Три водопада очищают океан
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
За каждым теплоходом, каждый морской лодкой тянется по воде шлейф нефтяной пленки. Об авариях танкеров и тысячах тонн нефти, оказавшейся в море, наслышан каждый. Бурильщики усердно осваивают морское дно. В одном только Мексиканском заливе сооружено более 8 тысяч буровых скважин. Но скважины это, как известно, трубы, и разрывы труб для морских нефтяников столь же привычны, как штормы. «В течение 22 дней подводная нефтяная скважина в Персидском заливе выбрасывала в воду в результате разрыва трубы до 10 тысяч баррелей нефти ежедневно». И это одна заметка из многих сотен, повествующих о чудовищном загрязнении морских вод.
Присутствие нефти в реке ощущается порой в 900 километрах от места первоначального загрязнения. Говоря о нефти, попавшей в воду, прибегают иногда к пресловутой пословице о ложке дегтя. Однако и в пять тысяч раз меньшая концентрация придает рыбе противный запах, а ложка нефти в бочке воды для рыб смертельна.
Мы удобряем поля, а дожди смывают химикаты и несут их в реки и прочие водоемы. Там удобрения способствуют росту водорослей, а век водяных растений недолог, они умирают, гниют, — и отнимают у воды кислород. Рыба задыхается. Как восстановить нужное содержание «газа жизни»?
Увы, до самых последних лет в арсенале специалистов по очистке воды не было способов и эффективных, и дешевых одновременно. Чтобы перерабатывать большие потоки, приходилось строить громадные очистные станции, занимать немалые площади прудами-отстойниками и прочими сооружениями. И фильтры, и отстойники — установки «неторопливые»: скорость движения воды в них измеряется в лучшем случае десятками миллиметров в секунду, а то и долями миллиметра. Это темпы улитки. Вот и приходилось брать не столько уменьем, сколько масштабами, ну а где масштабы, там и стоимость сооружений соответствующая.
Был, правда, один способ… Но надо было его как-то преобразовать. Способ этот применялся вовсе не для очистки, вовсе в другом деле.
Так вот, о способе, который надо было преобразовать. Еще в конце позапрошлого века изобрели флотацию, метод отделения пустой породы от драгоценных металлов, угля и прочих полезных ископаемых. Рассказывают, что наткнулась на него одна калифорнийская прачка, стиравшая рубахи золотоискателей: в мыльной пене она увидела желтые крупицы золота… С тех пор пена — не обязательно мыльная, но непременно с прочными пузырьками воздуха — стала неизменным атрибутом обогатительных фабрик.
Это и понятно. Суть флотации в том, чтобы вынести на поверхность ванны тяжелые минеральные частички. Это делают воздушные пузырьки, которые хорошо прилипают только к веществам полезным. А пустая порода идет на дно. Но вынести наверх «полезную» частицу мало, ее нужно еще удержать на плаву. И если бы у пузырьков не было прочных стенок и пенной одежды, если бы они лопались, как лопаются обычные пузырьки воздуха, обогатительные установки не могли бы работать. Пена — суть флотации.
Так вот, когда этот мощный процесс пытались применить к очистке сточных вод, все изобретатели, словно нарочно, почему- то не замечали разницы между добычей полезных ископаемых и извлечением грязи. По-прежнему применяли пену, по-прежнему – пенообразующие добавки. А их надо громадное количество — это деньги, деньги, деньги (впрочем, проблему с деньгами всегда можно решить, взяв микрокредит на карту, но и кредитные средства не безграничны). По-прежнему пускали в ход мощные мешалки, чтобы взбить пену… Когда знакомишься и с проектами, и с реальными установками (а они все же были построены), так и хочется закричать: зачем все это? Ведь речь идет об очистке, а не о добыче!
В самом деле, к чему добиваться, чтобы пузырьки, вынесшие легкую, легче воды грязь (а именно о такой, как вы помните, и идет речь: нефть, смазочные масла, жир, да мало ли что еще), на поверхности не лопались? Пусть себе лопаются! Легкие вещества ведь в отличие от металлов не утонут. Они останутся там, куда их выбросили, а уж собрать их теперь и уничтожить — дело примитивной техники. За пузырьками воздуха оставить надо только одно дело — добычу частиц грязи из толщи очищаемой воды. А на поверхности грязь и сама удержится.
Тогда, значит, не требуется пенная броня для пузырьков, нет нужды и в добавках – пенообразователях, в гигантских мешалках. Избавившись от них, изобретатели сразу сделали свои очистные сооружения изумительно простыми и необыкновенно дешевыми. Стоимость очистки снижается раз в пятнадцать! Это значит, что за те же деньги мы сможем построить не одну, а пятнадцать очистных станций, — есть ли более убедительное доказательство в пользу нового метода?
