Nous avons déjà
décrit le chemin que l'eau de la rivière franchit sur le chemin de nos verres, passant d'une "soupe biochimique" préparée par la nature à la boisson la plus importante de l'humanité. Cependant, afin de préserver les ressources en eau douce à l'avenir, nous devons faire attention à l'eau qu'une personne transforme en «soupe» avant de la retourner dans les rivières après avoir été utilisée dans la vie quotidienne, l'industrie et l'agriculture. Nous expliquons pourquoi c'est important, ce qui pollue les rivières et quelles nouvelles technologies aident à les nettoyer et à les préserver.
Objectif 6: Pourquoi est-il important pour nous de conserver l'eau
En 2015, 193 États membres de l'ONU se sont fixé 17 objectifs de développement durable, qui doivent être atteints avant 2030 afin "d'améliorer le bien-être et de protéger notre planète". L'éventail des tâches est large - de l'éradication de la pauvreté à la paix mondiale. Ce n'est pas le premier, mais en aucun cas le 17e objectif, qui a été reconnu comme «assurer l'accès à l'eau potable et à l'assainissement pour tous» (objectif n ° 6). Pourquoi l'humanité s'est-elle souciée de cela?
Selon l'ONU, plus de 40% de la population mondiale
souffre de pénuries d'eau. Environ 1,8 milliard de personnes utilisent des sources d'eau potable infectées par des bactéries fécales. La raison en est la pollution active des masses d'eau, car 80% des déchets liquides sont rejetés sans aucun traitement. Les conséquences se situent dans les millions de décès par an et le pourcentage du PIB de vastes continents comme l'Afrique et des pays peuplés comme l'Inde. Comment ça se passe?
Diffusion sale: quoi et comment gâche les rivières
Les types de contamination les plus courants sont chimiques et bactériens. Le produit chimique se produit par diffusion - la pénétration mutuelle des molécules d'une substance dans une autre avec l'égalisation ultérieure de sa concentration dans tout le volume. Les bactéries, cependant, impliquent la pénétration de micro-organismes non caractéristiques de celui-ci dans l'écosystème fluvial ou la reproduction anormale de ceux existants.
Presque tous les types d'activités humaines nuisent d'une manière ou d'une autre aux bassins fluviaux. Eaux usées domestiques, production, précipitations polluées, agriculture, navigation, énergie. Quels polluants sont impliqués?
Pétrole et produits pétroliers. Bien que le pétrole soit principalement transporté par mer, les rivières sont également souvent sujettes à la pollution par les hydrocarbures. Lorsque ce fossile liquide est mis en bouteille, des soi-disant nappes se forment d'abord - des taches à la surface de l'eau. Pour cela, beaucoup d'huile n'est pas nécessaire - une tonne peut polluer 12 mètres carrés. km d'eau. Ensuite, une partie de la décharge
s'évapore (environ 30%) et l'autre est lavée (30% supplémentaires). La masse restante est appelée «mousse au chocolat» - c'est une émulsion persistante de haute viscosité, dans laquelle tous les êtres vivants meurent.
Le rayonnement La contamination par les radionucléides des rivières se produit le plus souvent en raison du ruissellement des eaux industrielles des industries correspondantes. Par exemple, en Russie, depuis plus d'un demi-siècle, la rivière Techa dans la région de Tcheliabinsk est exposée à une contamination radioactive constante. La Mayak Production Association a même construit une cascade de réservoirs artificiels dans le bassin de cette rivière, où s'installe de l'eau avec des rejets radioactifs. Les isotopes des éléments radioactifs s'accumulent dans le sol, les plantes et les organismes vivants, provoquant le mal des radiations.
Depuis 1949, des déchets nucléaires étaient régulièrement déversés dans la rivière Techa. Source: Ecodefense / Heinrich Boell Stiftung Russie / Slapovskaya / NikulinaDétergents ou, plus simplement, détergents. Ils sont très toxiques et biodégradables. Parfois, les détergents forment une couche de mousse à la surface des rivières jusqu'à 1 m de large. Les détergents sont les plus dangereux pour les jeunes poissons et les algues.
