من نهر الغانج إلى نهر الفولغا: كيف ننقذ الأنهار من التلوث؟

لقد سبق أن وصفنا المسار الذي تغلبت عليه مياه النهر في الطريق إلى نظاراتنا ، متحولًا من "حساء كيميائي حيوي" أعدته الطبيعة إلى أهم مشروب للبشرية. ومع ذلك ، من أجل الحفاظ على موارد المياه العذبة في المستقبل ، نحتاج إلى توخي الحذر بشأن المياه التي يتحول فيها الشخص إلى "حساء" قبل إعادته إلى الأنهار بعد استخدامه في الحياة اليومية والصناعة والزراعة. نفسر سبب أهميته ، وما الذي يلوث الأنهار والتقنيات الحديثة التي تساعد على تنظيفها والحفاظ عليها.

الهدف 6: لماذا من المهم بالنسبة لنا الحفاظ على المياه

في عام 2015 ، حددت 193 دولة عضو في الأمم المتحدة 17 هدفًا من أهداف التنمية المستدامة يجب تحقيقها قبل عام 2030 من أجل "تحسين الرخاء وحماية كوكبنا". مجموعة المهام واسعة - من القضاء على الفقر إلى السلام العالمي. ليست الأولى ، ولكن ليس الهدف 17 ، تم الاعتراف بها على أنها "ضمان الوصول إلى موارد المياه المأمونة والمرافق الصحية للجميع" (الهدف رقم 6). لماذا اهتمت الإنسانية بهذا؟

وفقا للأمم المتحدة ، أكثر من 40 ٪ من سكان العالم يعانون من نقص المياه. يستخدم حوالي 1.8 مليار شخص مصادر مياه الشرب المصابة بالبكتيريا البرازية. والسبب في ذلك هو التلوث النشط للأجسام المائية ، حيث يتم تفريغ 80٪ من النفايات السائلة دون أي علاج. تُقدر العواقب بملايين الوفيات سنويًا وفي المئة من إجمالي الناتج المحلي في القارات الشاسعة مثل إفريقيا والبلدان المأهولة بالسكان مثل الهند. كيف الحال؟

نشر القذرة: ماذا وكيف الغنائم الأنهار

أكثر أنواع التلوث شيوعًا هي المواد الكيميائية والبكتيرية. تحدث المادة الكيميائية من خلال الانتشار - الاختراق المتبادل لجزيئات مادة ما إلى أخرى مع معادلة لاحقة لتركيزها خلال الحجم. ومع ذلك ، تتضمن البكتيريا دخول الكائنات الحية الدقيقة التي لا تميزها في النظام البيئي للنهر أو التكاثر غير الطبيعي للأنواع الموجودة.

تقريبا جميع أنواع النشاط البشري بطريقة أو بأخرى تضر أحواض الأنهار. مياه الصرف الصحي المنزلية ، الإنتاج ، هطول الأمطار الملوث ، الزراعة ، الشحن ، الطاقة. ما الملوثات المشاركة؟

النفط والمنتجات النفطية. على الرغم من أن النفط يتم نقله بشكل رئيسي عن طريق البحر ، إلا أنه في كثير من الأحيان تتعرض أيضًا للتلوث النفطي. عندما تكون هذه الأحفورة السائلة معبأة في زجاجات ، تتشكل البقع المسماة أولاً - البقع على سطح الماء. لهذا ، ليست هناك حاجة إلى الكثير من النفط - طن واحد يمكن أن تلوث 12 متر مربع. كم من الماء. ثم يتبخر جزء من التفريغ (حوالي 30 ٪) ، ويتم غسل الآخر (30 ٪ أخرى). وتسمى الكتلة المتبقية "موس الشوكولاتة" - إنها مستحلب ثابت ذو لزوجة عالية ، حيث تموت جميع الكائنات الحية.

