 |
| Каспийское море в районе Красноводска |
В связи с увеличением численности населения и повышением его культуры, ростом городов, развитием промышленности, в особенности отраслей, потребляющих значительное количество воды, проблема удовлетворения возрастающей потребности в пресной воде становится все более острой.
Человек выпивает в день от 1,5 до 10 литров воды. Это количество зависит от многих условий, например, от климата. Общее же потребление воды городским жителем достигает 4—5 кубометров в сутки.Питьевая вода должна содержать не более 0,05% растворенных солей. Для некоторых отраслей промышленности требуется вода с еще более низким содержанием солей. Высокие требования к воде предъявляет, например, паровое оборудование, устанавливаемое на электростанциях и судах, атомная промышленность. Примеси в воде, используемой в атомных реакторах, представляют опасность не только из-за отложения солей (накипи). В зоне нейтронного облучения примеси становятся радиоактивными. Это значительно увеличивает радиоактивность циркулирующей в системе воды.
Вода, используемая для полива сельскохозяйственных культур, тоже должна содержать очень мало солей. Большинство культур не произрастает, если их поливают водой, содержащей 0,25% (и выше) солей. Особенно болезненно реагируют растения на содержание в воде щелочи.
Вода всегда была для человека проблемoй, но на заре своего развития люди решали эту проблему просто: они селились по берегам рек и пресноводных озер. К coжалению, пресная вода есть не везде (см. рис.1). Около 60% поверхности Земли относится к зонам, где пpeсной воды мало или совсем нет. По данным Международного агентства по атомной энергии, в этих зонах проживает около 5% населения земного шара. В большинстве этих безводных, пустынных и полупустынных районов Земли много солнца. Эти районы могли бы стать цветущими, стоит только дать воду и приложить труд. Здесь могли бы жить люди в довольстве и счастье.
Вода — проблема для многих стран мира. В некоторых из них часть потребности в воде удовлетворяется путем строительства установок для опреснения соленых вод, в частности морской воды. Водные ресурсы мирового океана неисчерпаемы, но эти воды не могут быть использованы из-за высокого содержания в них солей. Среднее содержание соли в морской воде составляет 3,5%. В ряде стран имеются значительные ресурсы солоноватых вод, содержание coлeй в которых много ниже приведенной цифры, но все же эти воды также непригодны для употребления.
Растворенные в воде соли могут быть удалены различными физическими или химическими методами. Пресная вода может быть получена, в частности, при испарении или дистилляции, вымораживании, использовании ионных процессов, экстракции.
Наиболее древним и поэтому наиболее разработанным и распространенным методом опреснения соленой воды является метод дистилляции. Еще две тысячи лет тому назад Аристотель писал о том, что «соленая вода, когда она превращается в пар, становится пресной, и пар, когда он конденсируется, не образует вновь соленую воду».
Наиболее простая установка для дистилляции воды состоит из резервуара, заполняемого соленой водой, через который проходят трубы (см. рис.1). По трубам циркулирует пар, нагревая соленую воду и превращая ее в пар. Образовавшийся пар отводится во второй сосуд, где он конденсируется, образуя пресную воду, а рассол удаляется из испарительной установки. Затем резервуар вновь заполняется соленой водой.
В связи с общим техническим прогрессом метод получения пресной воды путем дистилляции с течением времени совершенствовался. В установках по опреснению стали применять вакуумные устройства (чтобы понизить температуру парообразования), использовать химические реагенты для борьбы с отложением солей на деталях испарительных установок и ряд других устройств и приемов. Все они были направлены на снижение расхода энергии и повышение производительности установок, то есть в конечном счете — на снижение стоимости опресненной воды.
Пресная вода может быть получена и в твердой фазе (в виде льда) кристаллизацией из морской воды. Охлаждая морскую воду, можно создать двухфазовую систему, состоящую из твердых кристаллов пресной воды и рассола. Затем полученные при вымораживании кристаллики льда отделяют от рассола и обмывают пресной водой, чтобы удалить с их поверхности соль. Наконец, нагревая отделенные от рассола кристаллики льда, получают пресную воду (см. рис.1).