Métaux lourds. Le mercure, le plomb, le zinc, le chrome, l'étain et d'autres métaux de ce groupe pénètrent également le plus souvent dans les eaux fluviales à partir d'installations industrielles. Les métaux lourds et leurs composés s'accumulent dans le corps des animaux de la rivière, provoquant des maladies.
Pollution thermique . Une eau propre mais chauffée peut nuire à la rivière. Le plus souvent, ses sources sont les centrales thermiques et nucléaires. L'eau chaude améliore l'évaporation, augmente la minéralisation, favorise la croissance intensive de la végétation et des micro-organismes aquatiques, la propagation d'agents pathogènes et de virus.
Stocks de bétail. En raison des avantages économiques, les complexes d'élevage sont le plus souvent situés près des rivières et des lacs. Dans une grande ferme, 1 tonne de lisier se forme quotidiennement. L'entrée d'un tel mélange dans l'eau entraîne la propagation d'agents pathogènes et de parasites.
Vases à eau de ballast. Pour maintenir la stabilité, les navires fluviaux et fluvio-maritimes prennent l'eau d'une rivière ou de la mer, puis déversent ce ballast avec la saleté accumulée, y compris les produits pétroliers.
Rafting en bois. Le bois d'alliage le long des rivières obstrue l'eau avec de l'écorce et d'autres fragments d'arbres. Ils se décomposent, absorbent l'oxygène et émettent des substances nocives phénoliques. De plus, les arbustes qui interfèrent avec l'alliage sont souvent abattus, ce qui entraîne l'érosion et l'envasement du lit de la rivière.
La lutte contre ces polluants et d'autres polluants, ainsi que l'amélioration de l'écologie des rivières, permet d'économiser, d'introduire des substances moins nocives dans la production, un hydromonitoring intelligent, des microbes et même des coquilles de noix.
Coquilles de noix et bactéries mangeuses d'huile: comment nettoyer les eaux usées de la raffinerie de Moscou
Tout d'abord, sauver sa rivière et son eau douce aide à la sauver. Aucune production ne peut se passer d'eau, il est donc important, d'une part, d'utiliser les ressources déjà extraites de la nature une seconde fois, et, d'autre part, de les remettre dans leur état normal.
Cela s'est bien passé à la raffinerie de pétrole de Moscou, dans laquelle le complexe de la biosphère a été introduit en 2017. Le nouveau système de traitement a permis de
réduire de 2,5 fois la consommation d'eau du fleuve et de 3 fois le volume des eaux usées du géant du raffinage du pétrole. Comment?
La «biosphère» comprend deux unités de purification - physico-chimique et biologique. Dans le premier bloc, les eaux usées de la raffinerie entrent d'abord dans le secteur du prétraitement, où les impuretés mécaniques sont éliminées. Ensuite, l'eau passe à travers des séparateurs, des flotteurs - des réservoirs spéciaux dans lesquels des substances sont ajoutées à l'eau qui favorisent l'émergence de la saleté et des impuretés - et des filtres en coquille qui absorbent bien les substances insolubles. De là, l'eau pénètre dans l'unité de post-traitement équipée de dix filtres à charbon actif.
Plus il y a d'étapes de nettoyage, mieux c'est, mais, hélas, le résultat est plus cher. Source: Gazprom Neft YouTube Channel
Ensuite, le courant d'eau est nettoyé par le vent, plus précisément par flottation sous pression, dans lequel un puissant courant d'air est dirigé vers le mélange d'eau. Il crée des bulles d'air qui, remontant à la surface, ramassent des impuretés et des produits pétroliers. De là, l'eau s'écoule dans la partie centrale du système - un bioréacteur à membrane qui élimine les matières organiques, ainsi que l'azote et le phosphore. Ici, les eaux usées sont mélangées à des boues, qui étaient auparavant habitées par des bactéries spéciales qui peuvent absorber les résidus de produits pétroliers. Pour se débarrasser du limon lui-même, l'eau passe à travers les membranes avec une largeur de pore plus mince qu'un cheveu humain. Maintenant, le liquide est prêt pour l'osmose inverse - le flux passe à travers une membrane composée de cellules de la taille d'une molécule H2O.
