Реалистичная программа колонизации Марса без планов терраформирования.

[Короб]

Ресурс современных установок водоочистки - десятки лет. Регламент раз в несколько месяцев, есть на сотни и тысячи человек. Заменить несколько поглотительных фильтров - и снова как молодая!

Поскольку нам вообще-то нужна питьевая вода, то от органики и сероводорода помогает аэрация и угольный фильтр на выходе. Если нужна совсем уж чистая вода, то стоит добавить ионообменные колонки.

Точно!
У нас же на Марсе угольные фильтры, ионообменные смолы, цеолиты в банках на каждом углу продаются, да и сами компоненты холмами насыпаны, знай себе лопатой в колбы засыпай.

[Короб]

Низкомолекулярную органику - нет, не убирает, по крайней мере не всю. Нормальных мембран с высокими коэффициентами разделения по паре скажем вода-метанол или вода-ацетон (да и ещё множество других) Вы не найдёте.

Высокомолекулярная органика в высоких концентрациях убьёт любую и очень быстро. Просто садится на поверхность, образует плёнки, а то и химически полимеризуется, и мембрана вообще перестаёт что-либо пропускать.

Точно!

[Rattus]

Высокомолекулярная органика в высоких концентрациях убьёт любую и очень быстро. Просто садится на поверхность, образует плёнки, а то и химически полимеризуется, и мембрана вообще перестаёт что-либо пропускать.

Несколько лет назад именно так убил стеклянный электрод pH-метра, просто померив им разок питательные бульоны. Никакое отмывание, вымачивание в кислоте не помогло ниразу.

[AlexAV]

Поскольку нам вообще-то нужна питьевая вода, то от органики и сероводорода помогает аэрация и угольный фильтр на выходе. Если нужна совсем уж чистая вода, то стоит добавить ионообменные колонки.

Вообще проблема тут делится на три для каждой из которых требуются разные подходы.

1) Очистка воды добываемой из пород на Марсе. Ну что там может быть... неорганические соли (главным образом сульфаты магния, натрия и железа, хлориды магния и кальция, перхлораты, чуть чуть солей тяжёлых металлов и, возможно, хроматов), может быть растворённый углекислый газ и метан (что в общем малоинтересно, т.к. они малотоксичны). В общем и всё, маловероятно, что там окажется что-то ещё. Это всё хорошо  и почти полностью может быть удалено дистилляцией, тут более-менее понятно.

2) Очистка канализационного стока. В общем продукт малотоксичный, но очень богатый органикой. Дистилляция тут умеренно эффективна (очень много веществ будет перегоняться вместе с водой), а любая мембрана, если на неё подать то, что течёт по канализации, мгновенно сдохнет. Однако тут может быть высокоэффективна биофильтрация (в несколько стадий, скажем аэробное окисление на первой и фитофильтры на второй, какая-нибудь ряска соединения азота из водных растворов может выбирать вплоть до совершенно микроскопических концентраций). Нужно отметить, что в этом цикле в системе могут накапливаться неорганические соли (прежде всего натрия, тут есть системный дисбаланс между потребностью в натрии животных (в том числе человека) и растений), поэтому скорее всего после биофильтрации потребуется удаление избыточных солей, что можно добиться  с помощью доочистки части циркулирующей воды с помощью осмотических мембран или дистилляцией. Плюс, возможно, еще для окончательной очистки от примесей органики на последнем этапе - фильтрация через угольный фильтр (или, может быть, озонирование).

Если осаждённый ил, образующийся на стадии аэробного окисления, по крайней мере частично удалять (т.е. выбрасывать в ближайший кратер ), то проблемы накопления чего-то вредного в цикле быть не должно.

3) Сбросные воды органического синтеза. Там будет содержаться целый коктейль органики, в том числе высокотоксичной, их проще с минимальной очисткой использовать только для технологических нужд, где возможное загрязнение не критично не допуская их попадания в контур питьевой воды. Заниматься их глубокой очисткой дело неблагодарное.

[Кремальера]

Нормальных мембран с высокими коэффициентами разделения по паре скажем вода-метанол

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ie302986y
Мембраны бывают разные,есть нано-фильтрации,ультра-фильтрации.Есть селективно настраиваемые(добыча того же золота из морской воды).По большому счету можно создать универсальное  моллекулярное сито,к тому же вакуум на Марсе бесплатный,-вода будет кипеть за даром.

если на неё подать то, что течёт по канализации, мгновенно сдохнет.

Есть вакуумные барабанные фильтры.
https://www.alarcorp.com/auto-vac.html
Они позволяют в одну ступень чистить сточные воды со свинячьих ферм до состояния чистой воды.Там на выходе конечно не СанПин,и пить это нельзя,но совместив это с обратным осмосом-вполне.
Единственно непонятно как на Марсе с диатомовыми водорослями.

