Wie wird Flusswasser trinkbar?

Öffnen Sie den Wasserhahn und gießen Sie Wasser in den Wasserkocher - was könnte einfacher sein? Nehmen Sie das Flusswasser, reinigen Sie es in einen Trinkzustand und verwandeln Sie das schmutzige Abwasser in sauberes Wasser - was könnte schwieriger sein? Und teurer. Wir finden heraus, wie das Wasser aus den Flüssen in unseren Wasserhahn gelangt und wie viel Sie für die Reinigung bezahlen müssen.

Die Hauptquellen für Süßwasser

71% unseres Planeten sind mit Wasser bedeckt. Grundsätzlich Salzwasser, absolut ungeeignet zum Trinken. In der Gesamtmenge des Weltwassers sind nur 3% frisch . Wenn 68% des Eises an den Polen und 30% der unterirdischen Süßwasserquellen aus diesem bescheidenen Volumen entfernt werden, verbleiben 0,8% im Permafrost, 0,2% in Seen, 0,006% in Flüssen und etwas mehr in der Atmosphäre. Das heißt, die Menge an leicht verfügbarem Süßwasser auf dem Planeten ist gering, und diejenige, die am häufigsten verwendet wird, ist nicht zum Trinken ohne Behandlung geeignet. Wir gehen also davon aus, dass Trinkwasser eine teure und knappe Ressource ist.

Russland ist führend in der Menge an Oberflächenfrischwasser, daher wird Wasser für die städtische Wasserversorgung meistens aus großen Seen und Flüssen entnommen. Für kleine Siedlungen werden artesische Brunnen verwendet. Aber auch in Gebieten, in denen relativ saubere Flüsse fließen oder Brunnen gebohrt werden, muss Wasser vorbereitet werden, bevor es für die zentrale Wasserversorgung verwendet werden kann, da das Wasser Viren, gefährliche Bakterien, Schwermetalle und andere chemische Verunreinigungen enthalten kann. Drüsenwasser trifft also auf die Leber und das Herz-Kreislauf-System, überschüssiges Fluorid verdirbt Zähne und Knochen, Dioxine, die durch brennenden Müll zurückbleiben, schädigen das Nervensystem und verursachen Krebs, zu hartes Wasser provoziert die Bildung von Nierensteinen und Blei wirkt sich negativ auf die Entwicklung von Kindern und Kindern aus verursacht Anämie. Und über Bakterien und Viren, und so ist alles klar - Krankheiten, Allergien und Verdauungsstörungen sind vorhanden. Ja, und gebrauchtes Wasser wäre auch schön zu reinigen und nicht nur zurück in den Fluss zu fließen.

Der städtische Wasseraufbereitungszyklus besteht aus zwei Phasen: Wasseraufnahme aus Gewässern und Aufbereitung zur Verwendung in Wasserversorgungssystemen sowie anschließende Aufbereitung des entstehenden Abwassers und Ableitung von Wasser zurück in Gewässer. Das heißt, Wasserversorgung und Abwasser.

Wasseraufbereitung zur Wasserversorgung

Zunächst werden wir am Beispiel Moskaus herausfinden, wie Wasser in das Wasserversorgungssystem gelangt. Laut der Mosvodokanal-Website „erfolgt die zentralisierte Wasserversorgung der Region Moskau hauptsächlich aus Oberflächenwasserquellen. Dies sind die Wassersysteme Moskvoretsko-Vazuzskaya und Volzhskaya, zu denen 15 Stauseen und Wasserversorgungswege gehören - der Moskauer Fluss mit seinen Nebenflüssen und der nach ihm benannte Kanal Moskau. " Der tägliche Gesamtwasserverlust der Wasseraufnahmestationen der Hauptstadt beträgt 11 Millionen Kubikmeter und ist damit fast viermal höher als der Verbrauch.

Moskauer trinken Wasser aus dem Moskauer Fluss, der durch die ganze Stadt fließt, obwohl diese Idee zunächst beängstigend ist. Bevor der Inhalt der Schifffahrtsflüsse in die Wohnungen gelangt, wird das Wasser in einer der vier Wasseraufbereitungsanlagen umfassend aufbereitet. Die Orte der Wasseraufnahme aus Flüssen sind geschlossen und sorgfältig bewacht - dies sind buchstäblich strategische Objekte.

