-
Title:
Чистые реки благодаря замкнутому циклу утилизации солевого стока
-
Description:
Зимой 2018-2019 гг. для борьбы с гололёдом использовали более миллиона тонн соли. И это только в штате Пенсильвания. Такая техническая соль часто попадает в пресноводные реки, делая их воду непригодной для питья и провоцируя растущий глобальный экологический кризис. Как нам защитить эти драгоценные природные ресурсы? Тина Эрроувуд, занимающаяся физической органической химией, предложила трёхэтапный план по предотвращению попадания соли в реки и создания замкнутого цикла утилизации солевого стока, которая превратит отходы промышленного производства в ценные ресурсы.
-
Speaker:
Тина Эрроувуд
-
Детство в северном Висконсине
-
сформировало у меня тесную связь
с рекой Миссисипи.
-
Когда я была маленькой,
-
мы с сестрой частенько соревновались,
кто быстрее произнесёт по буквам
-
слово Миссисипи.
-
В начальной школе
-
я увлеклась первопроходцами,
особенно экспедициями Жолье-Маркетт
-
и тем, как они использовали
Великие озера, реку Миссисипи
-
и её притоки, чтобы открыть Средний Запад
-
и нанести на карту торговый путь
к Мексиканскому заливу.
-
А в магистратуре
-
мне повезло, что Миссисипи
-
находилась за окном
моей исследовательской лаборатории
-
в Университете Миннесоты.
-
На протяжении пяти лет я всё ближе
знакомилась с Миссисипи.
-
Я узнала о её неспокойном характере
-
и местах, где она сначала
затапливает свои берега,
-
а вскоре после этого
-
вода вновь возвращается в русло.
-
Сегодня, занимаясь
физической органической химией,
¶
-
я намерена использовать свои знания,
-
чтобы помочь защитить Миссисипи,
а также другие реки
-
от возникающего по вине человека
повышения уровня солёности.
-
Потому что соль – это то, что способно
загрязнять пресноводные реки.
-
Ведь в пресноводных реках уровень
солёности составляет всего 0,05 ‰.
-
Такая вода пригодна для питья.
-
Но большая часть воды на планете
приходится на океаны,
-
чей уровень солёности
составляет более 3 ‰.
-
Выпив её, вы очень скоро
почувствуете недомогание.
-
Если сравнить относительный объём воды
-
в океане и в реках нашей планеты,
-
то представьте заполненный морской
водой 50-метровый бассейн,
-
а вся речная вода поместится
в канистру объёмом 3,79 л.
¶
-
Сразу видно, насколько это ценный ресурс.
-
Но относимся ли мы к ней,
как к ценному ресурсу?
¶
-
Или мы относимся к ней,
как к старому ковру
-
у входной двери, о который вытираем ноги?
-
У отношения к рекам как к старому ковру
есть серьёзные последствия.
-
Смотрите сами.
-
Посмотрим, на что способна всего
одна чайная ложка соли.
-
Если мы добавим одну чайную ложку соли
-
в наш 50-метровый бассейн с солёной водой,
-
океанская вода останется прежней.
-
Но если мы добавим столько же соли
-
в эту канистру с пресной водой,
-
она вдруг он станет
слишком соленой для питья.
-
Суть в том,
-
что объём рек настолько мал
по сравнению с океанами,
-
что они особенно уязвимы
к деятельности человека,
-
и мы должны защитить их.
-
Недавно я начала изучать
¶
-
состояние рек во всём мире.
-
Я ожидала увидеть грязные реки
-
в регионах с дефицитом воды
и промышленным производством.
-
И я обнаружила это
на севере Китая и Индии.
-
Но я была удивлена,
когда прочитала статью 2018 года
-
о качестве воды в 232 пробах,
-
взятых из рек США.
-
Оказалось, что 37 % проб
-
имели повышенный уровень солёности.
-
Но более удивительно то,
-
что реки с наибольшим процентом солёности
-
находятся в восточной части США,
-
а не на юго-западе.
