п. Путь, в общем, простой и надежный - не случайно им пользуются с глубокой древности. Но за тысячи лет его возможности в значительной мере исчерпаны. Сейчас получить дополнительную воду в больших количествах можно лишь в результате гидротехнических работ, грандиозных по масштабам и сложности. Подсчеты иностранных ученых свидетельствуют, что стоимость работ - на ближайшие 20 лет - составит тысячи миллиардов долларов.
Главное, однако, не в этом. По самой своей природе гидротехнические сооружения способны решать лишь частную задачу - перераспределение наличных запасов воды. Увеличить их, повысить пресноводный "потенциал" Земли они, как правило, не могут.
Уже при беглом взгляде на карту ясно, что соленой воды больше, чем пресной: океан занимает около трех четвертей земной поверхности. Но трудно поверить, что свыше 97 процентов воды сосредоточено в океанах. На долю же всех рек, ручьев, протоков - т. е. наиболее доступных источников пресной воды - приходится совсем немного, что-то около одной десятитысячной процента. И эта десятитысячная существует потому, что ничтожная часть воды океанов испаряется и перемещается туда, где люди, животные и растения могут ее использовать.
Таким образом, солнце, океан, суша и атмосфера это гигантский дистиллятор, осуществляющий распределение пресной воды по миру. Если бы он вышел из строя, вся вода очень скоро сосредоточилась бы в океанах, и только там могла бы продолжаться жизнь.
Предположение, конечно, фантастическое - природный дистиллятор практически вечен. И все-таки в вопросе стоит разобраться подробнее.
По земным масштабам потребности человечества в воде весьма скромны. Они невелики в сравнении с запасами пресной воды, а сопоставлять их с ресурсами океанов просто не имеет смысла. Казалось бы, положение существенно не изменится, даже если расход воды увеличится в десятки раз.
Опыт, однако, показывает, что дело обстоит не так просто.
Во-первых, реальные ресурсы пресной воды (т. е. такие, что могут быть практически использованы), составляют сравнительно небольшую часть общих запасов. Во-вторых, если непосредственные потребности человека мало отражаются на водном балансе, то его деятельность - обработка земли, поворот рек, вырубка лесных массивов, создание искусственных водоемов и крупных предприятий - существенно влияет на ход природных процессов.
Скажем, поворот сибирских рек в Каспийское море связан с трудностями отнюдь не только техническими. Вода будет проходить значительно больший путь и по районам с гораздо более теплым климатом. А это значит, что испарение резко возрастет и полноводная река может обмелеть...
Другой пример - Байкал, один из крупнейших пресноводных бассейнов мира. "Выпить" его трудно. Однако сделать воду озера непригодной для питья - легко. Ученые полагают, что ежегодно 500 миллионов человек становятся жертвами болезней только из-за того, что у них нет достаточно чистой воды. Me удивительно, что проект строительства на Байкале целлюлозно-бумажного комбината встречает столь резкие возражения.
Особую опасность для водных ресурсов представляют химические предприятия. Дело в том, что природа не умеет быстро разлагать вещества, синтезированные искусственно.
Они годами сохраняются, выводя из "активного баланса" огромные массы воды.
Не следует, однако, думать, что во всем "виновата" промышленность. Видимо, приход пресной воды вообще снижается в силу как искусственных, так и естественных причин - географических, климатических и т. д. Профессор А. А. Дубинский, непререкаемый авторитет в области гидрогеологии, утверждает, что, например, режим питания наших степных рек подземными водами изменяется в отрицательную сторону. Общая площадь их водного зеркала заметно уменьшилась на протяжении жизни одного поколения, а в ряде случаев - за полтора-два десятилетия. Этот процесс характерен и для других районов мира.
Время, когда человек, не задумываясь о последствиях, мог менять лицо земли, уходит в прошлое. Ныне его силы сравнимы с силами природы. А это обязывает.
Природная опреснительная установка обладает определенной "производительностью". Если человек, без ущерба длл ее работы, хочет получать больше, он должен тщательно взвесить все возможные последствия. Понятно, что проблему воды - в широком сиысле - нельзя решить только за счет перераспределения воды. В лучшем случае это лишь отдалит "жажду", ибо потребность в воде растет и будет расти.
