Ya hemos
descrito el camino que el agua del río supera en el camino hacia nuestros vasos, convirtiéndose de una "sopa bioquímica" preparada por la naturaleza en la bebida más importante de la humanidad. Sin embargo, para preservar los recursos de agua dulce en el futuro, debemos tener cuidado con el agua que una persona convierte en una "sopa" antes de devolverla a los ríos después de ser utilizada en la vida cotidiana, la industria y la agricultura. Explicamos por qué es importante, qué contamina los ríos y qué nuevas tecnologías ayudan a limpiarlos y preservarlos.
Objetivo 6: ¿Por qué es importante para nosotros conservar el agua?
En 2015, 193 estados miembros de la ONU se fijaron 17 objetivos de desarrollo sostenible que deben alcanzarse antes de 2030 para "mejorar la prosperidad y proteger nuestro planeta". La gama de tareas es amplia, desde la erradicación de la pobreza hasta la paz mundial. No el primero, pero de ninguna manera el 17º objetivo, fue reconocido como "garantizar el acceso a recursos de agua segura y saneamiento para todos" (objetivo No. 6). ¿Por qué a la humanidad le importaba esto?
Según la ONU, más del 40% de la población mundial
sufre de escasez de agua. Alrededor de 1.800 millones de personas usan fuentes de agua potable infectadas con bacterias fecales. La razón de esto es la contaminación activa de los cuerpos de agua, porque el 80% de los desechos líquidos se descargan sin ningún tratamiento. Las consecuencias están en los millones de muertes por año y el porcentaje del PIB de vastos continentes como África y países poblados como India. ¿Cómo va esto?
Difusión sucia: qué y cómo estropea los ríos
Los tipos más comunes de contaminación son químicos y bacterianos. La sustancia química ocurre a través de la difusión: la penetración mutua de las moléculas de una sustancia en otra con la posterior igualación de su concentración en todo el volumen. Sin embargo, la bacteria implica la entrada de microorganismos que no son característicos de este en el ecosistema del río o la reproducción anormal de los existentes.
Casi todos los tipos de actividad humana de una forma u otra dañan las cuencas fluviales. Aguas residuales domésticas, producción, precipitación contaminada, agricultura, transporte marítimo, energía. ¿Qué contaminantes están involucrados?
Petróleo y derivados del petróleo. Aunque el petróleo se transporta principalmente por mar, los ríos también están sujetos a la contaminación por petróleo. Cuando se embotella este fósil líquido, primero se forman las llamadas manchas, manchas en la superficie del agua. Para esto, no se necesita mucho petróleo: una tonelada puede contaminar 12 metros cuadrados. km de agua. Luego, parte de la descarga se
evapora (aproximadamente 30%) y la otra se lava (otro 30%). La masa restante se llama "mousse de chocolate", es una emulsión persistente de alta viscosidad, en la que mueren todos los seres vivos.
La radiación La contaminación por radionúclidos de los ríos ocurre con mayor frecuencia debido a la escorrentía de aguas industriales de las industrias correspondientes. Por ejemplo, en Rusia, durante más de medio siglo, el río Techa en la región de Chelyabinsk ha estado expuesto a una contaminación radiactiva constante. La Asociación de Producción Mayak incluso construyó una cascada de depósitos artificiales en la cuenca de este río, donde se asienta el agua con descargas radiactivas. Los isótopos de elementos radiactivos se acumulan en el suelo, las plantas y los organismos vivos, causando enfermedades por radiación.
Desde 1949, los desechos nucleares se descargaban regularmente en el río Techa. Fuente: Ecodefense / Heinrich Boell Stiftung Rusia / Slapovskaya / NikulinaDetergentes o, más simplemente, detergentes. Son muy tóxicos y biodegradables. A veces, los detergentes forman una capa de espuma en la superficie de los ríos de hasta 1 m de ancho. Los detergentes son más peligrosos para los peces jóvenes y las algas.
