Víztisztítás — napenergiás és vákuumos lepárlás

Mi ez?

Módszerek, amikkel már meglévő, de szennyezett, sós vagy kórokozókkal terhelt vízből tiszta ivóvíz készíthető párologtatás-kondenzáció útján. (Nem a víz megszerzéséről szól — arról ld. Harmatfogás és Ködháló — hanem a meglévő víz tisztításáról.)

Mire jó?

A WHO/UNICEF Joint Monitoring Programme becslése szerint világszerte kb. 2 milliárd ember nem fér hozzá biztonságosan kezelt ivóvízhez — gyakran azért, mert az elérhető víz szennyezett vagy sós, nem azért, mert egyáltalán nincs víz a közelben. A lepárlás pontosan ezt a problémát oldja meg: bármilyen vízforrásból (tengervíz, szennyezett felszíni víz, akár vizelet) tiszta desztillátumot állít elő.

Fizikai alapja

Ha vizet forráspontig hevítünk, a víz gőzzé válik, de az oldott sók, kórokozók és a legtöbb szennyeződés nem párolog el vele — ezek a folyadékfázisban maradnak. A gőzt egy külön, hidegebb felületen visszakondenzáltatva tiszta vizet kapunk.

A vákuumos lepárlás trükkje a Clausius–Clapeyron-összefüggésből következik: a víz forráspontja a környező nyomástól függ — minél alacsonyabb a nyomás, annál alacsonyabb hőmérsékleten forr a víz. Kb. 0,1 atmoszféra nyomáson (nagyjából 10 kPa) a víz már ~45-46 °C-on forr, nem 100 °C-on. Ez drasztikusan csökkenti az energiaigényt — cserébe kell egy vákuumszivattyú és légmentes rendszer.

Története

A lepárlás elve ókori: Arisztotelész (Kr. e. 4. század) már leírta a párolgáson alapuló sótalanítást. A középkori arab alkimisták finomították a lepárló-berendezést (alembik), ami a mai desztillációs eszközök őse.

Egyszerű megoldás

Napenergiás still (solar still). Egy gödröt ásunk, aljára nedves talajt/növényzetet (vagy szennyezett vizet egy edényben) teszünk, a gödröt átlátszó fóliával fedjük le, közepére egy követ helyezve, hogy a fólia egy pontba lejtsen. A nap felmelegíti a gödröt, a nedvesség elpárolog, a fólia alsó felén lecsapódik, majd a lejtés miatt egy középre helyezett gyűjtőedénybe csorog. Napi hozama kicsi (kb. 1 liter/nap), de nulla energiaigénnyel, pusztán anyagból építhető.

Haladó megoldás

A napenergiás still hatásfoka növelhető nagyobb gyűjtőfelülettel, dupla üvegezéssel (hőszigetelés), és a medence szigetelésével. Egy másik irány: kis léptékű, tüzelőanyaggal fűtött lepárló (egyszerű "pot still" jellegű felépítés, kondenzátor spirállal) — nagyobb hozam, de már energia-bevitelt igényel.

Ipari megoldás

Ipari léptékben a vákuumos lepárlás (multi-stage flash distillation, vacuum multi-effect distillation) a szabvány sótalanító eljárások egyike — az alacsonyabb forráspont miatt jelentősen kevesebb energiát igényel, mint az atmoszférikus lepárlás. Alternatívaként a fordított ozmózis (reverse osmosis) membrán-alapú, nem hőenergia-alapú megoldás — érdemes megjegyezni, hogy ez egy elvileg más módszer, nem a lepárlás finomítása.

Saját építés

Alapfelépítés egy házi vákuumos lepárlóhoz: egy zárt, fűthető tartály (a "forraló oldal"), ehhez csatlakoztatva egy vákuumszivattyú (akár egy egyszerű membrán- vagy aspirátor-szivattyú is elég részleges vákuumhoz), és egy kondenzátor-spirál, ahol a gőz visszahűl folyadékká. A kritikus pont a légmentes tömítés — ha levegő szivárog be, a vákuum megszűnik, és a rendszer visszaáll atmoszférikus forráspontra.

(Ez egy tervezési/referencia-leírás — a tényleges megépítés, mérés és hatásfok-dokumentáció még hátravan. Ha ez elkészül, ide kerül a valódi build-log, fotó, mérési adat — ez adja a "Proof of Knowledge" különbséget a puszta leírással szemben.)

Tipikus hibák

• Solar still: nem elég légmentes a fólia lezárása; rossz lejtésszög, ami miatt a lecsapódott víz visszacsöpög a gödörbe a gyűjtőedény helyett; UV-álló fólia hiányában a fólia elhasad néhány hét alatt
• Vákuumos lepárló: rossz tömítés (a beszivárgó levegő megöli a vákuumot); a kondenzátum újraszennyeződése nem megfelelően tisztított csővezetéken keresztül; az energiaigény alábecsülése (a vákuumszivattyú saját energiafogyasztása)

Mérési módszerek

TDS-mérő (oldott szilárdanyag-tartalom, ppm), elektromos vezetőképesség-mérés, egyszerű pH-teszt, mikrobiológiai gyorsteszt-csíkok (kórokozó-jelenlét), párolgási/kondenzációs hozam mérése (ml/m² felület/nap).

Videók

(TODO)

Letölthető PDF

(TODO)