كيف تصبح مياه النهر صالحة للشرب؟

افتح الصنبور واسكب الماء في الغلاية - ماذا يمكن أن يكون أسهل؟ خذ ماء النهر ، وقم بتنظيفه إلى حالة الشرب ، ثم قم بتحويل مياه الصرف الصحي المتسخة إلى مياه نظيفة - ما الذي قد يكون أكثر صعوبة؟ وأكثر تكلفة. نكتشف كيف تدخل المياه من الأنهار إلى صنبورنا والمبلغ الذي يجب دفعه لتنظيفه.

المصادر الرئيسية للمياه العذبة

71 ٪ من كوكبنا مغطى بالمياه. أساسا ، المياه المالحة ، غير مناسبة تماما للشرب. في إجمالي كمية المياه في العالم ، 3٪ فقط من المياه العذبة . إذا تمت إزالة 68 ٪ من الجليد في القطبين و 30 ٪ من ينابيع المياه العذبة تحت الأرض من هذا الحجم المتواضع ، فإن 0.8 ٪ في التربة الصقيعية ، و 0.2 ٪ في البحيرات ، و 0.006 ٪ في الأنهار وقليلا في الغلاف الجوي ستبقى. أي أن كمية المياه العذبة المتوفرة بسهولة على هذا الكوكب صغيرة ، وغالبًا ما تكون غير صالحة للشرب دون علاج. لذلك سوف نأخذ كنقطة انطلاق حقيقة أن مياه الشرب هي مورد مكلف ونادر.

تؤدي روسيا في كمية المياه العذبة السطحية ، وبالتالي ، في معظم الأحيان ، يتم الحصول على المياه من أجل إمدادات المياه في المناطق الحضرية من البحيرات والأنهار الكبيرة. بالنسبة للمستوطنات الصغيرة ، يتم استخدام الآبار الأرتوازية. ولكن حتى في المناطق التي تتدفق فيها الأنهار النظيفة أو الآبار المحفورة نسبياً ، فإن الماء يحتاج إلى تحضير قبل استخدامه لإمدادات المياه المركزية ، لأنه يمكن أن يكون هناك فيروسات وجراثيم خطيرة ومعادن ثقيلة وملوثات كيميائية أخرى في الماء. لذلك ، الماء الغدي يصيب الكبد والقلب والأوعية الدموية ، والفلورايد الزائد يفسد الأسنان والعظام ، والديوكسينات المتبقية من حرق القمامة يضر بالجهاز العصبي ويسبب السرطان ، ويؤدي الماء العسر للغاية إلى تكوين حصوات الكلى ، ويؤثر سلبًا على نمو الأطفال و يسبب فقر الدم. وحول البكتيريا والفيروسات ، وهكذا كل شيء واضح - يتم توفير الأمراض والحساسية واضطرابات الجهاز الهضمي. نعم ، كما أن المياه المستخدمة ستكون لطيفة للتنظيف ، وليس مجرد تصريف مرة أخرى إلى النهر.

تتكون دورة معالجة المياه في المناطق الحضرية من مرحلتين: تناول المياه من المسطحات المائية ومعالجتها للاستخدام في خطوط أنابيب المياه ، ثم معالجة مياه الصرف الناتجة وتصريف المياه مرة أخرى إلى المسطحات المائية. وهذا هو ، وإمدادات المياه والصرف الصحي.

معالجة المياه لإمدادات المياه

أولاً ، على سبيل المثال في موسكو ، سنكتشف كيف يدخل الماء في نظام إمدادات المياه. وفقا لموقع Mosvodokanal ، "يتم توفير إمدادات المياه المركزية في منطقة موسكو بشكل رئيسي من مصادر المياه السطحية. وهي شبكات المياه Moskvoretsko-Vazuzskaya و Volzhskaya ، والتي تشمل 15 خزانًا ومسارات لإمداد المياه - نهر موسكو وروافده والقناة التي سميت باسم موسكو. " إجمالي خسارة المياه اليومية لمحطات استهلاك المياه في العاصمة هو 11 مليون متر مكعب ، وهو ما يقرب من أربعة أضعاف الاستهلاك.

يشرب سكان موسكو الماء من نهر موسكو الذي يتدفق عبر المدينة بأكملها ، على الرغم من أن هذه الفكرة مخيفة في البداية. في الواقع ، قبل دخول محتويات أنهار الشحن إلى الشقق ، يخضع الماء لمعاملة شاملة في أحد محطات معالجة المياه الأربعة. أماكن تناول المياه من الأنهار مغلقة ومحمية بعناية - هذه كائنات استراتيجية حرفيًا.

