Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,909

МОРСКАЯ ВОДА И ПРОБЛЕМА ЕЕ ОПРЕСНЕНИЯ

Б.Б. Танганов
XXI век будет характеризоваться дальнейшим обострением дефицита пресной воды в масштабах нашей планеты. При этом отмечается, что две трети питьевой воды расходуется для осуществления агротехнических мероприятий (например, для полива и выращивания сельскохозяйственных культур). Проблема опреснения морской и океанской воды усугубляется также и тем, что население планеты увеличивается высокими темпами (более 80 млн человек в год) и к 2025 году не менее 2 млрд человек планеты систематически будут испытывать острый недостаток пресной воды [1]. Отметим также, что пресная вода по-разному используется населением разных стран. Так, расход воды в домах жителей США - в среднем около 380 литров на человека в день, в то время как миллионы людей на планете (особенно в малоразвитых странах) используют около 19 литров воды в день, а к домам 46% жителей Земли вообще не подведен водопровод. Все это свидетельствует о том, что имеется проблема с пресной водой, потребность в воде будет только расти. Поэтому людям надо озаботиться не только запасами воды, но и научиться бережно использовать драгоценную влагу.

Известно также [1], что 70% всей воды на планете распределено в соленых океанских и морских водах. В каждом килограмме морской воды содержится в среднем 35 г различных солей. В литре воды больше всего обыкновенной поваренной соли (27.2 г). Отсюда понятно, почему вода в море такая соленая. Хлористый магний (3.8 г) и сернокислый магний (1.7 г) придают морской воде горький вкус. Довольно много в ней содержится сернокислого калия (1.3 г) и сернокислого кальция (несколько менее грамма). В своей совокупности эти соли составляют 99.5 процента растворенных в морской воде веществ. Таким образом, основными компонентами морской воды являются ионы Na+, K+, Mg2+, Са2+, Cl־, SO42-

Из 30% пресной воды примерно 70% заморожены в снежных покровах, ледниках и вечной мерзлоте, большая часть остальных запасов находится в водоносных слоях почвы, откуда мы ее выкачиваем гораздо быстрее, чем природа может восполнить потери.

Современная технология, называемая обратным осмосом, заключается в пропускании воды через мембрану, удерживающую соль. Хотя этот метод требует меньше энергии, чем дистилляция, он все еще достаточно дорог и энергоемок: изготовление и эксплуатация мембран сопряжены с большими энергетическими и экономическими затратами (для опреснения 1 куб.м. морской воды требуется не менее 400 квт электроэнергии и давление до 6,5 МПа - 65 атм). При этом не нужно забывать, что при любом виде опреснения неизбежно образуется концентрированный соляной раствор, который может быть опасен для окружающей среды и даже для природных запасов пресной воды. От соляного раствора трудно избавиться, так как повышается уровень солености морской или океанской воды: после очистки обратным осмосом концентрированные растворы будут возвращены обратно в море или океан, еще более углубляя методы их опреснения. В настоящее время не менее 6·1010 литров пресной воды ежедневно производят около 15 тысяч опреснительных станций всего мира [1].

Применяемые методы опреснения обратным осмосом осуществляются при радиусах мембран не более 0.10 ... 0.15 нм. Изготовление и эксплуатация мембран с радиусом не менее 0.20 нм привели бы к значительному сокращению энерго- и экономических затрат. Наши расчеты показывают (уравнение 2), что радиусы гидратированных ионов значительно (почти в 2 раза) превышают радиус молекулы воды (0.138 нм), пропускаемой через мембрану. Поэтому оценка размеров гидратированных ионов-компонентов морской воды (преимущественно: Na+, K+, Mg2+, Са2+, Cl־, SO42-) для изготовления мембран с значительно большими размерами представляет интерес в связи с понижением рабочего давления и сокращением издержек изготовления устройств для опреснительных станций.

Нами [2 - 6] разработаны неэмпирические способы расчета гидратных чисел (ns) и радиусов гидратированных ионов (rs) в растворах:

ns = zie Rs2/ rip -5kБТeRs2 /2 pe                                            (1)

rs = (25zipensħ2/3MRskБ2Т2)1/                                                            (2)

где Rs - радиус молекулы воды, нм,

ri - радиус иона, нм,

p - дипольный момент молекулы воды,

kБ - константа Больцмана,

Т - температура (Кельвин),

e - диэлектрическая постоянная воды,

ħ - постоянная Планка,

M - молярная масса воды.

Значения гидратных чисел и радиусов гидратированных ионов в воде, рассчитанные по уравнениям (1) и (2), приведены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, оцененные гидратные числа и радиусы гидратированных ионов (размеры наночастиц) находятся в удовлетворительном соответствии с литературными данными.

Таблица 1. Характеристики наночастиц - гидратированных ионов

Ион

Радиус иона, ri, нм

Гидратное число, ns(ур. 1)

Радиус гидратиро-ванного иона,rs , нм (ур. 2)

Радиус гидратиро-ванного иона,rs , нм [7]

Na+

0.098

4.03

0.360

0.330, 0.386

K+

0.133

2.69

0.315

0.301

Mg2+

0.078

5.33

0.395

־

Ca2+

0.106

3.64

0.348

־

Cl-

0.181

1.70

0.270

0.291

SO42-

0.147

2.34

0.300

־

Рассматриваемая модель оценки размеров гидратированных ионов морской воды и полученные величины rs могут быть рекомендованы при разработке более энерго- и ресурсосберегающих технологий опреснения морской воды за счет увеличения размеров мембран не только для регионов с острым дефицитом питьевой воды.

Список литературы

  1. National Geographic /www.national-geographic.ru (апрель 2010).
  2. Балданов М.М. К проблеме сольватных чисел и масс сольватированных ионов в спиртовых растворах / М.М. Балданов, Б.Б. Танганов // Журнал физической химии. - 1992. - Т. 66. - № 4. - С. 1084-1088.
  3. Балданов М.М. Расчет сольватных чисел ионов в неводных средах / М.М. Балданов, Б.Б. Танганов // Журнал общей химии. - 1992. - Т. 63. - № 8. - С. 1710-1712.
  4. Балданов М.М. Дисперсионное уравнение Власова и радиусы сольватированных ионов в метаноле /М.М. Балданов, Б.Б. Танганов // Журнал общей химии. - 1994. - Т. 64. - № 1. - С. 32-34.
  5. Балданов М.М., Бал­дано­ва Д.М., Жигжитова С.Б., Танганов Б.Б. К проблеме радиусов гидратированных ионов // ДАН ВШ России. - 2006. - Вып. 2. - С. 32-34.
  6. Танганов Б.Б., Балданова Д.М., Балданов М.М. Характеристики гидратированных наночастиц (гидратные числа, массы и размеры) // Материалы Пятнадцатой Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (СИБРЕСУРС-15-2009).-Иркутск, 2009.-С.95-98.
  7. Э.Я.Мэлвин-Хьюз. Физическая химия (книга II).-М.: Издатинлит, 1962.-С.756.

Библиографическая ссылка

Б.Б. Танганов МОРСКАЯ ВОДА И ПРОБЛЕМА ЕЕ ОПРЕСНЕНИЯ // Современные наукоемкие технологии. – 2010. – № 7. – С. 90-92;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=25051 (дата обращения: 22.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074