Již jsme popsali cestu, kterou říční voda prochází do našich sklenic a mění se z „biochemické polévky“ připravené přírodou v nejdůležitější nápoj lidstva. Abychom však zachovali sladkovodní zdroje i do budoucna, musíme se starat o vodu, kterou lidé sami promění v „polévku“, než ji po použití v běžném životě, průmyslu a zemědělství vrátí do řek. Řekneme vám, proč je to důležité, co znečišťuje řeky a jaké nové technologie je pomáhají čistit a chránit.
Obsah
- Cíl č. 6: Proč je pro nás důležité šetřit vodou
- Špinavá difúze: co a jak kazí řeky
- Skořápky ořechů a bakterie požírající olej: jak se čistí odpadní voda v moskevské rafinérii
- Generate & Clear: Jak zlepšit ekonomiku čištění
- Obtížný případ: jak internet věcí pomáhá vyčistit Gangu
- “Chytrý” farmář: jak infračervené senzory snižují odtok hnojiva do řek
- Jak je organizován environmentální monitoring řek?
- Závěrečný akord: jak repatriovat světlušky
Cíl č. 6: Proč je pro nás důležité šetřit vodou
V roce 2015 si 193 členských států OSN stanovilo 17 cílů udržitelného rozvoje, kterých má být dosaženo do roku 2030, s cílem „zlepšit blahobyt a chránit naši planetu“. Škála úkolů je široká – od vymýcení chudoby až po světový mír. Ne první, ale v žádném případě 17. cíl nebyl uznán jako „zajištění přístupu k bezpečným vodním zdrojům a hygieně pro všechny“ (cíl č. 6). Proč se tím lidstvo zabývá?
Podle OSN více než 40 % světové populace trpí nedostatkem vody. Asi 1,8 miliardy lidí používá zdroje pitné vody kontaminované fekálními bakteriemi. Důvodem je aktivní znečišťování vodních ploch, protože 80 % tekutých odpadů je skládkováno bez jakékoli úpravy. Důsledky dosahují milionů úmrtí ročně a procenta HDP na rozsáhlých kontinentech, jako je Afrika a obydlené země, jako je Indie. Jak se to stane?
Špinavá difúze: co a jak kazí řeky
Nejběžnější typy znečištění jsou chemické a bakteriální. K chemickým procesům dochází prostřednictvím difúze – vzájemného pronikání molekul jedné látky do druhé s následným vyrovnáváním její koncentrace v celém objemu. Bakteriální znamená vstup do říčního ekosystému mikroorganismů, které pro něj nejsou typické, nebo abnormální množení existujících.
Téměř všechny druhy lidské činnosti tak či onak poškozují povodí. Domácí odpadní vody, výroba, znečištěné srážky, zemědělství, lodní doprava, energetika. O jaké znečišťující látky jde?
Ropa a ropné produkty. I když se ropa přepravuje hlavně po moři, jsou také řeky často znečištěny ropou. Při stáčení tohoto tekutého minerálu nejprve vznikají tzv. slicky – skvrny na vodní hladině. Nepotřebujete k tomu mnoho oleje – jedna tuna může znečistit 12 metrů čtverečních. km vodní plochy. Poté se část emise odpaří (asi 30 %) a zbytek se smyje (dalších 30 %). Zbývající hmota se nazývá „čokoládová pěna“ – je to stabilní emulze s vysokou viskozitou, ve které umírají všechny živé věci.
Záření. Ke kontaminaci řek radionuklidy dochází nejčastěji v důsledku odtoku průmyslových vod z příslušných průmyslových odvětví. Například v Rusku je řeka Techa v Čeljabinské oblasti více než půl století vystavena neustálé radioaktivní kontaminaci. Produkční sdružení Mayak dokonce v povodí této řeky vybudovalo kaskádu umělých nádrží, kde se usazuje voda s radioaktivními emisemi. Izotopy radioaktivních prvků se hromadí v půdě, rostlinách a živých organismech a způsobují nemoc z ozáření.