Остается другой путь, может быть, и более трудный, но единственно перспективный - опреснение соленой воды.
ПОРОГ ВЫСОТОЙ В 5 КОПЕЕК
На первый взгляд опреснение кажется задачей не такой уж сложной. Еще в древности люди знали по крайней мере три способа (они и сейчас остаются главными) превращения соленой воды в пресную: испарение, замораживание и фильтрование. Солнце, мороз, пористый камень - весь небогатый арсенал той эпохи. Естественно, и результаты получались скромные. Не надеясь на опреснительные "установки", люди жались к рекам...
Старые способы давно усовершенствованы, изобретены десятки новых. Человечество располагает колоссальными техническими средствами. Но перед современным человеком проблема воды стоит, пожалуй, еще более остро, чем перед его далеким предком. А это значит, что задачу опреснения никак нельзя считать решенной.
В чем же дело? В стоимости.
Широкое промышленное применение воды во многом обусловлено ее дешевизной. И для питания котлов, и для охлаждения, и для прочих целей в принципе годится не только вода. Но всякое другое вещество заведомо дороже. "Дорогая" вода потеряет свою универсальность, т. е. перестанет быть водой. Поэтому любой способ опреснения проверяется жесточайшим критерием стоимостью. Опресненная вода должна обходиться не дороже (во всяком случае, немногим дороже) пресной. Достичь же этого чрезвычайно трудно.
Начнем с простейшего способа - дистилляции, или перегонки. Идею его можно выразить в нескольких словах: вода испаряется, соль остается.
Переведем это, однако, на язык арифметики. Нагревание и испарение литра волы требует примерно 600 калорий. Для получения пяти литров нужно затратить (с учетом к. п. д.) килограмм условного топлива.
Городу с миллионным населением необходимо в сутки не меньше миллиарда литров. Опреснительная установка такой производительности должна расходовать ежедневно 200 тысяч тонн угля, т. е. 150-200 железнодорожных составов. Не говоря уже о размерах, установка будет вырабатывать дорогую воду, потому что стоимость топлива достаточно высока.
Разумеется, современная выпарная установка не похожа на старомодный перегонный куб. Она работает по системе многоступенчатой дистилляции. Взятый "со стороны" пар испаряет воду только в первой ступени. Образующиеся пары попадают во второй аппарат, где давление ниже атмосферного. В следующем аппарате давление еще ниже, поэтому, хотя с каждой новой ступенью температура падает, испарение продолжается.
Ясно, что закону сохранения энергии процесс не угрожает.
Выигрыш достигается за счет повышения коэффициента полезного действия: в вакуумных аппаратах он выше, чем в нагревательных.
Многоступенчатые установки работают в Кувейте, на острове Аруба в Карибском море, в городе Фрипорте (штат Техас). Крупнейшая из них дает 19 тысяч кубометров воды в день при цене 0,35 доллара за тонну. Для любого вещества стоимость вполне приемлемая, а для воды - дорого (средняя цена пресной воды в США-0,10 доллара).
Эти показатели можно улучшить, если перейти к строительству гигантских опреснительных установок. Однако возникнут транспортные трудности: придется перебрасывать на большие расстояния либо топливо, либо воду. Ведь потребители воды - города, крупные предприятия - далеко не всегда расположены в нефтяных или угольных бассейнах.
В последние годы широкое распространение получает комплексная атомно-опреснительная установка. Такая установка компактна, расходует мало топлива, не загрязняет воздух. Кроме того, на атомной электростанции всегда "вырабатывается"- в качестве побочного продукта - горячая вода.
Обычно использовать ее трудно. Комбинация атомного реактора с опреснительной установкой позволяет использовать эту воду (вернее, ее энергию) для нагревания и испарения морской воды.
В 1964 году в Закаспии начато строительство реактора на быстрых нейтронах. Реактор - двухцелевого назначения: он будет вырабатывать 350 тысяч киловатт электронергии и давать ежесуточно десятки тысяч кубометров воды.
