Vom Ganges bis zur Wolga: Wie kann man Flüsse vor Verschmutzung bewahren?

Wir haben bereits den Weg beschrieben, den das Flusswasser auf dem Weg in unsere Gläser überwindet und der von einer von der Natur zubereiteten "biochemischen Suppe" zum wichtigsten Getränk der Menschheit wird. Um die Süßwasserressourcen in Zukunft zu erhalten, müssen wir jedoch vorsichtig mit dem Wasser sein, das eine Person in eine „Suppe“ verwandelt, bevor wir es in Flüsse zurückgeben, nachdem es im Alltag, in der Industrie und in der Landwirtschaft verwendet wird. Wir erklären, warum es wichtig ist, was die Flüsse verschmutzt und welche neuen Technologien dazu beitragen, sie zu reinigen und zu erhalten.

Ziel 6: Warum es für uns wichtig ist, Wasser zu sparen

Im Jahr 2015 haben sich 193 UN-Mitgliedstaaten 17 Ziele für eine nachhaltige Entwicklung gesetzt, die vor 2030 erreicht werden müssen, um „den Wohlstand zu verbessern und unseren Planeten zu schützen“. Das Aufgabenspektrum ist breit - von der Beseitigung der Armut bis zum Weltfrieden. Nicht das erste, aber keineswegs das 17. Ziel wurde als „Gewährleistung des Zugangs zu sicheren Wasserressourcen und sanitären Einrichtungen für alle“ anerkannt (Ziel Nr. 6). Warum kümmerte sich die Menschheit darum?

Nach Angaben der Vereinten Nationen leiden mehr als 40% der Weltbevölkerung unter Wassermangel. Rund 1,8 Milliarden Menschen nutzen mit Fäkalien infizierte Trinkwasserquellen. Der Grund dafür ist die aktive Verschmutzung der Gewässer, da 80% der flüssigen Abfälle ohne Behandlung entsorgt werden. Die Folgen werden in Millionen von Todesfällen pro Jahr und in Prozent des BIP großer Kontinente wie Afrika und bevölkerungsreicher Länder wie Indien geschätzt. Wie läuft das

Schmutzige Diffusion: Was und wie verdirbt Flüsse?

Die häufigsten Arten der Kontamination sind chemische und bakterielle. Chemikalie entsteht durch Diffusion - das gegenseitige Eindringen der Moleküle einer Substanz in eine andere mit dem anschließenden Ausgleich ihrer Konzentration über das gesamte Volumen. Bakterien beinhalten jedoch das Eindringen von Mikroorganismen, die für sie nicht charakteristisch sind, in das Flussökosystem oder die abnormale Reproduktion bestehender Organismen.

Fast alle Arten menschlicher Aktivitäten schädigen auf die eine oder andere Weise Flusseinzugsgebiete. Hausabwasser, Produktion, verschmutzte Niederschläge, Landwirtschaft, Schifffahrt, Energie. Welche Schadstoffe sind beteiligt?

Öl und Ölprodukte. Obwohl Öl hauptsächlich auf dem Seeweg transportiert wird, sind Flüsse häufig auch einer Ölverschmutzung ausgesetzt. Wenn dieses flüssige Fossil in Flaschen abgefüllt wird, bilden sich zunächst sogenannte Slicks - Flecken auf der Wasseroberfläche. Dafür wird nicht viel Öl benötigt - eine Tonne kann 12 Quadratmeter verschmutzen. km Wasser. Dann verdampft ein Teil der Entladung (ungefähr 30%) und der andere wird ausgewaschen (weitere 30%). Die verbleibende Masse wird als „Schokoladenmousse“ bezeichnet - es handelt sich um eine hartnäckige Emulsion mit hoher Viskosität, in der alle Lebewesen absterben.