Nach der Grobfiltration wird Wasser ozonisiert, organische Stoffe aller Größen entsorgt und mit Koagulantien und Flockungsmitteln gemischt. Diese Reagenzien "klopfen" die verbleibenden Verunreinigungen in Flocken, die sich dann absetzen. Das Mischen von Wasser mit Reagenzien erfolgt innerhalb von zehn Minuten - mit weniger Zeit bilden sich keine Flocken, mit längerem Mischen beginnen sie sich zu zersetzen. Nach der Sedimentation wird das Wasser erneut ozonisiert und zur Filterung geschickt.


Dünne Wassertropfen nach Schlammflocken. Quelle: Mosvodokanal

Der Filter ist eine zwei Meter lange Sandschicht, durch die Wasser auf natürliche Weise fließt. Ein solcher Filter wird etwa einmal täglich durch den Druck von sauberem Wasser von hinten gereinigt. Dann wird das Wasser in einen anderen Tank gegossen, wo es auch unter seinem eigenen Gewicht durch eine anderthalb Meter lange Schicht Holzkohle fließt.

Die letzte Reinigungsstufe sind Membranen, die Partikel mit einer Größe von nur 0,01 Mikrometern zurückhalten können (dies ist kein Tippfehler). Jede Stunde werden die Membranen mit einem Rückfluss von Wasser gereinigt. Ab diesem Zeitpunkt gilt Wasser als trinkbar, dh völlig gesundheitssicher. Die Wasseranalyse in allen Phasen wird alle vier Stunden und unter Bedingungen mit erhöhtem Risiko (z. B. Frühlingsflut) einmal pro Stunde durchgeführt.



Membranmodule und deren Inhalt. Quelle: Mosvodokanal

Übrigens reinigen sie Wasser nicht mit Chlor - es wird ganz am Ende sicheres Natriumhypochlorit zugesetzt, um eine Wasserverschmutzung beim Durchgang durch Stadtleitungen zu verhindern. Zumindest in Moskau gilt kaltes Leitungswasser offiziell als völlig trinkbar ohne zusätzliche Reinigung und Kochen.

Abwasserbehandlung

Flusswasser in Trinkwasser umzuwandeln ist nicht einfach, aber es ist noch schwieriger, das Abwasser in einen Zustand sauberen und umweltfreundlichen Wassers zu bringen. Die Hauptstadt wird von vier Wasseraufbereitungsanlagen versorgt, in denen das Abwasser aus den Abwasserkanälen fließt. Der größte und modernste von ihnen, Kuryanovskaya, kann nach der Modernisierung bis zu 3,1 Millionen Kubikmeter pro Tag verarbeiten . Bei Bedarf erhalten die Lyubertsy-Strukturen weitere 3 Millionen Kubikmeter, Zelenogradsk und Butovsky zusammen - 220.000 Kubikmeter. Das heißt, die Gangreserve von Kläranlagen, die Moskauer Abwasser in sauberes, sauberes Wasser verwandeln, ist doppelt so hoch wie der derzeitige Verbrauch der Stadt.

Sie arbeiten so. Zunächst fließen die Rohre durch die Rohre in die Aufnahmekammer der Kläranlage - dies sind große, bis vor kurzem geöffnete Tanks, aus denen sich ein unerträglicher Geruch über Kilometer ausbreitet. Glücklicherweise wurden Moskauer Kläranlagen mit speziellen Abdeckungen abgedeckt, so dass die Bewohner der umliegenden Häuser endlich den Geruch von Abwasserkanälen vergessen konnten.

Unerträglich schmutziges Wasser mit einer großen Menge an Schmutz, der in den Abwasserkanal eingeleitet wird, wird einer groben mechanischen Reinigung unterzogen, bei der alle für das Auge sichtbaren Fremdkörper entfernt werden. Der trockene Rückstand wird gepresst und auf Lagerdeponien transportiert.