Вымораживанием пресную воду получали так же давно, как и выпариванием. Делалось это просто: выливали воду на мороз и затем ждали теплой погоды соленая вода уходит раньше, и лед становится пресным.
Более современный метод - впрыскивание соленой воды в камеру, где поддерживается вакуум. Испаряясь, вода поглощает избыток тепла. Образуется кашица из рассола и пресного льда..
Лучшие результаты дает вымораживание с помощью сжиженного газа, например бутана. Жидкий бутан вводят в резервуар с соленой водой. Мгновенно йсйарйясь, он отбирает у воды тепло. Образуются кристаллы пресного льда, которые после выделения из рассола промывают.
С точки зрения чистой термодинамики холод выгоднее тепла. Однако холодильные устройства имеют меньший к. п. д. и технологическое оформление сложнее. Поэтому на практике метод не получил широкого применения.
Современный способ фильтрования основан на способности ионообменных смол поглощать соли. Таким путем (обычно в комбинации с электролизом) удается получить воду высокого качества. К сожалению, применение способа ограничено слабосолеными водами. Опреснять им океанскую воду невыгодно ионитовый фильтр быстро забивается и выходит из строя.
Описание можно продолжить. К десяткам существующих способов постоянно добавляются новые - верный признак того, что проблема приобретает все большее значение. Вот несколько наиболее "экзотических" методов.
Химический. Выбирается вещество, обладающее избирательной способностью, скажем, поглощает только пресную воду.
Физико-химический. Используются явления осмоса или, чаще, противоосмоса. В последнем случае воду продавливают через полупроницаемую перегородку, не пропускающую соль.
Оригинальный вариант такой установки предложил профессор В. Клячко. Шар из полупроницаемого материала опускают в море на глубину нескольких сот метров. Наружное давление "вдавливает" в шар пресную воду. Остается только ее откачивать...
И все-таки, повторяю, задачу нельзя считать решенной.
По данным ЮНЕСКО, вопросами опреснения занимаются сейчас 85 организаций в 16 странах. Наиболее Крупные исследования ведутся в Советском Союзе и в США. Не случайно между учеными именно этих стран в ноябре 1964 года было подписано соглашение о совместных работах по опреснению морской воды.
Недавно в нашу страну для изучения . опыта советских ученых приезжала американская делегация. Ее особенно заинтересовали достижения проблемной лаборатории Азербайджанского института нефти и химии. Руководит лабораторией доктор технических наук профессор Исмаил Зульфугарович Макинский.
ДВАДЦАТЬ ЛЕТ СПУСТЯ
Лаборатория создана в 1959 году. Для таких исследований шесть лет срок, конечно, ничтожный. И если ее коллектив занимает сейчас ведущее положение в разработке проблемы, это во многом заслуга руководителя.
Дело тут не в должности и не в звании. И. 3. Макинский - пионер идеи опреснения, один из тех немногих ученых, кто оценил ее значение еще в начале тридцатых годов и отдал ей всю жизнь. Всю жизнь - это не так уж мало. Особенно, если учесть, что долгие годы он фактически работал один без средств, оборудования, без экспериментальной базы. Тема считалась далекой, малоперспективной, и нужно было настоящее мужество, чтобы не уйти в сторону, не соблазниться чем-то попроще и поэффектнее...
Исманл Зульфугарович не соблазнился. Потому лаборатория начала работу не с нуля, в своих исследованиях она опиралась на двадцатилетний опыт ученого. И еще - на энтузиазм. Многие из тех, кто здесь работает, начали заниматься проблемой уже в студенческие годы. Исмаил Зульфугарович - в лучших традициях науки - сумел заинтересовать студентов, вовлечь их в практическую деятельность. Вместе с опытным исследователем доцентом кафедры Павлом Павловичем Симоновым в лаборатории трудится молодежь: старшие инженеры Иоган Гейвандов и Петр Зуев, инженер Валерий Шищенко, аспирант-производственник Кямал Абдуллаев, преподаватели института Светлана Логинова, Юнус Якубов, Гасан Фейзиев...
За последние годы здесь побывали многие видные, специалисты- и советские, и зарубежные. Все они единодушно отмечают три особенности работы лаборатории: оригинальность, комплексный подход к решению задачи, промышленную готовность.
