Способы борьбы за пресную воду

Недостаток пресной воды на земном шаре можно восполнять различными путями: опреснять морскую воду, а также заменять ею, где это возможно в технике, пресную воду; очищать сточные воды до такой степени, чтобы их можно было спокойно спускать в водоемы и водотоки, не боясь загрязнить, и использовать вторично; экономнее расходовать пресную воду, создавая менее водоемкую технологию производства, заменяя, где это можно, пресную воду высокого качества водой более низкого качества, и т. п.

Опреснение. Этот процесс сводится к тому, что в морской воде, 1 л которой содержит в среднем 35 г солей (это нормальная вода океанов), уменьшают содержание солей до 1-2 г и делают воду пригодной для питья.

Самый распространенный и технически несложный способ опреснения - дистилляция, перегонка: соленую воду нагревают, выпаривают; соль остается в растворе, а водяной пар конденсируют, и он превращается в дистиллированную воду. Дистилляцией получают 96% опресняемой в мире воды.

Греческие мореходы еще во время Платона и Аристотеля в длительных плаваниях у берегов, лишенных пресной воды, кипятили морскую воду и собирали пар в губки, из которых потом высасывали воду, чтобы утолить жажду.

Начиная с конца 19 в. дистилляцию широко применяли в опреснителях океанских пароходов, чтобы получить воду для паровых котлов.

В России первая промышленная береговая опреснительная установка дистилляционного типа была открыта в 1881 г. в безводном Красноводске, на берегу Каспия; ее производительность была 67 м³ в сутки.

Современные установки подобного типа используют в Кувейте, на берегу Персидского залива, где находится одно из самых богатых нефтяных месторождений мира, но нет пресной воды. Опреснители, берущие воду из Персидского залива, работают на местной дешевой нефти и дают 22 млн. л пресной воды в сутки.

Трубы для забора воды из Персидского залива Индийского океана для опреснителя в Кувейте. Фото ЮНЕСКО

Опресненную морскую воду пьют жители Гибралтара, некоторых районов Калифорнии, Ирана, Северной Африки, густонаселенных островов Карибского моря и Атлантики. Всего на земном шаре более 800 опреснительных установок, которые вырабатывали в 1974 г. приблизительно 1,3 млн. м³ пресной воды в сутки.

Опреснение воды путем дистилляции требует больших затрат тепловой энергии: для выпаривания 1 т (1 м³) воды требуется 500 млн. калорий, которые можно получить, сжигая, например, около 100 кг угля. В связи с этим в жарких засушливых странах (в частности, в Туркмении, Азербайджане, Армении), где острее всего ощущается недостаток воды, делают опыты с использованием для опреснения "бесплатной" энергии солнца.

Солнечные лучи собирают системой зеркал и направляют на сосуд с выпариваемой водой. Но такие "гелиоопреснители", не говоря о том, что их работа зависит от капризов погоды, очень громоздки и занимают большую площадь (на Антильских островах перегонная установка дает на каждый квадратный метр примерно 1 л воды - сутки).

Для крупных опреснительных установок экономичнее оказалось использовать атомную энергию. Особенно выгодно, когда энергия атомных реакторов применяется одновременно и для получения электроэнергии, и для опреснения воды.

Первая в мире подобная атомная опреснительная установка построена на берегу Каспийского моря.

В США рассматривается вопрос о строительстве ядерной опреснительной установки на 1 млн. м³ воды в сутки для водоснабжения Нью-Йорка.

На сравнительно высокую стоимость опресненной морской воды накладывается еще и стоимость доставки воды от опреснителя, установленного у моря, до места потребления воды, если оно находится в глубине материка.

Вторым способом опреснения воды является электрохимический, или электродиализ. Он основан на том, что при пропускании электрического тока через раствор, налитый в сосуд, в растворе начинают перемещаться ионы солей в соответствии со знаком заряда. Если разделить сосуд двумя ионопроницаемыми мембранами на три камеры и поместить в крайние анод и катод, то соленая вода, находящаяся в средней камере, между мембранами, будет постепенно опресняться по мере перехода ионов в ней к электродам.

