В 2015 году я ездила в Сингапур к подруге и жила у нее в квартире на 14-м этаже в башне с чудесным видом на город. Я спросила, безопасна ли вода из-под крана для питья (конечно, безопасна) и есть ли горячая вода, чтобы я приняла душ после долгого перелета. Она предупредила, чтобы я не расходовала много воды, выключила душ, пока буду намыливаться, и убедилась, что из крана не капает, когда буду уходить.
Меня очень впечатлили ее старания беречь воду и природу, но после душа и более подробного разговора я поняла, в чем дело. С самого раннего возраста ее родители, учителя и коллеги внушали ей, что вода – ценный ресурс, который нельзя тратить понапрасну. Дело в том, что в Сингапуре нет природных водоносных горизонтов и озер. Есть несколько рек, на которых построили запруды с водохранилищами, а других природных источников воды просто нет. На протяжении всей истории страны, как в качестве британской колонии, так и независимого государства, обеспечение жителей водой представляло проблему.
Первыми источниками воды в Сингапуре служили ручьи и колодцы, которых хватало, пока население не превышало тысячи человек. Но после 1819 года, когда сэр Стэмфорд Раффлз присоединил страну к Британской империи, это число значительно увеличилось. В 1860 году на острове жило уже 80 тысяч человек, и правители стали строить водохранилища с запасами воды. В 1927 году они заключили соглашение с соседней Малайзией на аренду земли в Джохоре, откуда они провели трубы с неочищенной водой из реки Джохор. По взаимной договоренности они провели вторую трубу из Сингапура в Джохор, по которой поступала уже очищенная вода. Во время Сингапурской обороны, когда остров захватили японцы (в 1942 году), трубы были разрушены, и у людей осталось воды на пару недель. «Пока у нас есть вода, мы будем сражаться», – объявил генерал-лейтенант Артур Персиваль, – но 16 февраля он был вынужден сдаться.
Это тяжелое испытание надолго осталось в сознании людей, даже после ухода японцев, которых потом снова сменили британцы, – до 1963 года, когда страна ненадолго стала частью Малайзийской федерации. Поэтому, когда Сингапур обрел полную независимость 9 августа 1965 года, обеспечение страны независимым источником воды стало одной из приоритетных задач правительства.
В 1961 и 1962 годах Малайзия подписала соглашения с Сингапуром об обеспечении его водой. Срок одного из соглашений истек в 2011 году, а срок второго закончится в 2061 году. Сингапурцы находятся в уязвимом положении, особенно в современном мире высокого потребления, когда воды не хватает, и, полагаю, их независимость для них очень важна, учитывая, насколько они зависят от соседей в этом основополагающем ресурсе. К примеру, если во всем регионе наступит засуха, то Сингапур может полностью оказаться во власти другой страны. Так что вода является одним из главных интересов Сингапура, как медицина или шпионы у других государств.
В результате Сингапур занимается поиском инженерных решений своей непростой ситуации. Совет по коммунальным услугам разработал стратегию под названием «Четыре государственных крана». Имеются в виду четыре источника воды, которые они будут использовать максимально эффективно, чтобы обеспечить достаточные запасы воды для всей страны.
Первый государственный кран – это дождевая вода. В Сингапуре ежегодно выпадает достаточно много осадков. Чтобы эффективно их использовать, инженеры создали специальные водосборные сооружения: бассейны, в которых дождевая вода собирается вместо того, чтобы попадать в море. Для сбора дождевой воды построили сеть каналов и водоемов, по которым она попадает в ручьи с запрудами и водохранилища. Для этого пришлось провести массовую очистку, потому что со временем многие ручьи загрязнились отходами жилых домов и предприятий. Совет по коммунальным услугам вынудил загрязняющие предприятия переехать и создал юридическую базу для защиты водохранилищ от загрязнения. Дождевую воду теперь собирают и сохраняют на двух третях территории острова. В нескольких ручьях по-прежнему установлены запруды – в основном в тех, что находятся ближе к морю и вода в которых немного соленая (без специальной очистки ей нельзя было бы пользоваться). Как только инженеры закончат свою работу, для этих целей будет использоваться уже 90 % территории, и Сингапур станет единственной страной в мире, которая собирает и сохраняет практически всю свою дождевую воду.
Второй государственный кран – это вода из Малайзии, которую Сингапур продолжит импортировать до истечения срока соглашения. Третий кран – это переработанная вода. Практика утилизации сточных вод не нова – в Лос-Анджелесе и других частях Калифорнии так делают с 1930-х годов, – но она по-прежнему не повсеместна.
В Сингапуре впервые задумались об утилизации сточных вод в 1970-е, когда нужные технологии еще были слишком дорогими и относительно ненадежными. Но со временем они улучшились до той степени, что проект оказался жизнеспособным, так что теперь сточные воды собирают из жилых домов, ресторанов и предприятий, и они проходят трехступенчатую очистку с использованием новейших мембранных технологий.
Первый этап – микрофильтрация, при которой вода проходит сквозь полупроницаемую мембрану. Ее обычно изготавливают из синтетических органических полимеров вроде поливинилиденфторида, и через нее определенные молекулы и атомы проходят, а другие нет, а также не проходят другие частицы, бактерии, вирусы и простейшие. По сути, мембрана представляет собой микроскопический дуршлаг, который пропускает жидкость и задерживает твердые вещества. В воде, проходящей через мембрану, все равно остаются растворенные соли и органические молекулы, поэтому их убирают на второй стадии очистки, которая называется обратным осмосом.
Осмос – это движение растворителя (вещества, которое растворяет другие вещества, – например, воды) из менее концентрированного раствора в более концентрированный, пока концентрации не сравняются. Этот процесс является частью нашего природного мира. Как раз с помощью него корни растений поглощают воду из почвы, а еще наши почки поглощают минералы, например, мочевину, из крови. Увидеть этот процесс в действии можно самостоятельно: нужно взять яйцо, уксус и патоку или кукурузный сироп. Сначала яйцо нужно замочить в уксусе на пару дней, чтобы кальций в скорлупе растворился и осталась, по сути, осмотическая мембрана. Затем яйцо нужно положить в патоку или кукурузное масло.
Процесс осмоса
За несколько часов на поверхности яйца появятся морщинки, потому что вода начнет уходить сквозь мембрану, а яйцо таким образом обезвоживаться. Если взять сморщенное яйцо и положить в пресную воду, то пойдет обратный процесс: яйцо начнет впитывать воду сквозь мембрану.
Осмос происходит естественно: пресная вода легко проходит через фильтр и смешивается с соленой водой. Но если нужно произвести больше пресной воды, то к соленой воде нужно применить давление, потому что мембрана блокирует соль, бактерии и другие растворенные вещества. Давление, которое нужно применить, должно быть больше естественного осмотического давления, чтобы пресная вода прошла сквозь полупроницаемую мембрану. Так происходит обратный осмос.