Metales pesados. El mercurio, el plomo, el zinc, el cromo, el estaño y otros metales de este grupo también ingresan a las aguas de los ríos con mayor frecuencia desde plantas industriales. Los metales pesados y sus compuestos se acumulan en el cuerpo de los animales del río, causando enfermedades.
Contaminación térmica . El agua limpia pero calentada puede dañar el río. Muy a menudo, sus fuentes son centrales térmicas y nucleares. El agua tibia mejora la evaporación, aumenta la mineralización, promueve el crecimiento intensivo de la vegetación acuática y los microorganismos, la propagación de patógenos y virus.
Existencias de ganado. Debido a los beneficios económicos, los complejos ganaderos se ubican con mayor frecuencia cerca de ríos y lagos. En una granja grande, se forma 1 tonelada de lodo al día. El ingreso de tal mezcla al agua conduce a la propagación de patógenos y parásitos.
Recipientes de agua de lastre. Para mantener la estabilidad, los buques fluviales y marítimos extraen agua de un río o mar, y luego vierten este lastre junto con la suciedad acumulada, incluidos los productos derivados del petróleo.
Rafting en madera. Al alejar la madera a lo largo de los ríos, el agua se obstruye con la corteza y otros fragmentos de árboles. Se descomponen, absorben oxígeno y emiten sustancias nocivas fenólicas. Además, los arbustos que interfieren con la aleación a menudo se cortan, lo que conduce a la erosión y la sedimentación del lecho del río.
Combatir estos y otros contaminantes, así como mejorar la ecología de los ríos, ayuda a ahorrar, introduciendo sustancias menos dañinas en la producción, hidromonitorización inteligente, microbios e incluso cáscaras de nuez.
Cáscaras de nuez y bacterias que consumen petróleo: cómo limpiar las aguas residuales en la refinería de Moscú
En primer lugar, salvar su río y agua dulce ayuda a salvarlo. Ni una sola producción puede prescindir del agua, por lo que es importante, en primer lugar, utilizar los recursos ya tomados de la naturaleza por segunda vez y, en segundo lugar, devolverlos a su estado normal.
Resultó bien en la refinería de petróleo de Moscú, en la que se introdujo el complejo Biosphere en 2017. El nuevo sistema de tratamiento permitió
reducir el consumo de agua del río en 2,5 veces y 3 veces redujo el volumen de aguas residuales del gigante de refinación de petróleo. Como?
La “biosfera” consta de dos unidades de purificación: fisicoquímica y biológica. En el primer bloque, las aguas residuales de la refinería ingresan primero al sector de pretratamiento, donde se eliminan las impurezas mecánicas. Luego, el agua pasa a través de separadores, flotadores, tanques especiales en los que se agregan sustancias al agua que contribuyen a la aparición de suciedad e impurezas, y filtros de cáscara de nuez que absorben bien las sustancias insolubles. Desde aquí, el agua ingresa a la unidad de postratamiento equipada con diez filtros de carbón activado.
Cuantos más pasos de limpieza, mejor, pero, por desgracia, el resultado es más costoso. Fuente: Canal de YouTube Gazprom Neft
Luego, la corriente de agua es limpiada por el viento, más precisamente por flotación por presión, en la cual una potente corriente de aire se dirige a la mezcla de agua. Crea burbujas de aire que, subiendo a la superficie, recogen impurezas y productos derivados del petróleo. Desde aquí, el agua fluye hacia la parte central del sistema, un biorreactor de membrana que elimina los compuestos orgánicos, así como el nitrógeno y el fósforo. Aquí, las aguas residuales se mezclan con lodos, que anteriormente estaban habitados por bacterias especiales que pueden absorber los residuos de los productos derivados del petróleo. Para deshacerse del limo, el agua pasa a través de membranas con un ancho de poro más delgado que un cabello humano. Ahora el líquido está listo para la ósmosis inversa: el flujo pasa a través de una membrana que consiste en células del tamaño de una molécula de H2O.