В настоящее время существует примерно 150 электродиализных установок, дающих в общей сложности около 15 000 м³ пресной воды в сутки - менее 3% всей опресняемой в мире воды. Особенно выгодны такие установки для опреснения слабосоленых вод, так как расход электроэнергии пропорционален содержанию солей в воде.

Третий способ опреснения - гиперфильтрация, или обратный осмос,- основан на свойстве некоторых искусственно изготавливаемых фильтров (например, пластик из ферроцианида меди) пропускать только молекулы воды, задерживая растворенные в воде соли. Стоимость такого опреснения довольно высокая. Этим способом опресняется около 1% всей опресняемой воды.

Приблизительно 0,1% воды опресняется при помощи естественного или искусственного вымораживания.

Другие методы опреснения воды, например методы ионного обмена, экстракции, пока не получили широкого практического применения.

А может быть, в наш век синтетических веществ было бы целесообразней не опреснять соленую воду, а химически создавать абсолютно чистую воду, соединяя атомы самого распространенного во Вселенной водорода с атомами тоже весьма обычного элемента - кислорода?

Этот путь получения пресной воды еще более сложный и дорогой, чем опреснение морской воды. Ведь водород в свободном состоянии на Земле не встречается, его добывают из различных химических соединений. Сами химики, если им необходима для опытов химически чистая вода, приготовляют ее путем многократной дистилляции природной пресной воды, а не путем соединения кислорода с водородом.

"Так что океан остается пока единственным источником пресной воды на Земле.

Очистка сточных вод. Сточные воды отдельных предприятий, населенных пунктов и городов обычно спускают в реки и озера. Если сточные воды сбрасываются неочищенными, непригодными для использования становятся в десятки раз большие объемы воды, чем составляют они сами.

Сточные воды городских канализационных систем в той или иной степени очищаются сравнительно давно, и в этом отношении накоплен известный опыт. В результате фильтрования на грубых и тонких фильтрах, выдержки в отстойниках, применения биологически активного ила, химических веществ и т. д. можно добиться превращения стоков в чистую воду.

В начале века в Париже на глазах у любопытных туристов, посещавших городские водопроводные и канализационные сооружения, сторож за 3 франка выпивал стакан воды, полученной из очищенных стоков. В настоящее время более 90% городских стоков Нью-Йорка, Лос-Анджелеса, Сан-Франциско после очистки представляют собой чистую воду.

Обработка городских стоков не только предохраняет природные воды от загрязнения, но имеет еще и другие достоинства. При ферментации (сбраживании) ила в бродильных бассейнах получается высококалорийный горючий газ, который может быть использован в котельных. Ил, получаемый в результате обработки сточных вод, представляет собой необычайно богатое питательными веществами удобрение. Некоторые довольно крупные города США (Милуоки, Де-Мойн, Линкольн) покрывают значительную часть своих расходов по очистке сточных вод за счет продажи такого удобрения.

Сложней обстоит дело с очисткой промышленных стоков, поступающих с предприятий. Обычно они более "стойки" в отношении очистки, чем городские канализационные отходы. Стоимость очистных промышленных сооружений бывает очень высокой, что совсем не устраивает частных предпринимателей на западе. Этим и объясняется их стремление уклониться любыми средствами от сооружения очистных установок, поэтому и становятся возможными чудовищные случаи загрязнения природных вод в капиталистических странах.

В СССР, в условиях планового социалистического хозяйства, дело обстоит иначе. Хозяйственники обязаны строго выполнять все правительственные постановления об обязательной и тщательной очистке сточных вод промышленных предприятий. Широкая система мероприятий по охране и улучшению окружающей среды зафиксирована в законах об охране природы, изданных верховными советами союзных республик. Главными являются "Основы водного законодательства" Союза ССР и союзных республик, принятые Верховным Советом в 1970 г., и постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР Об усилении охраны природы и улучшении использования природных ресурсов", опубликованное в январе 1973 г. В "Основах водного законодательства" предусмотрен ряд мер по охране водных ресурсов от загрязнения. Запрещен пуск новых предприятий до ввода в действие очистных сооружений. Промышленным предприятиям предъявляются строгие требования в отношении правил сброса сточных вод и т. д. На оросительных системах предусмотрено проведение мероприятий по предотвращению загрязнения, засоления, заболачивания и эрозии почв. Запрещается наполнение водохранилищ без подготовки их ложа (вырубки леса и т. п.).

