Abra el grifo y vierta agua en el hervidor de agua, ¿qué podría ser más fácil? Tome el agua del río, purifíquela en agua potable y luego convierta las aguas residuales sucias en agua limpia: ¿qué podría ser más difícil? Y mas caro. Descubrimos cómo entra el agua de los ríos en nuestro grifo y cuánto tiene que pagar para limpiarlo.
Las principales fuentes de agua dulce.
El 71% de nuestro planeta está cubierto de agua. Básicamente, agua salada, absolutamente inadecuada para beber. En la cantidad total de agua del mundo,
solo el 3% es fresco . Si el 68% del hielo en los polos y el 30% de los manantiales subterráneos de agua dulce se eliminan de este modesto volumen, el 0.8% en el permafrost, el 0.2% en los lagos, el 0.006% en los ríos y un poco más en la atmósfera permanecerán. Es decir, la cantidad de agua dulce disponible en el planeta es pequeña, y la que con mayor frecuencia no es adecuada para beber sin tratamiento. Por lo tanto, tomaremos como punto de partida el hecho de que el agua potable es un recurso costoso y escaso.
Rusia lidera la cantidad de agua dulce superficial, por lo tanto, con mayor frecuencia, el agua para el suministro de agua urbana se toma de grandes lagos y ríos. Para pequeños asentamientos, se utilizan pozos artesianos. Pero incluso en áreas donde fluyen ríos relativamente limpios o se perforan pozos, el agua requiere preparación antes de que pueda usarse para el suministro central de agua, porque puede haber virus, bacterias peligrosas, metales pesados y otros contaminantes químicos en el agua. Entonces, el agua glandular golpea el hígado y el sistema cardiovascular, el exceso de flúor estropea los dientes y los huesos, las dioxinas sobrantes de la basura quemada dañan el sistema nervioso y causan cáncer, el agua demasiado dura provoca cálculos renales y el plomo afecta negativamente el desarrollo de los niños y causa anemia Y sobre las bacterias y los virus, y así todo está claro: se proporcionan enfermedades, alergias y trastornos digestivos. Sí, y el agua usada también sería agradable de limpiar, y no solo drenará de regreso al río.
El ciclo de tratamiento del agua urbana consta de dos etapas: la toma de agua de los cuerpos de agua y el tratamiento para su uso en tuberías de agua, y luego el tratamiento de las aguas residuales resultantes y la descarga de agua de regreso a los cuerpos de agua. Es decir, suministro de agua y alcantarillado.
Tratamiento de agua para abastecimiento de agua.
Primero, en el ejemplo de Moscú, descubriremos cómo entra el agua en el sistema de suministro de agua. Según el sitio web de Mosvodokanal, “el suministro centralizado de agua de la región de Moscú se realiza principalmente a partir de fuentes de agua superficial. Son los sistemas de agua Moskvoretsko-Vazuzskaya y Volzhskaya, que incluyen 15 embalses y caminos de suministro de agua: el río Moscú con sus afluentes y el canal que lleva el nombre Moscú ". La pérdida diaria total de agua de las estaciones de toma de agua de la capital es de 11 millones de metros cúbicos, que es casi cuatro veces mayor que el consumo.
Los moscovitas beben agua del río Moscú que fluye por toda la ciudad, aunque esta idea da miedo al principio. De hecho, antes de que el contenido de los ríos de envío ingrese a los apartamentos, el agua se somete a un tratamiento integral en una de las cuatro plantas de tratamiento de agua. Los lugares de toma de agua de los ríos están cerrados y cuidadosamente vigilados, estos son literalmente objetos estratégicos.
Después de una filtración áspera, el agua se ozoniza, eliminando los orgánicos de todos los tamaños y se mezcla con coagulantes y floculantes. Estos reactivos "golpean" los contaminantes restantes en escamas, que luego se depositan. La mezcla de agua con reactivos se produce en diez minutos: con menos tiempo no se forman copos, con una mezcla más larga, comienzan a descomponerse. Después de la sedimentación, el agua es nuevamente ozonizada y enviada para ser filtrada.
Finas gotas de agua después de los copos de lodo. Fuente: MosvodokanalEl filtro es una capa de arena de dos metros a través de la cual el agua pasa naturalmente. Tal filtro se limpia aproximadamente una vez al día por la presión del agua limpia desde la parte posterior. Luego, el agua se vierte en otro tanque, donde también, bajo su propio peso, pasa a través de una capa de carbón de un metro y medio.