Od roku 1949 je jaderný odpad pravidelně vyhazován do řeky Techa. Zdroj: Ecodefense/Heinrich Boell Stiftung Russia/Slapovskaya/Nikulina
Čistící prostředky nebo zjednodušeně řečeno pracích prostředků. Jsou vysoce toxické a odolné vůči biologickému rozkladu. Někdy detergenty vytvoří na hladině řek vrstvu pěny o šířce až 1 m. Mycí prostředky jsou nejnebezpečnější pro mladé ryby a řasy.
Těžké kovy. Z průmyslové výroby se do říčních vod nejčastěji dostávají také rtuť, olovo, zinek, chrom, cín a další kovy této skupiny. Těžké kovy a jejich sloučeniny se hromadí v tělech říčních živočichů a způsobují nemoci.
Tepelné znečištění. Řeku může poškodit čistá, ale ohřátá voda. Nejčastěji jsou jeho zdrojem tepelné a jaderné elektrárny. Teplá voda zvyšuje výpar, zvyšuje mineralizaci, podporuje intenzivní růst vodní vegetace a mikroorganismů a šíření patogenů a virů.
Výkaly hospodářských zvířat. Z důvodu ekonomické výhodnosti se chovy dobytka nejčastěji nacházejí v blízkosti řek a jezer. Každý den se na velké farmě vyprodukuje 1 tuna kejdy. Dostat takovou směs do vody vede k šíření patogenů a parazitů.
Balastní voda lodí. Aby byla zachována stabilita, říční plavidla a říční námořní plavidla odebírají vodu z řeky nebo moře a poté tento balast vysypávají spolu s nahromaděnými nečistotami, včetně ropných produktů.
Splavování dřeva. Plovoucí dřevo podél řek zanáší vodu kůrou a jinými úlomky stromů. Rozkládají se, absorbují kyslík a uvolňují fenolické škodlivé látky. Kromě toho se často kácejí křoviny, které brání splavování, což vede k erozi a zanášení koryt řek.
Úspory, zavádění méně škodlivých látek do výroby, inteligentní hydromonitoring, mikroby a dokonce i skořápky vlašských ořechů pomáhají bojovat s těmito a dalšími znečišťujícími látkami a také zlepšují ekologii řek.
Skořápky ořechů a bakterie požírající olej: jak se čistí odpadní voda v moskevské rafinérii
Za prvé, šetření řeky a sladké vody pomáhá k její záchraně. Žádná výroba se neobejde bez vody, proto je důležité za prvé znovu využít zdroje již odebrané z přírody a zadruhé je vrátit zpět do normálního stavu.
To se osvědčilo v moskevské rafinerii, kde byl v roce 2017 představen komplex Biosphere. Nový systém čištění umožnil 2,5krát snížit spotřebu říční vody a 3krát snížit objem odpadních vod z ropného gigantu. Jak?
„Biosféra“ se skládá ze dvou čistících bloků – fyzikálně-chemického a biologického. V prvním bloku se rafinérské odpadní vody nejprve dostávají do sektoru předčištění, kde jsou odstraněny mechanické nečistoty. Poté voda prochází separátory, flotátory – speciálními nádržemi, ve kterých se do vody přidávají látky podporující vyplavování nečistot a nečistot – a filtry se skořápkami ořechů, které dobře absorbují nerozpustné látky. Odtud voda vstupuje do přídavné čistící jednotky vybavené deseti filtry s aktivním uhlím.
Čím více kroků čištění, tím lepší, ale bohužel, tím dražší výsledek. Zdroj: YouTube kanál Gazprom Neft
Poté se proud vody čistí větrem, přesněji tlakovou flotací, při které je na vodní směs nasměrován silný proud vzduchu. Vytváří vzduchové bubliny, které stoupají k hladině a zachycují nečistoty a ropné produkty. Odtud voda proudí do centrální části systému – membránového bioreaktoru, který odstraňuje organickou hmotu, ale i dusík a fosfor. Zde se odpadní voda mísí s kalem, který byl dříve osídlen speciálními bakteriemi schopnými absorbovat zbytkové ropné produkty. Aby se voda zbavila samotného kalu, prochází membránami s póry tenčími než lidský vlas. Nyní je kapalina připravena na reverzní osmózu – tok prochází membránou složenou z buněk o velikosti molekuly H2O.