Наконец, забота об охране вод отражена и в основном законе Советского государства - в новой Конституции СССР. В статье 18 говорится: "В интересах настоящего и будущих поколений в СССР принимаются необходимые меры для охраны и научно обоснованного, рационального использования земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды, обеспечения воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей человека среды".

Экономия в расходовании пресных вод. Один из путей экономии - изменение технологических процессов производства, чтобы уменьшить расходование воды на единицу изделия, т. е. уменьшить "водоемкость" производства. Путь этот нелегкий и недешевый, в особенности для бурно развивающейся и потребляющей много воды химической промышленности. Перспективным представляется переход промышленности, особенно тепловых электростанций, на замкнутое оборотное водоснабжение, когда вода непрерывно циркулирует в технологической системе - после загрязнения (или нагревания) очищается (или охлаждается) и вновь вступает в производственный цикл.

В декабре 1978 г. Центральный Комитет КПСС и Совет Министров СССР приняли постановление "О дополнительных мерах по усилению охраны природы и улучшению использования природных ресурсов", в котором предусмотрено среди прочих мер применение безводных технологических процессов, оборотное водоснабжение, бессточная система водоснабжения и канализации.

Человеку жизненно необходимо лишь 1,5-2 л воды в день я питья да 2-3 л для приготовления пищи (это составляет менее 2 м³ воды в год!), все остальные сотни литров в день, которые тратит на себя современный человек, идут на санитарию и гигиену, на комфорт, на блага цивилизации. Совершенно не обязательно подавать по водопроводу горожанам в сутки все 300-500 л хорошо очищенной, пригодной для питья воды, значительная часть ее может быть более низкого качества. Для этого следует устраивать две системы водопровода - одну для подачи сравнительно небольшого количества воды высокого качества и другую для подачи основного объема воды менее высокого качества.

В некоторых городах, например, в Париже и Токио, такая дифференциация водоснабжения уже начата. В Ленинграде закладываются буровые скважины для технического водоснабжения. Десятки ленинградских промышленных предприятий с успехом эксплуатируют такие скважины, дающие слабоминерализованную воду, для своих технологических нужд. При этом сберегается большое количество питьевой, более дорогой воды.

Существенную экономию на земном шаре должно дать более рациональное и научно обоснованное использование пресной воды на орошение - основную статью расходования. В ряде стран при орошении тратят в 5-7 раз больше воды, чем требуется, так как придерживаются "дедовских", традиционных норм полива. В настоящее время на помощь земледельцам и ирригаторам приходят ученые - гидрологи, метеорологи, агробиологи,- рассчитывающие на основе данных о водном и тепловом балансе почвы, растений и приземного слоя воздуха оптимальные нормы полива. Экономить воду при поливе позволяет и переход на новые, усовершенствованные способы полива, например, замена полива по бороздам поливом дождеванием (разбрызгиванием) с помощью специальных машин. Переход на усовершенствованные способы и нормы полива способствует еще и борьбе с извечным врагом поливных земель - засолением, которое возникает, когда повышается уровень грунтовых вод и переувлажненная почва начинает усиленно испарять.

Экономить пресную воду можно и путем частичной замены ее в промышленности соленой морской водой. Так, в США в теплоэнергетике расходуется около 45 км³ соленой воды в год (почти 20% промышленного водопотребления); в Японии в 1965 г. почти 30% промышленного производства удовлетворялось морской водой.

Не раз упоминался в печати проект использования для водоснабжения полярных айсбергов. Предлагалось находить в океане антарктические айсберги и буксировать их в порты Перу, Чили, Австралии, страдающие от безводья.

Один из проектов подобного рода касается водоснабжения антарктическими айсбергами... Саудовской Аравии! По газетным сообщениям, уже организована французско-аравийская компания для осуществления его.

В СССР некоторые гляциологи предлагают искусственно ускорить таяние ледников и горных снегов в истоках рек, чтобы, усилив таким образом речной сток в Средней Азии, увеличить орошение и водоснабжение. Опыты дали успешные результаты, но по сути дела такое форсирование таяния ледников является тратой основного капитала, накопленного в течение столетий и тысячелетий (см. "Круговорот воды"), нарушением естественного водного баланса.