Юрий Новиков - Вода и жизнь на Земле

Ученые давно искали пути использования дешевой солнечной энергии для опреснения воды. Ведь в природе этот процесс совершается с высокой эффективностью и в гигантских масштабах. Действительно, в южных районах, где солнечного тепла много, а пресной воды мало, для этого имеются благоприятные условия. Так, на широте Ашхабада сумма прямой солнечной радиации равна 1,866 Гкал/м 2. Этого тепла достаточно для испарения слоя воды в 3 тыс. мм.

Хотя солнечное тепло и даровое, но гелиоопреснение обходится отнюдь не дешево и требует больших капиталовложений.

В СССР разработаны различные конструкции опреснителей (парникового типа и с концентраторами энергии, стационарные и переносные), подготовлен образец опытно-промышленного солнечного опреснителя площадью 2,4 тыс. м 2и производительностью 12 м 3/сут.

В 1969 г. в Туркмении на отгонных пастбищах совхоза «Бахарден» на колодце Овез-Ших построена первая очередь этого опреснителя площадью 600 м 2, а в Каракумах — вторая очередь площадью 1,8 тыс. м 2. Теперь опреснитель обеспечивает водой две-три отары овец. В 1971 г. в Узбекистане сооружен еще один солнечный опреснитель парникового типа в совхозе «Шафрикан» Бухарской области. Как основной опреснитель площадью 600 м 2, так и опреснители по 100 м 2других типов предназначены в основном для изучения и оценки технических и экономических возможностей гелиоопреснения.

Опреснить соленую воду можно также путем ее замораживания. Дело в том, что температура замерзания соленой воды ниже температуры замерзания воды пресной. При медленном охлаждении в соленой воде прежде всего образуются кристаллы пресного льда. Если полученный лед отделить от незамерзшей воды и расплавить его, то талая вода может быть вполне пригодной для питья.

Заморозить соленую воду можно при помощи природного холода или используя искусственное охлаждение. Метод естественного замораживания отличается низкой эффективностью и сезонностью работы, кроме того, может применяться только в определенной географической зоне. Поэтому замораживающий метод опреснения соленой воды разрабатывается преимущественно в расчете на искусственное охлаждение.

Первые опытные замораживающие опреснители были построены во Франции и мало чем отличались от обычных льдоделательных машин: тепло в них многократно передавалось через металлические теплообменные поверхности. Тепловая эффективность замораживающих опреснителей с теплообменом через стенку была очень низкой, поэтому расход электроэнергии в них достигал 60 кВт * ч/м 3, и опресненная вода стоила дорого. Из-за низкой экономичности опреснители подобного типа не нашли практического применения.

Шведские химики успешно завершили эксперименты по опреснению морской воды. По их способу, воду смешивают с жидким бутаном, смесь быстро замерзает, и кристаллы соли легко отделяются. Затем лед растапливают в специальных цистернах для пресной воды. Бутан отделяют и используют снова. Энергетические затраты при этом методе сокращаются в 4 раза.

Опреснение соленых вод методом электродиализа основано на удалении ионов солей из раствора под действием поля постоянного электрического тока. Более 100 электродиализных опреснительных установок различного типа эксплуатируется в ряде районов Средней Азии, Казахстана, Украины, Северного Кавказа, Заволжья и т. д.

Известно, как трудно в степи с водой, особенно в знойную пору. Жажду испытывают люди, нечем напоить скот на отгонных пастбищах. Под землей же, на глубине нескольких метров, вода есть повсюду. Но, когда человек добирается до нее, его обычно ждет разочарование: вода солона и горька, пить ее невозможно. Как быть? Вот эту проблему и должны решить опреснительные установки, способные под воздействием электрического поля освободить воду от избытка солей.

Отделение ионов солей от воды можно наблюдать, если в ванну с соленой водой поместить катод и анод, соединенные с источником постоянного тока. Под действием разности потенциалов начинается перемещение ионов в соответствии со знаком их заряда, т. е. катионы передвигаются к катоду, а анионы — к аноду. При разряжении ионов на катодной пластине выделяется натрий, который мгновенно растворяется водой с образованием щелочи, и свободный водород в виде пузырьков газа. Одновременно на поверхности анодной пластины образуются кислород и хлор, и в результате взаимодействия атомарного хлора с водой — соляная кислота. Вблизи катода и анода вода становится соответственно щелочной и кислой.