Прежде всего - оригинальность. В отличие от подавляющего большинства исследователей Макинский поставил себе как будто гораздо более узкую и специальную задачу:
1 2 3
Главное, однако, не в этом. По самой своей природе гидротехнические сооружения способны решать лишь частную задачу - перераспределение наличных запасов воды. Увеличить их, повысить пресноводный "потенциал" Земли они, как правило, не могут.
Уже при беглом взгляде на карту ясно, что соленой воды больше, чем пресной: океан занимает около трех четвертей земной поверхности. Но трудно поверить, что свыше 97 процентов воды сосредоточено в океанах. На долю же всех рек, ручьев, протоков - т. е. наиболее доступных источников пресной воды - приходится совсем немного, что-то около одной десятитысячной процента. И эта десятитысячная существует потому, что ничтожная часть воды океанов испаряется и перемещается туда, где люди, животные и растения могут ее использовать.
Таким образом, солнце, океан, суша и атмосфера это гигантский дистиллятор, осуществляющий распределение пресной воды по миру. Если бы он вышел из строя, вся вода очень скоро сосредоточилась бы в океанах, и только там могла бы продолжаться жизнь.
Предположение, конечно, фантастическое - природный дистиллятор практически вечен. И все-таки в вопросе стоит разобраться подробнее.
По земным масштабам потребности человечества в воде весьма скромны. Они невелики в сравнении с запасами пресной воды, а сопоставлять их с ресурсами океанов просто не имеет смысла. Казалось бы, положение существенно не изменится, даже если расход воды увеличится в десятки раз.
Опыт, однако, показывает, что дело обстоит не так просто.
Во-первых, реальные ресурсы пресной воды (т. е. такие, что могут быть практически использованы), составляют сравнительно небольшую часть общих запасов. Во-вторых, если непосредственные потребности человека мало отражаются на водном балансе, то его деятельность - обработка земли, поворот рек, вырубка лесных массивов, создание искусственных водоемов и крупных предприятий - существенно влияет на ход природных процессов.
Скажем, поворот сибирских рек в Каспийское море связан с трудностями отнюдь не только техническими. Вода будет проходить значительно больший путь и по районам с гораздо более теплым климатом. А это значит, что испарение резко возрастет и полноводная река может обмелеть...
Другой пример - Байкал, один из крупнейших пресноводных бассейнов мира. "Выпить" его трудно. Однако сделать воду озера непригодной для питья - легко. Ученые полагают, что ежегодно 500 миллионов человек становятся жертвами болезней только из-за того, что у них нет достаточно чистой воды. Me удивительно, что проект строительства на Байкале целлюлозно-бумажного комбината встречает столь резкие возражения.
Особую опасность для водных ресурсов представляют химические предприятия. Дело в том, что природа не умеет быстро разлагать вещества, синтезированные искусственно.
Они годами сохраняются, выводя из "активного баланса" огромные массы воды.
Не следует, однако, думать, что во всем "виновата" промышленность. Видимо, приход пресной воды вообще снижается в силу как искусственных, так и естественных причин - географических, климатических и т. д. Профессор А. А. Дубинский, непререкаемый авторитет в области гидрогеологии, утверждает, что, например, режим питания наших степных рек подземными водами изменяется в отрицательную сторону. Общая площадь их водного зеркала заметно уменьшилась на протяжении жизни одного поколения, а в ряде случаев - за полтора-два десятилетия. Этот процесс характерен и для других районов мира.
Время, когда человек, не задумываясь о последствиях, мог менять лицо земли, уходит в прошлое. Ныне его силы сравнимы с силами природы. А это обязывает.
Природная опреснительная установка обладает определенной "производительностью". Если человек, без ущерба длл ее работы, хочет получать больше, он должен тщательно взвесить все возможные последствия. Понятно, что проблему воды - в широком сиысле - нельзя решить только за счет перераспределения воды. В лучшем случае это лишь отдалит "жажду", ибо потребность в воде растет и будет расти.
Остается другой путь, может быть, и более трудный, но единственно перспективный - опреснение соленой воды.
