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 электроэнергии 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 испаряясь, 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.