Великое опреснение

01 мая 2008 года, 00:00

Ближний Восток — регион, в котором проживает 5% населения планеты, однако на него приходится лишь 0,09% мировых запасов пресной воды. А ведь без воды немыслима не только жизнь, но и промышленность, сельское хозяйство и прочие отрасли человеческой деятельности. Особенно остро обстоит дело с проблемой водоснабжения в Израиле, поскольку его руководство по ряду известных причин вынуждено добиваться максимальной автономности жизнеобеспечения страны. И ему это удается. Фото вверху ALAMY/PHOTAS

Более половины территории Израиля занимает пустыня Негев (от иврит. — «сухой»), из одного названия которой легко сделать вывод, что это не очень подходящее для жизни место. Однако и в остальных районах израильской земли зеленые насаждения сами по себе обычно не растут — для этого необходимо их посадить и тщательно за ними ухаживать. При этом Израиль не только не жалуется на нехватку продовольствия, но и завозит свежие фрукты в половину стран Европы, включая отчасти и Россию: израильские лимоны и грейпфруты можно увидеть во многих российских супермаркетах. А между тем, чтобы вырастить одно только лимонное дерево, нужно несколько кубометров воды в год.

Впрочем, человеку, не забывающему о личной гигиене, воды требуется столько, что любое лимонное дерево завянет от зависти. По разным источникам, каждый израильтянин в среднем расходует от 80 до 130 литров ежедневно. Это довольно скромный показатель по меркам развитых стран (американцы расходуют до 500 литров), но самый высокий в Ближневосточном регионе. В Израиле проживает более семи миллионов человек. Несложные вычисления показывают, что только для бытовых нужд израильтянам ежегодно требуется около трехсот миллионов кубометров. И это не считая промышленного и сельскохозяйственного использования водных ресурсов.

Между тем именно расходы на орошение составляют большую часть потребляемой воды, хотя в последнее время из-за растущей потребности в питьевой воде их относительная доля заметно снизилась. Кстати, в Израиле невозможно увидеть садовника, беспечно поливающего деревья шлангом: вода подводится в точно рассчитанных количествах по тонким трубочкам непосредственно к каждому растению. Именно благодаря повсеместному внедрению капельного орошения площадь, занятая пустынями, в Израиле ежегодно сокращается в отличие от многих других стран, где пустыни наступают.

Антарктида нам поможет

Одна из самых экстравагантных идей состоит в том, чтобы «поймать» в высоких широтах айсберг и отбуксировать его через Средиземное море прямо к берегам страны. Транспортировка от Антарктиды до Израиля каравана гигантских ледяных глыб (размером в несколько футбольных полей каждая) может занять около года. Но если поверхность льда прикрыть от солнца тонкой отражающей пленкой, айсберги вполне могут «продержаться» до пункта назначения. Скорость движения каравана будет составлять всего пару узлов, что сравнимо со скоростью морских течений, которые надо обязательно учитывать при прокладке маршрута. Но даже один такой караван мог бы заметно упростить ситуацию с обеспечением страны питьевой водой. Есть и чуть менее радикальная версия этого проекта: не тащить айсберги целиком через океан, а прямо в открытом море измельчать лед и везти в танкерах ледяную шугу. По некоторым оценкам, такая вода может оказаться дешевле опресненной. И все же пока всерьез подобными проектами никто не занимается.

Компьютеризированная ирригационная система в пустыне Негев. Фото RICHARD T.NOVITZ/CORBIS/RPG 
Всеизраильский водопровод

Откуда же взять все эти миллионы кубометров? Как и в большинстве стран мира, пресная вода в Израиле в основном добывается из естественных источников: озер, рек и подземных водоносных горизонтов. Природный резервуар пресной воды в Израиле один — это озеро Кинерет, однако уровень воды в нем уменьшается год от года. Управление водного хозяйства Израиля установило минимальный уровень воды в озере, при достижении которого из него уже нельзя выкачивать воду, чтобы не произошли необратимые гидрологические изменения. Сейчас это 213 метров ниже уровня моря. Информация об уровне воды регулярно обновляется на сайте www.water.gov.il; в настоящее время он почти всегда находится недалеко от критической отметки. Около 40% пресной воды, выкачиваемой из озера, направляется на насосную станцию Сапир, с которой начинается Всеизраильский водопровод — система водоснабжения, доставляющая воду от северных источников на юг страны, в том числе в пустыню Негев, — остальное потребляется непосредственно в регионе.