بعد الترشيح القاسي ، يتم امتصاص الماء بالأوزون ، والتخلص من المواد العضوية من جميع الأحجام ، ويخلط مع مواد التخثر والعوامض. هذه الكواشف "تدق" الملوثات المتبقية في رقائق ، والتي ثم يستقر. يحدث خلط الماء بالكواشف في غضون عشر دقائق - مع عدم تكوُّن رقائق زمنية أقل ، ومع الخلط الأطول ، تبدأ في الانهيار. بعد الترسيب ، يتم إعادة امتصاص الماء مرة أخرى وإرساله لتتم تصفيته.


هزيلة من الماء رقيقة بعد رقائق الحمأة. المصدر: موسفودوكانال

المرشح عبارة عن طبقة من الرمل بطول مترين تمر خلالها المياه بشكل طبيعي. يتم تنظيف هذا المرشح مرة واحدة يوميًا بضغط الماء النظيف من الخلف. ثم يتم سكب الماء في خزان آخر ، حيث يمر أيضًا ، تحت ثقله الخاص ، عبر طبقة من الفحم طوله متر ونصف.

المرحلة الأخيرة من التنقية هي أغشية قادرة على الاحتفاظ بالجزيئات بحجم 0.01 ميكرون فقط (وهذا ليس خطأ مطبعي). كل ساعة ، يتم تنظيف الأغشية مع التدفق العكسي للمياه. من هذه النقطة فصاعدًا ، تعتبر المياه صالحة للشرب ، أي أنها آمنة تمامًا للصحة. يتم إجراء تحليل المياه في جميع المراحل كل أربع ساعات ، وفي ظروف الخطر المتزايد (على سبيل المثال ، فيضان الربيع) مرة واحدة في الساعة.



وحدات الغشاء ومحتوياتها. المصدر: موسفودوكانال

بالمناسبة ، لا ينظفون المياه بالكلور - يضاف إليها ، أو بالأحرى هيبوكلوريت الصوديوم الآمن ، في النهاية لمنع تلوث المياه أثناء المرور عبر خطوط أنابيب المدينة. على الأقل في موسكو ، تعتبر مياه الصنبور الباردة آمنة تمامًا للشرب دون تنقية إضافية وغليان.

معالجة مياه الصرف الصحي

ليس من السهل تحويل مياه النهر إلى مياه صالحة للشرب ، ولكن من الصعب تنظيف مياه الصرف الصحي إلى حالة من المياه النظيفة والصديقة للبيئة. يخدم العاصمة أربعة محطات لمعالجة المياه ، حيث تتدفق مياه الصرف الصحي من المجاري. الأكبر والأكثر حداثة ، Kuryanovskaya ، بعد التحديث قادر على معالجة ما يصل إلى 3.1 مليون متر مكعب في اليوم . إذا لزم الأمر ، ستحصل مباني ليوبرتسي على 3 ملايين متر مكعب ، وزيلينوجرادسك وبوتوفسكي معًا - 220 ألف متر مكعب. وهذا يعني أن احتياطي الطاقة في مرافق المعالجة التي تحول مياه الصرف الصحي في موسكو إلى مياه نقية نظيفة هو ضعف الاستهلاك الحالي للمدينة.

انهم يعملون مثل هذا. أولاً ، تتدفق الأنابيب عبر الأنابيب إلى غرفة الاستقبال في محطة المعالجة - فهذه الخزانات كبيرة ، حتى وقت قريب ، مفتوحة ، تنبعث منها رائحة لا تطاق على بعد كيلومترات تقريبًا. لحسن الحظ ، غطيت محطات معالجة مياه الصرف الصحي في موسكو بأغطية خاصة ، وبالتالي تمكن سكان المنازل المجاورة من نسيان رائحة المجاري.

تخضع المياه القذرة التي لا تحتمل والتي تحتوي على كمية هائلة من الحطام التي يتم تصريفها في المجاري إلى تنظيف ميكانيكي تقريبي يتم خلالها إزالة جميع الكائنات الغريبة المرئية للعين. يتم ضغط المخلفات الجافة ونقلها إلى مدافن التخزين.

