Когда будет вода пригодна для потребления

Вывести на чистую воду: как работает система опреснения

Ни для кого не секрет, что на нашей планете больше воды, чем суши – свыше двух третей поверхности Земли покрыто водой. Но, пожалуй, для многих станет неожиданным тот факт, что менее трех процентов этого огромного количества воды является пресной. В некоторых засушливых регионах планеты приходится в буквальном смысле бороться за каждый литр воды. Сегодня в таких странах все чаще применяют промышленное опреснение. Для этого существуют различные современные методы, один из самых распространенных – обратный осмос. Именно так устроена новейшая система опреснения морских и океанических вод холдинга «Швабе». Рассказываем, как вода из соленой превращается в пресную.

Пресная вода: как капля в море

По подсчетам ученых, на Земле примерно 1,5 зетталитров воды. При этом запасы пресной воды составляют лишь 2,5% от этого объема. Более наглядно это можно изобразить так: если вся вода на нашей планете поместится в литровую банку, то только две столовые ложки воды из этой банки будут пресными. Из этого мизерного количества большая часть превратится в грунтовые воды, примерно четверть – в лед, а около двух капель станут пресной водой в реках и озерах. И вот это малое количество пресной воды нужно разделить на 8 млрд человек. Вместе с осознанием данного факта приходит понимание того, насколько важно подойти со всей ответственностью к использованию такого драгоценного ресурса.

Во многих развитых странах уже давно воспитывается культура экономии воды. Тем не менее сегодня в среднем каждый человек расходует около 100 литров ежедневно, а в некоторых странах, как, например, США, этот показатель достигает 500 литров. Конечно, речь идет не только о двух литрах воды в день для питья и воды для личной гигиены, большая часть потребления пресной воды приходится на производство продуктов питания. Кроме того, здесь учитываются и расходы на орошение. Сейчас все чаще растения не просто беспечно поливаются водой из шланга, постепенно внедряется система капельного орошения, когда точное количество воды подается для полива каждого саженца по отдельности.

Пока человечество переосмысливает подходы к использованию водных ресурсов, ситуацию с нехваткой чистой пресной воды осложняют и факторы, не зависящие от нас. В их числе и климатические изменения, повышение общей температуры Земли, а также различные природные катаклизмы. Осознавая все риски для источников пресной воды, человечество продолжает активную работу по поиску новых и более совершенных способов производства пресной воды.

Из соленой в пресную: от Аристотеля до наших дней

Уже сегодня для многих стран опреснение воды стало стратегической государственной программой, например для Израиля или ОАЭ. Ученые постоянно работают над совершенствованием способов, как сделать морскую воду пригодной для потребления.

На первый взгляд, эта задача не кажется сложной – всего лишь удалить 35 граммов соли из литра воды. Именно столько соли содержится в литре морской воды, а для питьевой эта величина не должна превышать одного грамма. Над этим задумывался еще Аристотель, пытаясь изобрести особые фильтры. В своих наблюдениях древнегреческий философ отмечал, что соленая морская вода, проходя через стенки воскового сосуда, опресняется. По сути, это были первые опыты с применением технологии обратного осмоса – этот метод найдет свое применение спустя более 2 тысяч лет, в середине XX века.

Кроме обратного осмоса, было придумано и множество других способов получить из морской воды опресненную, и даже в домашних условиях. Самый распространенный способ, который сегодня применяется не только путешественниками в экстремальных условиях, но и в промышленном опреснении, – дистилляция.

Опыт по дистилляции воды можно провести и в домашних условиях. Для этого достаточно разместить лист прозрачного пластика на чаше с соленой водой. Если поставить такую конструкцию под солнечные лучи, вода будет медленно испаряться. Образовавшийся в итоге конденсат на нижней стороне пластикового листа – это и есть пресная вода. Промышленные дистилляционные установки повторяют данный процесс в крупном масштабе, работая на электричестве, – дистилляция достаточно энергозатратна.

Сегодня применяется и множество других способов опреснения. Например, ионный обмен. Воду пропускают через фильтры из ионообменных смол – таким образом можно заменить ионы. К примеру, ионы натрия – на ионы водорода, а ионы хлора – на гидроксид-ионы. В итоге вместо NaCl (хлорид натрия, то есть та самая соль в морской воде) получается H₂O. Это и есть опреснение. По такому принципу работают некоторые бытовые фильтры водопроводной воды. Недостаток данного метода – в его стоимости. Ионообменные системы – достаточно затратны, поэтому для опреснения морской воды их практически не используют.