Ferner setzt sich in den Sedimentationstanks ein Teil des Schlamms auf natürliche Weise ab, wonach das noch schmutzige und übel riechende Wasser zur Belüftung geschickt werden kann. Während dieses Prozesses wird in Belebungsbecken (dies ist kein Tippfehler!) Wasser mit Spezialschlamm und Bakterien gemischt, die die meisten Verunreinigungen und organischen Stoffe „auffressen“.


In warmem, sauerstoffhaltigem Wasser reinigen Bakterien das Wasser schneller. Quelle: Mosvodokanal

Der Absetzschlamm wird langsam von den Saugpumpen entfernt. Sie müssen Fotos von Behandlungseinrichtungen gesehen haben, in denen eine Brücke in kreisförmigen Becken von der Mitte bis zum Rand gebaut wurde. Dies ist der Ilosos, der sich langsam wie ein Uhrzeiger dreht und Schlick von unten sammelt. Am Ende des Betriebs der Schlammpumpe wird das Wasser optisch sauber, aber noch nicht sicher.


Schlammanhänger sind der bekannteste Bestandteil von Kläranlagen. Quelle: Mosvodokanal

In der letzten Phase wird das Wasser in Moskauer Kläranlagen mit leistungsstarken Quarzlampen desinfiziert und anschließend in den Fluss abgelassen. Formal ist der ehemalige Abwasserkanal sauberer als das Wasser, das dem Fluss zur primären Aufbereitung der Wasserversorgung entnommen wird. Es ist übrigens unmöglich, Abwasser zu chlorieren oder zu ozonisieren, da sonst Restspuren von Gas und Chemikalien in den Fluss fallen und zusammen mit Bakterien alle Lebewesen zerstören.


Ein klares Diagramm der modernen Reinigung von Mosvodokanal. Quelle: Mosvodokanal

Wasserreiniger in der Tasche

Die Idee eines tragbaren Produkts zum Reinigen von Wasser bis zum Trinkniveau war schon immer relevant. Während des Ersten Weltkriegs stellten Soldaten Filter aus Sand, Kies und Ziegeln her, Tabletten mit Chlor und einem Entchlorungsmittel waren für den individuellen Gebrauch bestimmt. Jetzt werden Tabletten zur Desinfektion von Wasser mit dem Natriumsalz der Dichlorisocyanursäure in das russische Militär-RPI investiert.


Dies ist kein Werbegag - mit dem tragbaren LifeStraw-Filter können Sie wirklich Wasser aus jeder Quelle trinken. Nun, oder fast von jedem ... Quelle: Vestergaard

2008 war der LifeStraw-Röhrenfilter der Schweizer Firma Vestergaard ein echter Durchbruch, durch den Sie Wasser aus nahezu jedem Reservoir trinken können, auch aus einer Pfütze. Der Unterschied zwischen LifeStraw und typischen Kohlefiltern besteht in der Verwendung einer röhrenförmigen Membran mit Poren von 0,2 Mikrometern, die besser mit Bakterien und Parasiten umgehen kann als Kohle. Frühere Versionen von LifeStraw schützten nicht vor Schwermetallen und Viren, aber der aktualisierte LifeStraw Flex konnte sie herausfiltern. Verschiedene Versionen von LifeStraw haben eine Ressource von 1800 bis 4000 Litern und kosten ab 19,95 US-Dollar.


Ein Bündel dünner Röhren - das ist das LifeStraw-Membranfiltersystem. Genau wie bei den Membranfiltern der Moskauer Behandlungsanlagen. Quelle: YouTube

Jetzt im Verkauf finden Sie viele touristische Flaschen und Röhrchen mit Filtern, es lohnt sich jedoch, auf das Filterelement zu achten. Wenn in der Beschreibung nur Kohle erwähnt wird, sollten Sie nicht riskieren, Wasser aus Pfützen und stehenden Stauseen zu sammeln - beschränken Sie sich auf Leitungswasser. Kohle desodoriert Wasser, entfernt Schwermetalle und Chlor, überträgt jedoch Viren und Bakterien.

Was kostet die Wasseraufbereitung?

