумные насосы и регуляторы. Кроме того, можно упомянуть опреснение воды с применением искусственного замораживания. Такая технология основана на отъѐме тепла при кипении воды в вакууме ниже точки еѐ замерзания. При впрыскивании солѐной воды тепло, затрачиваемое на испарение воды, отнимается от неиспарившейся еѐ части. Вследствие этого вода замерзает, образуя суспензию кристаллов пресного льда в рассоле.

Кроме рассмотренной технологии опреснения воды с использованием дистилляции учѐными разработаны и другие способы.

Химический способ. В воду вводят реагенты, которые связывают ионы солей и способствуют их выпадению в осадок. В качестве реагентов используются соли серебра и бария, причѐм их нужно до 5% от общего количества опресняемой воды. Реакция проходит с выделением ядовитых веществ, поэтому этот метод практически не используется.

Электродиализ. В ванну с рассолом устанавливают два электрода в виде электрохимических активных диафрагм (с пластмассовым или резиновым

118

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/