Strahlung Radionuklidkontamination von Flüssen tritt am häufigsten aufgrund des Abflusses von Industriegewässern der entsprechenden Industrien auf. In Russland beispielsweise ist der Techa-Fluss in der Region Tscheljabinsk seit mehr als einem halben Jahrhundert einer ständigen radioaktiven Kontamination ausgesetzt. Die Mayak Production Association baute sogar eine Kaskade künstlicher Stauseen im Einzugsgebiet dieses Flusses, in der sich Wasser mit radioaktiven Abflüssen absetzt. Isotope radioaktiver Elemente reichern sich im Boden, in Pflanzen und lebenden Organismen an und verursachen Strahlenkrankheit.


Seit 1949 wurden Atommüll regelmäßig in den Techa-Fluss eingeleitet. Quelle: Ecodefense / Heinrich Boell Stiftung Russland / Slapovskaya / Nikulina

Waschmittel oder einfacher Waschmittel. Sie sind sehr giftig und biologisch abbaubar. Manchmal bilden Waschmittel eine Schaumschicht auf der Oberfläche von Flüssen mit einer Breite von bis zu 1 m. Reinigungsmittel sind für junge Fische und Algen am gefährlichsten.

Schwermetalle. Quecksilber, Blei, Zink, Chrom, Zinn und andere Metalle dieser Gruppe gelangen ebenfalls am häufigsten aus Industrieanlagen in Flussgewässer. Schwermetalle und ihre Verbindungen reichern sich im Körper von Flusstieren an und verursachen Krankheiten.

Thermische Verschmutzung . Sauberes, aber erhitztes Wasser kann den Fluss schädigen. Meist handelt es sich bei den Quellen um Wärme- und Kernkraftwerke. Warmes Wasser fördert die Verdunstung, erhöht die Mineralisierung, fördert das intensive Wachstum von Wasserpflanzen und Mikroorganismen sowie die Ausbreitung von Krankheitserregern und Viren.

Viehbestände. Aufgrund der wirtschaftlichen Vorteile befinden sich Tierkomplexe meist in der Nähe von Flüssen und Seen. Auf einem großen Bauernhof wird täglich 1 Tonne Gülle gebildet. Das Eindringen einer solchen Mischung in Wasser führt zur Ausbreitung von Krankheitserregern und Parasiten.

Ballastwasserbehälter. Um die Stabilität aufrechtzuerhalten, entnehmen Fluss- und See-Fluss-Schiffe Wasser aus einem Fluss oder Meer und entsorgen diesen Ballast zusammen mit angesammeltem Schmutz, einschließlich Ölprodukten.

Holz Rafting. Das Legieren von Holz entlang von Flüssen verstopft das Wasser mit Rinde und anderen Baumfragmenten. Sie zersetzen sich, absorbieren Sauerstoff und geben phenolische Schadstoffe ab. Außerdem werden Sträucher, die die Legierung stören, häufig abgeholzt, was zu Erosion und Verschlammung des Flussbettes führt.

Die Bekämpfung dieser und anderer Schadstoffe sowie die Verbesserung der Ökologie von Flüssen tragen zur Einsparung bei, indem weniger schädliche Substanzen in die Produktion eingeführt werden, ein cleveres Hydromonitoring, Mikroben und sogar Walnussschalen.

Walnussschalen und ölfressende Bakterien: Wie man Abwasser in der Moskauer Raffinerie reinigt

Zuallererst hilft die Rettung des Flusses und des Süßwassers, ihn zu retten. Keine einzige Produktion kann ohne Wasser auskommen, daher ist es wichtig, erstens die bereits aus der Natur entnommenen Ressourcen ein zweites Mal zu nutzen und zweitens sie wieder in ihren normalen Zustand zu versetzen.

In der Moskauer Ölraffinerie, in der 2017 der Biosphärenkomplex eingeführt wurde, hat es gut geklappt. Durch das neue Aufbereitungssystem konnte der Flusswasserverbrauch um das 2,5-fache und das 3-fache des Abwasservolumens des Ölraffinerieriesen gesenkt werden. Wie?