Применение ионных процессов для опреснения соленых вод основано на том, что растворенные в воде coли образуют положительно и отрицательно заряженные частицы — ионы. Эти частицы можно удалить, используя или химические или электрические процессы. Первые носят название ионообменных процессов, вторые — электродиализа.
Ионообменные колонки, используемые для опреснения воды, заполняются специально подобранными смолами в форме гpaнул. Через колонку со смолой пропускается соленая вода. Ионы, растворенные в воде, образуют сложные молекулы со смолой и удерживаются на ее поверхности. Это удаление совершается в две стадии: в первой колонке удаляются ионы натрия, а во втоpoй — хлора (см. рис.1). После того как емкость смолы, то есть ее способность удерживать ионы, использована, смолу заменяют новой.
В методе очистки воды электродиализом используется перемещение ионов - анионов и катионов к электродам установки при прохождении через раствор электрического тока. Установка для электродиализа состоит из ванны, разделенной полупроницаемыми перегородками-мембранами на ряд отсеков. В одни из них поступает морская вода, в других собирается опресненная. При прохождении электрического тока находящиеся в воде в виде ионов соли передвигаются, проникая через пористые перегородки. Отрицательно заряженные анионы движутся к аноду, катионы — к катоду (см. рис.1).
Метод экстракции основан на том, что в некоторых органических жидкостях растворяется большее количество воды при низкой температуре, чем при высокой. Холодный экстрагент подается в резервуар, где смешивается с соленой водой и «впитывает» в себя воду без солей. Проходя через теплообменник, экстрагент нагревается и выделяет пресную воду (см. рис.1).
Делаются попытки использовать и другие методы для опреснения воды: ультра фильтрацию, осмос, образование и разложение гидратов, комбинации различных химических и физических процессов.
Все процессы опреснения воды требуют затраты энергии. Например, при опреснении воды путем испарения или дистилляции расходуется от 13 до 15 киловатт-часов на тонну опресненной воды. Однако при создании крупных опреснительных установок появится возможность вдвое снизить эти цифры.
Опреснительные установки, использующие тот или иной из указанных методов опреснения воды построены в ряде стран. Наибольшее распространение получили методы опреснения воды путем испарения или дистилляции.
В городе Бакей (штат Аризона, США) в 1962 году построена опреснительная установка, в которой использован для получения пресной воды электродиализ. Производительность установки составляет около 2600 куб. метров опресненной воды в сутки.
В Вилконе (Южная Африка) в 1959 году введена в действие опреснительная установка, опресняющая воду электродиализом, производительностью около 11 тысяч куб. метров опресненной воды в сутки. Поступающая вода содержит 0,3% солей, а опресненная — 0,06%.
Опытные опреснительные установки, основанные на методе вымораживания, построены в Японии, США, ФРГ и Израиле.
На нефтяных промыслах в Кувейте сооружено несколько опреснительных установок общей производительностью более 25 тысяч куб. метров воды в сутки. Построены опреснительные установки в Италии, дающие 4800 куб. метров опресненной воды в сутки. В Объединенной Арабской Республике сооружаются опреснительные установки мощностью около 2 тысяч куб. метров воды в сутки.
Опреснительные установки работают так-же в ряде мест Советского Союза, в частности в Баку и в Красноводске, опресняя воду Каспийского моря. Установка в Баку дает 1200 куб. метров опресненной воды в сутки, а в Красноводске — 2800 куб. метров в сутки.
До самого последнего времени в опреснительных установках во всех странах мира использовали энергию, получаемую при сжигании нефти, природных газов и угля. При сооружен ни относительно небольших установок, рассчитанных на получение от 2 до 5 тысяч куб. метров воды в сутки, использование органического топлива было оправдано.