El resultado es 99.9% de agua pura, lo cual no es una pena no solo para regresar a la cuenca del río Moscú, sino incluso para beber. Aunque hay un "pero": es caro.
Generar y limpiar: cómo mejorar la economía de la limpieza
La purificación del agua es siempre una búsqueda de un equilibrio entre la calidad del resultado y su precio. Sistemas como la Biosfera de la refinería de petróleo de Moscú no son baratos: se han invertido 9 mil millones de rublos en el proyecto. Además, el proceso de limpieza en sí es intensivo en energía. Y si los trabajadores petroleros tienen mucho dinero y electricidad, entonces otros consumidores de agua de río, y estos son principalmente agricultores, industria alimentaria, producción de papel, autoridades municipales, las cosas son diferentes. Y aquí Toshiba tiene un amplio conocimiento sobre cómo convertir las aguas residuales en materias primas para la autogeneración de electricidad.
Por lo general, se utilizan microorganismos aerobios para la limpieza, que necesitan oxígeno para la vida. Este método está asociado con altos costos. Juntos, usamos un biorreactor poblado por anaerobios que pueden usar otras sustancias para la vida. Una vez en el reactor, el agua residual se purifica de las impurezas orgánicas por flotación a baja presión. En ausencia de oxígeno, las bacterias anaerobias descomponen los contaminantes orgánicos. El resultado de su fiesta es agua, metano y dióxido de carbono, así como una disminución radical en el consumo de oxígeno bioquímico y químico (los criterios principales para la contaminación del agua son los niveles de DBO y DQO).
El biogás generado por el reactor puede usarse como fuente de electricidad, calor o (en el futuro) biocombustible para repostar automóviles o generadores.
Sistema básico de fermentación de metano. Dependiendo de la naturaleza de las aguas residuales, la DBO se puede reducir en un 80-95% y la DQO en un 60-80%. Fuente: Toshiba
El sistema se adapta a casi cualquier estándar de contaminación biológica permisible del río, que puede variar en diferentes países. Para hacer esto, es suficiente aumentar o disminuir el número de pasos de purificación, o más bien, el número de tanques de metano.
Un sistema de fermentación de metano en dos etapas es capaz de purificar agua con un consumo bioquímico de oxígeno de hasta 15,000 mg / l, con una norma generalmente aceptable que no excede los 600 mg / l. Fuente: Toshiba
Ya existen ejemplos de instalaciones de tratamiento en el mundo que no solo redujeron el consumo, sino que se volvieron completamente no volátiles al convertir el biogás en electricidad. En 2015, una planta de tratamiento de aguas servidas que atiende a 114 mil consumidores en las ciudades de Gresham, Fairview y Wood Village (Oregón, EE. UU.) Comenzó a generar más electricidad de la necesaria para sus propias necesidades. Las autoridades locales están satisfechas: anualmente ahorran 500 mil dólares en electricidad.
Sin embargo, la limpieza de los ríos en los países en desarrollo no es tan fácil como en los países desarrollados. Aquí este problema es más agudo, pero hay menos recursos disponibles para resolverlo.
Caso difícil: cómo la Internet de las cosas ayuda a limpiar el Ganges
600 millones de indios viven a orillas del río Ganges, y a pesar del hecho de que esta gente creó una de las civilizaciones más antiguas del mundo, el río más importante de la India hoy en día no está en las mejores condiciones. Todos los días, 1 millón de kilolitros de agua contaminada se descargan en la vía fluvial principal de Hindustan. Además, esta descarga ocurre de manera incontrolable y casi sin ningún intento de reducir el daño. Además, incluso si se utilizan todas las instalaciones de tratamiento disponibles, solo 1/3 de todos los efluentes se desactivarán.
