Dari Gangga ke Volga: bagaimana cara menyelamatkan sungai dari polusi?

Kita telah menggambarkan jalan yang dilewati air sungai dalam perjalanan ke kacamata kita, berubah dari "sup biokimiawi" yang disiapkan oleh alam menjadi minuman terpenting umat manusia. Namun, untuk melestarikan sumber daya air tawar di masa depan, kita perlu berhati-hati tentang air yang seseorang ubah menjadi “sup” sebelum mengembalikannya ke sungai setelah digunakan dalam kehidupan sehari-hari, industri, dan pertanian. Kami menjelaskan mengapa ini penting, apa yang mencemari sungai dan teknologi baru apa yang membantu membersihkan dan melestarikannya.

Sasaran 6: Mengapa penting bagi kita untuk menghemat air

Pada 2015, 193 negara anggota PBB menetapkan 17 tujuan pembangunan berkelanjutan yang harus dicapai sebelum 2030 untuk "meningkatkan kemakmuran dan melindungi planet kita." Berbagai tugas sangat luas - mulai dari pengentasan kemiskinan hingga perdamaian dunia. Bukan yang pertama, tetapi tidak berarti tujuan ke-17, diakui sebagai "memastikan akses ke sumber daya air bersih dan sanitasi untuk semua" (sasaran No. 6). Mengapa manusia peduli akan hal ini?

Menurut PBB, lebih dari 40% populasi dunia menderita kekurangan air. Sekitar 1,8 miliar orang menggunakan sumber air minum yang terinfeksi bakteri tinja. Alasannya adalah pencemaran aktif badan air, karena 80% limbah cair dibuang tanpa pengolahan. Konsekuensinya diperkirakan dalam jutaan kematian setiap tahun dan dalam persen dari PDB benua besar seperti Afrika dan negara-negara berpenduduk seperti India. Bagaimana kabarnya?

Difusi kotor: apa dan bagaimana merusak sungai

Jenis kontaminasi yang paling umum adalah bahan kimia dan bakteri. Kimia terjadi melalui difusi - penetrasi timbal balik dari molekul-molekul dari satu substansi ke substansi lain dengan penyetaraan konsentrasi selanjutnya di seluruh volume. Akan tetapi, bakteri melibatkan masuknya mikroorganisme yang bukan karakteristiknya ke dalam ekosistem sungai atau reproduksi abnormal yang ada.

Hampir semua jenis aktivitas manusia dengan satu atau lain cara membahayakan lembah sungai. Air limbah domestik, produksi, curah hujan yang tercemar, pertanian, perkapalan, energi. Polutan apa yang terlibat?

Minyak dan produk minyak. Meskipun minyak sebagian besar diangkut melalui laut, sungai juga sering mengalami polusi minyak. Ketika fosil cair ini dimasukkan ke dalam botol, yang disebut slick pertama kali terbentuk - bintik-bintik di permukaan air. Untuk ini, banyak minyak tidak diperlukan - satu ton dapat mencemari 12 meter persegi. km dari air. Kemudian sebagian dari buangan menguap (sekitar 30%), dan yang lainnya hanyut (30% lainnya). Massa yang tersisa disebut "chocolate mousse" - itu adalah emulsi viskositas tinggi yang persisten, di mana semua makhluk hidup mati.

Radiasi Kontaminasi radionuklida pada sungai paling sering terjadi karena limpasan perairan industri dari industri yang sesuai. Misalnya, di Rusia, selama lebih dari setengah abad, Sungai Techa di Wilayah Chelyabinsk telah terkena kontaminasi radioaktif yang konstan. Asosiasi Produksi Mayak bahkan membangun kaskade reservoir buatan di lembah sungai ini, tempat air dengan muatan radioaktif mengendap. Isotop unsur radioaktif menumpuk di tanah, tanaman, dan organisme hidup, menyebabkan penyakit radiasi.


Sejak 1949, limbah nuklir secara teratur dibuang ke Sungai Techa. Sumber: Ecodefense / Heinrich Boell Stiftung Russia / Slapovskaya / Nikulina

Deterjen atau, lebih sederhana, deterjen. Mereka sangat beracun dan dapat terurai secara hayati. Terkadang deterjen membentuk lapisan busa di permukaan sungai dengan lebar hingga 1 m. Deterjen paling berbahaya bagi ikan muda dan ganggang.