"Biosphäre" besteht aus zwei Reinigungseinheiten - physikalisch-chemisch und biologisch. Im ersten Block gelangt das Abwasser der Raffinerie zunächst in den Vorbehandlungsbereich, wo mechanische Verunreinigungen entfernt werden. Dann fließt das Wasser durch Abscheider, Flotatoren - spezielle Tanks, in denen dem Wasser Substanzen zugesetzt werden, die zur Entstehung von Schmutz und Verunreinigungen beitragen - und Nussschalenfilter, die unlösliche Substanzen gut aufnehmen. Von hier gelangt Wasser in die mit zehn Aktivkohlefiltern ausgestattete Nachbehandlungsanlage.

Je mehr Reinigungsschritte, desto besser, aber leider ist das Ergebnis teurer. Quelle: YouTube-Kanal von Gazprom Neft

Dann wird der Wasserstrom durch Wind gereinigt, genauer gesagt durch Druckflotation, bei der ein starker Luftstrom auf das Wassergemisch gerichtet wird. Es entstehen Luftblasen, die an der Oberfläche aufsteigen und Verunreinigungen und Ölprodukte aufnehmen. Von hier fließt Wasser in den zentralen Teil des Systems - einen Membranbioreaktor, der organische Stoffe sowie Stickstoff und Phosphor entfernt. Hier wird das Abwasser mit Schlamm gemischt, der zuvor von speziellen Bakterien bewohnt war, die Rückstände von Ölprodukten aufnehmen können. Um den Schlamm selbst loszuwerden, fließt Wasser durch Membranen mit einer Porenbreite, die dünner als ein menschliches Haar ist. Jetzt ist die Flüssigkeit für die Umkehrosmose bereit - der Fluss fließt durch eine Membran, die aus Zellen von der Größe eines H2O-Moleküls besteht.

Das Ergebnis ist 99,9% reines Wasser, was nicht schade ist, nicht nur in das Becken des Moskauer Flusses zurückzukehren, sondern sogar zu trinken. Es gibt zwar ein "aber": Es ist teuer.

Generieren & Reinigen: So verbessern Sie die Reinigungswirtschaft

Die Wasseraufbereitung ist immer eine Suche nach einem Gleichgewicht zwischen der Qualität des Ergebnisses und seinem Preis. Systeme wie die Biosphäre der Moskauer Ölraffinerie sind nicht billig: 9 Milliarden Rubel wurden in das Projekt investiert. Darüber hinaus ist der Reinigungsprozess selbst energieintensiv. Und wenn Ölarbeiter viel Geld und Strom haben, dann sind andere Verbraucher von Flusswasser - und das sind hauptsächlich Landwirte, Lebensmittelindustrie, Papierproduktion, Kommunalbehörden - anders. Und hier verfügt Toshiba über umfassende Kenntnisse darüber, wie Abwasser in Rohstoffe für die Eigenerzeugung von Elektrizität umgewandelt werden kann.

Normalerweise werden zur Reinigung aerobe Mikroorganismen verwendet, die lebenslang Sauerstoff benötigen. Diese Methode ist mit hohen Kosten verbunden. Gemeinsam verwenden wir einen Bioreaktor mit Anaerobier, der andere Substanzen lebenslang verwenden kann. Im Reaktor wird das Abwasser durch Flotation bei niedrigem Druck von organischen Verunreinigungen gereinigt. In Abwesenheit von Sauerstoff zersetzen anaerobe Bakterien organische Schadstoffe. Das Ergebnis ihres Festes ist Wasser, Methan und Kohlendioxid sowie eine radikale Abnahme des biochemischen und chemischen Sauerstoffverbrauchs (die Hauptkriterien für die Wasserverschmutzung sind BSB- und CSB-Werte).

Das vom Reaktor erzeugte Biogas kann als Strom-, Wärme- oder (zukünftig) Biokraftstoffquelle zum Betanken von Autos oder Generatoren verwendet werden.