Le résultat est une eau pure à 99,9%, ce qui n'est pas une honte non seulement pour retourner dans le bassin de la rivière de Moscou, mais même pour boire. Bien qu'il y ait un «mais»: c'est cher.
Générer et nettoyer: comment améliorer l'économie du nettoyage
La purification de l'eau est toujours la recherche d'un équilibre entre la qualité du résultat et son prix. Des systèmes comme la biosphère de la raffinerie de pétrole de Moscou ne sont pas bon marché: 9 milliards de roubles ont été investis dans le projet. De plus, le processus de nettoyage lui-même est énergivore. Et si l'industrie pétrolière a beaucoup d'argent et d'électricité, alors les autres consommateurs d'eau de rivière - et ce sont principalement les agriculteurs, l'industrie alimentaire, la production de papier, les autorités municipales - les choses sont différentes avec cela. Et ici, Toshiba possède une connaissance approfondie de la façon de transformer les eaux usées en matières premières pour l'autoproduction d'électricité.
Habituellement, les micro-organismes aérobies sont utilisés pour le nettoyage, qui ont besoin d'oxygène pour la vie. Cette méthode est associée à des coûts élevés. Ensemble, nous utilisons un bioréacteur peuplé d'anaérobies qui peuvent utiliser d'autres substances à vie. Une fois dans le réacteur, les eaux usées sont purifiées des impuretés organiques par flottation à basse pression. En l'absence d'oxygène, les bactéries anaérobies décomposent les polluants organiques. Le résultat de leur fête est l'eau, le méthane et le dioxyde de carbone, ainsi qu'une diminution radicale de la consommation biochimique et chimique d'oxygène (les principaux critères de pollution de l'eau sont les niveaux de DBO et de DCO).
Le biogaz généré par le réacteur peut être utilisé comme source d'électricité, de chaleur ou (à l'avenir) de biocarburant pour faire le plein de voitures ou de générateurs.
Système de fermentation de méthane de base. Selon la nature des eaux usées, la DBO peut être réduite de 80 à 95% et la DCO de 60 à 80%. Source: Toshiba
Le système s'adapte à presque toutes les normes de pollution biologique admissible du fleuve, qui peuvent varier selon les pays. Pour ce faire, il suffit d'augmenter ou de diminuer le nombre d'étapes de traitement, ou plutôt le nombre de réservoirs de méthane.
Un système de fermentation du méthane en deux étapes est capable de purifier l'eau avec une consommation biochimique d'oxygène allant jusqu'à 15 000 mg / l, avec une norme généralement acceptable ne dépassant pas 600 mg / l. Source: Toshiba
Il existe déjà des exemples d'installations de traitement dans le monde qui ont non seulement réduit la consommation, mais sont devenues totalement non volatiles en convertissant le biogaz en électricité. En 2015, une usine de traitement des eaux usées desservant 114 000 consommateurs dans les villes de Gresham, Fairview et Wood Village (Oregon, États-Unis) a commencé à produire plus d'électricité que nécessaire pour leurs propres besoins. Les autorités locales sont satisfaites: elles économisent chaque année 500 000 dollars en électricité.
Cependant, le nettoyage des rivières dans les pays en développement n'est pas aussi simple que dans les pays développés. Ici, ce problème est plus aigu, mais moins de ressources sont disponibles pour le résoudre.
Cas dur: comment l'Internet des objets aide à nettoyer le Gange
600 millions d'Indiens vivent sur les rives du Gange, et malgré le fait que ce peuple ait créé l'une des plus anciennes civilisations du monde, le fleuve le plus important d'Inde aujourd'hui n'est pas en parfait état. Chaque jour, 1 million de kilolitres d'eau polluée sont déversés dans la principale voie navigable de l'Hindustan. De plus, cette décharge se produit de façon incontrôlable et presque sans aucune tentative de réduire les dommages. De plus, même si toutes les installations de traitement disponibles sont utilisées, seulement 1/3 de tous les effluents seront désactivés.