На сегодняшний день один из самых современных методов опреснения, который нашел применение и в крупных опреснительных установках, и на обычной кухне, основан на явлении обратного осмоса.

Обратный осмос: как это работает

Перед тем как разобраться, что такое обратный осмос, нужно понять явление обычного осмоса. Прямой осмос – это баромембранный массообменный процесс. Простыми словами его можно описать следующим образом: молекулы растворителя под осмотическим давлением через мембрану переходят на сторону раствора и разбавляют его. Раствор увеличивается, в свою очередь, под ростом гидростатического давления. Процесс прекращается, когда статическое и осмотическое давления приходят в равновесие. Таким образом для этого процесса нужны раствор, растворитель, а также барьер – полупроницаемая мембрана.

Кстати, именно прямой осмос лежит в основе обменных процессов всех живых организмов на клеточном уровне – так «работают» водно-солевой обмен, получение питательных веществ, вывод продуктов жизнедеятельности. В природе роль полупроницаемой перегородки играет стенка клетки. По иронии именно из-за осмоса и нельзя пить морскую воду. Когда соленая вода попадает в пищеварительный тракт, осмос вытягивает воду из клеток, в итоге наступают обезвоживание и смерть.

Однако процесс осмоса – обратимый. Если солевой раствор будет находиться под высоким давлением, молекулы воды станут проходить через мембрану в обратном направлении – в сторону емкости с чистой водой. Таким образом, полупроницаемая мембрана действует как очень тонкий фильтр: чистая вода проходит, а в контейнере остается меньшее количество более концентрированного солевого раствора.

Именно такой принцип лежит в основе работы новой установки МО-140-М от холдинга «Швабе». Разработана она для опреснения воды с высокими концентрациями соли (до 59 г/л) и окисляемыми примесями, например нефтепродуктами и взвесями. В ходе очистки также устраняются бактерии, вирусы, запах, привкус, мутность, минимизируется количество железа и марганца.

Так что система на основе обратного осмоса не только поможет получить питьевую воду из морской воды, но и особо чистую воду для медицины, промышленности и других нужд. Обратный осмос считается более экономически выгодной альтернативой промышленной дистилляции, однако стоимость строительства одного такого крупного водоочистительного сооружения может достигать миллионов долларов. Эти установки все еще могут быть непосильны для некоторых регионов, где присутствует дефицит питьевой воды.

В таких случаях на помощь могут прийти более компактные варианты, такие как новая система от «Швабе». К тому же она существенно дешевле существующих аналогов – если брать минимальную рыночную цену на подобное оборудование, экономия составит почти 25%. Эта техника точно будет востребована в Крыму и в других южных регионах России, которые периодически сталкиваются с проблемами обмеления водохранилищ из-за сильной засухи и, как следствие, ограничением водоснабжения.

Разработке пророчат и хороший экспортный потенциал. Функционал установки позволяет применять ее для опреснения воды практически любого моря. Потенциальными экспортными рынками сбыта могут стать Южная Африка, страны Персидского залива – там потребность в подобном оборудовании действительно высока.

События, связанные с этим

«Интерполитех»: зона особой безопасности

Вологодский оптико-механический завод: с прицелом на будущее

Источник

Можно ли пить воду из‑под крана?

Питьевая вода бывает разной: бутилированной, фильтрованной, это может быть вода из водопровода, с добавлением электролитов — список можно продолжать. Нужно ли нам покупать воду в магазине или ее можно пить прямо из-под крана? Давайте разбираться.

Почему лучше не пить воду из-под крана

Роспотребнадзор регулярно проверяет качество водопроводной воды по всей стране и заявляет, что она в целом соответствует санитарным нормам и безопасна для питья. Так ли это на самом деле? Многие соотечественники считают, что водопроводная вода в России безопасна для здоровья. Действительно, она очищается с помощью нескольких фильтров (с песком, углем, углеродом и так далее). Потом в нее добавляют хлор, который убивает микробы, включая те, которые могут завестись в старых трубах. В крупных городах (Москва, Санкт-Петербург, Ростов-на-Дону) жидкий хлор заменяют более безопасным гипохлоритом натрия.

Тем не менее постоянно пить водопроводную воду в России по-прежнему не рекомендуется. В регионах качество воды гораздо хуже, чем в столице. В центральной России в ней высока концентрация железа, в Сибири — кремния и марганца. На Ямале в водопроводной воде слишком много кальция, на Алтае — сульфатов. Эти химические вещества могут вызвать преждевременное старение, проблемы с зубами и кожей.