Grundlegendes Methanfermentationssystem. Je nach Art des Abwassers kann der BSB um 80-95% und der CSB um 60-80% reduziert werden. Quelle: Toshiba

Das System passt sich nahezu allen Standards der zulässigen biologischen Verschmutzung des Flusses an, die in verschiedenen Ländern variieren können. Dazu reicht es aus, die Anzahl der Reinigungsschritte bzw. die Anzahl der Methantanks zu erhöhen oder zu verringern.


Ein zweistufiges Methanfermentationssystem kann Wasser mit einem biochemischen Sauerstoffverbrauch von bis zu 15.000 mg / l reinigen, wobei eine normalerweise akzeptable Norm 600 mg / l nicht überschreitet. Quelle: Toshiba

Es gibt bereits Beispiele für Kläranlagen auf der Welt, die nicht nur den Verbrauch senken, sondern durch die Umwandlung von Biogas in Elektrizität vollständig nichtflüchtig werden. Im Jahr 2015 begann eine Kläranlage in den Städten Gresham, Fairview und Wood Village (Oregon, USA), 114.000 Verbraucher zu versorgen, mehr Strom zu erzeugen, als für ihren eigenen Bedarf erforderlich war. Die lokalen Behörden sind zufrieden: Jährlich sparen sie 500.000 Dollar Strom.

Die Flusssäuberung in Entwicklungsländern verläuft jedoch nicht so reibungslos wie in Industrieländern. Hier ist dieses Problem akuter, aber es stehen weniger Ressourcen zur Verfügung, um es zu lösen.

Schwerer Fall: Wie das Internet der Dinge hilft, den Ganges zu reinigen

600 Millionen Inder leben am Ufer des Ganges, und trotz der Tatsache, dass dieses Volk eine der ältesten Zivilisationen der Welt geschaffen hat, ist der wichtigste Fluss in Indien heute nicht in bestem Zustand. Täglich werden 1 Million Kiloliter verschmutztes Wasser in die Hauptwasserstraße von Hindustan eingeleitet. Darüber hinaus erfolgt diese Entladung unkontrolliert und fast ohne den Versuch, den Schaden zu verringern. Selbst wenn alle verfügbaren Behandlungseinrichtungen genutzt werden, wird nur 1/3 aller Abwässer deaktiviert.

Das Problem Indiens liegt auch in der Art und Weise, wie Schmutz in den Ganges gelangt. Es gibt kein System zur organisierten Einleitung von Abwasser in den Fluss, dh Produktionsabfälle und städtisches Abwasser, und Brauchwasser für die Bedürfnisse der Landbewohner bildet einen einzigen Strom, der fast unkontrolliert in den Ganges fließt. Aus diesem Grund hat Toshiba ein ganzes System von Kläranlagen gebaut, die das Abwasser entlang der Ufer des Ganges kontrollieren und behandeln.


Eine Kläranlage im Gebiet der Stadt Allahabad (Teile von Uttar Pradesh) am Zusammenfluss von Ganges und Yamuna. Quelle: Toshiba

Bis heute hat Toshiba ein Netzwerk von Behandlungseinrichtungen mit einer Gesamtlänge von 110 km entlang der Ufer des Ganges geschaffen. Um alle Schlüsselelemente dieses Systems zu kombinieren und die Kosten seiner Verwendung zu senken, sind alle diese Leistungen mit IoT-Sensoren ausgestattet. Auf diese Weise können Sie das gesamte Netzwerk in Echtzeit remote verwalten und so die Personal- und Verwaltungskosten in jeder Reinigungsfabrik senken. Obwohl die Wirksamkeit der Wasseraufbereitungsmaßnahmen zunimmt, wird die Verschmutzungsrate nach dem Wirtschaftswachstum zunehmen. Daher ist es wichtig, nicht nur effektiv zu reinigen, sondern auch die Flüsse weniger zu verschmutzen.