Le problème de l'Inde réside également dans la manière dont la saleté pénètre dans le Gange. Il n'y a pas de système de rejet organisé des eaux usées dans le fleuve, c'est-à-dire des déchets de production et des eaux usées urbaines, et l'eau industrielle pour les besoins des habitants des zones rurales forme un seul ruisseau qui pénètre presque de manière incontrôlable dans le Gange. C'est pourquoi Toshiba a construit tout un système de stations d'épuration qui contrôlent et traitent les eaux usées le long des rives du Gange.
Une station d'épuration installée dans la zone de la ville d'Allahabad (morceaux d'Uttar Pradesh) au confluent du Gange et du Yamuna. Source: Toshiba
À ce jour, Toshiba a créé un réseau d'installations de traitement d'une longueur totale de 110 km le long des rives du Gange. Pour combiner tous les éléments clés de ce système et réduire le coût de son utilisation, toutes ces puissances sont équipées de capteurs IoT. Cela vous permet de gérer l'ensemble du réseau à distance en temps réel, réduisant ainsi les coûts de personnel et de gestion dans chacune des usines de nettoyage. Et pourtant, bien que l'efficacité des mesures de traitement de l'eau augmente, le taux de pollution augmentera suite à la croissance de l'économie. Par conséquent, il est important non seulement de nettoyer efficacement, mais aussi de polluer moins les rivières.
Agriculteur intelligent: comment les capteurs infrarouges réduisent le flux d'engrais dans les rivières
L’un des principaux polluants fluviaux est l’agriculture. Et nous parlons non seulement de pollution biologique, mais aussi chimique, car tous les engrais chimiques sont tôt ou tard emportés des champs ou dans les rivières par les eaux souterraines. Les engrais azotés qui ne sont pas complètement absorbés par les plantes sont particulièrement nocifs. Les résidus s'évaporent ou tombent dans les rivières et les lacs voisins, provoquant une eutrophisation - une saturation excessive en nutriments qui contribuent à la croissance des micro-organismes et des plantes. En même temps, l'usine ne sait jamais exactement combien d'engrais azoté est nécessaire - les agriculteurs sont guidés par des normes acceptées.
Pour résoudre ce problème dans l'État américain du Nebraska en 2015, le projet SENSE (Sensors for Efficient Nitrogen Use and Stewardship of the Environment) a été lancé, qui consistait à mesurer le niveau réel d'azote s'accumulant dans les plantes afin de contrôler la consommation d'engrais azotés. L'expérience a impliqué des agriculteurs dans la vallée de la rivière Nebraska Platte principale, un affluent du Missouri, qui avait longtemps souffert du rinçage naturel des engrais azotés des champs agricoles. Des «tracteurs aux grands yeux» ont commencé à parcourir leurs champs.
La plupart des fermes participantes ont non seulement réduit les émissions excessives d'engrais azotés, mais également augmenté la productivité. Source: YouTube Channel Nebraska Extension On-Farm Research Network
Ils sont équipés de capteurs destinés à la canopée des plantes et émettant de la lumière visible et infrarouge dans le rayon proche. Les photodétecteurs des appareils captent le signal réfléchi des plantes. En fonction de son intensité, leur indice de santé est calculé, sur la base duquel le calcul des volumes requis d'engrais azotés est basé. Au cours des trois années du projet SENSE, l'utilisation d'engrais azotés dans l'économie de Platte Valley a diminué de 15%.
Donc, en prenant des mesures pour protéger les rivières, nous devons mesurer le résultat des efforts, et les études ponctuelles à cet égard sont inefficaces, car la rivière - un écosystème en évolution rapide - est comme prendre une photo d'un coureur essayant de capturer toute la course. Par conséquent, le suivi économique du fleuve est basé sur des indicateurs mis en ligne.
Comment la surveillance des cours d'eau est-elle organisée?
Différents appareils sont utilisés pour surveiller la rivière. La plupart du temps, des compteurs d'eau et des sondes multi-paramètres sont utilisés.
