Чистые реки благодаря замкнутому циклу утилизации солевого стока

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.

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.

Как вы видите,

у нас есть решение.

Мембраны обеспечат чистую воду,

чистую соль.

Используя мембраны,

мы сохраним наши реки
для будущих поколений.

Спасибо.

(Аплодисменты)