[AlexAV]

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ie302986y

Это вообще не о том. Там они пар разделяют, а не жидкость. Более того, эта мембрана содержит в составе альгинат натрия и силу этого при контакте с жидкостью вообще будет быстро разрушаться (в силу его растворимости в воде).

Мембраны бывают разные,есть нано-фильтрации,ультра-фильтрации.Есть селективно настраиваемые(добыча того же золота из морской воды).

Ультра- и нано- фильтацией вода от низкомолкулярной органики вообще не отделяется, у последней молекулы слишком мелкие для этого, там отделение возможно только за счёт разного химического сродства (и/или коэффициентов диффузии) воды  и органического вещества в материале мембраны.

По большому счету можно создать универсальное  моллекулярное сито,к тому же вакуум на Марсе бесплатный,-вода будет кипеть за даром.

Мембраны бывают разные, но такой чтобы имела абсолютную селективность по всем возможным парам низкомолекулярным органическим веществам воды одновременно - едва ли возможны. Уж очень эта низкомолекулярная органика бывает разной, подобрать вещество которое имело бы ко всем низкое сродство одновременно крайне проблематично.

[AlexAV]

Они позволяют в одну ступень чистить сточные воды со свинячьих ферм до состояния чистой воды

Там же идёт только механическая фильтрация. Т.е. взвесь, эмульсии он отделит действительно практически полностью, а растворимую компоненту - нет. От того, что оттуда вытечет до чистой воды ещё очень далеко.

[Кремальера]

Это вообще не о том. Там они пар разделяют, а не жидкость. Более того, эта мембрана содержит в составе альгинат натрия и силу этого при контакте с жидкостью вообще будет быстро разрушаться

Ну так налейте воды в сковородку будучи на Марсе-что с ней произойдет?

о такой чтобы имела абсолютную селективность по всем возможным парам низкомолекулярным органическим веществам воды одновременно - едва ли возможны.

Сито моллекулярное.
https://www.mattershift.com/
https://advances.sciencemag.org/content/4/3/e1700938

а растворимую компоненту - нет

Ну так для ступени предочистки для последующего осмоса-сойдет.Но сейчас гунны на свою продвинутые RO-установки ставят керамические мембраны,они практически не засоряются механикой.,и при этом обладают всеми преимуществами классических RO-мембран.

[AlexAV]

Сито моллекулярное.

По низкомолекулярной органике почти бесполезно. Малая органическая молекула вроде бензола или фенола, не говоря уж метаноле или формальдегиде, через эту пору в 0,7 нм пройдёт не хуже воды.

[Valerij56]

Ресурс современных установок водоочистки - десятки лет. Регламент раз в несколько месяцев, есть на сотни и тысячи человек. Заменить несколько поглотительных фильтров - и снова как молодая!

Поскольку нам вообще-то нужна питьевая вода, то от органики и сероводорода помогает аэрация и угольный фильтр на выходе. Если нужна совсем уж чистая вода, то стоит добавить ионообменные колонки.

Точно!
У нас же на Марсе угольные фильтры, ионообменные смолы, цеолиты в банках на каждом углу продаются, да и сами компоненты холмами насыпаны, знай себе лопатой в колбы засыпай.

   
Ну да, вы всё же мечтаете отправиться на Марс с лопатой наперевес.
   
Запас реагентов "на все случаи жизни" для 15 человек первого экипажа, достаточный на два синода без труда поместится в небольшом ящике (точнее в нескольких маленьких ящиках на разных кораблях, чтобы не складывать все яйца в одну корзину. А через синод уже не надо быть готовым "ко всему", потому, что состав воды в разных точках известен, и технология очистки заранее отработана на Земле.
   
В этом плюс воды, отбираемой из производства топлива. Да, там будут небольшие примеси, но состав и концентрация этих примесей известны ещё на Земле, поэтому не будет неожиданности. ИМХО, от органики поможет озонирование.
   

[Valerij56]

Сито моллекулярное.

По низкомолекулярной органике почти бесполезно. Малая органическая молекула вроде бензола или фенола, не говоря уж метаноле или формальдегиде, через эту пору в 0,7 нм пройдёт не хуже воды.

   
Аэрация снижает содержание органики в воде, ещё лучше справляется озон. Делать это лучше до "чистого фильтра2 и мембраны.

[AlexAV]

Ну так для ступени предочистки для последующего осмоса-сойдет.

Пептиды всякие растворимые, жирные кислоты, в том числе непредельные, в виде анионов и т.д. в этом растворе тоже будут содержаться, причём довольно много. А для мембран все это ну крайне нежелательные компоненты. Осесть они на мембране осядут, вот только потом их удалить оттуда будет практически невозможно. Керамика тут не поможет (забьются поры смолистыми отложениями и дальше что?).

[Кремальера]

Малая органическая молекула вроде бензола или фенола, не говоря уж метаноле или формальдегиде, через эту пору в 0,7 нм пройдёт не хуже воды.

Для водоочистки MatterShift предлагает свой Ангстрем-фильтр   ,диаметр поры там чуть больше 3A -фенол не пролезет.