الإشعاع. غالبًا ما يحدث تلوث النويدات المشعة للأنهار بسبب جريان المياه الصناعية في الصناعات المقابلة. على سبيل المثال ، في روسيا ، لأكثر من نصف قرن ، تعرض نهر تيكا في إقليم تشيليابينسك إلى تلوث إشعاعي مستمر. قامت جمعية إنتاج ماياك ببناء سلسلة من الخزانات الصناعية في حوض هذا النهر ، حيث تستقر المياه ذات التصريفات المشعة. تتراكم نظائر العناصر المشعة في التربة والنباتات والكائنات الحية ، مسببة مرض الإشعاع.


منذ عام 1949 ، تم تصريف النفايات النووية بانتظام في نهر تيكا. المصدر: Ecodefense / Heinrich Boell Stiftung Russia / Slapovskaya / Nikulina

المنظفات ، أو ببساطة المنظفات. فهي سامة جدا وقابلة للتحلل. تشكل المنظفات في بعض الأحيان طبقة رغوية على سطح الأنهار يصل عرضها إلى متر واحد. المنظفات هي الأكثر خطورة على الأسماك والطحالب الشابة.

المعادن الثقيلة. كما أن الزئبق والرصاص والزنك والكروم والقصدير والمعادن الأخرى في هذه المجموعة تدخل مياه النهر في أغلب الأحيان من المنشآت الصناعية. تتراكم المعادن الثقيلة ومركباتها في جسم حيوانات النهر مسببة المرض.

التلوث الحراري . المياه النظيفة ، ولكن ساخنة يمكن أن تضر النهر. في معظم الأحيان ، ومصادرها هي محطات الطاقة الحرارية والنووية. الماء الدافئ يعزز التبخر ، ويزيد التمعدن ، ويعزز النمو المكثف للنباتات المائية والكائنات الحية الدقيقة ، وانتشار مسببات الأمراض والفيروسات.

مخزونات الثروة الحيوانية. بسبب الفوائد الاقتصادية ، غالبا ما تقع مجمعات الثروة الحيوانية بالقرب من الأنهار والبحيرات. في مزرعة كبيرة ، يتكون طن واحد من الملاط يوميًا. دخول مثل هذا الخليط في الماء يؤدي إلى انتشار مسببات الأمراض والطفيليات.

أوعية مياه الصابورة. للحفاظ على الاستقرار ، تقوم السفن النهرية والبحرية بنقل المياه من النهر أو البحر ، ثم تفريغ هذه الصابورة جنبًا إلى جنب مع الأوساخ المتراكمة ، بما في ذلك المنتجات النفطية.

تجمع الأخشاب. صناعة السبائك الخشبية على طول الأنهار تسد ​​المياه بالنباح وشظايا الأشجار الأخرى. أنها تتحلل ، وتمتص الأكسجين وتنبعث منها المواد الضارة الفينولية. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما يتم قطع الشجيرات التي تتداخل مع السبائك ، مما يؤدي إلى تآكل وتصريف قاع النهر.

تساعد محاربة هذه الملوثات وغيرها ، بالإضافة إلى تحسين بيئة الأنهار ، على توفير وإدخال مواد أقل ضررًا في الإنتاج ، والرصد المائي الذكي ، والميكروبات ، وحتى قشور الجوز.

قذائف الجوز والبكتيريا التي تتناول الزيت: كيفية تنظيف المياه العادمة في مصفاة موسكو

بادئ ذي بدء ، يساعد توفير النهر والمياه العذبة على توفيره. لا يمكن لأي إنتاج واحد الاستغناء عن الماء ، لذلك من المهم ، أولاً ، استخدام الموارد المأخوذة بالفعل من الطبيعة للمرة الثانية ، وثانياً ، إعادتها إلى حالتها الطبيعية.

لقد اتضح أن هذا الأمر جيد في مصفاة موسكو للنفط ، حيث تم تقديم مجمع المحيط الحيوي في عام 2017. سمح نظام المعالجة الجديد بتقليل استهلاك مياه النهر بمقدار 2.5 مرة و 3 مرات خفض حجم المياه العادمة من شركة تكرير النفط العملاقة. كيف؟

يتكون "المحيط الحيوي" من وحدتين للتنقية - الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية. في الكتلة الأولى ، تدخل مياه الصرف الصحي للتكرير أولاً إلى قطاع ما قبل المعالجة ، حيث تتم إزالة الشوائب الميكانيكية. ثم يمر الماء من خلال فواصل ، أساطيل - خزانات خاصة تضاف فيها مواد إلى الماء تعزز ظهور الأوساخ والشوائب - ومرشحات باختصار تعمل على امتصاص المواد غير القابلة للذوبان جيدًا. من هنا ، يدخل الماء إلى وحدة المعالجة اللاحقة المجهزة بعشرة مرشحات كربون نشطة.

