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 H sub 2 /sub O, 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.