علاوة على ذلك ، في خزانات الترسيب ، يستقر جزء من الطين بشكل طبيعي ، وبعد ذلك يمكن إرسال الماء ، الذي لا يزال قذرًا ورائحة كريهة ، للتهوية. خلال هذه العملية ، في خزانات التهوية (هذه ليست خطأ مطبعي!) ، يتم خلط الماء مع الحمأة الخاصة والبكتيريا التي "تلتهم" معظم الملوثات والمواد العضوية.


في الماء الدافئ المؤكسج ، تطهر البكتيريا الماء بشكل أسرع. المصدر: موسفودوكانال

تتم إزالة حمأة الترسيب ببطء بواسطة مضخات الشفط. يجب أن تكون قد شاهدت صورًا لمرافق العلاج حيث تم بناء جسر في أحواض دائرية من المركز إلى الحافة. هذا هو ilosos ، الذي يدور ببطء ، مثل ساعة اليد ، ويجمع الطمي من القاع. بحلول نهاية تشغيل مضخة الحمأة ، يصبح الماء نظيفًا بصريًا ، لكنه ليس آمنًا حتى الآن.


مقطورات الحمأة هي الجزء الأكثر شهرة من محطات معالجة مياه الصرف الصحي. المصدر: موسفودوكانال

في المرحلة الأخيرة ، يتم تطهير المياه في محطات معالجة مياه الصرف الصحي في موسكو بمصابيح كوارتز قوية ثم يتم إلقاؤها في النهر. من الناحية النظرية ، فإن الصرف الصحي السابق يكون أكثر نظافة من المياه المأخوذة من النهر للمعالجة الأولية لإمدادات المياه. بالمناسبة ، من المستحيل معالجة الكلور أو معالجة مياه الصرف الصحي بالأوزون ، وإلا فإن الآثار المتبقية للغازات والمواد الكيميائية ستسقط في النهر وستدمر الكائنات الحية جميع الكائنات الحية.


رسم تخطيطي واضح للتنظيف الحديث ل Mosvodokanal. المصدر: موسفودوكانال

تنقية المياه في جيبك

لطالما كانت فكرة وجود منتج محمول لتنظيف أي ماء إلى مستوى الشرب مناسبة. خلال الحرب العالمية الأولى ، صنع الجنود مرشحات من الرمل والحصى والطوب ؛ وكانت الأقراص التي تحتوي على الكلور وعامل إزالة الكلور مخصصة للاستخدام الفردي. الآن ، يتم استثمار أقراص لتطهير المياه بملح الصوديوم من حمض ثنائي كلوروأيزوسيانوريك في الجيش الروسي RPI.


هذه ليست حيلة دعائية - يتيح لك مرشح LifeStraw المحمول حقًا شرب الماء من أي مصدر. حسنا ، أو تقريبا من أي ... المصدر: Vestergaard

في عام 2008 ، كان مرشح أنابيب LifeStraw من شركة Vestergaard السويسرية بمثابة تقدم حقيقي ، حيث يمكنك من خلاله شرب الماء من أي خزان تقريبًا ، حتى من بركة. الفرق بين LifeStraw ومرشحات الكربون النموذجية هو استخدام غشاء أنبوبي مع مسام 0.2 ميكرون ، والتي يمكن التعامل مع البكتيريا والطفيليات أفضل من الفحم. لم تحمي الإصدارات القديمة من LifeStraw من المعادن الثقيلة والفيروسات ، ولكن تم تحديث LifeStraw Flex المحدث. تحتوي الإصدارات المختلفة من LifeStraw على مورد يتراوح من 1800 إلى 4000 لتر ، وتكلفته من 19.95 دولارًا.


مجموعة من الأنابيب الرقيقة - هذا هو نظام مرشح غشاء LifeStraw. بالضبط نفس الشيء على مرشحات الأغشية في مرافق العلاج في موسكو. المصدر: يوتيوب

الآن للبيع ، يمكنك العثور على العديد من الزجاجات والأنابيب السياحية مع المرشحات ، ومع ذلك ، يجدر الانتباه إلى عنصر المرشح. إذا تم ذكر الفحم فقط في الوصف ، فلا ينبغي عليك المجازفة بجمع المياه من البرك والخزانات الدائمة - حد نفسك للاستفادة من الماء. يقوم الفحم بإزالة الروائح الكريهة عن الماء ، ويزيل المعادن الثقيلة والكلور ، ولكنه يمرر الفيروسات والبكتيريا.