Но вот наука открыла пути к новому источнику энергии — энергии атомного ядра. Первая атомная электростанция, как известно, была построена в Советском Союзе десять лет тому назад. (Это небольшая электростанция мощностью 5 тысяч киловатт.) За прошедшие десять лет в освоении нового источника энергии сделаны существенные, успехи, В сентябре 1958 года в Советском Союзе была введена в строй первая очередь сибирской электростанции, мощность которой в настоящее время превышает 600 тысяч киловатт. В 1963 году начала работать Белоярская атомная электростанция (мощность — 100 тысяч киловатт), а в 1964 году — Ново-Воронежская (210 тысяч киловатт). Стали строиться и вводиться в действие атомные станции мощностью в сотни тысяч киловатт в США, Англии, Франции. Сооружаются атомные электростанции в Чехословакии, в Германской Демократической Республике, в Италии, в Индии. Накапливаются знания и опыт по их проектированию, строительству, эксплуатации.
Расчеты советских специалистов показывают, что уже в настоящее время можно строить крупные атомные электростанции мощностью в 500 тысяч - 1 миллион киловатт, которые будут экономичны.
К таким же выводам пришли и американские специалисты. Это позволило президенту США Л. Джонсону в июне 1964 года сказать о том, что «давно обещанный день экономичной атомной энергии приближается». Он сказал далее, что в штате Нью-Джерси будет построена атомная электростанции мощностью 515 тысяч киловатт. Мощность этой станции затем будет доведена до 620 тысяч киловатт, а стоимость киловатт-часа не превысит стоимости энергии, получаемой по крайней мере на половине американских электростанций, питаемых другими, не атомными источниками энергии.
Все способы получения пресной воды из соленой связаны с потреблением энергии, а стоимость опресненной воды зависит в основном от стоимости энергии. Вот здесь-то и сказываются главные преимущества атомных энергетических установок. При увеличении мощности атомных электростанций стоимость электроэнергии резко снижается, а их экономические преимущества отчетливо выявляются, если сопоставить показатели большой атомной электростанции с показателями станции такой же мощности, но работающей на угле или нефти.
Использование атомной энергии для целей опреснения соленых вод открывает совершенно новые перспективы в решении проблемы водоснабжения. В Советском Союзе этим работам придается большое значение. В последнее время в Западном Казахстане было построено несколько опытных опреснительных установок, работающих по различным схемам опреснения. Одна из них, использующая принцип дистилляции, успешно работает в течение длительного времени. Она производит около 5 тысяч куб. метров пресной воды в сутки. Пока все установки питаются теплом, получаемым за счет сжигания органического топлива, но затем они будут получать его от атомного реактора.
В Западном Казахстане будет сооружен атомный реактор на быстрых нейтронах тепловой мощностью около одного миллиона киловатт. Получаемой и реакторе энергии будет достаточно, чтобы обеспечить работу электростанции мощностью 350 тысяч киловатт или работу электростанции меньшей мощности,объединенную с опреснительной установкой. Такая система позволит получать до 100 тысяч куб. метров опресненной воды в сутки.
Недостаток воды в Казахстане сдерживает использование природных богатств республики, и в частности ее минеральных ресурсов. Под песками безводной пустыни захоронены рудные месторождения, такие же богатые, как на Урале, а может быть, даже еще богаче. Вода оживит эти пустынные места и поставит все это богатство на службу людям.
Расчеты показывают, что атомный реактор тепловой мощностью 2,2 миллиона киловатт может обеспечить работу электростанции мощностью 510 тысяч киловатт и опреснительной установки производительностью 180 тысяч куб. метров пресной воды в сутки. При этом цена кубического метра воды не будет превышать 2—3 копеек. При создании реакторов тепловой мощностью 10—20 миллионов киловатт стоимость получаемой воды снизится на-столько, что ее можно будет использовать даже для ирригации.
Аналогичными проблемами занимаются и в США. По сообщению американского журнала «Микеникал энд инжиниpинг», фирма «Дженерал атомик» разработала проект атомной установки для одновременного производства электроэнергии и опресненной морской воды. Атомный реактор будет питать энергией электростанцию мощностью 440 тысяч киловатт и опреснительную установку на производство около 190 тысяч куб. метров пресной воды в сутки. Помимо составленного проекта на приведенную выше мощность, «Дженерал атомик» разрабатывает проект более крупной установки мощностью 2,4 миллиона киловатт. На этой двухцелевой установке стоимость одного киловатт-часа электроэнергии составит, по произведенным расчетам, 0,4 цента, а одного кубического метра пpecнoй воды — около 7 центов.
