Опресненная вода: способы и методы получения

Несмотря на то, что 70,8% Земли покрыты водой, дефицит пресноводных ресурсов, наряду с загрязнением окружающей среды и изменениями климата, стал одной из самых актуальных повесток последних десятилетий. Из общего количества воды только 2,5% приходится на пресную – остается катастрофически мало, для постоянного растущего населения планеты. Среди альтернативных методов (системы сбора тумана, нано-очистители), которые действенны, но не способны в полной мере решить проблему, опресненная вода – шанс избежать апокалиптических сценариев.

Опреснение воды – методы обработки, позволяющие снизить концентрацию растворенных солей (как правило, до 1 г/л), чтобы можно было использовать воду для хозяйственных и питьевых целей.

Целесообразность метода подтверждается не только объемами имеющихся запасов морской воды, но тем фактом, что примерно 60% населения проживает именно в приморской полосе.

Почему опресняют воду?

Вода всегда считалась одним из важнейших элементов здоровой жизни, сегодня от ее наличия и качества зависит рост благосостояния, уровень образования, развития целого общества и стран. По данным Всемирной организации здравоохранения, у 2,1 млрд. человек нет постоянного доступа к чистой питьевой воде. Из них 1,3 млрд человек может добраться до благоустроенного (читай, чистого) источника воды в течение 30 минут, 263 млн человек для того же потребуется больше времени, 423 млн. берут воду из открытых источников (колодцы), 152 млн. используют неочищенную воду (озера, реки, ручьи), а значит, миллионы людей вместо того, чтобы заниматься развитием собственных идей, получением образования, полноценной работе должны тратить свое время и силы для добычи воды.

Кстати, ошибочно мнение, что дефицит пресной воды – удел засушливых регионов. Перебои с водой могут быть связаны с несколькими причинами:

• в США и Японии количество потребляемой воды для сельского хозяйства, промышленности и бытовых нужд превышает имеющиеся запасы;
• имеющиеся реки и водоемы загрязняются мусором. Это касается не только Китая или Индии, о которых сказано немало. Итальянская река Сарно или устья Миссисипи (США) отравлены различными отходами и мусором;
• неравномерное распределение ресурсов. Например, в России, которая занимает одно из лидирующих мест по объемам поверхностных пресных вод, большая часть ресурсов сконцентрирована в районах Дальнего Востока, Севера или Сибири, в то время как наибольшая плотность населения и промышленных объектов приходится на центральную и южную ее часть.

Как опреснить морскую воду

На сегодняшний день широкое применение нашли следующие методы: дистилляция, обратный осмос, электродиализ, вымораживание, химический.

Дистилляция (выпаривание, перегонка) основана на разнице составов воды и пара, получаемого при ее нагревании. В специальных установках вода прогоняется через большие камеры с нагревателями, затем опресняемая вода подается в последующие камеры. Сложность метода заключается в том, что во время выпаривания на системах нагревательных элементов быстро образуется накипь, ухудшая теплопроводность стенок теплообменника. Чтобы избежать этого используются добавки — это приводит к удорожанию процесса.

Завод Shoaiba 3 (Саудовская Аравия) производит дистилляционным методом до 880 тыс. куб.м. пресной воды в день.

Один из самых эффективных методов – обратный осмос: относительно недорогой, его установки не занимают много места, можно запустить автоматизированные линии. Морская вода (под давлением) пропускается через специальные мембраны, которые способны задерживать крупные молекулы соли и других примесей, в отличие от молекул воды.

Самый большой завод, работающий по принципу обратного осмоса, находится в израильском городе Хадера. За год установка опресняет 33 млрд. галлонов соленой воды. 

Для электродиализа нужен многокамерный аппарат (на одной стороне катионитовая, на другой – анионитовая мембраны). Во время электродиализа катионы и анионы разделяют, используя специальные мембраны и постоянный ток. Как итог, в промежуточных камерах остается обессоленная вода.

Самый большой завод по опреснению при помощи мембранных фильтров — Wonthaggi Desalination Plant (Мельбурн). Ежедневно перерабатывает 440 тыс. куб.м. воды.

Вымораживание пресной воды из морской происходит путем охлаждения последней до кристаллизации влаги. Из полученных кристаллов получают пресную воду.

Химический метод опреснения заключается в добавлении специальных реагентов на основе серебра или бария. При контакте с соленой водой, реагенты превращают растворенные в ней ионы соли (сульфаты, хлориды) в нерастворенные, и они выпадают в осадок. Дороговизна и токсичность химической реакции не позволили широко использовать метод.

Из общего количества опресненной воды в мире 96% получены дистилляционным методом, 2,9% — это электродиализ, 1% — обратный осмос, 0,1% – вымораживание, химические реагенты.

Уникальный метод опреснения используется в Западной Австралии — проект Carnegie Perth Wave Energy. Установка генерирует энергию от океанских волн и опресняет морскую воду. Метод должен стать стабильным источником питьевой воды для местного населения.

Можно ли пить опресненную воду?

Опресненная морская вода используется для бытовых нужд, обеспечения промышленных предприятий и сельскохозяйственных нужд. На тему вреда от потребления людьми опресненной воды, существует много мифов. Большая часть основана на том, что в опресненной воде концентрация химических реагентов очень высока, что впоследствии может стать причиной развития онкологических заболеваний. Однако реальных подтверждений данные теории не нашли.

Следует понимать, что непосредственно после опреснения воду не отправляют потребителям, опресненная вода должна пройти тщательный процесс водоочистки. Этим процессом нельзя пренебрегать, и следует отметить, что не пренебрегают, т.к. по своему составу морская вода от пресной отличается не только содержанием солей, но и большей концентрацией микроорганизмов и химических соединений. 

По-настоящему важной проблемой опреснения морской воды является тот факт, что после отделения пресной воды, морская вода (с повышенным содержанием соли) возвращается обратно в водоем. Это способно изменить и разрушить экосистемы водоема, поэтому проблему с водой пока рано называть разрешенной.

В каких странах опресняют воду

Естественно наиболее остро проблема дефицита воды наблюдается в странах с засушливым климатом — Саудовская Аравия, ОАЭ, Кувейт. Эти государства испытывали недостаток в пресной воде еще много десятилетий назад, а сегодня, когда численность их граждан увеличилась, климат меняется (дождей еще меньше), производственные и с/х потребности увеличиваются, проблема стала приобретать катастрофический оборот. 

Строительство заводов по опреснению позволило, если не решить полностью проблемы воды, то как минимум взять «отсрочку». Наибольшие мощности по опреснению морской воды сосредоточены в Саудовской Аравии: около 70% всей используемой воды в стране получено путем опреснения, оставшиеся 30% — берутся из подземных вод. Для работы 27 опреснительных станций требуется много электроэнергии, поэтому Саудовская Аравия, как и Арабские Эмираты, стараются внедрять альтернативные энергетические технологии, в частности солнечную энергию.

Следует отметить, что установка опреснительных заводов должна сопровождаться и целым рядом мер, направленных на экономию водного ресурса. Так, например, в Саудовской Аравии люди по-прежнему потребляют много воды. Власти страны сейчас всерьез задумываются над тем, как уменьшить объемы потребления.

Положительный пример продемонстрировали в Израиле. Решить водный дефицит удалось благодаря опреснению, использованию подземных вод, экономии (еще в школах детям объясняют о важности этого ресурса). Что касается сельского хозяйства, то здесь используются умные системы капельного полива: компьютер рассчитывает нужное количество воды для каждого конкретного растения и подает ее в шланг. И это дало свои результаты: пустыня превращается в оазис.