La última etapa de la purificación son membranas capaces de retener partículas con un tamaño de solo 0.01 micras (esto no es un error tipográfico). Cada hora, las membranas se limpian con un flujo inverso de agua. A partir de este momento, el agua se considera potable, es decir, completamente segura para la salud. El análisis del agua en todas las etapas se realiza cada cuatro horas y en condiciones de mayor riesgo (por ejemplo, inundación de primavera) una vez por hora.
Módulos de membrana y sus contenidos. Fuente: MosvodokanalPor cierto, no limpian el agua con cloro; al final, se agrega hipoclorito de sodio seguro para evitar la contaminación del agua durante el paso por las tuberías de la ciudad. Al menos en Moscú, el agua corriente fría se considera oficialmente completamente segura para beber sin purificación adicional y ebullición.
Tratamiento de aguas residuales
Convertir el agua del río en agua potable no es fácil, pero es aún más difícil limpiar las aguas residuales a un estado de agua limpia y ecológica. La capital cuenta con cuatro plantas de tratamiento de agua, donde fluyen las aguas residuales de las alcantarillas. El más grande y moderno de ellos, Kuryanovskaya, después de la modernización es capaz de procesar hasta
3,1 millones de metros cúbicos por día . Si es necesario, las estructuras de Lyubertsy recibirán otros 3 millones de metros cúbicos, Zelenogradsk y Butovsky juntos, 220 mil metros cúbicos. Es decir, la reserva de energía de las instalaciones de tratamiento que convierten las aguas residuales de Moscú en agua limpia y segura es el doble del consumo actual de la ciudad.
Ellos trabajan así. Primero, las tuberías fluyen a través de las tuberías hacia la cámara receptora de la planta de tratamiento; estos son tanques grandes, hasta hace poco, abiertos, desde los cuales se extendía un olor insoportable a unos kilómetros a la redonda. Afortunadamente, las plantas de tratamiento de aguas residuales de Moscú estaban cubiertas con cubiertas especiales, por lo que los residentes de las casas cercanas finalmente pudieron olvidarse del olor a alcantarillas.
El agua sucia insoportable con una gran cantidad de escombros descargados en la alcantarilla se somete a una limpieza mecánica brusca, durante la cual se eliminan todos los objetos extraños que son visibles para el ojo. El residuo seco es prensado y transportado a vertederos de almacenamiento.
Además, en los tanques de sedimentación, parte del lodo se deposita naturalmente, después de lo cual el agua, aún sucia y con mal olor, puede enviarse para aireación. Durante este proceso, en tanques de aireación (¡esto no es un error tipográfico!), El agua se mezcla con lodos especiales y bacterias que "se comen" la mayoría de los contaminantes y compuestos orgánicos.
En agua tibia y oxigenada, las bacterias limpian el agua más rápido. Fuente: MosvodokanalEl lodo sedimentador es eliminado lentamente por las bombas de succión. Debes haber visto fotos de las instalaciones de tratamiento donde se construyó un puente en piscinas circulares desde el centro hasta el borde. Estos son los ilosos, que giran lentamente, como la manecilla de un reloj, y recogen limo del fondo. Al final de la operación de la bomba de lodo, el agua se vuelve limpia visualmente, pero aún no es segura.
Los remolques de lodos son la parte más reconocible de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Fuente: MosvodokanalEn la última etapa, el agua en las plantas de tratamiento de aguas residuales de Moscú se desinfecta con potentes lámparas de cuarzo y luego se vierte al río. Formalmente, el antiguo drenaje de alcantarillado es más limpio que el agua extraída del río para el tratamiento primario del suministro de agua. Por cierto, es imposible clorar u ozonizar las aguas residuales, de lo contrario, restos de gas y productos químicos caerán al río y junto con las bacterias destruirán todos los seres vivos.
Un diagrama claro de la limpieza moderna de Mosvodokanal. Fuente: MosvodokanalPurificador de agua en tu bolsillo
La idea de un producto portátil para limpiar el agua hasta el nivel de bebida siempre ha sido relevante. Durante la Primera Guerra Mundial, los soldados fabricaron filtros de arena, grava y ladrillo; las tabletas con cloro y un agente declorante estaban destinadas al uso individual. Ahora, las tabletas para desinfectar el agua con la sal de sodio del ácido dicloroisocianúrico se están invirtiendo en el RPI militar ruso.