ПОРОГ ВЫСОТОЙ В 5 КОПЕЕК
На первый взгляд опреснение кажется задачей не такой уж сложной. Еще в древности люди знали по крайней мере три способа (они и сейчас остаются главными) превращения соленой воды в пресную: испарение, замораживание и фильтрование. Солнце, мороз, пористый камень - весь небогатый арсенал той эпохи. Естественно, и результаты получались скромные. Не надеясь на опреснительные "установки", люди жались к рекам...
Старые способы давно усовершенствованы, изобретены десятки новых. Человечество располагает колоссальными техническими средствами. Но перед современным человеком проблема воды стоит, пожалуй, еще более остро, чем перед его далеким предком. А это значит, что задачу опреснения никак нельзя считать решенной.
В чем же дело? В стоимости.
Широкое промышленное применение воды во многом обусловлено ее дешевизной. И для питания котлов, и для охлаждения, и для прочих целей в принципе годится не только вода. Но всякое другое вещество заведомо дороже. "Дорогая" вода потеряет свою универсальность, т. е. перестанет быть водой. Поэтому любой способ опреснения проверяется жесточайшим критерием стоимостью. Опресненная вода должна обходиться не дороже (во всяком случае, немногим дороже) пресной. Достичь же этого чрезвычайно трудно.
Начнем с простейшего способа - дистилляции, или перегонки. Идею его можно выразить в нескольких словах: вода испаряется, соль остается.
Переведем это, однако, на язык арифметики. Нагревание и испарение литра волы требует примерно 600 калорий. Для получения пяти литров нужно затратить (с учетом к. п. д.) килограмм условного топлива.
Городу с миллионным населением необходимо в сутки не меньше миллиарда литров. Опреснительная установка такой производительности должна расходовать ежедневно 200 тысяч тонн угля, т. е. 150-200 железнодорожных составов. Не говоря уже о размерах, установка будет вырабатывать дорогую воду, потому что стоимость топлива достаточно высока.
Разумеется, современная выпарная установка не похожа на старомодный перегонный куб. Она работает по системе многоступенчатой дистилляции. Взятый "со стороны" пар испаряет воду только в первой ступени. Образующиеся пары попадают во второй аппарат, где давление ниже атмосферного. В следующем аппарате давление еще ниже, поэтому, хотя с каждой новой ступенью температура падает, испарение продолжается.
Ясно, что закону сохранения энергии процесс не угрожает.
Выигрыш достигается за счет повышения коэффициента полезного действия: в вакуумных аппаратах он выше, чем в нагревательных.
Многоступенчатые установки работают в Кувейте, на острове Аруба в Карибском море, в городе Фрипорте (штат Техас). Крупнейшая из них дает 19 тысяч кубометров воды в день при цене 0,35 доллара за тонну. Для любого вещества стоимость вполне приемлемая, а для воды - дорого (средняя цена пресной воды в США-0,10 доллара).
Эти показатели можно улучшить, если перейти к строительству гигантских опреснительных установок. Однако возникнут транспортные трудности: придется перебрасывать на большие расстояния либо топливо, либо воду. Ведь потребители воды - города, крупные предприятия - далеко не всегда расположены в нефтяных или угольных бассейнах.
В последние годы широкое распространение получает комплексная атомно-опреснительная установка. Такая установка компактна, расходует мало топлива, не загрязняет воздух. Кроме того, на атомной электростанции всегда "вырабатывается"- в качестве побочного продукта - горячая вода.
Обычно использовать ее трудно. Комбинация атомного реактора с опреснительной установкой позволяет использовать эту воду (вернее, ее энергию) для нагревания и испарения морской воды.
В 1964 году в Закаспии начато строительство реактора на быстрых нейтронах. Реактор - двухцелевого назначения: он будет вырабатывать 350 тысяч киловатт электронергии и давать ежесуточно десятки тысяч кубометров воды.
Вымораживанием пресную воду получали так же давно, как и выпариванием. Делалось это просто: выливали воду на мороз и затем ждали теплой погоды соленая вода уходит раньше, и лед становится пресным.
