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: он стремился не к обессоливанию, а лишь к умягчению морской зоды. Но именно в такой постановке сказалось глубокое понимание самой сущности проблемы.
Сейчас (не говоря уже о будущем) основной потребитель волы промышленность. Она расходует до 80 процентов общего количества. Понятно, что если хоть часть предприятий далось .бы перевести на морскую воду, образовался бы резерв пресной воды, вполне достаточный для удовлетворени:1 нужд сельского хозяйства и быта.
При умягчении из морской воды удаляются не все соли, а только соли так называемой "жесткости" - магния и кальция. На обыденном языке это значит, что вода остается соленой, но не дает осадка, "накипи". Пить такую воду нельзя: Р ней много поваренной соли. Однако она вполне пригодна для питания испарителей, теплообменников, котлов низкого среднего давления. А как раз эти потребители особенно "прожорливы".
Способ, разработанный лабораторией И. 3. Макинского, прост и эффективен. Сначала в морскую воду добавляется известь. Известь реагирует с солями, растворенными в воде.
Образуются гидроокись магния и карбонат кальция, которые частично выпадают в осадок.
Второй этап - нагревание (но не испарение!) воды. При нагревании из нее удаляются оставшиеся соли жесткости, вредные органические примеси, а также растворенные в воде газы.
На последней стадии воду пропускают через специальный ионообменный фильтр. Здесь происходит окончательная очистка воды от солей, образующих накипь.
В чем преимущества этого метода, (его называют термохимическим) перед известными, в частности перед выпариванием и фильтрованием? При выпаривании высокая стоимость воды связана с большим расходом тепла. Основная же часть тепла тратится как раз на испарение.
Ионнообменный метод эффективен в тех случаях, когда в воде содержится мало солей. Если солей много, фильтр быстро "забивается", и на его очистку (регенерацию) приходится тратить большие количества сравнительно дорогих реагентов - кислоты и щелочи.
Решение И. 3. Макинского не только оригинально, но и по-инженерному красиво. На первых стадиях процесса, когда в воде много солей, он пользуется "грубыми", но недорогими средствами: химическими (действие известью) и физическими (нагревание). На последнем этапе он применяет тонкий метод - ионообменное фильтрование. Однако теперь это не страшно, вода уже освобождена от большей части примесей.
К тому же регенерация ионита осуществляется рассолом, полученным при упаривании морской воды...
Уже несколько лет недалеко от Баку, на ГРЭС "Северлая", действует опытно-промышленная установка для опреснения воды по методу профессора Макннского. Она - первая и, естественно, не лишена недостатков. Но установка дает воду, качество которой отвечает требованиям, а стоимость не выше, чем на самых совершенных в мире опреснительных заводах.
А если сравнить ее по цене с пресной водой? Может быть, такое сравнение и не вполне справедливо, но от него не уйдешь. Ведь в конечном счете решает именно этот показатель.
Вопрос сложный. В условиях нашей страны "порог" - средняя стоимость пресной воды - чрезвычайно низок, 5 копеек за тонну. В данном же случае: чем ниже порог, тем труднее его перешагнуть. И все-таки уже сейчас можно утверждать, что способ Макинского сравнение выдержит. Вот почему.
Эксплуатация опытной установки на ГРЭС "Северная" показывает, что при нормальной работе стоимость умягченной воды не превышает 30 копеек за тонну. Расчеты свидетельствуют, что на крупном, усовершенствованном заводе эта цифра может быть снижена до 5-8 копеек.
Но это еще не все. Современная промышленность предъявляет к воде жесткие требования. Обычная пресная вода, вполне цригодная для человека, ее уже не удовлетворяет.
Она вызывает коррозию оборудования, а во многих производствах (а химической технологии, в нефтепереработке) ухудшает качество продукции. Пресную воду тоже приходится очищать. И обходится это не дешевле, чем обработка соленой воды.
Тут возникает еще одно, может быть, решающее соображение. При очистке пресной воды получают, понятно, водуи только. При умягчении воды термохимическим методом из нее можно извлечь примеси. И ценность их настолько велика, что открывает совершенно новые перспективы.
В популярных книгах обычно пишут, что морская вода содержат "всю таблицу Менделеева": от широко распространенных на земле алюминия и железа до редких - золота н радия. Теоретически все элементы можно извлечь, выделить в чистом виде. Однако на практике этой возможностью почти не пользуются - дорого. Ведь относительное содержанке элементов в морской воде все-таки крайне незначительно.
Итак, в морской воде много дешевой пресной воды и мало дорогих примесей. До сих пор над этим не задумывались, ставилась цель получать или одно, или другое. В опровержении этого "или-или" заключена одна из важнейших особенностей ргбот лаборатории - их комплексность.
В рассоле, полученном после обработки морской воды термохимическим способом, содержание элементов в 20 раз, а при определенных условиях в 200 раз выше нормального.
И главное, повышение концентрации происходит попутно, без дополнительных затрат труда и средств.
Уже на этом уровне рассол следует рассматривать, как потенциальное сырье для извлечения многих элементов. Но еcли тут нужны дополнительные исследования, то производство некоторых ценных продуктов можно осуществить буквально сейчас. Из кубометра прошедшей обработку морской воды получается в виде отходов-1,5 килограмма гидроокиси магния и 5 килограммов гипса.
Окись магния - это и наполнитель в шинном производстве, и составная часть огнеупора, и изоляционный материал лучшего качества. Наконец, из нее легко выделяется магнийметалл, значение которого в современной технике трудно переоценить. А если вернуться к языку арифметики, окажется, что стоимость "отходов" полностью окупает все затраты по умягчению морской воды!
Комплексный подход сказывается и в другом. Значительное место в работах лаборатории уделяется расширению "сферы действия" умягченной воды. Исследования ведутся как бы с двух сторон. Одна - повышение качества обработки. Другая - приспособление промышленного оборудования к использованию такой воды. Впервые в мировой практике лаборатория осуществила, например, успешный эксперимент, добившись, чтобы на умягченной воде работали котлы высокого давления.
И, наконец, основное. Глубокое изучение термохимического метода, проведенное лабораторией И. 3. Макинского, открыло новые возможности. Обнаружилось, что метод может быть с успехом использован и при решении кардинальной проблемы - полного обессоливания морской воды.
Дополнительные затраты? Незначительны. Обессоленная вода практически будет иметь ту же стоимость, что и умягченная. Факт, который трудно мерить обычными мерками..
Проблемная лаборатория расположена в Баку. Естественно, что основные исследования ведутся пока применительно к каспийской воде. Но в принципе метод профессора Макинского пригоден для обработки любой воды, в том числе океанской. А это значит, что работы лаборатории выходят далеко за пределы республики, указывая путь к решению мировой проблемы, открывая человеку дорогу на океан.
НЕМНОГО О БУДУЩЕМ
Подробно рассказывая о работах проблемной лаборатории Азербайджанского института нефти и химии, я вовсе не имел в виду противопоставить термохимический метод другим. Такое противопоставление бессмысленно. Проблема воды настолько велика и многообразна, что ее нельзя решить с помощью одного, даже самого лучшего способа. Потребуются опреснители различного типа: для малых городов, сел и даже отдельных домов. Подсчитано, что в места с суточных;
1 2 3