Smart Farmer: Wie Infrarotsensoren den Düngerfluss in Flüsse reduzieren

Einer der Hauptschadstoffe des Flusses ist die Landwirtschaft. Und wir sprechen nicht nur von biologischer, sondern auch von chemischer Verschmutzung, da alle chemischen Düngemittel früher oder später durch das Grundwasser von den Feldern oder in die Flüsse abgewaschen werden. Besonders schädlich sind Stickstoffdünger, die von Pflanzen nicht vollständig aufgenommen werden. Rückstände verdunsten entweder oder fallen in nahe gelegene Flüsse und Seen, was zu einer Eutrophierung führt - eine übermäßige Sättigung mit Nährstoffen, die zum Wachstum von Mikroorganismen und Pflanzen beitragen. Gleichzeitig weiß die Anlage nie genau, wie viel Stickstoffdünger benötigt wird - die Landwirte orientieren sich an anerkannten Standards.

Um dieses Problem im US-Bundesstaat Nebraska im Jahr 2015 zu lösen, wurde das Projekt SENSE (Sensoren für eine effiziente Stickstoffnutzung und Umweltverantwortung) gestartet, bei dem der tatsächliche Stickstoffgehalt in Pflanzen gemessen wurde, um den Verbrauch von Stickstoffdüngern zu kontrollieren. An dem Experiment nahmen Landwirte im Tal des Hauptflusses Nebraska Platte teil, einem Nebenfluss des Missouri, der lange Zeit unter der natürlichen Spülung von Stickstoffdüngern aus landwirtschaftlichen Feldern gelitten hatte. „Traktoren mit großen Augen“ fuhren durch ihre Felder.

Die meisten teilnehmenden Betriebe reduzierten nicht nur die überschüssigen Stickstoffdüngeremissionen, sondern erhöhten auch die Produktivität. Quelle: YouTube-Kanal Nebraska Extension On-Farm Research Network

Sie sind mit Sensoren ausgestattet, die auf die Überdachung von Pflanzen gerichtet sind und sichtbares und infrarotes Licht im nahen Radius emittieren. Die Fotodetektoren der Geräte erfassen das von den Pflanzen reflektierte Signal. Abhängig von ihrer Intensität wird ihr Gesundheitsindex berechnet, auf dessen Grundlage die Berechnung der erforderlichen Mengen an Stickstoffdüngern basiert. In den drei Jahren des SENSE-Projekts ging der Einsatz von Stickstoffdüngern in der Platte Valley-Wirtschaft um 15% zurück.

Wenn wir also Maßnahmen zum Schutz der Flüsse ergreifen, müssen wir das Ergebnis der Bemühungen messen, und einmalige Studien in dieser Hinsicht sind ineffektiv, da der Fluss - ein sich schnell veränderndes Ökosystem - wie ein Bild eines Läufers ist, der versucht, das gesamte Rennen festzuhalten. Daher basiert die wirtschaftliche Überwachung des Flusses auf Online-Indikatoren.

Wie ist die Flussüberwachung organisiert?

Zur Überwachung des Flusses werden verschiedene Geräte verwendet. Meist werden Wasserzähler und Multiparameter-Sonden verwendet.

Ein Wassermessbrunnen ist ein Reservoir, das unweit des Ufers gegraben und durch zwei Kanäle mit dem Fluss verbunden ist, die den Zu- und Abfluss von Wasser gewährleisten. Meistens messen solche Geräte den Unterwasserdruck. Ein komplexerer Mechanismus ist ein Multiparameter-Gerät zur Bestimmung der Wasserqualität. Es ist ein Sondenrohr, das parallel zur Vertiefung des Flussbodens vor der Küste in Wasser getaucht wird. Das Rohr ist mit verschiedenen Sensoren ausgestattet, die Flussdurchfluss, Temperatur und andere Parameter in verschiedenen Tiefen analysieren.

Die in der Sonde gesammelten Indikatoren werden per Kabel an einen Sender am Ufer übertragen, der sie über ein drahtloses Netzwerk an die Datenbank überträgt. Quelle: Fondriest Environmental, Inc.

