Вода и жизнь на Земле - Новиков Юрий Федорович

В городе много зеленых насаждений. А ведь каждое дерево выпивает 5—10 л воды в час, т. е. за год на одно дерево потребуется израсходовать 50—100 м3 поливной воды. В г. Шевченко на каждого жителя приходится почти 10 м2 зеленых насаждений, что больше, чем в некоторых столицах мира (Токио, Париж, Лондон и др.), не говоря уже о г. Эль-Кувейте, также живущем на опресненной воде.

Маленькое княжество Кувейт в Персидском заливе площадью 15,5 тыс. км2 славится богатыми месторождениями нефти и страдает от полного безводья. В Кувейте тонна нефти стоила намного дешевле тонны воды, привезенной из Ирака. В 1953 г. в Кувейте построен первый опреснительный завод, работающий на бесплатном попутном газе, прежде сжигавшемся в факелах на нефтепромыслах. Позже было введено в строй еще несколько опреснителей. Теперь Кувейт является крупнейшим в мире производителем опресненной воды. Построенные правительством 14 опреснительных заводов общей производительностью более 212 тыс. м3/сут полностью обеспечивают водой новый город Эль-Кувейт и все государство. В городе стала появляться зелень, но оплачивается она дорогой ценой; уход и полив каждого взрослого дерева или пальмы обходятся в 60—150 долларов в год.

Много опреснителей построено в районе Карибского моря на Малых Антильских и Багамских островах для водоснабжения населения и крупных нефтеперерабатывающих заводов. Работают опреснительные установки и во многих безводных и маловодных районах тропической зоны земного шара (Австралия, Ближний Восток, Северная Африка, Латинская Америка и др.), а в последние годы строятся уже и в увлажненной зоне — в Европе, Азии и Америке.

В окрестностях ливийской столицы вступила в строй первая очередь крупнейшего в Северной Африке теплоэнергетического комплекса. Он включает тепловую электростанцию мощностью 500 тыс. кВт и завод для опреснения морской воды производительностью 12 тыс. м3/сут. Вторая очередь комплекса действует с конца 1976 г. Введены в эксплуатацию еще два крупных электроагрегата, мощностью по 250 тыс. кВт каждый. Производительность установки по опреснению морской воды возросла почти вдвое.

Немногие суда, отправляясь в плавание, берут сейчас пресную воду. Гораздо выгоднее и удобнее получать ее непосредственно из морской воды с помощью испарительной установки, находящейся на борту корабля.

Японские ученые проводят эксперимент до промышленному опреснению морской воды. В г. Наганосу применен метод многоступенчатой дистилляции, основанный на способности воды закипать в условиях низкого атмосферного давления при температуре менее 100°. Насосы подают морскую воду на предприятие, где она проходит последовательно 50 камер, в которых давление постепенно понижается. Вода в них закипает при все более низких температурах, а образовавшийся пар конденсируется и превращается в пресную воду. С завершением строительства последней очереди этого предприятия, по расчетам специалистов, здесь будет производиться 100 тыс. т пресной воды в день.

Ученые давно искали пути использования дешевой солнечной энергии для опреснения воды. Ведь в природе этот процесс совершается с высокой эффективностью и в гигантских масштабах. Действительно, в южных районах, где солнечного тепла много, а пресной воды мало, для этого имеются благоприятные условия. Так, на широте Ашхабада сумма прямой солнечной радиации равна 1,866 Гкал/м2. Этого тепла достаточно для испарения слоя воды в 3 тыс. мм.

Хотя солнечное тепло и даровое, но гелиоопреснение обходится отнюдь не дешево и требует больших капиталовложений.

В СССР разработаны различные конструкции опреснителей (парникового типа и с концентраторами энергии, стационарные и переносные), подготовлен образец опытно-промышленного солнечного опреснителя площадью 2,4 тыс. м2 и производительностью 12 м3/сут.