كلما زادت خطوات التنظيف ، كلما كانت النتيجة أفضل ، ولكن ، للأسف ، كانت أكثر تكلفة. المصدر: قناة غازبروم يوتيوب

ثم يتم تنظيف مجرى الماء بالرياح ، وبشكل أكثر دقة من خلال تعويم الضغط ، حيث يتم توجيه تيار هواء قوي إلى خليط الماء. إنه يخلق فقاعات هواء ، ترتفع إلى السطح ، تلتقط الشوائب والمنتجات النفطية. من هنا ، تتدفق المياه إلى الجزء المركزي من النظام - وهو مفاعل حيوي غشائي يزيل المواد العضوية ، وكذلك النيتروجين والفوسفور. هنا ، يتم خلط مياه الصرف الصحي مع الحمأة ، التي كانت مأهولة سابقًا بكتيريا خاصة يمكنها امتصاص بقايا المنتجات النفطية. للتخلص من الطمي نفسه ، يمر الماء عبر أغشية ذات مسام أرق من الشعر البشري. الآن السائل جاهز للتناضح العكسي - يمر التدفق عبر غشاء يتكون من خلايا بحجم جزيء H2O.

والنتيجة هي 99.9 ٪ من المياه النقية ، وهي ليست مخزية ليس فقط للعودة إلى حوض نهر موسكو ، ولكن حتى للشرب. على الرغم من وجود واحد "لكن": إنه مكلف.

توليد وتنظيف: كيفية تحسين اقتصاد التنظيف

تنقية المياه هي دائماً بحث عن توازن بين جودة النتيجة وسعرها. أنظمة مثل المحيط الحيوي لمصفاة موسكو للنفط ليست رخيصة: تم استثمار 9 مليارات روبل في المشروع. علاوة على ذلك ، فإن عملية التنظيف نفسها تستهلك الكثير من الطاقة. وإذا كان لدى عمال النفط الكثير من المال والكهرباء ، فإن المستهلكين الآخرين لمياه النهر - وهؤلاء هم في الأساس مزارعون ، وصناعة الأغذية ، وإنتاج الورق ، والسلطات البلدية - تختلف الأمور مع هذا. وهنا توشيبا لديها معرفة واسعة حول كيفية تحويل مياه الصرف الصحي إلى مواد خام لتوليد الكهرباء ذاتياً.

عادة ما يتم استخدام الكائنات الحية الدقيقة الهوائية للتنظيف ، والتي تحتاج إلى الأكسجين مدى الحياة. هذه الطريقة مرتبطة بارتفاع التكاليف. معاً ، نستخدم مفاعل حيوي يسكنه اللاهوائيات التي يمكنها استخدام مواد أخرى مدى الحياة. بمجرد دخول المفاعل ، يتم تنقية المياه العادمة من الشوائب العضوية عن طريق التعويم تحت ضغط منخفض. في غياب الأكسجين ، تتحلل البكتيريا اللاهوائية الملوثات العضوية. نتيجة العيد هو الماء والميثان وثاني أكسيد الكربون ، بالإضافة إلى انخفاض جذري في استهلاك الأوكسجين الكيميائي والكيميائي الحيوي (المعايير الرئيسية لتلوث المياه هي مستويات BOD و COD).

يمكن استخدام الغاز الحيوي الناتج عن المفاعل كمصدر للكهرباء أو الحرارة أو (في المستقبل) الوقود الحيوي لتزويد السيارات بالوقود أو المولدات بالوقود.