Výsledkem je 99,9% čistá voda, kterou není žádná ostuda se do povodí řeky Moskvy nejen vrátit, ale dokonce i pít. Je tu však jedno „ale“: je to drahé.
Generate & Clear: Jak zlepšit ekonomiku čištění
Čištění vody je vždy hledáním rovnováhy mezi kvalitou výsledku a jeho cenou. Systémy jako „biosféra“ moskevské rafinérie nejsou levné: do projektu bylo investováno 9 miliard rublů. Samotný proces čištění je navíc energeticky náročný. A pokud mají ropní dělníci hodně peněz a elektřiny, pak pro ostatní spotřebitele říční vody – a to jsou především zemědělci, potravinářský průmysl, výroba papíru, obecní úřady – je to jinak. A zde má Toshiba rozsáhlé znalosti o tom, jak přeměnit odpadní vodu na suroviny pro nezávislou výrobu elektřiny.
K čištění se obvykle používají aerobní mikroorganismy, které k životu vyžadují kyslík. Tato metoda je spojena s vysokými náklady. Místo toho používáme bioreaktor obydlený anaeroby schopnými využívat k životu jiné látky. Po vstupu do reaktoru se odpadní voda čistí od organických nečistot flotací při nízkém tlaku. V nepřítomnosti kyslíku anaerobní bakterie rozkládají organické polutanty. Výsledkem jejich hostiny je voda, metan a oxid uhličitý, stejně jako radikální pokles biochemické a chemické spotřeby kyslíku (hlavním kritériem znečištění vody jsou hodnoty BSK a CHSK).
Bioplyn generovaný reaktorem lze využít jako zdroj elektřiny, tepla nebo (v budoucnu) biopaliva pro pohon automobilů nebo generátorů.
Základní metanový fermentační systém. V závislosti na charakteru odpadních vod lze BSK snížit o 80-95 % a CHSK o 60-80 %. Zdroj: Toshiba
Systém se přizpůsobí téměř všem normám přípustného biologického znečištění řeky, které se mohou v různých zemích lišit. K tomu stačí zvýšit nebo snížit počet stupňů čištění, přesněji řečeno, počet zásobníků metanu.
Dvoustupňový metanový fermentační systém je schopen čistit vodu s biochemickou spotřebou kyslíku až 15 000 mg/l, přičemž obvykle přijatelná rychlost není vyšší než 600 mg/l. Zdroj: Toshiba
Ve světě již existují příklady čistíren odpadních vod, které nejenže snížily spotřebu, ale přeměnou bioplynů na elektřinu se staly zcela energeticky nezávislé. V roce 2015 začala čistírna odpadních vod sloužící 114 500 zákazníkům v Greshamu, Fairview a Wood Village (Oregon, USA) vyrábět více elektřiny, než potřebovala pro vlastní potřebu. Místní úřady jsou spokojené: každý rok ušetří XNUMX tisíc dolarů za elektřinu.
Čištění řek v rozvojových zemích však neprobíhá tak hladce jako ve vyspělých zemích. Zde je tento problém akutnější, ale na jeho vyřešení je méně prostředků.
Obtížný případ: jak internet věcí pomáhá vyčistit Gangu
Na březích řeky Gangy žije 600 milionů Indů, a přestože tito lidé vytvořili jednu z nejstarších civilizací světa, není dnes nejvýznamnější indická řeka v nejlepším stavu. Každý den je do hlavního vodního toku Hindustanu vypuštěno 1 milion kilolitrů znečištěné vody. Navíc k tomuto výboji dochází nekontrolovatelně a prakticky bez jakýchkoliv pokusů o snížení škod. Navíc, i když se využije veškerá dostupná kapacita čištění, bude dekontaminována pouze 1/3 všech odpadních vod.