[Кремальера]

Керамика тут не поможет (забьются поры смолистыми отложениями и дальше что?).

Я имел дело только с морскими мембранами,и они действительно плохо поддаются регенерации,и их ресурс не велик.Хотя это было больше 10 лет назад,сейчас ситуация меняется в лучшую сторону.Но относительно обычных "сухопутных" мембран-не вижу никаких проблем.Качественные мембраны,от Dow,SAS великолепно регенирируются до 25 раз.Это мы говорим сейчас о классических рулонных мембранах.Прямоугольные керамические мембраны от гуннов имеют механо-очищающее устройство на подобие ультразвуковых автомобильных дворников.Поэтому они и упирают на "вечность" таких мембран.Пороюсь, скину ссылку.

[AlexAV]

Для водоочистки MatterShift предлагает свой Ангстрем-фильтр

Там очистка к ультрафильтрации вообще никакого отношения не имеет, это работает на разнице в химическом сродстве. А это вещь такая, очень индивидуальная. Можно подобрать материал под какой-то класс молекул, но не под все сразу. Фенол не пройдёт, а какой-нибудь формальдегид пройдёт.

Поэтому они и упирают на "вечность" таких мембран.

Ну так это от условий эксплуатации зависит. Если фильтровать водопроводную воду, где чего-то, кроме неорганических солей, очень мало, будет жить очень долго. Если подавать раствор, содержащий какую-нибудь линоленовую кислоту (ну и её соли и эфиры) - всё что угодно сдохнет быстро и навсегда (она будет не только осаждаться, но и полимеризуется, образуя слой полимера с высокой адгезией к поверхности на котором осаждается). Осмотические мембраны хороши для очисти воды от неорганических солей, но для чего-то богатого органикой явно не то, что нужно.

[Изобретатель]

Сообщений: 295
Рейтинг: +11/-6
Мне нравится этот форум!
     

Re: Реалистичная программа колонизации Марса без планов терраформирования.
« Ответ #3858 : 23 Апр 2019 [13:46:59] »
Цитировать (выделенное)
Цитата: pkl от 23 Апр 2019 [13:35:38]
Да это выбросы газовых гидратов, лёд подтаивает /на Марсе тоже глобальное потепление вроде как/ - метан высвобождается.
Так это подтверждение гипотезы о неорганическом происхождении нефти (Углеводородов)если на Марсе жизни не было.И ,или,подтверждение наличия развитой жизни в его далёком прошлом если права органическая гипотеза.Цитата: crazy_terraformer от Вчера в 09:26:26
Может ли оливин стать источником энергии для хемосинтетического сельского хозяйства, основой для культивирования биомассы микроорганизмов, из которой можно будет фабриковать суррогаты растительной пищи, мяса и мясопродуктов, аналог молока?

У меня тоже такая же мысль возникла. Только лучше не просто оливин, а оливин + сульфаты.

Т.е. получаем водород по реакции:

3Fe2SiO4 + 2H2O → 3SiO2 + 2Fe3O4 + 2H2 (с разумной для технического применения скоростью она идёт где-то при 700 градусах, то что протекает при комнатной температуре интересно для вопросов геохимии, но не практического применения)

Неорганическое происхождение метана и наличие  в прошлом марсианских морей позволяет предположить наличие крупных метангидратных месторождений .а длительно протекающая реакция оливина с водой с выделением водорода в присутствии углерода,при наличии активных глин в качестве катализатора вообще наводит на мысль о возможном наличии нефти на Марсе.("В фантастике "Ярданг восточный".)

[Кремальера]

вообще наводит на мысль о возможном наличии нефти на Марсе

Нефтяное El Dorado!? Где?!

[AlexAV]

Неорганическое происхождение метана и наличие  в прошлом марсианских морей позволяет предположить наличие крупных метангидратных месторождений .а длительно протекающая реакция оливина с водой с выделением водорода в присутствии углерода,при наличии активных глин в качестве катализатора вообще наводит на мысль о возможном наличии нефти на Марсе.("В фантастике "Ярданг восточный".)

Ну абиогенный метан, образующийся при серпентизации железосодержащих минералов, точно есть и наблюдается на Земле (и скорее всего был, а может и есть сейчас, на Марсе), а вот что-то тяжелее метана образующегося достоверно абиогенным путём вроде бы никто не видел.

[noxx77]

Нужно отметить, что в этом цикле в системе могут накапливаться неорганические соли (прежде всего натрия, тут есть системный дисбаланс между потребностью в натрии животных (в том числе человека) и растений), поэтому скорее всего после биофильтрации потребуется удаление избыточных солей,

Натрий/хлор из обработанных стоков в БСЖО убирают той же биофильтрацией солеросом европейским, он же саликорния.

[AlexAV]

Натрий/хлор из обработанных стоков в БСЖО убирают той же биофильтрацией солеросом европейским, он же саликорния.

Тоже хороший вариант.