نظام تخمير الميثان الأساسي. حسب طبيعة المياه العادمة ، يمكن خفض الطلب الأوكسجيني البيولوجي بنسبة 80-95 ٪ ، و COD - بنسبة 60-80 ٪. المصدر: توشيبا

يتكيف النظام مع أي معايير تلوث بيولوجي مسموح به للنهر ، والتي قد تختلف في بلدان مختلفة. للقيام بذلك ، يكفي زيادة أو تقليل عدد خطوات التنقية ، أو بالأحرى ، عدد خزانات الميثان.


نظام تخمير الميثان على مرحلتين قادر على تنقية المياه باستهلاك الأوكسجين الكيميائي الحيوي حتى 15000 ملغم / لتر ، مع معيار مقبول عادة لا يتجاوز 600 ملغ / لتر. المصدر: توشيبا

هناك بالفعل أمثلة على منشآت العلاج في العالم التي لم تخفض الاستهلاك فحسب ، بل أصبحت غير متقلبة تمامًا عن طريق تحويل الغاز الحيوي إلى كهرباء. في عام 2015 ، بدأت محطة لمعالجة مياه الصرف الصحي تخدم 114 ألف مستهلك في مدن جريشام وفيرفيو وود فيلدج (أوريغون ، الولايات المتحدة الأمريكية) في توليد قدر أكبر من الكهرباء مما كان ضروريًا لتلبية احتياجاتهم الخاصة. السلطات المحلية راضية: إنها توفر سنوياً 500 ألف دولار على الكهرباء.

ومع ذلك ، فإن تنظيف الأنهار في البلدان النامية ليس بسلاسة كما هو الحال في البلدان المتقدمة. هنا هذه المشكلة أكثر حدة ، ولكن تتوفر موارد أقل لحلها.

الحالة الصعبة: كيف يساعد إنترنت الأشياء في تطهير الغانج

يعيش 600 مليون هندي على ضفاف نهر الجانج ، وعلى الرغم من حقيقة أن هذا الشعب أنشأ واحدة من أقدم الحضارات في العالم ، فإن النهر الأكثر أهمية في الهند اليوم ليس في أفضل حالة. كل يوم ، يتم تصريف مليون كيلوغرام من المياه الملوثة في الممر المائي الرئيسي في هندوستان. علاوة على ذلك ، يحدث هذا التفريغ بدون تحكم تقريبًا ودون أي محاولة لتقليل الضرر. علاوة على ذلك ، حتى لو تم استخدام جميع مرافق العلاج المتاحة ، فسيتم إلغاء تنشيط ثلث النفايات السائلة فقط.

تكمن مشكلة الهند أيضًا في الطريقة التي تدخل بها الأوساخ إلى نهر الغانج. لا يوجد نظام لتصريف المياه العادمة المنظمة في النهر ، أي نفايات الإنتاج ، والصرف الصحي في المناطق الحضرية ، والمياه الصناعية لتلبية احتياجات سكان الريف تشكل مجرى واحد ، والذي يدخل بشكل لا يمكن السيطرة عليه تقريبا في نهر الغانج. لهذا السبب قامت Toshiba ببناء نظام كامل من محطات المعالجة التي تتحكم في مياه الصرف الصحي ومعالجتها على ضفاف نهر الجانج.


محطة معالجة مثبتة في منطقة مدينة الله أباد (قطع من ولاية أوتار براديش) عند التقاء نهر الغانج ويامونا. المصدر: توشيبا

حتى الآن ، أنشأت Toshiba شبكة من مرافق العلاج بطول إجمالي يبلغ 110 كيلومترات على ضفاف نهر الجانج. لدمج جميع العناصر الرئيسية لهذا النظام وتقليل تكلفة استخدامه ، تم تزويد كل هذه القوى بأجهزة استشعار لإنترنت الأشياء. يتيح لك ذلك إدارة الشبكة بالكامل عن بُعد في الوقت الفعلي ، وبالتالي تقليل تكاليف الموظفين والإدارة في كل من مصانع التنظيف. ومع ذلك ، على الرغم من أن فعالية تدابير معالجة المياه في ازدياد ، فإن معدل التلوث سيزداد بعد نمو الاقتصاد. لذلك ، من المهم ليس فقط التنظيف بكفاءة ، ولكن أيضًا تلويث الأنهار بشكل أقل.

