Вода и жизнь на Земле

Новиков Юрий Федорович

Опресненная дистилляцией вода имеет неприятный привкус и запах; в ней почти полностью отсутствуют важные в гигиеническом отношении ингредиенты — кальций, фтор, бикарбонаты и др. Длительное употребление такой воды может вызвать неблагоприятные изменения в организме человека. Кроме того, дистиллят обладает агрессивными свойствами по отношению к конструкционным материалам, и при транспортировании по стальным трубопроводам загрязняется продуктами коррозии. Поэтому на станции приготовления питьевой воды дистиллят подвергают обработке до уровня, соответствующего требованиям стандарта на питьевую воду.

В 1970 г. в Шевченко введена в эксплуатацию первая промышленная станция приготовления питьевой воды производительностью 30 тыс. м ³/сут.

На станцию поступает охлажденный дистиллят. Здесь его хлорируют. Артезианскую соленую воду очищают от железа и сероводорода путем хлорирования и фильтрования через кварцевый песок. Дистиллят смешивают с артезианской водой в напорном смесителе. Смесь доочищают но такой схеме: дезодорация, стабилизация и обогащение кальцием, фторирование и обеззараживание. Дезодорация смеси производится на восьми загруженных углем напорных сорбционных фильтрах. При фильтровании через уголь вода освобождается от органических соединений, придающих ей привкусы и запахи. Сорбционные фильтры периодически регенерируются. Обогащение воды кальцием происходит при фильтровании ее через мраморную крошку. На станции установлено шесть напорных мраморных фильтров, диаметром 3 м каждый. Высота фильтрующего слоя — 3 м. Мраморная крошка в фильтрах периодически промывается обратным током очищенной воды. Профильтрованную воду хлорируют, фторируют, и только после этого она поступает в подземные резервуары для очищенной воды, откуда затем подается в водопроводную сеть города.

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 м ³поливной воды. В г. Шевченко на каждого жителя приходится почти 10 м ²зеленых 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. км ²славится 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. м ³/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. м ³/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/м ². 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. м ²и производительностью 12 м ³/сут.

В 1969 г. в Туркмении на отгонных пастбищах совхоза «Бахарден» на колодце Овез-Ших построена первая очередь этого опреснителя площадью 600 м ², а в Каракумах — вторая очередь площадью 1,8 тыс. м ². 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 м ², так и опреснители по 100 м ²других 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/м ³, 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.