-
Авторы статьи считают,
-
что это может быть связано
с использованием соли в гололёд.
-
Другим возможным источником загрязнения
-
могли стать промышленные сточные воды.
-
Получается, наша деятельность
может превратить пресную речную воду
¶
-
в солёную, как в океане.
-
Нам нужно что-то с этим делать,
пока не стало слишком поздно.
-
И у меня есть решение.
-
Можно использовать трёхступенчатую
систему защиты рек,
¶
-
и если применить её на предприятиях,
-
то они станут более безопасными для рек.
-
Это включает, во-первых,
-
извлечение меньшего количества воды из рек
-
путём рециркуляции
и повторного использования воды.
-
Во-вторых,
-
необходимо извлечь соль
из солёных промышленных сточных вод,
-
очистить её и использовать
для других целей.
-
В-третьих, перенаправить
потребителей соли,
-
добытой в шахтах,
-
на использование соли
из вторичных источников.
-
Эта трёхступенчатая система уже работает.
-
Северный Китай и Индия уже применяют её,
-
чтобы очистить реки.
-
Мы предлагаем использовать
-
эту систему, чтобы уже сейчас
-
предотвратить загрязнение рек.
-
К счастью, у нас есть решение.
-
Мембраны,
-
способные фильтровать воду.
¶
-
Мембраны существуют уже несколько лет.
-
Они созданы из полимерных материалов
-
и различаются размерами и зарядами.
-
Мембраны, используемые
для отделения соли от воды,
-
обычно работают за счёт разности зарядов.
-
Отрицательно заряженные мембраны
-
отталкивают отрицательно
заряженные ионы хлора,
-
которые находятся в солёной воде.
-
Я уже сказала, эти мембраны
применяют уже несколько лет,
-
и каждую минуту они способны
очищать 113,5 млн литров воды.
-
На самом деле это не предел.
-
Они способны на большее.
-
Эти мембраны работают по принципу
обратного осмоса (ОС).
¶
-
Осмос — естественный процесс,
играющий важную роль в жизни человека.
-
На клеточном уровне.
-
Осмос — механизм разделения жидкости
-
на две части с разной концентрацией соли.
-
Одна с большей концентрацией,
-
другая с меньшей.
-
Части отделены друг от друга
полупроницаемой мембраной.
-
И в процессе прямого осмоса
-
вода естественным образом
проникает через эту мембрану
-
из области низкой концентрации соли
-
в область высокой концентрации соли,
-
пока не будет достигнуто равновесие.
-
Теперь рассмотрим обратный осмос.
¶
-
Чтобы изменить направление осмоса
-
в части с высокой солёностью
создаём давление
-
и тем самым направляем воду
в противоположную сторону.
-
Часть с высокой концентрацией
становится ещё более солёной
-
и более концентрированной,
-
а часть с низкой концентрацией
становится очищенной водой.
-
Используя обратный осмос,
мы можем очистить
-
промышленные сточные воды на 95 %,
до уровня питьевой воды,
-
оставив в ней всего 5 % солей.
-
Эти 5% концентрированной солёной смеси
-
не несут вреда.
-
Учёные также разработали
модифицированные мембраны,
-
фильтрующие вредные соли
-
и не только их.
-
Используя эти мембраны,
-
их называют нанофильтрационными
мембранами,
-
этот 5% концентрированный солевой раствор
-
можно превратить
в очищенный солевой раствор.
-
В целом, используя мембраны
обратного осмоса и нанофильтрацию,
-
мы можем сделать
промышленные сточные воды
-
источником как воды, так и солей.
-
И при этом
-
пройти две ступени системы защиты рек.
-
Я представила это исследование
промышленным водопользователям,
¶
-
и все они ответили так:
-
«Да, но кому понадобится наша соль?»
-
Вот почему пункт номер три так важен.
-
Нам нужно изменить людей,
использующих каменную соль,
-
в потребителей соли из вторсырья.
-
Так кто же эти потребители соли?