Самой чистой водопроводной водой пользуются жители Санкт-Петербурга и Москвы. Однако и в этих городах нет гарантии, что из-под крана течет абсолютно безопасная и здоровая вода. В столице, например, проточная вода довольно «жесткая»: она содержит большое количество солей кальция и магния. Иными словами, в ней много извести, о чем может свидетельствовать накипь в чайнике.

Источник

К 2050 году половина населения Земли может остаться без пресной воды

Запасы пресной воды необходимой для питья, выращивания пищи, производства энергии и практически всего остального катастрофически сокращаются. Более двух миллиардов человек из 7,6-миллиардного населения Земли уже ощущают нехватку или совсем не имеют доступа к запасам чистой воды. Об этом говорится в новом отчете ООН, опубликованном в июне, где также сообщается, что мир не сможет достигнуть ранее поставленной цели обеспечить все население планеты чистой водой и приемлемым уровнем санитарии к 2030 году. В этом же отчете говорится, что к 2050 году половина населения планеты не будет иметь доступа к запасам безопасной по санитарным нормам воды.

Как не крути, а главные ресурс для человека это вода.

Когда на Земле закончится вода

Специалисты, подготовившие доклад, отмечают, что два ключевых фактора приближают проблему общемировой жажды: рост населения и климатические изменения. И первым вопросом, требующим решения, является поиск баланса между соотношением количества проживающих на планете людей и конечным объемом доступных запасов воды.

Топ 10 стран, где отмечается нехватка чистой воды. Соотношение общего числа жителей (пунктирный круг) к числу людей, не имеющих свободного доступа к чистой воде (закрашенный круг)

Индия за последнее время увеличила доступ к запасам чистой воды в сельской местности, но по-прежнему возглавляет список стран по количеству населения, испытывающих нехватку водоснабжения. Здесь свободного доступа к чистой воде не имеют более 163 миллионов человек. На втором месте находится Эфиопия. Там нехватку чистой воды испытывают 61 миллион человек. Положение дел здесь значительно улучшилось с начала 2000-х годов, однако по-прежнему большой процент местных жителей ощущают нехватку пресной воды.

Без разработки альтернативных методов и технологий, позволяющих опреснять морскую воду в больших объемах, человечеству в будущем придется полагаться лишь на те запасы пресной воды, которые к тому моменту останутся на планете.

Основной объем пресной воды используется в сельском хозяйстве, в основном для орошения сельскохозяйственных культур, выращивания скота, а также в искусственных морских фермах для выращивания рыбы и растительных культур, использующихся в пищевой промышленности. С ростом мирового населения возрастут и потребности в объемах сельскохозяйственного производства, отмечается в докладе. В течение последних десятилетий наблюдается замедление роста уровня водозабора из пресных озер и рек для обеспечения сельского и промышленного хозяйств, а также населенных пунктов, однако этот показатель по-прежнему опережает темпы роста населения планеты, установившиеся еще в 40-х годах прошлого века.

Объемы использования воды опережают показатель роста населения планеты

Сколько будет стоить вода в будущем

Это означает, что совсем скоро каждая капля пресной воды будет на вес золота. В итоге всем нам придется принимать очень непростые решения тех или иных вопросов. Заселяем поля сахарным тростником для производства этанола – не сможем вырастить продукты для пропитания семьи. Построим на реке гидроэлектростанцию и люди ниже по реке не смогут ловить рыбу. Начнем качать грунтовые воды для собственных нужд, к нам в гости придет очень недовольный сосед, которому воды станет не хватать. Это лишь малая часть тех компромиссов, с которыми придется столкнуться человечеству. По мнению ученых, дефицит пресной воды — это одна из самых крупных проблем, с которой предстоит столкнуться человечеству, живущему в мире высокой индустриализации и глобализации.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.

«В мире просто недостаточно воды, чтобы удовлетворить все наши нужды», — говорит Паоло Д’Одорико, ученый-эколог из Калифорнийского университета в Беркли, чья команда провела анализ причинных связей между пищевым, водным и энергетическим дефицитом и опубликовала свои выводы в апреле этого года в журнале Reviews of Geophysics.

В выводах исследователей говорится, что в течение ближайших десятилетий ожидается существенное повышение потребления запасов воды энергетическим сектором. При этом альтернативные источники энергии проблему не решат, как многие могут подумать. Да, альтернативная энергия позволит снизить выбросы углекислого газа в атмосферу, но при этом способна навредить в других областях. Например, для выращивания биотопливных культур может потребоваться больше воды, чем при производстве и потреблении сгораемых видов топлива.

