Технологии опреснения воды

Как известно, примерно одна пятая часть населения Земли не имеет постоянного доступа к чистой питьевой воде. Ее недостаток становится ограничением на пути развития многих стран Азии и Северной Африки и периодически приводит к вооруженным конфликтам за право обладания ресурсами. В свое время генсек ООН Бутрос Бутрос-Гали предположил, что следующая война на Ближнем Востоке будет уже из-за воды: по данным ООН, в этом регионе около 50 млн. человек не имеют возможность потреблять качественно очищенную воду, еще 100 млн. чел – вообще не имеют доступа к пресной воде.

Выход из ситуации заключается в опреснении и дальнейшем использовании морских и грунтовых вод.

Сегодня наиболее распространены две технологии опреснения: многоступенчатый процесс дистилляции, или паровой компрессии, и обратный осмос, который осуществляется при помощи электрических насосов. При очистке соленой воды обратный осмос более рентабелен, несмотря на то, что дистиллированная вода – более чистая. Стоит отметить, что всего несколько современных заводов используют эффективную систему дистилляции, а наилучшие экономические результаты достигаются за счет совмещения двух технологий.

Опреснение воды энергозатратно. Процесс обычно сопровождается сжиганием полезных ископаемых. Это не выгодно не только экономически, но и вредит экологии планеты из-за выброса больших объемов парниковых газов в атмосферу. Большая часть таких заводов расположена на Ближнем Востоке; крупнейшие из них производит более 400 тыс. куб. м. пресной воды в день.

Большинство стран получают питьевую воду, опресненную в процессе обратного осмоса. Например, в Израиле таким образом опресняется 10% воды. В стране планируется создать ряд опреснительных установок мощностью от 450 до 800 млн. куб.м опресненной воды в год. Стоимость каждого инвестиционного проекта оценивается в 400–900 млн. долл, а эксплуатационные расходы превысят 200 млн. долл. в год. Построенная в 2005 году крупная станции по опреснению воды в Ашкелоне проектной мощностью 110 млн. куб.м обошлось инвесторам в 150 млн. долл. Себестоимость процесса составляет 50 центов за кубический метр. На Мальте 2/3 питьевой воды получают путем обратного осмоса. С 2005 года в Сингапуре введен в эксплуатацию завод, опресняющий 136 тыс. куб.м воды в день по цене 49 центов за кубометр.

Для обратного осмоса необходимо в среднем 6 кВт-ч электроэнергии в расчете на кубометр воды; потребление энергии зависит от степени ее солености. Дистилляция и паровой компрессия воды требуют от 25 до 200 кВт-ч в расчете на кубометр воды. Температура процесса при этом варьируется от 70 до 130°C. Таким образом, стоимость процесса переработки при российских ценах на энергоносители составляет от 50 центов до 6 долл. за куб. м.

Для снижения этих показателей нередко применяются низкопотенциальные источники энергии, например, солнечная энергия.

Один из наиболее эффективных вариантов энергообеспечения опреснения воды заключается в использовании энергии атомного реактора.

Подобное применение ядерной энергии – сравнительно новая тенденция для мирового сообщества, стимулом к развитию которой стало успешное функционирование реактора в казахском городе Актау (бывший Шевченко). Реактор на быстрых нейронах БН-350 работал с 1972 года. Он производил до 135 МВт электричества и 80 тыс. куб. м питьевой воды в день на протяжении 27 лет. Около 60% его мощности использовалось для генерирования тепла и опреснения. Изначально проектная мощность завода составляла 1000 МВт, однако реальная мощность никогда не превышала 750 МВт, что и обеспечило ему надежность и долговечность по сравнению с другими заводами.

Целесообразность и техническая осуществимость опреснения при помощи атомных установок была доказана в течение многих лет практикуется на заводах в Индии и Японии.

В Японии построено около 10 предприятий по опреснению воды, объединенных с водными энергетическими реакторами и опресняющих 1 000–3 000 куб. м каждый день. Вода одновременно используется в охлаждающей системе реакторов.

Индия включилась в исследования по опреснению воды в начале 1970-х, а в 2002 году на юго-востоке страны была построена атомная электростанция Madras с двумя атомными реакторами мощностью по 170 МВт. На электростанции используются технологии обратного осмоса, и многоступенчатой очистки. Первый процесс позволяет опреснить 1 800 куб.м воды в день, а технология многоступенчатой очистки – до 4 500 м3 в день.

Более обширным опытом в сфере опреснения обладают Россия, Восточная Европа и Канада.

Атомные реакторы для опреснения воды также используются в Корее, Испании, Великобритании, Китае, России, Пакистане, Тунисе, Марокко, Египте, Алжире, Иране и Аргентине. Для опреснения используются атомные реакторы малого и среднего размера. С их помощью в день может опресняться 80–100 тыс. куб.м и 200–500 тыс. куб.м в день соответственно. По сравнению с дистилляцией, этот способ обладает более выгодной ценой и имеет большой потенциал для развития.

Возможность распространения технологии ядерного опреснения зависит от экономических факторов региона. Это направление считается одним из наиболее важных для Международного агентства по атомной энергии (IAEA), которое проводит постоянный мониторинг проблемы дефицита пресной воды в 20 странах по всему миру.