المزارع الذكي: كيف تعمل مجسات الأشعة تحت الحمراء على تقليل تدفق الأسمدة إلى الأنهار

واحدة من الملوثات النهرية الرئيسية هي الزراعة. ونحن نتحدث ليس فقط عن التلوث البيولوجي ، ولكن أيضًا عن التلوث الكيميائي ، لأن جميع الأسمدة الكيماوية يتم غسلها عاجلاً أم آجلاً من الحقول أو في الأنهار عبر المياه الجوفية. الأسمدة النيتروجينية التي لا تمتصها النباتات بالكامل ضارة بشكل خاص. إما تتبخر البقايا أو تسقط في الأنهار والبحيرات القريبة ، مسببة التخثث فيها - تشبع مفرط بالعناصر الغذائية التي تسهم في نمو الكائنات الحية الدقيقة والنباتات. في الوقت نفسه ، لا يعرف المصنع أبدًا بالضبط مقدار الأسمدة النيتروجينية اللازمة - يسترشد المزارعون بالمعايير المقبولة.

لحل هذه المشكلة في ولاية نبراسكا الأمريكية في عام 2015 ، تم إطلاق مشروع SENSE (مجسات كفاءة استخدام النيتروجين والإشراف على البيئة) ، والذي تضمن قياس المستوى الحقيقي لتراكم النيتروجين في النباتات من أجل التحكم في استهلاك الأسمدة النيتروجينية. شملت التجربة المزارعين في وادي نهر نبراسكا بلات الرئيسي ، أحد روافد نهر ميسوري ، الذي عانى طويلا من التدفق الطبيعي للأسمدة النيتروجينية من الحقول الزراعية. بدأت "الجرارات الكبيرة العينين" في ركوب حقولهم.

معظم المزارع المشاركة لم تخفض فقط انبعاثات الأسمدة النيتروجينية الزائدة ، ولكن أيضًا زادت الإنتاجية. المصدر: شبكة YouTube Nebraska Extension On-Farm Research Network

وهي مجهزة بأجهزة استشعار تهدف إلى مظلة النباتات وتصدر الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء في نصف القطر القريب. تلتقط أجهزة الكشف الضوئي للأجهزة الإشارة المنعكسة من النباتات. اعتمادًا على شدته ، يتم حساب مؤشر صحتهم ، استنادًا إلى حساب الكميات المطلوبة من الأسمدة النيتروجينية. على مدى ثلاث سنوات من مشروع SENSE ، انخفض استخدام الأسمدة النيتروجينية في اقتصاد وادي بلات بنسبة 15 ٪.

لذا ، باتخاذ تدابير لحماية الأنهار ، نحتاج إلى قياس نتيجة الجهود ، والدراسات التي تُجرى لمرة واحدة في هذا الصدد غير فعالة ، لأن النهر - وهو نظام بيئي سريع التغير - يشبه التقاط صورة لعداء يحاول التقاط السباق بأكمله. لذلك ، يعتمد الرصد الاقتصادي للنهر على مؤشرات قادمة عبر الإنترنت.

كيف يتم تنظيم مراقبة النهر؟

تستخدم أجهزة مختلفة لمراقبة النهر. في الغالب يتم استخدام عدادات المياه وتحقيقات متعددة المعلمات.

إن بئر قياس المياه عبارة عن خزان تم حفره بالقرب من الشاطئ ومتصل بالنهر بواسطة قناتين ، مما يضمن تدفق المياه وتدفقها إلى الخارج. معظم هذه الأجهزة تقيس الضغط تحت الماء. آلية أكثر تعقيدا هي جهاز متعدد المعلمات لتحديد نوعية المياه. إنه أنبوب مسبار ، مغمور بالمياه قبالة الساحل الموازي لتعميق قاع النهر. الأنبوب مجهز بمستشعرات مختلفة تحلل معدل تدفق النهر ودرجة الحرارة ومعلمات أخرى على أعماق مختلفة.

يتم نقل المؤشرات التي تم جمعها في التحقيق عن طريق الأسلاك إلى جهاز إرسال موجود على الشاطئ ، والذي ينقلها عبر شبكة لاسلكية إلى قاعدة البيانات. المصدر: مؤسسة Fondriest Environmental، Inc.

