(57)
Реферат
Полезная модель относится к области экологических и энергетических технологий, а именно к использованию энергии градиента солёности для производства электроэнергии и одновременного снижения солёности Аральского моря.
Задачей полезной модели является создание устойчивой и самодостаточной системы, включающей многоступенчатую систему обратного электродиализа и аквакультурный комплекс. Такая система позволяет использовать высокую солёность воды Аральского моря и низкую солёность сточных вод городских очистных сооружений для выработки электрической энергии, постепенного снижения солёности до уровня, пригодного для рыбоводства, возврата обработанной воды обратно в Аральское море для восстановления его экосистемы, а также переработки твёрдых отходов аквакультуры в удобрения.
Техническое решение достигается за счёт применения в многоступенчатой системе обратного электродиализа ионообменных мембран Fumasep® FKS-PET-130 (катионные) и Fumasep® FAS-PET-130 (анионные), обладающих низким удельным сопротивлением (~0,4 Ом·см²) и высокой селективностью (~94%), что обеспечивает минимальные потери при переносе ионов и стабильность работы в условиях высоких концентраций солей. Мембраны характеризуются высокой механической прочностью (55-80 МПа), модулем Юнга 1300-1900 МПа и толщиной 130 мкм, что гарантирует долговечность эксплуатации.
Процесс работы системы включает три последовательно соединённых стека. Первый стек состоит из 273 ячеек при расходе воды 8,21×10⁻⁴ м³/с. Второй стек содержит 545 ячеек при расходе 1,64×10⁻³ м³/с. Третий стек включает 1090 ячеек при расходе 3,29×10⁻³ м³/с. Такая конфигурация обеспечивает пошаговое снижение солёности за счёт последовательного протока воды через мембранные пакеты, где создаётся градиент концентраций между ареалом высокосолёной воды Аральского моря и слабосолёной водой из очистных сооружений. На каждой стадии обеспечивается ионный транспорт, сопровождающийся выработкой электрической энергии: каждая ячейка даёт свой вклад в напряжение и ток, а совокупная мощность достигает значений, достаточных для покрытия энергопотребления насосов, вспомогательных систем и подачи избыточной энергии в сеть или накопители. В процессе понижения солёности на каждом этапе вода приближается к показателям обычной морской (около 30-35 г/л солей). После выхода из третьего стека поток используется для прецизионного рыбоводства в аквакультурных бассейнах, где параметры воды строго контролируются. Далее вода проходит дополнительную очистку и сбрасывается обратно в Аральское море, снижая его среднюю солёность. При этом твёрдые отходы, образующиеся в аквакультуре, перерабатываются и применяются в качестве удобрений для сельского хозяйства.
Основными преимуществами данной полезной модели являются:
• получение возобновляемой электроэнергии за счёт градиента солёности воды Аральского моря и сточных вод из городских очистных сооружений;
• интеграция с современными аквакультурными технологиями для социально-экономического развития региона;
• постепенное снижение солёности и экологическое восстановление Аральского моря;
• использование твёрдых отходов аквакультуры в качестве удобрений;
• полная энергетическая автономность комплекса за счёт самогенерации;
• подтверждённая экономическая эффективность: капитальные затраты - €153 000, эксплуатационные расходы - €6120 в год, уровень себестоимости электроэнергии - €0,338/кВт·ч.
(54)
Название
Многоступенчатая система обратного электродиализа для генерации электроэнергии и снижения солёности воды