Дальнейшее совершенствование сорбционного способа опреснения привело к созданию электродиализного метода. Мы уже говорили, что в водном растворе соли распадаются на ионы. Так вот, если в таком растворе создать электрическое поле, ионы солей устремятся к катоду и аноду соответственно знаку своих зарядов. Однако в обычном сосуде тенденция к такому направленному движению будет сводиться на нет хаотическим теплым движением молекул растворителя, т. е. самой воды.
Рис. 3. Схема работы многокамерного электродиализатора
Тогда исследователи пошли на хитрость: сосуд, предназначенный для обессоливания, разделили перегородками (диафрагмами), изготовленными из ионообменных смол. Катионитовые и анионитовые диафрагмы чередуются, как это изображено на рис. 3. Диафрагмы не пропускают ни молекул воды, ни ионы солей, пока к ним не присоединяют источник тока. Как только перегородки получат напряжение, катионитовая диафрагма свободно пропустит катионы, но остановит отрицательно заряженные ионы (анионы), Зато анионитовая диафрагма, наоборот, даст путь анионам, но преградит его положительно заряженным частицам (катионам).
Процесс электроионитового опреснения приобретает, таким образом, строго организованный характер. Число камер может быть сколь угодно велико (обычно делают установки на 50-200 камер). Во ионы солей не совершают путешествия через все камеры, в этом нет необходимости. Катион, свободно минуя катионитовую перегородку, будет остановлен в следующей камере анионитовой перегородкой.
Таким образом, из каждой, например четной, камеры ионы солей выбрасываются в нечетные камеры, и в них остается чистейшая вода, которая непрерывным потоком отводится потребителю.
Установки, работающие по описанному способу, называются диализаторами. В нашей стране созданы диализаторы производительностью до 1000 м3/сут пресной воды. В южноафриканском городе Уэнкоме эксплуатируется электродиализная установка производительностью 11000 м3/сут. Теперь почти на всех морских судах имеются опреснительные установки подобного типа, дающие от 1 до 200 т воды в сутки.
Идея замкнутого кругооборота в использовании пресной воды давно "стучится в дверь" современной техники очистительных сооружений. Без использования замкнутого кругооборота пресной воды не может быть и речи о дальних космических перелетах, тем более о путешествиях в иные звездные системы. Взять с собой запас питьевой воды на многие месяцы или годы - значит, безнадежно перегрузить космический корабль. Регенерация пресной воды при длительных космических полетах в первом приближении осуществлена уже сегодня. Первые испытания установки для этой цели провели на орбитальной станции "Салют-4" космонавты Алексей Губарев и Георгий Гречко.
Замкнутый кругооборот пресной воды внедрен на многих предприятиях нашей страны, например на автозаводе им. Ленинского комсомола, Камском автозаводе, Челябинском трубопрокатном заводе, Магнитогорском и Карагандинском металлургических комбинатах.
В 1888 г. на раскопках в Феодосии обнаружили сеть водопроводных труб, проложенных много веков назад. Установить назначение труб труда не составило: они подводили воду к 114 фонтанам древнего города. Но откуда подводили?
Трубы брали свое начало... в кучах щебня, сложенных на самых возвышенных местах, где, кроме голого камня да ветров, ничего не было. Объяснение дали физики: пары воды, которые проносил ветер, пронизывая рыхлые кучи, конденсировались и оставляли на камнях мириады капелек воды. Несложный расчет показал, что капельки, сливаясь, низвергали в древнюю Феодосию настоящую реку пресной воды - около 700000 л/сут. Древний, испытанный и основательно забытый способ получения воды из воздуха. Природа постоянно демонстрирует его человечеству, оставляя в предутренние часы росу на траве. Эту самую росу, только искусственным путем, получали не знавшие физики, но весьма наблюдательные феодосийские умельцы. Между тем секрет получения воды весьма прост. За ночь камни и окружающий воздух охлаждались. Днем воздух нагревался быстрее, чем щебенка. Просачиваясь между холодными камнями, ветер оставлял на их поверхности то, что в технике именуют конденсатом. Подсчеты показали, что в центральной полосе СССР ветер, дующий со скоростью 5 м/с, проносит за сутки над участком длиной 100 км и шириной 1 км количество воды, достаточное для заполнения водохранилища длиной 1 км, шириной 5 м и глубиной... 60 м! Знатное получилось бы озерцо. И всего за сутки! А суховей, как это ни парадоксально, несет в себе еще больше воды, поскольку скорость его значительно выше. Он мог бы обильно орошать поля, вместо того чтобы их высушивать.