El problema de la India también radica en la forma en que la suciedad ingresa al Ganges. No existe un sistema de descarga organizada de aguas residuales en el río, es decir, desechos de producción y aguas residuales urbanas, y el agua industrial para las necesidades de los residentes rurales forman una sola corriente, que casi sin control entra al Ganges. Es por eso que Toshiba ha construido un sistema completo de plantas de tratamiento que controlan y tratan las aguas residuales a lo largo de las orillas del Ganges.
Una planta de tratamiento instalada en el área de la ciudad de Allahabad (piezas de Uttar Pradesh) en la confluencia del Ganges y el Yamuna. Fuente: Toshiba
Hasta la fecha, Toshiba ha creado una red de instalaciones de tratamiento con una longitud total de 110 km a lo largo de las orillas del Ganges. Para combinar todos los elementos clave de este sistema y reducir el costo de su uso, todas estas potencias están equipadas con sensores IoT. Esto le permite administrar toda la red de forma remota en tiempo real, reduciendo así los costos de personal y administración en cada una de las fábricas de limpieza. Y, sin embargo, aunque la efectividad de las medidas de tratamiento del agua está aumentando, la tasa de contaminación aumentará luego del crecimiento de la economía. Por lo tanto, es importante no solo limpiar de manera eficiente, sino también contaminar menos los ríos.
Granjero inteligente: cómo los sensores infrarrojos reducen el flujo de fertilizante en los ríos
Uno de los principales contaminantes del río es la agricultura. Y estamos hablando no solo de contaminación biológica, sino también química, porque tarde o temprano todos los fertilizantes químicos se eliminan de los campos o de los ríos a través del agua subterránea. Los fertilizantes nitrogenados que no son completamente absorbidos por las plantas son especialmente dañinos. Los residuos se evaporan o caen en ríos y lagos cercanos, causando eutrofización en ellos: saturación excesiva de nutrientes que contribuyen al crecimiento de microorganismos y plantas. Al mismo tiempo, la planta nunca sabe exactamente cuánto fertilizante de nitrógeno se necesita: los agricultores se guían por los estándares aceptados.
Para resolver este problema en el estado estadounidense de Nebraska en 2015, se lanzó el proyecto SENSE (Sensores para el uso eficiente de nitrógeno y la gestión del medio ambiente), que consistió en medir el nivel real de nitrógeno que se acumula en las plantas para controlar el consumo de fertilizantes nitrogenados. El experimento involucró a granjeros en el valle del río Nebraska Platte, un afluente del Missouri, que durante mucho tiempo había sufrido la descarga natural de fertilizantes nitrogenados de los campos agrícolas. Los "tractores de ojos grandes" comenzaron a recorrer sus campos.
La mayoría de las granjas participantes no solo redujeron el exceso de emisiones de fertilizantes nitrogenados, sino que también aumentaron la productividad. Fuente: Red de Investigación en Granja de Extensión del Canal de YouTube Nebraska
Están equipados con sensores dirigidos al dosel de las plantas y emiten luz visible e infrarroja en el radio cercano. Los fotodetectores de los dispositivos capturan la señal reflejada de las plantas. Dependiendo de su intensidad, se calcula su índice de salud, en función del cual se basa el cálculo de los volúmenes requeridos de fertilizantes nitrogenados. Durante los tres años del proyecto SENSE, el uso de fertilizantes nitrogenados en la economía de Platte Valley disminuyó en un 15%.
Por lo tanto, al tomar medidas para proteger los ríos, debemos medir el resultado de los esfuerzos, y los estudios únicos a este respecto son ineficaces, porque el río, un ecosistema que cambia rápidamente, es como tomar una foto de un corredor tratando de capturar a toda la raza. Por lo tanto, el monitoreo económico del río se basa en indicadores que se ponen en línea.
¿Cómo se organiza el monitoreo del río?
Se utilizan diferentes dispositivos para monitorear el río. Se utilizan principalmente medidores de agua y sondas multiparamétricas.