Большая часть пресной воды, впрочем, добывается из подземных источников. Самый большой из них — так называемый прибрежный водоносный горизонт, простирающийся от берега Средиземного моря к подножию Иудейских гор. Из него ежегодно извлекается около 500 миллионов кубометров воды. Восполняется он как естественным путем — благодаря стоку дождевой воды, так и искусственными методами — захватом и перенаправлением паводков, а также, в незначительной степени, закачкой предварительно отфильтрованных и обеззараженных сточных вод.

Протяженность прибрежного водоносного горизонта позволяет ему служить в качестве многолетнего хранилища пресной воды, из которого можно выкачивать ее в засушливые годы. Но к этому процессу следует подходить разумно. Близость к берегу моря при бесконтрольной эксплуатации создает опасность периодических прорывов морской воды, что увеличивает соленость подземных вод и может сделать их непригодными для использования. Вредит водоносному горизонту также загрязнение удобрениями, ядохимикатами, промышленными и бытовыми стоками. Это особенно заметно в той его части, которая расположена на территории сектора Газа, что вынуждает жителей искать внешние источники пресной воды.

Второй по значимости водоносный горизонт Израиля называют горным. Он простирается от Изреельской долины на севере страны до города Беер-Шева на границе пустыни Негев. Этот пласт состоит из пористых, но твердых горных пород — известняка и доломита. Карстовые системы, существующие в горном водоносном горизонте, содержат естественные подземные резервуары, наполненные чистой водой. Именно здесь вода наиболее высокого качества, она может быть использована без ограничений для любых нужд практически без какой-либо предварительной обработки. Но ее уровень в этом водоносном горизонте неоднократно опускался ниже критической отметки, поэтому в настоящее время из него запрещен отбор воды свыше естественного дождевого восполнения в зимний сезон.

Существуют и альтернативные источники пресной воды. Коллекторы дождевых вод используются по всей стране и особенно полезны в период паводка, собираемая ими вода бесценна для сельского хозяйства в сухой сезон. Все быстрее развиваются технологии повторного использования сточных вод, они уже обеспечивают заметную долю объема технической воды. Наконец, у Израиля есть выход к практически неограниченным запасам воды в Средиземном и Красном морях, а через них — ко всем океанам планеты. Здесь лишь одна досадная помеха: вода в морях соленая, и без предварительного опреснения (а это сложный и дорогостоящий процесс) пить ее нельзя.

Обратный осмос

Чтобы понять явление обратного осмоса, следует сначала разобраться с осмосом обычным. Заполним какую-нибудь емкость простой водой и опустим в нее контейнер с концентрированным солевым раствором, одна из стенок которого — специальная полупроницаемая мембрана, пропускающая молекулы воды и не пропускающая молекулы соли. Что произойдет? Броуновское движение будет приводить к тому, что молекулы воды начнут проходить через мембрану в обоих направлениях. Но со стороны раствора их поток будет слабее, просто потому, что молекул воды там меньше, так как часть из них вытеснена молекулами соли. В результате концентрация раствора станет снижаться. Остановить этот процесс можно, только увеличив давление раствора.

Явление осмоса можно объяснить и по-другому. Давление раствора на полупроницаемую мембрану складывается из двух составляющих — парциальных давлений воды и растворенной в ней соли. Поскольку поры не пропускают соль, ее давление полностью уравновешивает сама мембрана за счет своей упругости. А вот давление воды не уравновешивается, поскольку в растворе ее концентрация ниже, чем по другую сторону мембраны. Возникший перепад давлений называется осмотическим давлением. Он-то и затягивает воду через мембрану в раствор.

Кстати, именно из-за осмоса нельзя пить морскую воду: клеточные стенки как раз и являются полупроницаемыми мембранами. Когда соленая вода попадает в пищеварительный тракт, осмос вытягивает воду из клеток, пытаясь уравнять осмотическое давление и снизить концентрацию соли, в итоге наступают обезвоживание и смерть. Но явление осмоса обратимо. Если солевой раствор будет находиться под высоким давлением, молекулы воды станут проходить через мембрану в противоположном направлении, в сторону емкости с чистой водой (опять же стремясь уравновесить давление). Таким образом, полупроницаемая мембрана действует как очень тонкий фильтр: чистая вода продавливается сквозь нее, оставляя в контейнере меньшее количество более концентрированного солевого раствора. Обратный осмос — процесс довольно медленный, и для его технической реализации необходимо высокое давление, но он работает.