Logam berat. Merkuri, timbal, seng, kromium, timah dan logam lain dari kelompok ini juga masuk ke perairan sungai paling sering dari tanaman industri. Logam berat dan senyawanya terakumulasi dalam tubuh hewan sungai, menyebabkan penyakit.

Polusi termal . Bersih, tetapi air panas dapat merusak sungai. Paling sering, sumbernya adalah pembangkit listrik tenaga panas dan nuklir. Air hangat meningkatkan penguapan, meningkatkan mineralisasi, mendorong pertumbuhan intensif vegetasi air dan mikroorganisme, penyebaran patogen dan virus.

Stok ternak. Karena manfaat ekonomi, kompleks ternak paling sering terletak di dekat sungai dan danau. Di sebuah peternakan besar, 1 ton bubur dibentuk setiap hari. Masuknya campuran tersebut ke dalam air menyebabkan penyebaran patogen dan parasit.

Kapal air pemberat. Untuk menjaga stabilitas, kapal sungai dan sungai-laut mengambil air dari sungai atau laut, dan kemudian membuang pemberat ini bersama dengan akumulasi kotoran, termasuk produk minyak.

Arung jeram. Paduan kayu di sepanjang sungai menyumbat air dengan kulit kayu dan potongan pohon lainnya. Mereka membusuk, menyerap oksigen dan memancarkan zat berbahaya fenolik. Selain itu, semak yang mengganggu paduan sering ditebang, yang menyebabkan erosi dan pendangkalan dasar sungai.

Memerangi ini dan polutan lainnya, serta meningkatkan ekologi sungai, membantu menyelamatkan, memperkenalkan zat-zat yang kurang berbahaya ke dalam produksi, hidromonitoring pintar, mikroba, dan bahkan kulit kenari.

Cangkang kenari dan bakteri pemakan minyak: cara membersihkan air limbah di kilang Moskow

Pertama-tama, menghemat sungai dan air segar membantu menyelamatkannya. Tidak satu pun produksi dapat dilakukan tanpa air, jadi penting, pertama, untuk menggunakan sumber daya yang sudah diambil dari alam untuk kedua kalinya, dan, kedua, untuk mengembalikan mereka ke keadaan normal.

Itu ternyata baik di Pengilangan Minyak Moskow, di mana kompleks Biosphere diperkenalkan pada 2017. Sistem pengolahan baru memungkinkan untuk mengurangi konsumsi air sungai sebanyak 2,5 kali dan 3 kali mengurangi volume air limbah dari raksasa penyulingan minyak. Bagaimana?

"Biosfer" terdiri dari dua unit pemurnian - fisika-kimia dan biologis. Di blok pertama, air limbah kilang memasuki sektor pra-pengolahan, di mana kotoran mekanik dihilangkan. Kemudian air melewati separator, flotator - tangki khusus di mana zat ditambahkan ke air yang berkontribusi pada munculnya kotoran dan kotoran - dan saringan kulit yang menyerap zat yang tidak larut dengan baik. Dari sini, air memasuki unit after-treatment yang dilengkapi dengan sepuluh filter karbon aktif.

Semakin banyak langkah pembersihan, semakin baik, tetapi, sayangnya, hasilnya lebih mahal. Sumber: Gazprom Neft YouTube Channel

Kemudian aliran air dibersihkan oleh angin, lebih tepatnya dengan flotasi tekanan, di mana aliran udara yang kuat diarahkan ke campuran air. Ini menciptakan gelembung udara yang, naik ke permukaan, mengambil kotoran dan produk minyak. Dari sini, air mengalir ke bagian tengah sistem - bioreaktor membran yang menghilangkan organik, serta nitrogen dan fosfor. Di sini, limbah dicampur dengan lumpur, yang sebelumnya dihuni oleh bakteri khusus yang dapat menyerap residu produk minyak. Untuk menghilangkan lumpur itu sendiri, air melewati membran dengan lebar pori lebih tipis dari rambut manusia. Sekarang cairan siap untuk reverse osmosis - aliran melewati membran yang terdiri dari sel-sel ukuran molekul H2O.

Hasilnya adalah 99,9% air murni, yang memalukan tidak hanya untuk kembali ke lembah Sungai Moskow, tetapi bahkan untuk minum. Meskipun ada satu "tetapi": itu mahal.