Ожидаемые объемы потребления воды энергетическим сектором для производства различных видов топлива. Под потребляемыми запасами воды понимаются невосполняемые источники. Прогноз основан с учетом заявленных мировыми державами обязательств постепенного отказа от горючих видов топлива, а также с учетом сокращения выбросов парниковых газов в атмосферу

Почему исчезает вода

Как уже говорилось выше, вторым основным фактором, влияющим на сокращение запасов пресной воды в мире, является глобальное изменение климата на планете. Чем больше объемов парниковых газов накапливается в нашей атмосфере, задерживая тепло у ее поверхности, тем сильнее будут сокращаться запасы пресной воды. Повышение средней мировой температуры приводит к изменению погодных факторов, что в свою очередь оборачивается нарушением циклического круговорота воды в природе. В результате экологические катастрофы (наводнения, засуха и прочие) становятся более частными явлениями на нашей нагревающейся планете. Нарушается экологический баланс: в местах, где люди не нуждаются в дополнительных запасах воды, воды становится еще больше, а там, где нуждаются, ее становится еще меньше.

Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.

На карте ниже отображен водный стресс (нарушение баланса между водопользованием и водными ресурсами) каким ом ожидается к 2040 году. Карта построена с учетом «стандартного» сценария, при неуклонном росте объемов выбросов углекислого газа в атмосферу. Более повышенный водный стресс ожидается в областях, где уровень водоснабжения и без того уязвим вследствие засушливого климата и роста населения.

Водный стресс стран мира, прогнозируемый к 2040 году

Крупные города сильнее всего почувствуют дефицит воды. Ранее в этом году с этой проблемой уже столкнулись 4 миллиона жителей Кейптауна (ЮАР). В январе местное правительство объявило, что воды хватит только на 90 дней. По прогнозам ее запасы должны были полностью иссякнуть в апреле. Только с помощью запоздалых и отчаянных мер, направленных на сокращение потребления воды сельскохозяйственным сектором жители города смогли «дотянуть» до мая, когда начался затяжной сезон дождей. Проблема нехватки воды в городе не решена до сих пор. И таких городов, по мнению ученых, в ближайшие 20-30 лет станет гораздо больше.

К 2050 году от 3,5 до 4,4 миллиарда человек в мире будут ограничены в доступе к чистой пресной воде, причем более 1 миллиарда человек из этого числа – это жители крупных городов. Среди 482 попавших в исследование городов и населенных пунктов более четверти в будущем столкнутся с проблемой нехватки пресной воды для обеспечения всех потребностей. Основным фактором, влияющим на рост дефицита пресной воды, что логично, называется рост самих городов и его населения. Например, в США на первом месте по дефициту воды в будущем стоит Лос-Анджелес, поскольку его население по прогнозам будет расти даже несмотря на климатические изменения, которые также сократят его водные запасы. В целом ситуация с водой в городах станет хуже, если один из секторов их экономики получит приоритет на использование имеющихся запасов, отмечается в исследовании.

Топ 20 городов, которые, согласно прогнозам, столкнутся с крупнейшим водным кризисом к 2050 году

При виде таких прогнозов очень легко впасть в отчаяние. Однако ученые сохраняют надежду и предлагают альтернативные варианты дальнейшего развития событий. Например, результаты компьютерных моделирований, проведенных специалистами Массачусетского технологического института показали, что выбор политических решений, направленных на борьбу с климатическими изменениями, как это было с Парижским соглашением в 2015 году, позволят снизить последствия ожидающей нас нехватки воды. Если мировая общественность продолжит принимать подобные решения в будущем, то, например, 60 миллионов жителей стран Азии смогут избежать катастрофического дефицита воды, прогнозируемого к 2050 году, говорят ученые.

Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.

Одного Парижского соглашения конечно же будет недостаточно. Ученые предлагают более конкретные решения. Например, опыт Кейптауна показал, что правительствам и местным городским чиновникам необходимо выработать более грамотные стратегии, направленные на сохранения запасов пресной воды. То же повышение цен на воду до точки, при которой люди стали бы ее больше ценить и тратить в умеренных объемах позволило бы снизить нагрузку на ее запасы.

«Люди считают, что решить проблему дефицита воды можно одними лишь технлогиями, но мы считаем, что не менее важным этом вопросе является изменение нашего собственного поведения и отношения», — говорит Мартина Флёрке, гидролог и эколог Университета Касселя (Германия).

«Нам необходимо понять, что вода — очень ценный ресурс, критически необходимый для функционирования всей мировой экосистемы, и мы должны о нем заботится. Только в этом случае мы сможем справиться с проблемами».

Источник