كم تكلفة تنقية المياه؟

يبدو السحر العلمي والتقني لتحويل ملايين الأطنان من النفايات إلى ماء رائعًا ، ولكن كم تكلف هذه العملية المعقدة؟ في الميزانية المفتوحة لموسكو ، تم تخصيص حوالي 900 مليون روبل في السنة لجمع النفايات والتخلص منها ومعالجة مياه الصرف ، وهذا هو فقط صيانة البنية التحتية الحالية. وتكاليف تحديث وبناء هياكل جديدة يمكن أن تكون مليارات.

هذا على الرغم من حقيقة أن تدابير الاستخدام الفعال والاقتصاد مكنت من تقليل هدر المياه حتى في موسكو ، على الرغم من أن عدد سكان العاصمة زاد بنسبة الثلث على مدار 20 عامًا. وفقا لنفس Mosvodokanal ، في عام 2018 ، أنفق سكان موسكو حوالي 3 ملايين متر مكعب من المياه. إذا كان كل من سكان المدينة في عام 1995 قد سكب في المجاري حوالي 450 لترا في اليوم ، والآن حوالي 202 لترا.

المهم هو أن الكثير من المال يتم إنفاقه على إمدادات المياه لمعالجة المياه. في الولايات المتحدة ، على سبيل المثال ، هذا يمثل 4٪ من إجمالي استهلاك الكهرباء .

هل هو أرخص؟

إذا لم يكن لدى شركات إمدادات المياه مصادر طاقة رخيصة وصديقة للبيئة (مجموعة نادرة) في متناول اليد ، فعليك أن تفعل ما لديك ، أي استخدام شركات الطاقة المحلية ودفعها بالتعريفات المقررة. قد تأتي بعض المدخرات في المستقبل من ترقية معدات المحطة ، ولكن هذا يتطلب استثمارات جادة. هناك طريقة واحدة فقط: زيادة كفاءة استهلاك الطاقة دون المساس بجودة العلاج.

بالنسبة لليابان ، أصبحت تكلفة الطاقة لمعالجة المياه مشكلة أيضًا - فهي تستهلك 0.7٪ من الكهرباء في البلاد ، والكهرباء في الجزيرة أغلى بكثير من الروسية. اقترح يوكيو هيراوكا ، كبير المتخصصين في أنظمة المياه والبيئة في شركة Toshiba Infrastructure Systems & Solutions Corporation ، فكرة تغيير تدفق الهواء ديناميكيًا لتهوية المياه طوال اليوم. يمثل التهوية اللازمة للحياة البكتيرية ما يصل إلى 60٪ من الطاقة الكهربائية لمنشآت العلاج ، ومع ذلك ، فإن تدفق المخلفات السائلة يختلف تبعًا للوقت من اليوم - فهناك المزيد في ساعات الصباح والمساء ، ولا توجد مصارف جديدة تقريبًا في الليل ، ولن ينتج عن التهوية المفرطة للمياه النقية بالفعل أي شيء. لذلك ، بدلاً من التهوية المستمرة في نفس الطاقة ، يمكنك تغيير مصدر الهواء ، مع الحفاظ على فعالية تنقية المياه.


نظام تهوية الوظيفة الإضافية Toshiba. المصدر: توشيبا

لتحديد نوعية المياه ، يتم استخدام علامة NH4-N ، والتي تشير الكمية إلى استعداد المخلفات السائلة لمزيد من العلاج. بناءً على هذه الحقيقة ، ابتكرت Toshiba مستشعرًا يقوم بفحص تركيز NH4-N وكمية الأكسجين المذاب في الماء. يقرأ البرنامج الخاص قراءات المستشعر ، وإذا لزم الأمر ، "يشد الصمام" ، متوقفًا عن التهوية الزائدة بلا معنى.

أدى تطوير Toshiba إلى تقليل تدفق الهواء بنسبة 10.3٪ ، مما سمح باسترداده أكثر بقليل من عامين ومن ثم تقليل تكلفة معالجة المياه عن طريق تقليل استهلاك الكهرباء بواسطة مضخات الهواء. لا يتطلب حل Toshiba إعادة تجهيز مرافق المعالجة - إنه مجرد جهاز استشعار وجهاز كمبيوتر وبرمجيات ، ولكن إذا تم تطبيق الحل على المستوى الوطني ، على سبيل المثال ، في روسيا ، فإن الوفورات في معالجة المياه ستصل إلى مليارات روبل.