Следует ли возродить этот древний метод использования воздушного источника пресной воды? В своем первозданном виде, конечно, нет. Кто же решится покрывать поля, сады, плантации множеством громоздких каменных куч? Да и производительность такого способа нас уже никак не устроит.
Мы живем в век научно-технической революции, когда, сохранив лишь принцип получения воды из воздуха, мы можем придать ему чисто современное техническое решение. Впрочем, оно уже существует. Вспомните, что бытовые холодильники нам приходится периодически освобождать от настывшего на стенках морозильных камер снега. А что представляет собой этот снег, как не воду, извлеченную из воздуха вашей квартиры?!
Разумеется, мы не предлагаем использовать выпускаемые нашей промышленностью холодильники вместо каменных пирамид. Техника найдет более рациональные решения. Мы можем представить себе, что в сравнительно недалеком будущем где-то в знойных засушливых, лишенных воды пустынях возникнут гигантские сооружения, которые будут превращать солнечное тепло в электрическую энергию и направлять ее в полупроводниковые соты. Здесь с помощью полупроводников произойдет превращение электрической энергии в холод. Вода из воздуха, прогоняемого через соты, потечет в накопители, а оттуда в каналы, в трубопроводы по городам, селам, полям. Солнце, раскаляющее пустыни, само же и напоит их водой. Воздушный океан станет таким же неиссякаемым источником пресной воды, как и наземный Мировой океан.
Фалес Милетский, о котором мы уже рассказывали, первым обратил внимание на исключительное свойство воды. Это единственное вещество на Земле, способное существовать в естественных для человека условиях одновременно в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. В океанах плавают ледяные поля и айсберги. Зимой поверхности рек покрыты льдом, а в небе во все времена года мы видим облака.
Лед, вода и пары воды могут окружать нас одновременно. Они способны меняться ролями, превращаться одно в другое, но никогда не становиться на планете чем-то одним.
Все вещества на Земле, будь это твердое тело, жидкость или газ, при охлаждении сжимаются. При замерзании любой жидкости ее отвердевшие фракции как более плотные и более тяжелые тонут, опускаются на дно. Любой, кроме воды. Вода - совсем другое дело.
Водяной пар, остывая, как и все газы, уменьшается в объеме. Кипящая жидкость, охлаждаясь, вначале ведет себя, как и все нормальные жидкости. Но едва температура ее понизится от +100°С до +4 °С, как она сразу меняет свое поведение на диаметрально противоположное: от +4°С и до полного замерзания вода расширяется, увеличивается в объеме. Объем льда на 1/11 больше объема, занимаемого водой до замерзания. Это расширение может оказаться роковым для водопроводных труб, если в них на морозе будет оставлена вода. Стальные стенки лопнут с легкостью, будто они не из стали, а из бумаги.
Вода - единственная жидкость на Земле, которая в мерзлом состоянии не тонет. А теперь представьте себе, что произошло бы, измени вода вдруг своей "ненормальности". Озера, реки, моря и океаны начали бы зимой замерзать со дна к поверхности. За зиму они превратились бы в гигантские ледяные глыбы, которые наверняка не успели бы растаять в течение летних месяцев. Все живое в морях, реках, озерах вымерзло бы. Промерзание водоемов до самого дна резко уменьшило бы количество испаряющейся воды, а с ней и количество отдаваемого в атмосферу тепла. Прекратилось бы выпадение осадков - дождя и снега. Сухая ледяная стужа от полюсов двинулась бы к экватору. И едва ли солнцу удалось бы отстоять для человечества хотя бы узенькую полоску земли, пригодную для существования. Скорее всего, наша планета превратилась бы в сплошной безжизненный ледник...
Ни одно вещество на Земле не поглощает столько тепла, сколько вода. Теплоемкость воды в 10 раз больше теплоемкости стали и в 30 раз больше теплоемкости ртути.
Чтобы обратить 1 кг воды в пар, необходимо 2260 кДж тепла, больше, чем для любого другого вещества. Повесьте пустой чайник над огнем и через несколько минут он раскалится докрасна. Теперь наполните его водой. Скоро ли закипит вода? "Если смотреть на Чайник, - гласит английская поговорка, - он никогда не закипит". Но эти же 2260 кДж пар отдает в окружающую среду, конденсируясь в воду. Во всех своих трех состояниях вода - отличное средство для переноса тепла; обстоятельство, не только создавшее на Земле условия, пригодные для жизни, но и саму жизнь.
Помните, вода - надежный фильтр атмосферы. Ни одна жидкость не поглощает газы с такой жадностью, как вода. Но она же при определенных условиях легко и добровольно расстается с поглощенными газами.