В 1969 г. в Туркмении на отгонных пастбищах совхоза «Бахарден» на колодце Овез-Ших построена первая очередь этого опреснителя площадью 600 м2, а в Каракумах — вторая очередь площадью 1,8 тыс. м2. Теперь опреснитель обеспечивает водой две-три отары овец. В 1971 г. в Узбекистане сооружен еще один солнечный опреснитель парникового типа в совхозе «Шафрикан» Бухарской области. Как основной опреснитель площадью 600 м2, так и опреснители по 100 м2 других типов предназначены в основном для изучения и оценки технических и экономических возможностей гелиоопреснения.

Опреснить соленую воду можно также путем ее замораживания. Дело в том, что температура замерзания соленой воды ниже температуры замерзания воды пресной. При медленном охлаждении в соленой воде прежде всего образуются кристаллы пресного льда. Если полученный лед отделить от незамерзшей воды и расплавить его, то талая вода может быть вполне пригодной для питья.

Заморозить соленую воду можно при помощи природного холода или используя искусственное охлаждение. Метод естественного замораживания отличается низкой эффективностью и сезонностью работы, кроме того, может применяться только в определенной географической зоне. Поэтому замораживающий метод опреснения соленой воды разрабатывается преимущественно в расчете на искусственное охлаждение.

Первые опытные замораживающие опреснители были построены во Франции и мало чем отличались от обычных льдоделательных машин: тепло в них многократно передавалось через металлические теплообменные поверхности. Тепловая эффективность замораживающих опреснителей с теплообменом через стенку была очень низкой, поэтому расход электроэнергии в них достигал 60 кВт * ч/м3, и опресненная вода стоила дорого. Из-за низкой экономичности опреснители подобного типа не нашли практического применения.

Шведские химики успешно завершили эксперименты по опреснению морской воды. По их способу, воду смешивают с жидким бутаном, смесь быстро замерзает, и кристаллы соли легко отделяются. Затем лед растапливают в специальных цистернах для пресной воды. Бутан отделяют и используют снова. Энергетические затраты при этом методе сокращаются в 4 раза.

Опреснение соленых вод методом электродиализа основано на удалении ионов солей из раствора под действием поля постоянного электрического тока. Более 100 электродиализных опреснительных установок различного типа эксплуатируется в ряде районов Средней Азии, Казахстана, Украины, Северного Кавказа, Заволжья и т. д.

Известно, как трудно в степи с водой, особенно в знойную пору. Жажду испытывают люди, нечем напоить скот на отгонных пастбищах. Под землей же, на глубине нескольких метров, вода есть повсюду. Но, когда человек добирается до нее, его обычно ждет разочарование: вода солона и горька, пить ее невозможно. Как быть? Вот эту проблему и должны решить опреснительные установки, способные под воздействием электрического поля освободить воду от избытка солей.

Отделение ионов солей от воды можно наблюдать, если в ванну с соленой водой поместить катод и анод, соединенные с источником постоянного тока. Под действием разности потенциалов начинается перемещение ионов в соответствии со знаком их заряда, т. е. катионы передвигаются к катоду, а анионы — к аноду. При разряжении ионов на катодной пластине выделяется натрий, который мгновенно растворяется водой с образованием щелочи, и свободный водород в виде пузырьков газа. Одновременно на поверхности анодной пластины образуются кислород и хлор, и в результате взаимодействия атомарного хлора с водой — соляная кислота. Вблизи катода и анода вода становится соответственно щелочной и кислой.

Если разделить ванну ионопроницаемыми мембранами на три камеры, то соленая вода, находящаяся между мембранами, постепенно опресняется. Это происходит вследствие того, что в электродных камерах накапливаются ионы Н+ и ОН-, которые участвуют в переносе электричества через центральную камеру, где они соединяются, образуя воду. Ионы же Na+ и Cl-, перешедшие в электродные камеры, удаляются из них вместе с кислой и щелочной водой.