Un pozo de medición de agua es un depósito excavado cerca de la costa y conectado al río por dos canales, que aseguran la entrada y salida del agua. La mayoría de estos dispositivos miden la presión bajo el agua. Un mecanismo más complejo es un dispositivo de parámetros múltiples para determinar la calidad del agua. Es un tubo de sonda, que se sumerge en agua frente a la costa paralela a la profundización del fondo del río. La tubería está equipada con varios sensores que analizan el caudal del río, la temperatura y otros parámetros a diferentes profundidades.
Los indicadores recopilados en la sonda se transmiten por cable a un transmisor ubicado en la costa, que los transmite a través de una red inalámbrica a la base de datos. Fuente: Fondriest Environmental, Inc.
Una característica común de estos dispositivos está basada en tierra. Mientras tanto, para analizar el estado de los grandes ríos, es importante saber qué sucede lejos de la costa.
El Centro Nacional de Investigación y Educación de Great Rivers (NGRREC) creó la Red de Observación Ecológica de Great Rivers (GREON). Es una red de plataformas flotantes para el monitoreo en tiempo real de la calidad del agua en los ríos Mississippi, Missouri, Ohio y Arkansas. Cada unidad está equipada con sensores para medir la calidad del agua, temperatura, conductividad eléctrica, oxígeno disuelto, turbidez, algas, compuestos orgánicos disueltos, nitratos y ortofosfatos.
Los datos obtenidos por GREON pueden estudiarse en línea en una base de datos virtual, donde fluyen todos los parámetros tomados del estado ecológico de los ríos.
Acorde final: como repatriar luciérnagas
Resumiendo lo anterior: para salvar los ríos, debe aprender a no contaminarlos, limpiar la corriente de agua, ahorrar energía y monitorear los resultados. Pero esto no es suficiente. No todos los ecosistemas se restauran por sí solos. A veces la naturaleza necesita ayuda.
Un ejemplo de la patria de Toshiba. Muchos ríos y arroyos fluyen en la prefectura de Oita en la isla de Kyushu, mientras que la región está construida activamente por empresas industriales, incluida una fábrica de semiconductores que fabrica productos para Toshiba en el río Kitanohana. Entre los residentes locales, era famoso como el hábitat de una gran cantidad de luciérnagas. Pero en 2010, desaparecieron. Junto con el Servicio de Monitoreo Ambiental de Toshiba, los entusiastas locales y los expertos invitados encontraron: la falla de las aguas residuales en el río. Luego, a través de esfuerzos conjuntos, se implementó un programa para devolver las luciérnagas a Kitanohana. Para hacer esto, tuve que estudiar la dieta de los insectos, un régimen de temperatura adecuado, y también identificar sustancias cuya entrada al río dañó el hábitat. Gracias a los esfuerzos realizados, cinco años después regresaron las luciérnagas.
Uno de los repatriados en el río Kitanohanu. Fuente: Toshiba
Esta y la otra experiencia descrita anteriormente pueden ser utilizadas por Rusia, que también se enfrenta a una tarea ambiental a gran escala: salvar el Volga. 2/3 de la población vive en las orillas de la principal vía fluvial de Rusia y 2/3 de las empresas industriales del país se encuentran. Sin embargo, en algunas áreas económicas hasta el 90% de la contaminación es inexacta, es decir, provienen, relativamente hablando, no de la tubería de drenaje de la planta, sino de canales naturales (escorrentía de aguas pluviales, ríos subterráneos, etc.). Por cierto, la
situación con Don
no es
mejor .
En 2018, las autoridades rusas adoptaron el Programa de Salud Volga como parte del proyecto nacional de Ecología. Hasta 2025, se planea reducir el volumen de efluentes contaminados en un 67%, duplicar la capacidad de la planta de tratamiento y reconstruir 89 instalaciones de alcantarillas. Se asignarán 205 mil millones de rublos para estos fines. ¿Podrá Rusia alcanzar el Objetivo 6 en un solo país? El futuro lo mostrará.