Comment l'eau de rivière devient-elle potable?

Ouvrez le robinet et versez de l'eau dans la bouilloire - quoi de plus simple? Prenez l'eau de la rivière, purifiez-la en eau potable, puis transformez les eaux usées sales en eau propre - quoi de plus difficile? Et plus cher. Nous déterminons comment l'eau des rivières pénètre dans notre robinet et combien vous devez payer pour le nettoyer.

Les principales sources d'eau douce

71% de notre planète est recouverte d'eau. Fondamentalement, de l'eau salée, absolument impropre à la consommation. Dans la quantité totale d'eau mondiale, seulement 3% sont frais . Si 68% de la glace aux pôles et 30% des sources d'eau douce souterraines sont retirés de ce volume modeste, 0,8% dans le pergélisol, 0,2% dans les lacs, 0,006% dans les rivières et un peu plus dans l'atmosphère resteront. Autrement dit, la quantité d'eau douce facilement disponible sur la planète est petite, et celle qui est le plus souvent ne convient pas à boire sans traitement. Nous prendrons donc comme point de départ le fait que l'eau potable est une ressource chère et rare.

La Russie est en tête de la quantité d'eau douce de surface.Par conséquent, le plus souvent, l'eau destinée à l'approvisionnement en eau urbaine provient de grands lacs et rivières. Pour les petites colonies, des puits artésiens sont utilisés. Mais même dans les zones où des rivières relativement propres coulent ou des puits sont forés, l'eau doit être préparée avant de pouvoir être utilisée pour l'approvisionnement en eau central, car il peut y avoir des virus, des bactéries dangereuses, des métaux lourds et d'autres contaminants chimiques dans l'eau. L'eau glandulaire frappe le foie et le système cardiovasculaire, un excès de fluorure gâte les dents et les os, les dioxines laissées par les déchets brûlants nuisent au système nerveux et provoquent le cancer, une eau trop dure provoque des calculs rénaux et le plomb affecte négativement le développement des enfants et provoque une anémie. Et sur les bactéries et les virus, et donc tout est clair - les maladies, les allergies et les troubles digestifs sont fournis. Oui, et l'eau usée serait également agréable à nettoyer, et pas seulement à drainer dans la rivière.

Le cycle de traitement des eaux urbaines comprend deux étapes: la prise d'eau des plans d'eau et le traitement pour utilisation dans les canalisations d'eau, puis le traitement des eaux usées et le rejet de l'eau qui en résulte dans les plans d'eau. Autrement dit, l'approvisionnement en eau et les eaux usées.

Traitement de l'eau pour l'approvisionnement en eau

Tout d'abord, sur l'exemple de Moscou, nous allons voir comment l'eau pénètre dans le système d'approvisionnement en eau. Selon le site Internet Mosvodokanal, «l'approvisionnement en eau centralisé de la région de Moscou s'effectue principalement à partir de sources d'eau de surface. Ce sont les systèmes d'eau Moskvoretsko-Vazuzskaya et Volzhskaya, qui comprennent 15 réservoirs et voies d'approvisionnement en eau - la rivière Moscou avec ses affluents et le canal nommé d'après Moscou. " La perte totale d'eau quotidienne des stations de prise d'eau de la capitale est de 11 millions de mètres cubes, soit près de quatre fois plus que la consommation.

Les Moscovites boivent de l'eau du fleuve Moscou qui traverse toute la ville, bien que cette idée soit effrayante au début. En fait, avant que le contenu des rivières maritimes n'entre dans les appartements, l'eau subit un traitement complet dans l'une des quatre usines de traitement des eaux. Les lieux de prise d'eau des rivières sont fermés et soigneusement gardés - ce sont des objets littéralement stratégiques.

Après une filtration grossière, l'eau est ozonisée, éliminant les matières organiques de toutes tailles et mélangée avec des coagulants et des floculants. Ces réactifs "renversent" les contaminants restants en flocons, qui se déposent ensuite. Le mélange de l'eau avec les réactifs se produit dans les dix minutes - avec moins de temps les flocons ne se forment pas, avec un mélange plus long, ils commencent à se décomposer. Après sédimentation, l'eau est de nouveau ozonisée et envoyée pour être filtrée.


Des gouttes d'eau minces après les flocons de boue. Source: Mosvodokanal

Le filtre est une couche de sable de deux mètres à travers laquelle l'eau passe naturellement. Un tel filtre est nettoyé environ une fois par jour par la pression de l'eau propre de l'arrière. Ensuite, l'eau est versée dans un autre réservoir, où elle aussi, sous son propre poids, passe à travers une couche d'un mètre et demi de charbon de bois.