Суть метода одна: воду очищает воздух. Но конструктивное воплощение может быть различным. Есть теперь три типа установок адгезионной сепарации (так назвали изобретатели этот способ): поверхностные, каскадные и глубинные. Число «три» появилось не от пристрастия к магическим числам, а оттого, что разные по размеру частицы грязи потребовали разного к себе подхода.
А если попытаться совсем просто сказать о сути дела, то в установках всех типов работает… водопад.
Воду потоком сбрасывают в узкий и высокий колодец или башню. Масса воды захватывает по пути, в полном согласии с законами физики, воздух: этот процесс называется в технике эжекцией. И вот уже вниз летит не просто вода, а еще и воздух. Разбиваясь о дно колодца, оба потока перемешиваются, вода насыщается воздухом. И когда такая смесь попадает в тихую заводь отстойного бассейна, пузырьки принимаются за работу. Они все дружно извлекают грязь на поверхность.
Потом еще один колодец. Еще, еще, — проходя шесть каскадов искусственного водопада, вода становится все чище и чище. Это установки каскадные. Здесь водопад разбит на отдельные каскады.
Ну а если вода загрязнена чрезвычайно сильно, ее следует предварительно пропустить через установки поверхностного типа. Это тоже водопад. Только положенный «на бок», горизонтально. Барьеры на пути потока воды все время круто его заворачивают, и в местах «перелома» воды тоже происходит отделение примесей при помощи тех же воздушных пузырьков.
Из горизонтального водопада выходит вода, в триста раз более чистая, нежели исходная. А что дают обе установки, расположенные одна за другой? Концентрация загрязнений уменьшается в полторы тысячи раз! Да это такая вода, что ее можно снова отправить в цеха, снова использовать в технологических процессах. А можно и сбросить в реку без всякой опаски.
Но на этом борьба за чистоту не кончается. Третий способ, глубинно-адгезионная сепарация, открывает такие возможности, о которых раньше мы просто не могли мечтать. Здесь уже идет речь не только об очистке сточных вод, но и об очистке уже загрязненных рек, озер, водохранилищ и даже прибрежных вод морей и океанов!
Третий водопад уходит под землю. Представьте шахту глубиной около 50 метров. В шахту опущены две трубы: по одной поступает вода, по другой — воздух. Давление на пятидесятиметровой глубине — пять атмосфер, воздух здесь растворяется в воде впятеро лучше, нежели на поверхности, а растворившись, он уменьшает ее плотность. Вода начинает «своим ходом» подниматься наверх, и здесь-то и происходит самое главное. Поглощенный воздух постепенно выделяется, поток этой своеобразной газированной воды как бы вскипает. Микроскопические пузырьки прикрепляются к микроскопическим же крупицам примесей, в том числе даже к бактериям (!), выносят их на поверхность, в отстойник. Воду, прошедшую через установку, можно смело называть чистой.
Мало того: эта вода гораздо богаче кислородом, в ней практически нет гуминов — веществ, что придают воде коричневый цвет, исчезает сероводород, образующийся при гниении водорослей.
Когда на берегу Оки соорудили глубинно-адгезионную установку, женщины из ближнего поселка ходили стирать белье, не на реку, а на канал, по которому вода уходила снова в речку, хотя идти туда было и дальше… Когда я беседовал со специалистами, они сказали, что такие установки способны очищать океан. Будем надеяться, что океан чистить не придется.
Но, действительно, установки глубинно-адгезионной сепарации обладают, по сути своей, неограниченной производительностью. Ведь никто не запрещает сделать шахту диаметром в несколько десятков метров; для современной техники это не составит труда. Или пробить не одну шахту, а две и соединить их внизу туннелем.
Эти шахты можно соорудить практически где угодно, с их помощью мы наконец всерьез возьмемся за очистку вод нашей планеты. Взять, например, морские и речные порты, печально славящиеся грязью своих вод, — разве глубинная сепарация не внесет радикальную поправку в эту извечную проблему? А нефтепромыслы в море? Уж если там ухитряются строить на сваях целые поселки, то почему бы там не появиться и сооружениям водоочистки? С улиц городов любой дождик сносит в реки машинное масло, которое при нынешнем размахе автомобилизации проливается на мостовые — из каждой машины по капельке — целыми тоннами. Глубинная сепарация, устроенная ниже по течению, очистит реку от этих следов города. Словом, много можно размышлять на эту тему.
P. S. Увы подобные разработки требуют и немалого финансирования. Впрочем, решить проблему с финансами всегда можно при помощи отличной компании Credit-10 UA, с помощью которой можно найти кредиты на научные изыскания на максимально выгодных условиях.
Автор: В. Демидов.