-
В 2018 году
-
я обнаружила, что 43 % соли,
потребляемой в США,
-
использовалось на дорогах
во время гололёда.
-
А 39 % применялись
в химической промышленности.
-
Давайте взглянем на эти два факта.
¶
-
Я лично была в шоке.
-
В зимний сезон 2018/2019 года
-
на дорогах штата Пенсильвания
-
был высыпан миллион тонн соли.
-
Одного миллиона тонн соли достаточно,
-
чтобы заполнить на 2/3
Эмпайр Стейт Билдинг.
-
Этот миллион тонн соли,
которую мы добываем в шахтах
-
и высыпаем на дорогах,
-
загрязняет окружающую среду и реки.
-
Моё предложение заключается в том,
чтобы по крайней мере
-
получать эту соль из сточных вод,
-
предотвращая её попадание в реки,
-
и использовать её на дорогах.
-
Тогда по весне талая вода
с высоким содержанием солей
-
будет единственным,
-
что попадёт в реки,
-
предотвратив таким образом загрязнение.
-
Теперь, работая химиком
¶
-
я лучше понимаю,
-
как внедрить переработку соли
в химическую промышленность.
-
Для этого идеально подходит
хлорно-щелочная промышленность.
-
Это производство эпоксидных смол,
-
уретанов и растворителей,
а также множества продуктов,
-
которыми мы пользуемся ежедневно.
-
Основным сырьём этой промышленности
является хлорид натрия, то есть соль.
-
Идея заключается в том,
-
что сначала следует обратить внимание
на линейную экономику.
-
В линейной экономике они
добывают эту соль из шахт,
¶
-
которая обрабатывается хлором и щёлочью
-
и превращается в продукт
основного синтеза,
-
на основе которого производят новый
-
или более функциональный продукт.
-
Но в процессе производства
-
соль часто воспринимается
как побочный продукт
-
и попадает в промышленные сточные воды.
-
Идея заключается в том,
чтобы сделать производство безотходным
-
и повторно использовать
воду и соль из сточных вод
-
химического предприятия,
-
направить её в начало
производственной цепочки.
-
Циркуляция соли.
-
Так насколько это эффективно?
¶
-
Давайте просто рассмотрим пример.
-
50 % пропиленоксида в мире
-
производится с помощью
хлорщелочной обработки.
-
Это в общей сложности
около 5 млн тонн пропиленоксида,
-
произведённых во всём мире за год.
-
А это 5 млн тонн соли,
добываемой из-под земли
-
и превращённой с помощью
хлора и щёлочи в пропиленоксид,
-
а во время этого процесса
-
5 млн тонн соли попадает в сточные воды.
-
5 млн тонн соли достаточно,
-
чтобы заполнить три Эмпайр Стейт Билдинг.
-
И это происходит ежегодно.
-
Теперь вы видите, как циркуляция соли
сможет обеспечить защиту
-
наших рек от загрязнения солью.
-
Вы зададитесь вопросом:
¶
-
«Чёрт возьми, эти мембраны
существуют уже много лет,
-
так почему люди не
перерабатывают сточные воды?».
-
Дело в том,
-
что внедрение повторного использования —
затратный процесс.
-
Во-вторых,
-
в этих регионах вода
не является ценным ресурсом.
-
Пока её хватает.
-
Но знаете, если мы не планируем обеспечить
будущие поколения пресной водой,
-
это может привести
к серьёзным последствиям.
-
Можно спросить одного из крупнейших
мировых производителей химикатов,
-
убытки которого в прошлом году
составили 280 млн $
-
из-за низкого уровня реки Рейн в Германии.
-
Спросите жителей Кейптауна
в Южной Африке,
-
которые из-за многолетней засухи
исчерпали запасы пресной воды
-
и которых просили
спускать воду в туалетах.
-
-
у нас есть решение.
-
Мембраны обеспечат чистую воду,
-
чистую соль.
-
Используя мембраны,
-
мы сохраним наши реки
для будущих поколений.
-
-