На нашей планете практически не бывает абсолютно чистой воды, как только капля дождя попадает на поверхность земли, она сразу впитывает в себя десятки веществ. Но принято считать, что вода либо пресная, либо соленая.
И существует ее постоянный переход из одной в другую. Солнце нагревает поверхность морей и океанов, вызывая испарение воды, она превращается в водяной пар, который образует облака.
Воздушные потоки переносят эти клубы водяного пара от места испарения, в том числе и на сушу, где уже пресная вода выпадает дождем, снегом или градом. Вода проходит долгий путь через ручьи, реки, грунтовые земли, насыщается солями почв в конце концов снова изливается в моря и океаны.
Этот круговорот происходит без изменений, миллионы лет. Такая вода несет с собой тысячи веществ, которые она растворила, пока совершала это путешествие.
И поскольку эти вещества, поступают в океан в течение миллионов лет, мировой океан накопил достаточное количество солей. Если всю соль, растворенную в мировом океане расположить на поверхности всех материков, то суша будет покрыта слоем соли минимум в 150 метров.
Минеральный состав морской воды во всех мировых океанах схож, и близок химическому составу крови человека и других теплокровных. Это косвенно подтверждает теорию, что мы произошли из океана.
Минеральный состав океанской воды неизменен многие миллионы лет, это становится понятно, когда проводят исследования крови древних животных, чей белковый состав индивидуален, а минеральная составляющая одинакова и у акул и крокодилов и у человека.
И все-таки, почему состав морской воды не изменяется и от чего зависит соленость воды? Согласно одного предположения ученых, моря сразу зародились с таким составом солей около трех миллиардов лет тому назад.
Согласно других предположений соленость воды постепенно увеличивалась, пока концентрация не стала схожей с современной. Это происходило под влиянием постепенно накапливающихся солей.
Речная вода несет в себе немного солей, но общее ежегодное поступление солей с речной водой в моря составляет немного менее одного миллиарда тонн.
Данные удивительные, но если учесть что станции городской водоподготовки только в Москве отправляют в городские водопроводные сети более семи миллионов тонн водопроводной воды ежедневно, легче поверить в эти невероятные цифры.
И вот понимая механику процесса, думается, что мировой океан должен постепенно набирать соленость. Но это, почему-то не происходит. Часть поступающих солей выпадает в осадок, другие используют для формирования скелетов и раковин морские обитатели, некоторые соли пропитывают прибрежные земли, постоянно идет формирование осадка на морском дне, органические вещества сгнивают, или распадаются на более простые, а минеральные осадки оседают, продолжая формировать известковые отложения.
Так поддерживается равновесие поступающих и удаляющихся солей и состав мирового океана постоянный миллионы лет.
Проблема отсутствия пресной воды в различных регионах планеты
С учетом имеющегося количества воды на планете, трудно предположить, что огромное количество людей страдает от недостатка воды. В пресной воде нуждаются не только люди, но и животные, сельскохозяйственные культуры, она необходима в производственном цикле большинства промышленных предприятий.
Фактически, из всей массы воды на планете, только одна треть одного процента является пригодной для этих целей. С учетом общей массы воды на планете, это очень много. Если бы у каждого человека был доступ к его части воды, ее с лихвой хватало бы на всех. Однако пресная вода расположена на материках земли очень не равномерно. Большое количество пригодной для питья живительной влаги находится в полярных льдах, в снегах гор, в различных водоемах, в подземных водах.
Таким образом, получается, что в России, в Северной Америке и Европе почти нет проблем с источниками воды, а большинство стран Азии, Африки, Центральной Америки, Австралии испытывают постоянную нехватку пресной воды как для промышленного и сельскохозяйственного использования, так и для бытовых нужд человека.
Ну а природную воду, даже при наличии надежного водного источника, все равно необходимо подготавливать, фильтровать и обеззараживать, что приводит к увеличению ее стоимости, и снижает ее доступность даже в регионах, где существует обилие природной пресной воды. Общая ситуация с наличием и доступностью пресной воды на всем земном шаре постоянно ухудшается. Давайте рассмотрим некоторые причины этой ситуации:
1. Общая численность населения постоянно растет. Многие ученые сходятся во мнении, что уже в настоящее время существует проблема перенаселения Земли. Хотя некоторые ученые считают, что прирост населения при достижении количества 10 миллиардов приостановится, на практике пока такой тенденции не наблюдается. Количество живущих увеличивается непропорционально относительно роста посевных земель и обеспечению населения продовольствием и чистой водой.
2. Усиливается загрязнение поверхностных и грунтовых вод вследствие деятельности промышленной и хозяйственно-бытовой деятельности человека. Это стоки промышленных предприятий, сельскохозяйственных предприятий, хозяйственно-бытовые канализационные сточные воды больших и малых населенных пунктов. Эти поступления смываются в водоемы или попадают, туда просачиваясь сквозь почвы, смываются осадками, но в итоге вода оказывается загрязнена. Значительные объемы воды становятся недоступными для населения региона. Очистные сооружения отдельный вопрос, они есть не везде, не всегда работают, и точно отсутствуют в большинстве бедных стран и регионах.