Wissenschaftliche und technische Magie, um Millionen Tonnen Abfall in Wasser umzuwandeln, klingt großartig, aber wie viel kostet ein so komplexer Prozess? Im offenen Budget von Moskau wurden jährlich etwa 900 Millionen Rubel für die Sammlung, Entsorgung von Abfällen und die Abwasserbehandlung bereitgestellt, und dies ist nur die Instandhaltung der vorhandenen Infrastruktur. Und die Kosten für die Aktualisierung und den Bau neuer Strukturen können Milliarden betragen.

Dies trotz der Tatsache, dass Maßnahmen zur effizienten Nutzung und Wirtschaftlichkeit es ermöglicht haben, die Wasserverschwendung auch in Moskau zu reduzieren, obwohl die Bevölkerung der Hauptstadt über 20 Jahre um ein Drittel gewachsen ist. Laut demselben Mosvodokanal gaben die Moskauer 2018 etwa 3 Millionen Kubikmeter Wasser aus. Wenn 1995 jeder Einwohner der Stadt etwa 450 Liter pro Tag in den Abwasserkanal goss, jetzt etwa 202 Liter.

Wichtig ist die Tatsache, dass viel Geld für die Wasserversorgung zur Wasseraufbereitung ausgegeben wird. In den USA sind dies beispielsweise 4% des gesamten Stromverbrauchs .

Ist es billiger?

Wenn Wasserversorgungsunternehmen keine billigen und umweltfreundlichen (seltene Kombinations-) Energiequellen zur Verfügung haben, müssen Sie das tun, was Sie haben, dh lokale Energieunternehmen nutzen und diese zu festgelegten Tarifen bezahlen. Einige Einsparungen in der Zukunft können durch die Aufrüstung der Ausrüstung der Station erzielt werden, dies erfordert jedoch ernsthafte Investitionen. Es gibt nur einen Weg: die Effizienz des Energieverbrauchs zu steigern, ohne die Qualität der Behandlung zu beeinträchtigen.

Für Japan sind auch die Energiekosten der Wasseraufbereitung zu einem Problem geworden - sie verbrauchen 0,7% des Stroms des Landes, und der Strom auf der Insel ist viel teurer als der russische. Yukio Hiraoka, Hauptspezialist für Wasser- und Umweltsysteme bei der Toshiba Infrastructure Systems & Solutions Corporation, schlug die Idee vor, den Luftstrom für die Belüftung des Wassers im Laufe des Tages dynamisch zu ändern. Die für das Leben von Bakterien notwendige Belüftung macht bis zu 60% der elektrischen Leistung von Aufbereitungsanlagen aus. Der Abwasserfluss variiert jedoch je nach Tageszeit. Morgens und abends gibt es mehr, nachts gibt es fast keine neuen Abflüsse. Übermäßige Belüftung des bereits gereinigten Wassers führt zu nichts. Anstelle einer konstanten Belüftung bei gleicher Leistung können Sie also die Luftzufuhr ändern und gleichzeitig die Wirksamkeit der Wasserreinigung beibehalten.


Toshiba-Zusatzbelüftungssystem. Quelle: Toshiba

Zur Bestimmung der Wasserqualität wird der NH4-N-Marker verwendet, dessen Menge die Bereitschaft der Abwässer zur weiteren Behandlung anzeigt. Basierend auf dieser Tatsache hat Toshiba einen Sensor entwickelt, der die Konzentration von NH4-N und die Menge an in Wasser gelöstem Sauerstoff überprüft. Eine spezielle Software liest die Sensorwerte und zieht bei Bedarf das Ventil fest, um eine sinnlose übermäßige Belüftung zu stoppen.

Die Entwicklung von Toshiba reduzierte den Luftstrom um 10,3%, wodurch er sich etwas mehr als in zwei Jahren amortisierte und anschließend die Kosten für die Wasseraufbereitung senkte, indem der Stromverbrauch durch Luftpumpen gesenkt wurde. Die Toshiba-Lösung erfordert keine Umrüstung von Aufbereitungsanlagen - es handelt sich nur um einen Sensor, einen Computer und eine Software. Wenn die Lösung jedoch auf nationaler Ebene angewendet wird, beispielsweise in Russland, belaufen sich die Einsparungen bei der Wasseraufbereitung auf Milliarden Rubel.