Generate & Clean: Cara Meningkatkan Ekonomi Pembersihan

Penjernihan air selalu mencari keseimbangan antara kualitas hasil dan harganya. Sistem seperti Biosfer Pengilangan Minyak Moskow tidak murah: 9 miliar rubel telah diinvestasikan dalam proyek. Selain itu, proses pembersihannya sendiri membutuhkan banyak energi. Dan jika pekerja minyak memiliki banyak uang dan listrik, maka konsumen air sungai lainnya - dan ini terutama petani, industri makanan, produksi kertas, otoritas kota - hal-hal berbeda dengan ini. Dan di sini Toshiba memiliki pengetahuan luas tentang cara mengubah air limbah menjadi bahan baku untuk pembangkit listrik sendiri.

Biasanya mikroorganisme aerobik digunakan untuk membersihkan, yang membutuhkan oksigen seumur hidup. Metode ini dikaitkan dengan biaya tinggi. Bersama-sama, kami menggunakan bioreaktor yang dihuni oleh anaerob yang dapat menggunakan zat lain untuk kehidupan. Begitu berada di reaktor, air limbah dimurnikan dari kotoran organik dengan flotasi pada tekanan rendah. Dengan tidak adanya oksigen, bakteri anaerob membusuk polutan organik. Hasil dari pesta mereka adalah air, metana dan karbon dioksida, serta penurunan radikal dalam konsumsi oksigen biokimia dan kimia (kriteria utama untuk polusi air adalah tingkat BOD dan COD).

Biogas yang dihasilkan oleh reaktor dapat digunakan sebagai sumber listrik, panas atau (di masa depan) biofuel untuk mengisi bahan bakar mobil atau generator.


Sistem fermentasi metana dasar. Tergantung pada sifat air limbah, BOD dapat dikurangi hingga 80-95%, dan COD - hingga 60-80%. Sumber: Toshiba

Sistem ini beradaptasi dengan hampir semua standar pencemaran biologis sungai yang diizinkan, yang mungkin berbeda di berbagai negara. Untuk melakukan ini, cukup dengan menambah atau mengurangi jumlah langkah pemurnian, atau lebih tepatnya, jumlah tangki metana.


Sistem fermentasi metana dua tahap mampu memurnikan air dengan konsumsi oksigen biokimia hingga 15.000 mg / l, dengan norma yang biasanya dapat diterima tidak melebihi 600 mg / l. Sumber: Toshiba

Sudah ada contoh fasilitas perawatan di dunia yang tidak hanya mengurangi konsumsi, tetapi menjadi sama sekali tidak mudah menguap dengan mengubah biogas menjadi listrik. Pada 2015, sebuah pabrik pengolahan limbah yang melayani 114 ribu konsumen di kota-kota Gresham, Fairview dan Wood Village (Oregon, AS) mulai menghasilkan lebih banyak listrik daripada yang diperlukan untuk kebutuhan mereka sendiri. Pemerintah setempat puas: setiap tahun mereka menghemat listrik 500 ribu dolar.

Namun, pembersihan sungai di negara berkembang tidak semulus di negara maju. Di sini masalah ini lebih akut, tetapi lebih sedikit sumber daya yang tersedia untuk menyelesaikannya.

Hard Case: Bagaimana Internet of Things Membantu Membersihkan Gangga

600 juta orang India tinggal di tepi Sungai Gangga, dan terlepas dari kenyataan bahwa orang-orang ini menciptakan salah satu peradaban tertua di dunia, sungai terpenting di India saat ini tidak dalam kondisi terbaik. Setiap hari, 1 juta kiloliter air tercemar dibuang ke saluran air utama Hindustan. Selain itu, pembuangan ini terjadi tanpa terkendali dan hampir tanpa upaya untuk mengurangi bahaya. Selain itu, bahkan jika semua fasilitas perawatan yang tersedia digunakan, hanya 1/3 dari semua efluen yang akan dinonaktifkan.

Masalah India juga terletak pada bagaimana tanah masuk ke Sungai Gangga. Tidak ada sistem pembuangan air limbah yang terorganisir ke sungai, yaitu, limbah produksi, dan limbah perkotaan, dan air industri untuk kebutuhan penduduk pedesaan membentuk satu aliran, yang hampir secara tak terkendali memasuki Sungai Gangga. Itulah sebabnya Toshiba telah membangun seluruh sistem pabrik pengolahan yang mengontrol dan mengolah limbah di sepanjang tepi Sungai Gangga.