La dernière étape de purification est constituée de membranes capables de retenir des particules d'une taille de seulement 0,01 µm (ce n'est pas une faute de frappe). Toutes les heures, les membranes sont nettoyées avec un flux d'eau inversé. À partir de ce moment, l'eau est considérée comme potable, c'est-à-dire totalement sans danger pour la santé. L'analyse de l'eau à toutes les étapes est effectuée toutes les quatre heures et dans des conditions de risque accru (par exemple, inondation printanière) une fois par heure.



Modules à membrane et leur contenu. Source: Mosvodokanal

Soit dit en passant, ils ne nettoient pas l'eau avec du chlore - il, ou plutôt de l'hypochlorite de sodium sûr, est ajouté à la toute fin pour éviter la contamination de l'eau lors du passage par les pipelines de la ville. Au moins à Moscou, l'eau du robinet froide est officiellement considérée comme totalement sûre à boire sans purification et ébullition supplémentaires.

Traitement des eaux usées

Transformer l'eau de la rivière en eau potable n'est pas facile, mais il est encore plus difficile de nettoyer les eaux usées à un état d'eau propre et respectueuse de l'environnement. La capitale est desservie par quatre usines de traitement des eaux, où s'écoulent les eaux usées des égouts. Le plus grand et le plus moderne d'entre eux, Kuryanovskaya, après la modernisation est capable de traiter jusqu'à 3,1 millions de mètres cubes par jour . Si nécessaire, les structures Lyubertsy recevront 3 millions de mètres cubes supplémentaires, Zelenogradsk et Butovsky ensemble - 220 000 mètres cubes. Autrement dit, la réserve de puissance des installations de traitement qui transforment les eaux usées de Moscou en eau propre et sûre est le double de la consommation actuelle de la ville.

Ils fonctionnent comme ça. Tout d'abord, les tuyaux s'écoulent à travers les tuyaux dans la chambre de réception de la station d'épuration - ce sont de grands réservoirs, ouverts jusqu'à récemment, à partir desquels une odeur insupportable se propageait sur des kilomètres. Heureusement, les usines de traitement des eaux usées de Moscou étaient couvertes de couvertures spéciales, de sorte que les habitants des maisons voisines ont finalement pu oublier l'odeur des égouts.

L'eau insupportablement sale avec une énorme quantité de débris rejetés dans l'égout subit un nettoyage mécanique rugueux, au cours duquel tous les corps étrangers visibles à l'œil sont éliminés. Le résidu sec est pressé et transporté dans des décharges de stockage.

De plus, dans les bassins de sédimentation, une partie de la boue se dépose naturellement, après quoi l'eau, toujours sale et nauséabonde, peut être envoyée à l'aération. Au cours de ce processus, dans les réservoirs d'aération (ce n'est pas une faute de frappe!), L'eau est mélangée avec des boues spéciales et des bactéries qui «dévorent» la plupart des contaminants et des matières organiques.


Dans l'eau chaude et oxygénée, les bactéries nettoient l'eau plus rapidement. Source: Mosvodokanal

Les boues de décantation sont lentement éliminées par les pompes d'aspiration. Vous devez avoir vu des photos des installations de traitement où un pont a été construit dans des piscines circulaires du centre au bord. Il s'agit de l'ilosos, qui tourne lentement, comme une aiguille d'horloge, et recueille le limon du fond. À la fin du fonctionnement de la pompe à boues, l'eau devient visuellement propre, mais pas encore sûre.


Les remorques à boues sont la partie la plus reconnaissable des stations d'épuration. Source: Mosvodokanal

Au dernier stade, l'eau des stations d'épuration de Moscou est désinfectée avec de puissantes lampes à quartz, puis déversée dans la rivière. Officiellement, l'ancien drain d'égout est plus propre que l'eau prélevée dans la rivière pour le traitement primaire de l'approvisionnement en eau. Soit dit en passant, il est impossible de chlorer ou d'ozoniser les eaux usées, sinon des traces résiduelles de gaz et de produits chimiques tomberont dans la rivière et avec les bactéries détruiront tous les êtres vivants.


Un schéma clair du nettoyage moderne de Mosvodokanal. Source: Mosvodokanal

Purificateur d'eau dans votre poche

L'idée d'un produit portable pour nettoyer l'eau au niveau de la boisson a toujours été pertinente. Pendant la Première Guerre mondiale, les soldats ont fabriqué des filtres de sable, de gravier et de briques; des comprimés contenant du chlore et un agent de déchloration étaient destinés à un usage individuel. Désormais, des comprimés pour désinfecter l'eau avec le sel de sodium de l'acide dichloroisocyanurique sont investis dans le RPI militaire russe.