Dalším problémem v Indii je, jak se špína dostává do Gangy. Neexistuje systém organizovaného vypouštění odpadních vod do řeky, to znamená, že průmyslové odpady, městské kanalizace a technologické vody pro potřeby venkovských obyvatel tvoří jeden tok, který téměř nekontrolovatelně teče do Gangy. Toshiba proto vybudovala celý systém čistíren, které sledují a čistí odpadní vody podél břehů Gangy.
Čistírna odpadních vod instalovaná v oblasti města Allahabad (Uttar Pradesh) na soutoku řek Ganga a Jamuna. Zdroj: Toshiba
Toshiba k dnešnímu dni vytvořila síť léčebných zařízení podél břehů Gangy o celkové délce 110 km. Aby se spojily všechny klíčové prvky tohoto systému a snížily se náklady na jeho používání, jsou všechny tyto kapacity vybaveny senzory IoT. To umožňuje spravovat celou síť na dálku v reálném čase, čímž se snižují náklady na personál a řízení v každé čistírně. A přesto, i když se účinnost opatření na úpravu vody zvyšuje, míra znečištění se bude s růstem ekonomiky zvyšovat. Proto je důležité nejen efektivně čistit, ale také méně znečišťovat řeky.
“Chytrý” farmář: jak infračervené senzory snižují odtok hnojiva do řek
Jedním z hlavních znečišťovatelů řek je zemědělství. Navíc mluvíme nejen o biologickém, ale i chemickém znečištění, protože všechna chemická hnojiva jsou dříve či později z polí smyta nebo se přes podzemní vody dostanou do řek. Škodlivá jsou zejména dusíkatá hnojiva, která nejsou rostlinami zcela absorbována. Zbytek se buď vypaří, nebo skončí v blízkých řekách a jezerech, což způsobí jejich eutrofizaci – nadbytek živin, které podporují růst mikroorganismů a rostlin. Zároveň se nikdy přesně neví, kolik dusíkatých hnojiv rostlina potřebuje – zemědělci se řídí přijatými normami.
K vyřešení tohoto problému byl v roce 2015 v americkém státě Nebraska zahájen projekt SENSE (Sensors for Efficient Nitrogen Use and Stewardship of the Environment), který zahrnoval měření skutečné hladiny dusíku akumulovaného v rostlinách za účelem kontroly spotřeby dusíku. hnojiva. Experimentu se účastnili farmáři v údolí hlavní řeky Nebrasky, Platte, přítoku Missouri, který dlouho trpěl přirozeným odtokem dusíkatých hnojiv ze zemědělských polí. Po jejich polích začaly projíždět „traktory s velkýma očima“.
Většina zúčastněných farem nejen snížila své emise přebytečných dusíkatých hnojiv, ale také zvýšila své výnosy. Zdroj: Nebraska Extension On-Farm Research Network YouTube kanál
Jsou vybaveny senzory namířenými na vrchlíky rostlin a vyzařujícími viditelné a blízké infračervené světlo. Fotodetektory přístrojů zaznamenávají odražený signál od rostlin. V závislosti na jeho intenzitě je vypočítán jejich zdravotní index, na jehož základě je založen výpočet potřebných objemů dusíkatých hnojiv. Za tři roky trvání projektu SENSE se používání dusíkatých hnojiv na farmách v údolí řeky Platte snížilo o 15 %.
Když tedy podnikáme kroky k ochraně řek, musíme měřit výsledky našeho úsilí a jednorázové studie jsou v tomto ohledu neúčinné, protože řeka je rychle se měnící ekosystém – je to jako fotografovat běžce a snažit se zachytit celý závod. Ekonomické sledování řeky je proto založeno na ukazatelích obdržených online.
Jak je organizován environmentální monitoring řek?