ميزة شائعة لهذه الأجهزة تعتمد على الشاطئ. وفي الوقت نفسه ، لتحليل حالة الأنهار الكبيرة ، من المهم معرفة ما يحدث بعيدًا عن الساحل.

أنشأ المركز القومي للبحوث والتعليم التابع للأنهار الكبرى (NGRREC) شبكة المراقبة البيئية للأنهار العظمى (GREON). إنها شبكة من المنصات العائمة لرصد نوعية المياه في الوقت الفعلي في أنهار ميسيسيبي وميسوري وأوهايو وأركنساس. تم تجهيز كل وحدة بأجهزة استشعار لقياس جودة المياه ودرجة الحرارة والموصلية الكهربائية والأكسجين الذائب والتعكر والطحالب والمواد العضوية الذائبة والنترات والفوسفات.

يمكن دراسة البيانات التي حصلت عليها GREON عبر الإنترنت في قاعدة بيانات افتراضية ، حيث تتدفق جميع المعلمات للحالة البيئية للأنهار.

الوتر النهائي: كيفية إعادة اليراعات

تلخيص ما ذكر أعلاه: لحفظ الأنهار ، عليك أن تتعلم عدم تلويثها ، وتنظيف مجرى المياه ، وتوفير الطاقة ، ومراقبة النتائج. لكن هذا لا يكفي. ليست كل النظم البيئية مستعادة من تلقاء نفسها. تحتاج الطبيعة في بعض الأحيان إلى المساعدة.

مثال من موطن توشيبا. تتدفق العديد من الأنهار والجداول في ولاية أويتا في جزيرة كيوشو ، بينما يتم بناء المنطقة بنشاط من قبل المؤسسات الصناعية ، بما في ذلك مصنع أشباه الموصلات الذي يصنع منتجات توشيبا على نهر كيتانوهانا. بين السكان المحليين ، كانت مشهورة مثل موطن عدد كبير من اليراعات. لكن في عام 2010 ، اختفوا. جنبا إلى جنب مع خدمة توشيبا للرصد البيئي ، وجد المتحمسون المحليون والخبراء المدعوون: مياه الصرف الصحي العادمة في النهر. ثم ، من خلال الجهود المشتركة ، تم تنفيذ برنامج لإعادة اليراعات إلى كيتانوهانا.للقيام بذلك ، اضطررت إلى دراسة نظام غذائي من الحشرات ، ونظام درجة حرارة مناسب ، وكذلك لتحديد المواد التي تضرر دخولها إلى النهر في الموائل. بفضل الجهود المبذولة ، وبعد خمس سنوات عاد اليراعات.


أحد العائدين على نهر Kitanohanu. المصدر: Toshiba

يمكن أن تستخدم هذه التجربة الروسية الأخرى المذكورة أعلاه ، والتي تواجه أيضًا مهمة بيئية واسعة النطاق - لإنقاذ نهر الفولغا. يعيش ثلثا السكان على ضفاف الممر المائي الرئيسي في روسيا ، ويوجد ثلثي المؤسسات الصناعية في البلاد. ومع ذلك ، في بعض المناطق الاقتصادية ، هناك نسبة تصل إلى 90٪ من التلوث غير دقيقة ، أي أنها تأتي ، من الناحية النسبية ، ليس من أنبوب التصريف بالمصنع ، ولكن من القنوات الطبيعية (جريان مياه الأمطار والأنهار الجوفية وما إلى ذلك). بالمناسبة ، الوضع مع Don ليس أفضل .

في عام 2018 ، اعتمدت السلطات الروسية برنامج فولغا للصحة كجزء من مشروع البيئة الوطني. حتى عام 2025 ، تم التخطيط لخفض حجم النفايات السائلة الملوثة بنسبة 67 ٪ ، ومضاعفة قدرة محطة المعالجة ، وإعادة بناء 89 منشأة من القنوات. سيتم تخصيص 205 مليارات روبل لهذه الأغراض. هل ستكون روسيا قادرة على تحقيق الهدف 6 في بلد واحد؟