Ce n'est pas un coup publicitaire - le filtre portable LifeStraw vous permet vraiment de boire de l'eau de n'importe quelle source. Enfin, ou presque de n'importe quelle source ... Source: Vestergaard

En 2008, le filtre à tube LifeStraw de la société suisse Vestergaard a été une véritable percée, grâce à laquelle vous pouvez boire de l'eau de pratiquement n'importe quel réservoir, même d'une flaque d'eau. La différence entre LifeStraw et les filtres à charbon typiques est l'utilisation d'une membrane tubulaire avec des pores de 0,2 microns, qui résiste mieux aux bactéries et aux parasites que le charbon. Les premières versions de LifeStraw ne protégeaient pas contre les métaux lourds et les virus, mais le LifeStraw Flex mis à jour a pu les filtrer. Différentes versions de LifeStraw ont une ressource de 1800 à 4000 litres et coûtent 19,95 $.


Un tas de tubes minces - c'est le système de filtration à membrane LifeStraw. Exactement les mêmes que sur les filtres à membrane des installations de traitement de Moscou. Source: YouTube

Maintenant en vente, vous pouvez trouver de nombreuses bouteilles et tubes touristiques avec des filtres, mais il convient de prêter attention à l'élément filtrant. Si seul le charbon est mentionné dans la description, vous ne devriez pas risquer de collecter l'eau des flaques d'eau et des réservoirs sur pied - limitez-vous à l'eau du robinet. Le charbon désodorise l'eau, élimine les métaux lourds et le chlore, mais passe les virus et les bactéries.

Combien coûte la purification de l'eau?

La magie scientifique et technique pour transformer des millions de tonnes de déchets en eau semble excellente, mais combien coûte un processus aussi complexe? Dans le budget ouvert de Moscou, environ 900 millions de roubles par an ont été alloués à la collecte, à l'élimination des déchets et au traitement des eaux usées, et ce n'est que l'entretien de l'infrastructure existante. Et les coûts de mise à jour et de construction de nouvelles structures peuvent atteindre des milliards.

Et ce malgré le fait que des mesures d'utilisation et d'économie efficaces aient permis de réduire le gaspillage d'eau même à Moscou, bien que la population de la capitale ait augmenté d'un tiers en 20 ans. Selon le même Mosvodokanal, en 2018, les Moscovites ont dépensé environ 3 millions de mètres cubes d'eau. Si en 1995 chaque habitant de la ville déversait à l'égout environ 450 litres par jour, aujourd'hui environ 202 litres.

L'important est le fait que beaucoup d'argent est dépensé pour l'approvisionnement en eau pour le traitement de l'eau. Aux États-Unis, par exemple, cela représente 4% de toute l'électricité consommée .

Est-ce moins cher?

Si les sociétés d'approvisionnement en eau n'ont pas de sources d'énergie bon marché et respectueuses de l'environnement (combinaison rare), alors vous devez faire ce que vous avez, c'est-à-dire utiliser les sociétés d'énergie locales et les payer aux tarifs établis. À l'avenir, certaines économies pourraient résulter de la modernisation de l'équipement de la station, mais cela nécessite de sérieux investissements. Il n'y a qu'une seule façon: augmenter l'efficacité de la consommation d'énergie sans compromettre la qualité du traitement.

Pour le Japon, le coût énergétique du traitement de l'eau est également devenu un problème - il faut 0,7% de l'électricité du pays, et l'électricité sur l'île est beaucoup plus chère que la russe. Yukio Hiraoka, spécialiste en chef des systèmes d'eau et d'environnement chez Toshiba Infrastructure Systems & Solutions Corporation, a proposé l'idée de changer dynamiquement le débit d'air pour l'aération de l'eau tout au long de la journée. L'aération, nécessaire à la vie bactérienne, représente jusqu'à 60% de la puissance électrique des installations de traitement, cependant, le débit des effluents varie en fonction de l'heure de la journée - il y en a plus le matin et le soir, il n'y a presque pas de nouveaux drains la nuit, une aération excessive d'eau déjà purifiée ne produira rien. Ainsi, au lieu d'une aération constante à la même puissance, vous pouvez modifier l'alimentation en air, tout en conservant l'efficacité de la purification de l'eau.


Système d'aération complémentaire Toshiba. Source: Toshiba

Pour déterminer la qualité de l'eau, le marqueur NH4-N est utilisé, dont la quantité indique l'état de préparation de l'effluent pour un traitement ultérieur. Sur cette base, Toshiba a créé un capteur qui vérifie la concentration de NH4-N et la quantité d'oxygène dissous dans l'eau. Un logiciel spécial lit les lectures du capteur et, si nécessaire, «resserre la valve», arrêtant une aération excessive insensée.

Le développement de Toshiba a réduit le débit d'air de 10,3%, ce qui a permis de le récupérer un peu plus qu'en deux ans et de réduire par la suite le coût du traitement de l'eau en réduisant la consommation d'électricité des pompes à air. La solution Toshiba ne nécessite pas de rééquipement des installations de traitement - ce n'est qu'un capteur, un ordinateur et un logiciel, mais si la solution est appliquée à l'échelle nationale, par exemple en Russie, les économies dans le traitement de l'eau s'élèveront à des milliards de roubles.