Почему опреснение морской воды является неоднозначной идеей
Жестокая ирония голубой планеты: бóльшая часть Земли покрыта океанами, но морская вода непригодна для питья. Крупномасштабные усилия для удаления соли из морской воды — этот процесс мы называем опреснением — стали предприниматься с 1950-х годов, а сегодня почти 20 тысяч предприятий от Китая до Мексики делают морскую воду пригодной для питья, чтобы удовлетворить потребности растущего населения. Но эта современная алхимия ставится под сомнение критиками, задающими вопрос: оправдывают ли преимущества от опреснения вред, который этот процесс может нанести морской экологии, и его возможный вклад в глобальное потепление?
1. Как выглядит процесс опреснения?
Ещё древние греки поняли, что при кипячении морской воды из пара можно получить питьевую воду. В XVIII веке моряки экспериментировали, ловя этот пар губками, чтобы утолить жажду во время долгого плавания. Современное опреснение начиналось с похожих процессов — с кипячения воды (путём сжигания нефти или природного газа) и получения капелек свежей воды: так называемое термальное опреснение. Теперь превалировать стали более чистые и энергосберегающие технологии, такие как обратный осмос, при котором морская вода проходит через пластиковые мембраны, на которых оседают соль и другие примеси. Основным исключением являются страны Ближнего Востока, где две трети всей опреснённой воды получают на термальных фабриках при сжигании горючего ископаемого происхождения. Согласно Международному энергетическому агентству (International Energy Agency), на этот регион приходится около 90% термического опреснения морской воды в мире.
2. Сколько питьевой воды производится этим способом?
В 2015 году около 18 тысяч предприятий по опреснению морской воды в совокупности производили 86,55 млн куб. м в день (22870 млн галлонов) — это соответствует примерно 1% мировой потребности. С тех пор было построено ещё около 2 тысяч предприятий. Лидером по производству опреснённой воды является Саудовская Аравия (здесь производится примерно пятая часть всей опреснённой воды в мире), за ней идут США, ОАЭ, Китай, Испания и Кувейт. (Это связано с тем, что страны Персидского залива используют бóльшую часть ресурсов грунтовой воды в сельскохозяйственных целях и поэтому испытывают серьёзную потребность в опреснении, чтобы отвечать нуждам своего населения и промышленности). Правительства и частные компании тратят в год примерно $14 млрд на то, чтобы сделать питьевой океанскую и солончаковую воду. По данным Международной ассоциации опреснения воды (International Desalination Association, IDA), французские компании Suez и Veolia Group, а также южнокорейская Doosan Heavy Industries & Construction лидируют по количеству построенных заводов.
3. Сколько это стоит?
За последние 30 лет цены снизились почти вдвое благодаря оптимизации технологии и энергоэффективности. Стоимость производства одного кубического метра очищенной воды варьируется от 50 до 90 центов, заявляет председатель IDA Мигель Анхель Санс (Miguel Ángel Sanz). Учитывая сравнительно низкие цены на энергию и экономию на масштабе производства на крупных предприятиях, Саудовская Аравия и ОАЭ находятся в числе стран, где опреснение воды стоит дешевле всего. Всё чаще используемая на опреснительных предприятиях солнечная и ветряная энергия может сделать этот процесс ещё более дешёвым.
4. Так в чём же проблема?
Самая первая критика была направлена на горячие жидкие отходы, которые многие предприятия, работающие по термальной технологии, сбрасывали обратно в море, где они могли нанести смертельный вред кораллам и другим морским обитателям. В IDA говорят, что сегодня опреснительные предприятия охлаждают свои сточные воды, так что это уже не представляет серьёзной угрозы. Другая экологическая проблема связана с использованием ископаемого топлива в качестве источника энергии для опреснительных процессов — особенно на Ближнем Востоке. Исследование, опубликованное в январе, вызвало новую волну дискуссий о вреде «токсических химикатов», содержащихся в солевом растворе, который опреснительные фабрики сбрасывают в океаны.
5. Что такого плохого в этом растворе?