Un puits de mesure d'eau est un réservoir creusé non loin du rivage et relié à la rivière par deux canaux qui assurent l'afflux et le reflux de l'eau. La plupart du temps, ces appareils mesurent la pression sous-marine. Un mécanisme plus complexe est un dispositif multi-paramètres pour déterminer la qualité de l'eau. Il s'agit d'un tube sonde, qui est immergé dans l'eau au large des côtes parallèlement à l'approfondissement du fond de la rivière. Le tuyau est équipé de divers capteurs qui analysent le débit du fleuve, la température et d'autres paramètres à différentes profondeurs.
Les indicateurs collectés dans la sonde sont transmis par fil à un émetteur situé sur le rivage, qui les transmet via un réseau sans fil à la base de données. Source: Fondriest Environmental, Inc.
Une caractéristique commune de ces appareils est basée à terre. En attendant, pour analyser l'état des grands fleuves, il est important de savoir ce qui se passe loin des côtes.
Le Centre national de recherche et d'enseignement sur les grandes rivières (NGRREC) a créé le Réseau d'observation écologique des grandes rivières (GREON). Il s'agit d'un réseau de plates-formes flottantes pour la surveillance en temps réel de la qualité de l'eau dans les fleuves Mississippi, Missouri, Ohio et Arkansas. Chaque unité est équipée de capteurs pour mesurer la qualité de l'eau, la température, la conductivité électrique, l'oxygène dissous, la turbidité, les algues, les matières organiques dissoutes, les nitrates et les orthophosphates.
Les données obtenues par GREON peuvent être étudiées en ligne dans une base de données virtuelle, où circulent tous les paramètres pris de l'état écologique des cours d'eau.
Accord final: comment rapatrier les lucioles
Résumant ce qui précède: pour sauver les rivières, vous devez apprendre à ne pas les polluer, nettoyer le courant d'eau, économiser de l'énergie et surveiller les résultats. Mais cela ne suffit pas. Tous les écosystèmes ne sont pas restaurés seuls. Parfois, la nature a besoin d'aide.
Un exemple de la patrie de Toshiba. De nombreuses rivières et ruisseaux coulent dans la préfecture d'Oita sur l'île de Kyushu, tandis que la région est activement construite par des entreprises industrielles, y compris une usine de semi-conducteurs qui fabrique des produits pour Toshiba sur la rivière Kitanohana. Parmi les résidents locaux, il était célèbre comme habitat d'un grand nombre de lucioles. Mais en 2010, ils ont disparu. En collaboration avec le service de surveillance environnementale de Toshiba, les passionnés locaux et les experts invités ont découvert: la faille des eaux usées dans la rivière. Puis, grâce à des efforts conjoints, un programme a été mis en œuvre pour renvoyer les lucioles à Kitanohana. Pour ce faire, j'ai dû étudier le régime alimentaire des insectes, un régime de température adapté, et aussi identifier les substances dont l'entrée dans la rivière avait endommagé l'habitat. Grâce aux efforts consentis, cinq ans plus tard, les lucioles sont revenues.
L'un des rapatriés sur la rivière Kitanohanu. Source: Toshiba
Cette expérience et les autres décrites ci-dessus peuvent être utilisées par la Russie, qui est également confrontée à une tâche environnementale à grande échelle - pour sauver la Volga. 2/3 de la population vit sur les rives de la principale voie navigable de Russie et 2/3 des entreprises industrielles du pays sont situées. Cependant, dans certaines zones économiques, jusqu'à 90% de la pollution est inexacte, c'est-à-dire qu'elles proviennent, relativement parlant, non pas du tuyau de vidange de l'usine, mais des canaux naturels (ruissellement des eaux pluviales, rivières souterraines, etc.). Soit dit en passant, la
situation avec Don n'est
pas meilleure .
En 2018, les autorités russes ont adopté le programme de santé de la Volga dans le cadre du projet national d'écologie. Jusqu'en 2025, il est prévu de réduire de 67% le volume des effluents pollués, de doubler la capacité de la station d'épuration et de reconstruire 89 installations de ponceaux. 205 milliards de roubles seront alloués à ces fins. La Russie pourra-t-elle atteindre l'objectif 6 dans un seul pays? L'avenir nous le montrera.