В 2002 году Ливан построил водозаборную станцию на приграничной с Израилем реке Ваззани, принадлежащей к бассейну Иордана. Это едва не стало причиной военного конфликта. Фото PAUL ASSAKER/CORBIS/RPG
 Долой соль

Казалось бы, что тут может быть сложного — удалить из каждого литра морской воды растворенные в нем 35 граммов соли? (Соленость вод Мирового океана колеблется в зависимости от региона, но незначительно.) Над этой проблемой задумывался еще Аристотель, пытаясь изобрести особые фильтры, опередив тем самым свое время на две с лишним тысячи лет. Это удалось сделать лишь в 1940-х годах, с открытием явления обратного осмоса. Первый же метод опреснения воды основывался на дистилляции — выпаривании соленой воды и конденсации пара, уже лишенного растворенных солей. Каждый, кто хоть раз пробовал осуществить дистилляцию самостоятельно (в кабинете химии, например), знает, как много приходится затрачивать энергии и как мало при этом получается конечного продукта. В современных опреснительных установках, работающих по этому принципу, применяется технология вакуумной дистилляции. Она основана на том, что при низком давлении вода закипает при гораздо меньшей температуре. Но энергии все равно затрачивается немало — не только на кипячение, но и на работу вакуумных насосов. Поэтому данный метод нашел применение в основном в тех странах Ближнего Востока, где много нефти, а Израиль к их числу не относится.

Существуют и другие способы опреснения. Один из самых известных — вымораживание. Если медленно охлаждать морскую воду, то получающийся на поверхности лед при оттаивании окажется пресным. Впрочем, Израилю этот способ не подходит по климатическим причинам. Еще один метод — ионный обмен. Пропуская воду через фильтры из ионообменных смол, можно заменить ионы, к примеру, натрия на ионы водорода (катионитовый фильтр), а затем кислотные остатки (например, ионы хлора) на ионы OH–. В итоге вместо NaCl получается H2O, а это и есть опреснение. Подобным образом работают некоторые бытовые фильтры водопроводной воды (они в основном рассчитаны на удаление солей кальция, что приводит к смягчению воды). Недостаток ионообменных систем — дороговизна их применения для воды с высоким содержанием солей, поэтому для опреснения морской воды их практически не используют. Наконец, один из самых современных методов опреснения основан на явлении обратного осмоса, для чего нужно лишь продавить морскую воду через специальные фильтрующие мембраны под достаточно высоким давлением — 5—7 мегапаскалей (50—70 атмосфер).

Хотя обратный осмос, по-видимому, является на сегодня энергетически наиболее эффективным методом опреснения морской воды (выгоднее, пожалуй, только новые разработки на основе вездесущих углеродных нанотрубок, не покинувшие пока, однако, стен лабораторий), он все же требует существенных затрат энергии для работы насосов высокого давления. Поэтому очень выгодно объединять опреснительные установки с электростанциями, причем лучше всего с атомными. В них высокотемпературные водяные контуры сочетаются с большим количеством недорогой электроэнергии и отсутствием отходов (за исключением требующего отдельной утилизации отработанного ядерного топлива, которое никак не соприкасается со вторичными тепловыми контурами, где циркулирует вода).

С начала 2000-х годов опреснение является стратегическим направлением в развитии израильского водоснабжения. Пилотные проекты существовали и раньше, но 24 августа 2005 года опреснение воды в Израиле впервые достигло значительных для региона масштабов. В этот день неподалеку от Ашкелона (около 40 километров к югу от Тель-Авива) была запущена крупнейшая в мире опреснительная установка на основе обратного осмоса мощностью 100 миллионов кубометров в год. Опресненная вода после дополнительной реминерализации попадает непосредственно во Всеизраильский водопровод, а оттуда — в южные регионы страны. Станция имеет 20 бассейнов предварительной очистки, где морская вода освобождается от механических загрязнений, и 40 000 полимерных фильтров, через которые она прогоняется насосами высокого давления. Для работы всего этого хозяйства необходим источник электроэнергии мощностью 50 мегаватт, поэтому установка включает собственную тепловую электростанцию. Предполагается, что она будет работать на египетском природном газе, но пока его поставки не налажены и электричество забирается из общей сети. Проект стоимостью 250 миллионов долларов реализован объединенными усилиями французской компании Veolia (часть Vivendi Group) и израильской IDE Technologies. Последняя, прежде чем приступить к реализации проекта в Ашкелоне, уже построила 350 опреснительных установок по всему миру, из них 65 — только в Испании. Согласно условиям тендера полученная питьевая вода поступает государственной компании «Мекорот» (отвечающей за водоснабжение страны) по цене 52,7 цента за кубометр — самой низкой в мире для опресненной воды.