Esto no es un truco publicitario: el filtro portátil LifeStraw realmente le permite beber agua de cualquier fuente. Bueno, o casi de cualquier ... Fuente: VestergaardEn 2008, el filtro de tubo LifeStraw de la compañía suiza Vestergaard fue un verdadero avance, a través del cual se puede beber agua de prácticamente cualquier depósito, incluso desde un charco. La diferencia entre LifeStraw y los filtros de carbón típicos es el uso de una membrana tubular con poros de 0.2 micras, que puede hacer frente a bacterias y parásitos mejor que el carbón. Las primeras versiones de LifeStraw no protegían contra metales pesados y virus, pero el
LifeStraw Flex actualizado pudo filtrarlos. Las diferentes versiones de LifeStraw tienen un recurso de 1800 a 4000 litros y cuestan desde $ 19.95.
Un montón de tubos delgados: este es el sistema de filtro de membrana LifeStraw. Exactamente igual que en los filtros de membrana de las instalaciones de tratamiento de Moscú. Fuente: YouTubeAhora a la venta puede encontrar muchas botellas y tubos turísticos con filtros, sin embargo, vale la pena prestar atención al elemento del filtro. Si solo se menciona el carbón en la descripción, no debe arriesgarse a recoger agua de los charcos y depósitos permanentes; limítese al agua del grifo. El carbón desodoriza el agua, elimina metales pesados y cloro, pero pasa virus y bacterias.
¿Cuánto cuesta la purificación de agua?
La magia científica y técnica para convertir millones de toneladas de desechos en agua suena genial, pero ¿cuánto cuesta un proceso tan complejo? En el
presupuesto abierto de Moscú, se asignaron alrededor de 900 millones de rublos al año para la recolección, eliminación de residuos y tratamiento de aguas residuales, y esto es solo el mantenimiento de la infraestructura existente. Y los costos de actualización y construcción de nuevas estructuras pueden ser miles de millones.
Esto a pesar del hecho de que las medidas de uso eficiente y economía han permitido reducir el desperdicio de agua incluso en Moscú, aunque la población de la capital ha crecido en un tercio en 20 años. Según el mismo Mosvodokanal, en 2018, los moscovitas gastaron alrededor de 3 millones de metros cúbicos de agua. Si en 1995 cada residente de la ciudad vertía en la alcantarilla unos 450 litros por día, ahora unos 202 litros.
Es importante el hecho de que se gasta mucho dinero en el suministro de agua para el tratamiento del agua. En los Estados Unidos, por ejemplo, esto es el
4% de toda la electricidad consumida .
¿Es más barato?
Si las compañías de suministro de agua no tienen a la mano fuentes de energía baratas y ecológicas (combinación rara), entonces debe hacer lo que tiene, es decir, usar las compañías locales de energía y pagarlas a las tarifas establecidas. Algunos ahorros en el futuro pueden provenir de la actualización del equipo de la estación, pero esto requiere una inversión seria. Solo hay una forma: aumentar la eficiencia del consumo de energía sin comprometer la calidad del tratamiento.
Para Japón, el costo de la energía del tratamiento del agua también se ha convertido en un problema: requiere el 0,7% de la electricidad del país, y la electricidad en la isla es mucho más cara que la de Rusia. Yukio Hiraoka, jefe especialista en sistemas de agua y medio ambiente de Toshiba Infrastructure Systems & Solutions Corporation,
propuso la idea de cambiar dinámicamente el flujo de aire para la aireación del agua durante todo el día. La aireación, necesaria para la vida bacteriana, representa hasta el 60% de la energía eléctrica de las instalaciones de tratamiento, sin embargo, el flujo de efluentes varía según la hora del día: hay más en las horas de la mañana y de la tarde, casi no hay nuevos desagües por la noche, la aireación excesiva del agua ya purificada no producirá nada. Por lo tanto, en lugar de una aireación constante a la misma potencia, puede cambiar el suministro de aire, manteniendo la efectividad de la purificación del agua.
Sistema de aireación complementario Toshiba. Fuente: ToshibaPara determinar la calidad del agua, se usa el marcador NH4-N, cuya cantidad indica la preparación del efluente para un tratamiento adicional. En base a este hecho, Toshiba ha creado un sensor que verifica la concentración de NH4-N y la cantidad de oxígeno disuelto en el agua. Un software especial lee las lecturas del sensor y, si es necesario, "aprieta la válvula", deteniendo la aireación excesiva sin sentido.
El desarrollo de Toshiba redujo el flujo de aire en un 10,3%, lo que permitió recuperarlo un poco más de dos años y posteriormente redujo el costo del tratamiento del agua al reducir el consumo de electricidad por las bombas de aire. La solución Toshiba no requiere el reequipamiento de las instalaciones de tratamiento: es solo un sensor, una computadora y un software, pero si la solución se aplica a escala nacional, por ejemplo, en Rusia, los ahorros en el tratamiento del agua ascenderán a miles de millones de rublos.