Более современный метод - впрыскивание соленой воды в камеру, где поддерживается вакуум. Испаряясь, вода поглощает избыток тепла. Образуется кашица из рассола и пресного льда..
Лучшие результаты дает вымораживание с помощью сжиженного газа, например бутана. Жидкий бутан вводят в резервуар с соленой водой. Мгновенно йсйарйясь, он отбирает у воды тепло. Образуются кристаллы пресного льда, которые после выделения из рассола промывают.
С точки зрения чистой термодинамики холод выгоднее тепла. Однако холодильные устройства имеют меньший к. п. д. и технологическое оформление сложнее. Поэтому на практике метод не получил широкого применения.
Современный способ фильтрования основан на способности ионообменных смол поглощать соли. Таким путем (обычно в комбинации с электролизом) удается получить воду высокого качества. К сожалению, применение способа ограничено слабосолеными водами. Опреснять им океанскую воду невыгодно ионитовый фильтр быстро забивается и выходит из строя.
Описание можно продолжить. К десяткам существующих способов постоянно добавляются новые - верный признак того, что проблема приобретает все большее значение. Вот несколько наиболее "экзотических" методов.
Химический. Выбирается вещество, обладающее избирательной способностью, скажем, поглощает только пресную воду.
Физико-химический. Используются явления осмоса или, чаще, противоосмоса. В последнем случае воду продавливают через полупроницаемую перегородку, не пропускающую соль.
Оригинальный вариант такой установки предложил профессор В. Клячко. Шар из полупроницаемого материала опускают в море на глубину нескольких сот метров. Наружное давление "вдавливает" в шар пресную воду. Остается только ее откачивать...
И все-таки, повторяю, задачу нельзя считать решенной.
По данным ЮНЕСКО, вопросами опреснения занимаются сейчас 85 организаций в 16 странах. Наиболее Крупные исследования ведутся в Советском Союзе и в США. Не случайно между учеными именно этих стран в ноябре 1964 года было подписано соглашение о совместных работах по опреснению морской воды.
Недавно в нашу страну для изучения . опыта советских ученых приезжала американская делегация. Ее особенно заинтересовали достижения проблемной лаборатории Азербайджанского института нефти и химии. Руководит лабораторией доктор технических наук профессор Исмаил Зульфугарович Макинский.
ДВАДЦАТЬ ЛЕТ СПУСТЯ
Лаборатория создана в 1959 году. Для таких исследований шесть лет срок, конечно, ничтожный. И если ее коллектив занимает сейчас ведущее положение в разработке проблемы, это во многом заслуга руководителя.
Дело тут не в должности и не в звании. И. 3. Макинский - пионер идеи опреснения, один из тех немногих ученых, кто оценил ее значение еще в начале тридцатых годов и отдал ей всю жизнь. Всю жизнь - это не так уж мало. Особенно, если учесть, что долгие годы он фактически работал один без средств, оборудования, без экспериментальной базы. Тема считалась далекой, малоперспективной, и нужно было настоящее мужество, чтобы не уйти в сторону, не соблазниться чем-то попроще и поэффектнее...
Исманл Зульфугарович не соблазнился. Потому лаборатория начала работу не с нуля, в своих исследованиях она опиралась на двадцатилетний опыт ученого. И еще - на энтузиазм. Многие из тех, кто здесь работает, начали заниматься проблемой уже в студенческие годы. Исмаил Зульфугарович - в лучших традициях науки - сумел заинтересовать студентов, вовлечь их в практическую деятельность. Вместе с опытным исследователем доцентом кафедры Павлом Павловичем Симоновым в лаборатории трудится молодежь: старшие инженеры Иоган Гейвандов и Петр Зуев, инженер Валерий Шищенко, аспирант-производственник Кямал Абдуллаев, преподаватели института Светлана Логинова, Юнус Якубов, Гасан Фейзиев...
За последние годы здесь побывали многие видные, специалисты- и советские, и зарубежные. Все они единодушно отмечают три особенности работы лаборатории: оригинальность, комплексный подход к решению задачи, промышленную готовность.
Прежде всего - оригинальность. В отличие от подавляющего большинства исследователей Макинский поставил себе как будто гораздо более узкую и специальную задачу:
1 2 3