Но у израильских проектов опреснения существует немало противников, несмотря на то что это путь к автономности жизнеобеспечения страны (а возможно, как раз именно поэтому). Противники опреснения приводят множество сомнительных, а то и вовсе псевдонаучных доводов. Например, утверждается, что опресненная вода отличается от обычной изотопным составом и поэтому может привести в долговременной перспективе к необратимым последствиям для человеческого организма. При этом авторы подобных заявлений как-то забывают о том, что дождевые или подземные воды, к которым у них нет претензий,   происходят из водяного пара, образующегося в основном за счет испарения морской воды солнечным теплом. По сути, вся наша планета работает как гигантская термальная опреснительная установка. Искусственное опреснение ничем принципиально не отличается от природного, кроме разве что отсутствия природной минерализации, но реминерализация опресненной воды — давно отработанный технологический процесс.

Реальные причины такой ожесточенной критики, скорее всего, политические. Ряд территорий, на которых находятся источники восполнения водоносных горизонтов Израиля, оспариваются их жителями, желающими создать там независимое государство. Но есть и другие политические силы, стремящиеся любой ценой уберечь целостность территории. В своем противостоянии популярному в мировом сообществе плану израильско-палестинского размежевания они используют любые возможности. В частности, один из аргументов состоит в том, что Израиль не выживет без находящихся на спорных территориях источников воды. Введение в строй мощных опреснительных установок может снять и этот аргумент — отсюда попытки вызвать недоверие населения к опресненной воде. Разумеется, стремление защитить территориальную целостность своей страны достойно всяческого уважения, но применяемые для этого методы должны быть честными и рационально обоснованными, без опоры на псевдонаучные заявления.

Колодец в центре подземного водного резервуара в Ханаане на Западном берегу Иордана. Фото ALAMY/PHOTAS 
Импорт и строжайшая экономия

Несмотря на все прилагаемые усилия, опреснение морской воды остается дорогим удовольствием. Поэтому рассматриваются и применяются также и другие способы водоснабжения страны. Один из подходов — сокращение потребления. Пропаганда бережного отношения к воде вкупе с внедрением водосберегающих технологий в промышленности и сельском хозяйстве уже дает плоды: в последние 10 лет суммарное потребление воды в стране стало снижаться. Другой путь — использование альтернативных источников пресной воды в пределах Израиля. К таковым относится сбор паводковых вод, использование солоноватых подземных источников, обеззараживание (с применением биотехнологий) и повторное использование сточных вод. Всем этим давно и успешно занимаются как государственные, так и частные компании. В результате в сельском хозяйстве доля повторно используемых сточных вод возросла за последние годы в несколько раз.

И, наконец, пресную воду можно просто импортировать. Существует несколько проектов такого рода. Самый известный из них — покупка воды у Турции, которая еще в 1980-х годах предложила построить Водовод мира для переброски стока рек Гейхан и Сейян в Сирию, Иорданию, Палестину, Израиль, Кувейт, Саудовскую Аравию, ОАЭ и Катар. Соответствующее соглашение с Израилем, предусматривающее поставку 50 миллионов кубометров в год, уже заключено. Но даже сами договаривающиеся стороны признают его политическим, а не экономическим. Цена воды с учетом транспортных расходов составит около 1 доллара за кубометр — вдвое дороже опресненной. С другой стороны, этот проект может открыть путь к дальнейшему экономическому сотрудничеству между двумя странами. Израиль также изъявил желание покупать воды Нила у Египта, но эта сделка требует одобрения других стран, имеющих доступ к Нильскому бассейну, в частности Судана, с которым у Египта заключено соглашение о квотах на использование нильской воды. Получить же такое согласие в нынешних политических условиях будет очень непросто.

Судьба существующих источников пресной воды в Израиле также до сих пор не вполне ясна. Как известно, жители оспариваемых территорий не прочь вернуть их под собственное государственное управление, а вместе с ними — и воду. Жители сектора Газа, к примеру, претендуют не только на весь прибрежный водоносный горизонт этой территории (уже, впрочем, крайне низкого качества), но и на денежные компенсации от Израиля за несправедливый, по их мнению, раздел водных ресурсов. Позиция палестинцев заключается в том, что этой, самой густонаселенной, части региона должна отойти квота водных ресурсов всего Израиля пропорционально численности жителей, независимо от их вклада в промышленную эксплуатацию и восстановление водоносных горизонтов. Другая проблема связана с Сирией, которая отказывается подписывать мирный договор с Израилем до тех пор, пока ей не будут возвращены Голанские высоты, включая все источники воды. Если допустить, что эти планы сбудутся, Израиль потеряет половину своих водных ресурсов, что может повлечь катастрофические последствия. Возможно, это одна из причин, из-за которых опреснение воды стало стратегической государственной программой. Просто на всякий случай.

Рубрика: Ярмарка идей
Ключевые слова: водопровод, вода
Просмотров: 31495