3. Опустошение артезианских источников, которые образовались под водоупорными слоями за миллиарды лет, происходит гораздо быстрее формирования их новых запасов. В обозримом будущем эти запасы закончатся, а территории, где артезианские скважины являются единственными источниками пресной воды, постигнет незавидная судьба – люди вынуждены будут просто покинуть обжитые места.
4. Парниковый эффект с постепенным повышением температуры на поверхности Земли приводит к тому, что климат постепенно изменяется. Пересохло Аральское море, меняется структура климатических зон в Азии и Южной Америке. Общая территория степей и пустынь увеличивается на десятки квадратных километров каждый год. За прошедшие сто лет средняя температура увеличилась на 0,8 градуса, при этом ученые синоптики прогнозируют увеличение средней температуры до 6 градусов в предстоящие сто лет. Это также увеличит проблему наличия пресной воды, и увеличит потребности в ней в регионах, находящихся в зоне риска.
5. В России считается, что в среднем один человек, включая детей грудного возраста потребляет в день около 150 литров пресной воды. При этом городские службы водоподготовки подают на одного человека примерно 500-750 литров пресной воды, с учетом потребностей в воде промышленных предприятий, городских служб, всех учреждений и организаций городов. Мы употребляем гораздо больше воды, чем нам необходимо. В водопроводных муниципальных коммуникационных сетях происходят большие потери пресной воды из-за аварий, устаревания и износа оборудования, коррозии и т.п.
6. Во многих странах вода используется бездумно для сельскохозяйственных нужд, вода дешевая, люди просто ее не ценят. Она с одной стороны возобновляемый ресурс, с другой стороны с каждым годом становится все более и более дорогим. Необходимо осуществлять меры для экономии пресной воды уже сейчас, чтобы потом не стало поздно. Решения должны обеспечиваться на уровне государства, и задача в первую очередь обеспечить население безопасной водой.
Технология опреснения морской воды
Существует несколько основных технологий опреснения морской воды.
Эти способы разделяют на две основные группы:
1. С помощью замораживания или кипячения
2. Без изменения температуры раствора
Краткое описание методов опреснения:
1. Химическое опреснение связано с использованием специальных химических веществ, которые при взаимодействии с солями образуют нерастворимые осадки, извлекаемые отстаиванием и механической фильтрацией. Такие реагенты стоят дорого, технология требует особых навыков обслуживающего персонала. Поэтому химическое опреснение используется ограничено и заводы по опреснению морской воды не строят без особых оснований.
2. При электродиализе вода катионы и анионы примесей разделяют с помощью мембран. При пропускании постоянного тока через раствор, соли собираются на электродах, а образующие газы: хлор и кислород улетучиваются в атмосферный воздух. При использовании на морской воде себестоимость опреснения очень высокая, гораздо экономичнее использовать данный метод на минеральных пресных водах. Также этот метод не дает полное опреснение, поэтому на морских судах метод практически не используется, гораздо чаще метод используется как промежуточный при опреснении воды для использования на промышленных предприятиях. Эта технология относится к промышленному опреснению морской воды.
3. Установки обратного осмоса используют для опреснения морской воды. Метод основывается на пропускании раствора сквозь синтетическую пленку - мембрану, с постоянным дренажным оттоком концентрированной воды. Несмотря на то, что уже появились достаточно стойкие мембраны, их использование ограничено малым сроком службы и высокой стоимостью. Для фильтрации и обессоливания природной воды метод используется широко в промышленности и в бытовой водоподготовке. Там, где концентрация солей значительно ниже, чем в морской воде и мембраны служат гораздо дольше. У компании Гейзер есть возможность проектирования станций опреснения морской воды, в которых на время простоя мембраны заливаются очищенной водой, при запуске смываемой в дренаж. Это позволяет значительно увеличить ресурс мембран, и снизить общую себестоимость обессоленной воды.
4. Способ вымораживания не сложен, но требует оборудования больших физических размеров и не дает полное удаление солей. При медленном управляемом замораживании соленой воды, изначально образуется пресный лед, сбор которого позволяет значительно снизить концентрацию солей. Для более качественного опреснения применяют искусственное таяние льда. Первая талая вода, образующая при таянии, наиболее соленая в общем объеме льда.
5. Дистилляция – метод, часто применяемый на океанских лайнерах. Процесс опреснения на дистилляторах похож на работу бытового перегонного аппарата. Разделяют два способа – под давлением и без давления. Способ достаточно дорогой, но использование избыточной теплоты парогенераторов и силовых машин морских судов позволяет получать высокую степень очистки воды и одновременно предохранять двигатели от перегрева. В силу высокой себестоимости метод ограничено используется на суше.
Существует еще несколько технологий опреснения морской воды, которые в настоящее время не получили достаточного распространения. Вопрос опреснения морской воды в России не относится к первоочередным вопросам. Россия в силу своего географического положения имеет доступ к достаточным источникам пресной воды, но вопрос обессоливания, удаления солей жесткости, органических веществ и ионов тяжелых металлов стоит в России достаточно остро.