Этот солевой концентрат может содержать вредные отходы от используемых заводами химикатов против образования накипи и засаливания, говорится в исследовании Института воды, окружающей среды и здравоохранения ООН в Гамильтоне (Канада). Загрязняющих веществ, ежегодно производимых опреснительными заводами, хватит на то, чтобы покрыть целый штат Флориду 30-сантимеровым (футовым) слоем, заявляет Манзур Кадир (Manzoor Qadir), один из авторов исследования. Этот рассол также может приводить к сокращению уровня кислорода в окружающих водах, что может вызывать смерть морских организмов от удушья и разрыв пищевых цепочек. Саудовская Аравия, ОАЭ, Кувейт и Катар вместе взятые производят 55% мировых отходов от опреснения воды, говорится в исследовании. Некоторые предприятия пытались растворять рассол по бóльшим морским территориям или подвергать его обработке для получения ценных металлов. Но эти методы являются технически сложными и дорогими.
6. Оправданна ли эта критика?
Мигель Санс из IDA заявил, что авторы исследования не видят разницы между термальной и мембранной технологиями и что они демонстрируют «нехватку реальных знаний». Это исследование отражает «мнение определённых людей, которые работают в университете», а не официальную точку зрения ООН на опреснение, сказал он.
7. Можно ли опреснять воду, не загрязняя окружающую среду?
Некоторые заводы не имеют выхода к морю, и вырабатываемый ими соляной раствор размещается в прудах-испарителях, сливается глубоко под землю или преобразуется в пульпу, а затем в сухую соль для дальнейшей утилизации. Лучшим способом для сокращения количества рассола из химикатов представляется более широкий переход на мембранные технологии, особенно на Ближнем Востоке. Почти все новые заводы, строительство которых запланировано в регионе, будут работать по технологии обратного осмоса — эта тенденция, вероятно, станет массовой, так как нацеленные на оптимизацию бюджета правительства стран Залива сокращают субсидии на ископаемое горючее. Эти сокращения снижают конкурентоспособность заводов, работающих по термальной технологии, и являются основной причиной, по которой в этом регионе наконец приживаются мембранные технологии.
8. Могут ли страны, расположенные в пустынях, обойтись без опреснения?
Проблема превращения морской воды в питьевую не теряет актуальности. Если сохранятся текущие темпы потребления, то крупнейший эмират ОАЭ может остаться без естественных запасов грунтовой воды «в течение нескольких десятилетий», заявило Экологическое агентство (Environment Agency) Абу-Даби в докладе, опубликованном в 2017 году. Однако растущий спрос на ограниченные водные ресурсы рождает новые идеи для производства пищи, а не только для опреснения. Находящийся в Дубае Международный центр биосолевого сельского хозяйства (International Center for Biosaline Agriculture) перерабатывает солевой раствор для орошения таких терпимых к соли растений, как солерос — его можно употреблять в пищу и использовать в качестве биологического топлива. В исследовательском институте также выращивается киноа, которое любит богатые солью пустынные почвы.
Источник
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.
| Тип воды | Объем запасов (тыс.куб.м) | Доля в общем объеме (%) | Доля в общем объеме пресной воды (%) |
|---|---|---|---|
| Соленая вода | |||
| Океаны | 1338000 | 96,54 | |
| Соленые подземные воды | 12870 | 0,93 | |
| Солоноводные озера | 85 | 0,006 | |
| Пресная вода | |||
| Ледники | 24064 | 1,74 | 68,7 |
| Реки | 2,12 | 0,0002 | 0,006 |
| Озера | 91 | 0,007 | 0,26 |
| Пресные подземные воды | 10530 | 0,76 | 30,06 |
| Подземные ледники | 300 | 0,022 | 0,86 |
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.
| Страна | Общий объем опресненной воды, млн. куб.м/день | Доля рынка % |
|---|---|---|
| Саудовская Аравия | 7,4 | 20,6 |
| ОАЭ | 7,3 | 20,3 |
| Испания | 3,4 | 9,4 |
| Кувейт | 2,1 | 5,8 |
| Катар | 1,4 | 3,9 |
| Алжир | 1,1 | 3,1 |
| Китай | 1,1 | 2,9 |
| Ливия | 0,8 | 2,3 |
| США | 0,8 | 2,2 |
| Оман | 0,8 | 2,2 |
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.
Источник