Ein gemeinsames Merkmal dieser Geräte ist das Land. Um den Zustand großer Flüsse zu analysieren, ist es wichtig zu wissen, was weit von der Küste entfernt passiert.

Das Nationale Forschungs- und Bildungszentrum für große Flüsse (NGRREC) hat das Great Rivers Ecological Observation Network (GREON) gegründet. Es handelt sich um ein Netzwerk schwimmender Plattformen zur Echtzeitüberwachung der Wasserqualität in den Flüssen Mississippi, Missouri, Ohio und Arkansas. Jede Einheit ist mit Sensoren zur Messung von Wasserqualität, Temperatur, elektrischer Leitfähigkeit, gelöstem Sauerstoff, Trübung, Algen, gelösten organischen Stoffen, Nitraten und Orthophosphaten ausgestattet.

Die von GREON erhaltenen Daten können online in einer virtuellen Datenbank untersucht werden, in der alle erfassten Parameter des ökologischen Zustands der Flüsse fließen.

Schlussakkord: wie man Glühwürmchen repatriiert

Zusammenfassend: Um die Flüsse zu retten, müssen Sie lernen, sie nicht zu verschmutzen, den Wasserstrom zu reinigen, Energie zu sparen und die Ergebnisse zu überwachen. Das reicht aber nicht. Nicht alle Ökosysteme werden von selbst wiederhergestellt. Manchmal braucht die Natur Hilfe.

Ein Beispiel aus der Heimat von Toshiba. In der Präfektur Oita auf der Insel Kyushu fließen viele Flüsse und Bäche, während die Region von Industrieunternehmen aktiv aufgebaut wird, darunter eine Halbleiterfabrik, die Produkte für Toshiba am Kitanohana-Fluss herstellt. Unter den Einheimischen war es als Lebensraum einer großen Anzahl von Glühwürmchen bekannt. Aber im Jahr 2010 sind sie verschwunden. Zusammen mit dem Toshiba Environmental Monitoring Service fanden lokale Enthusiasten und eingeladene Experten: das fehlerhafte Abwasser in den Fluss. Dann wurde durch gemeinsame Anstrengungen ein Programm umgesetzt, um die Glühwürmchen nach Kitanohana zurückzubringen. Dazu musste ich die Ernährung von Insekten, ein geeignetes Temperaturregime, untersuchen und auch Substanzen identifizieren, deren Eindringen in den Fluss den Lebensraum beschädigte. Dank der unternommenen Anstrengungen kehrten fünf Jahre später die Glühwürmchen zurück.


Einer der Repatriierten am Kitanohanu River. Quelle: Toshiba

Diese und die anderen oben beschriebenen Erfahrungen können von Russland genutzt werden, das ebenfalls vor einer großen Umweltaufgabe steht - der Rettung der Wolga. 2/3 der Bevölkerung leben an den Ufern der Hauptwasserstraße Russlands und 2/3 der Industrieunternehmen des Landes. In einigen Wirtschaftsgebieten sind jedoch bis zu 90% der Verschmutzung ungenau, dh sie stammen relativ gesehen nicht aus dem Abflussrohr der Anlage, sondern aus natürlichen Kanälen (Regenwasserabfluss, unterirdische Flüsse usw.). Die Situation mit Don ist übrigens nicht besser .

2018 verabschiedeten die russischen Behörden das Wolga-Gesundheitsprogramm im Rahmen des nationalen Ökologieprojekts. Bis 2025 ist geplant, das Volumen der verschmutzten Abwässer um 67% zu reduzieren, die Kapazität der Kläranlage zu verdoppeln und 89 Durchlassanlagen zu rekonstruieren. Für diese Zwecke werden 205 Milliarden Rubel bereitgestellt. Wird Russland in einem einzigen Land Ziel 6 erreichen können? Die Zukunft wird es zeigen.