Аналогичную по мощности двухцелевую установку для получения электроэнергии и опресненной воды спроектировала фирма «Атомик интернейшнл». Атомные реакторы этих двух фирм отличаются только по конструкции. Первая фирма приняла в своем проекте высокотемпературный реактор с газовым охлаждением, а вторая — с графитовым замедлителем и жидким натрием в качестве теплоносителя.
В настоящее время имеются научные и технические предпосылки для создания опреснительных установок на производство не тысяч, а миллионов кубометров пресной воды в сутки. Директор управления по науке и технологии США доктор Д. Хоринг сообщил, что в США проводятся работы по созданию опреснительных установок производительностью около 3 миллионов кубометров пресной воды в сутки, в то время как до последнего вpeмeни производительность крупнейшей опреснительной установки едва достигала 11 тысяч куб. метров.
Работники атомной промышленности, занимаясь технологией производства расщепляющихся материалов, приобрели значительный опыт в области очистки воды. Техника водоочистки им знакома и близка. Настало время направить силы, знания и опыт специалистов, занятых в атомной промышленности, на решение одной из величайших проблем — превращения соленых вод в пресные.
Создание мощных опреснительных установок — это путь разумного использования атомной энергии. Решение проблемы опреснения морской воды при помощи атомной энергии открывает новые возможности для атомной промышленности, создает перспективу использования всех накопленных знаний и опыта, использования всего урана и плутония для дальнейшего прогресса человечества.
Для быстрейшего решения проблемы опреснения морской воды с помощью атомной энергии необходимо сотрудничество ученых прежде всего тех стран, где накоплены знания и опыт в данной области, а также проявляется большой интерес к проблеме опреснения морской воды.
В Советском Союзе имеются большие районы и даже целые республики, где вопросы водоснабжения стоят очень остро. Это Казахстан, Узбекистан, Таджикистан, Азербайджан, Крым. Мало воды во многих штатах США: Калифорнии, Нью-Мексико, Техасе, Аризоне. Большой интерес к опреснению морской воды проявляют страны Азии, Африки, Латинской Америки. Например, Объединенной Арабской Республике для развития страны необходимо увеличить площадь орошаемых земель на 6 миллионов гектаров. Эту проблему предполагают решить путем строительства ряда опреснительных установок вдоль побережья Средиземного моря, к западу от Александрии. Определена мощность первой опытной станции опреснения, которая должна получать энергию от атомного реактора электрической мощностью в 150 тысяч киловатт. Реактор будет выполнять две задачи: приводить в движение турбины (производить электроэнергию) и давать 20 тысяч куб. метров пресной воды в сутки, что позволит оросить 4 тысячи гектаров пустынных земель.
Проблема производства пресной воды из соленой в течение нескольких лет рассматривается в Организации Объединенных Haций. Экономический Социальный Совет ООН еще в 1960 году призывал страны к усилению работ в области изучения своих водных ресурсов. В 1963 году на международной конференции в Женeвe по вопросам использования науки и техники для поднятия экономики развивающихся стран проблеме опреснения соленых вод было уделено значительное внимание.
В последнее время проблемой опреснения воды стало заниматься также Международное агентство по атомной энергии. На совещании в Женеве по вопросам опреснения воды, созванном Международным агентством в сентябре 1964 года, присутствовали представители девятнадцати стран. На Третьей международной конференции пo вопросам мирного использования атомной энергии, происходившей в 1964 году в Женеве, среди многих других были также доклады, посвященные опреснению воды.
Перед учеными и инженерами стоит задача значительного увеличения мощности опреснительных установок. Надо увеличить мощность не в два-три раза, а в сотни раз. Необходимо также создать проекты атомных реакторов мощностью в миллионы киловатт.
Эти задачи целесообразно решать сообща. Заключенное в Москве соглашение между Советским Союзом и США о сотрудничестве в области опреснения соленых вод направляет энергию, опыт и знания людей на решение проблемы огромного значения. Результатами совместных работ, намеченных соглашением, будут пользоваться все народы мира.
Март 1965 года.
Комментариев нет:
Отправить комментарий