Ke sledování řeky se používají různá zařízení. Používají se především vodoměrné studny a víceparametrové sondy.
Vodoměrná studna je nádrž vykopaná blízko břehu a spojená s řekou dvěma kanály, které zajišťují přítok a odtok vody. Především taková zařízení měří tlak pod vodou. Složitějším mechanismem je víceparametrové zařízení pro zjišťování kvality vody. Jedná se o trubku sondy, která je ponořena do vody poblíž břehu souběžně s prohlubováním dna řeky. Potrubí je vybaveno různými senzory, které analyzují rychlost toku řeky, teplotu a další parametry v různých hloubkách.
Indikátory shromážděné v sondě jsou přenášeny pomocí drátů do vysílače umístěného na břehu, který je přenáší prostřednictvím bezdrátové sítě do databáze. Zdroj: Fondriest Environmental, Inc.
Společným znakem těchto zařízení je pobřežní. Mezitím je pro analýzu stavu velkých řek důležité vědět, co se děje daleko od pobřeží.
National Great Rivers Research and Education Center (NGRREC) vytvořilo systém environmentálního monitoringu největších povodí (Great Rivers Ecological Observation Network, GREON). Jde o síť plovoucích platforem pro sledování kvality vody v reálném čase v povodích řek Mississippi, Missouri, Ohio a Arkansas. Každá jednotka je vybavena senzory pro měření kvality vody, teploty, vodivosti, rozpuštěného kyslíku, zákalu, řas, rozpuštěných organických látek, dusičnanů a ortofosfátů.
Data získaná GREONem lze studovat online ve virtuální databázi, kde se shromažďují všechny naměřené parametry ekologického stavu řek.
Závěrečný akord: jak repatriovat světlušky
Shrneme-li výše uvedené: pro záchranu řek je třeba se naučit je neznečišťovat, čistit tok vody, šetřit energii a sledovat výsledky. Ale to nestačí. Ne všechny ekosystémy se obnovují samy. Někdy příroda potřebuje pomoc.
Příklad z domoviny Toshiby. Prefektura Oita na ostrově Kjúšú je domovem mnoha řek a potoků a region prochází průmyslovým rozvojem, včetně závodu na výrobu polovodičů, který vyrábí produkty pro Toshibu na řece Kitanohana. Mezi místními obyvateli byl známý jako stanoviště pro velké množství světlušek. Ale v roce 2010 zmizely. Spolu se službou Toshiba pro kontrolu životního prostředí místní nadšenci a pozvaní odborníci zjistili, že na vině je odtok vody do řeky. Poté byl společným úsilím realizován program navrácení světlušek do Kitanohany. K tomu bylo nutné prostudovat potravu hmyzu, vhodné teplotní podmínky a také identifikovat látky, jejichž vstup do řeky biotop poškodil. Díky tomuto úsilí se světlušky po pěti letech vrátily.
Jeden z repatriantů na řece Kitanohanu. Zdroj: Toshiba
Tyto a další výše popsané zkušenosti může využít i Rusko, které rovněž stojí před rozsáhlým ekologickým úkolem – zachránit Volhu. Na březích hlavní vodní cesty Ruska žijí 2/3 obyvatel a 2/3 průmyslových podniků země. V některých ekonomických oblastech je však až 90 % znečištění bezbodového charakteru, to znamená, že relativně vzato nepochází z odpadního potrubí továrny, ale z přirozených kanálů (odtok dešťové vody, podzemní řeky atd.) . Mimochodem, situace s Donem není o nic lepší.
V roce 2018 přijaly ruské úřady program „Zlepšení Volhy“ jako součást národního projektu „Ekologie“. Do roku 2025 je plánováno snížení objemu kontaminovaných odpadních vod o 67 %, zdvojnásobení kapacity čistíren a rekonstrukce 89 objektů propustků. Pro tyto účely bude přiděleno 205 miliard rublů. Budoucnost ukáže, zda se Rusku podaří dosáhnout cíle č. 6 v jediné zemi.