Sebuah pabrik pengolahan dipasang di daerah kota Allahabad (bagian Uttar Pradesh) di pertemuan Sungai Gangga dan Yamuna. Sumber: Toshiba

Hingga saat ini, Toshiba telah menciptakan jaringan fasilitas perawatan dengan total panjang 110 km di sepanjang tepi Sungai Gangga. Untuk menggabungkan semua elemen kunci dari sistem ini dan mengurangi biaya penggunaannya, semua kekuatan ini dilengkapi dengan sensor IoT. Ini memungkinkan Anda untuk mengelola seluruh jaringan dari jarak jauh secara real time, sehingga mengurangi biaya personel dan manajemen di masing-masing pabrik pembersih. Namun, meskipun efektivitas langkah-langkah pengolahan air meningkat, tingkat polusi akan meningkat mengikuti pertumbuhan ekonomi. Karena itu, penting tidak hanya membersihkan secara efisien, tetapi juga mengurangi polusi sungai.

Petani pintar: bagaimana sensor inframerah mengurangi aliran pupuk ke sungai

Salah satu pencemar sungai utama adalah pertanian. Dan kita tidak hanya berbicara tentang polusi biologis, tetapi juga kimia, karena semua pupuk kimia cepat atau lambat terhanyut dari ladang atau ke sungai melalui air tanah. Pupuk nitrogen yang tidak sepenuhnya diserap oleh tanaman sangat berbahaya. Residu menguap atau jatuh ke sungai dan danau terdekat, menyebabkan eutrofikasi di dalamnya - saturasi berlebihan dengan nutrisi yang berkontribusi pada pertumbuhan mikroorganisme dan tanaman. Pada saat yang sama, pabrik tidak pernah tahu persis berapa banyak pupuk nitrogen yang dibutuhkan - petani dipandu oleh standar yang diterima.

Untuk mengatasi masalah ini di negara bagian Nebraska AS pada tahun 2015, proyek SENSE (Sensor untuk Penggunaan Nitrogen yang Efisien dan Pengelolaan Lingkungan) diluncurkan, yang melibatkan pengukuran tingkat akumulasi nitrogen yang nyata dalam tanaman untuk mengendalikan konsumsi pupuk nitrogen. Percobaan ini melibatkan para petani di lembah sungai Nebraska Platte utama, anak sungai Missouri, yang telah lama menderita pembilasan alami pupuk nitrogen dari ladang pertanian. "Traktor bermata besar" mulai mengendarai melalui ladang mereka.

Sebagian besar pertanian yang berpartisipasi tidak hanya mengurangi emisi pupuk nitrogen berlebih, tetapi juga meningkatkan produktivitas. Sumber: YouTube Channel Nebraska Extension On-Farm Research Network

Mereka dilengkapi dengan sensor yang ditujukan pada kanopi tanaman dan memancarkan cahaya tampak dan inframerah dalam radius dekat. Fotodetektor perangkat menangkap sinyal pantulan dari instalasi. Bergantung pada intensitasnya, indeks kesehatannya dihitung, berdasarkan perhitungan volume pupuk nitrogen yang diperlukan. Selama tiga tahun proyek SENSE, penggunaan pupuk nitrogen dalam ekonomi Lembah Platte menurun sebesar 15%.

Jadi, mengambil tindakan untuk melindungi sungai, kita perlu mengukur hasil upaya, dan studi satu kali dalam hal ini tidak efektif, karena sungai - ekosistem yang berubah dengan cepat - seperti mengambil gambar pelari yang mencoba menangkap seluruh ras. Oleh karena itu, pemantauan ekonomi sungai didasarkan pada indikator yang online.

Bagaimana pemantauan sungai diatur?

Berbagai perangkat digunakan untuk memantau sungai. Sebagian besar meter air dan probe multi-parameter digunakan.

Sumur pengukur air adalah reservoir yang digali tidak jauh dari pantai dan dihubungkan ke sungai melalui dua saluran, yang memastikan aliran masuk dan keluar air. Sebagian besar perangkat tersebut mengukur tekanan bawah air. Mekanisme yang lebih kompleks adalah perangkat multi-parameter untuk menentukan kualitas air. Ini adalah tabung probe, yang dicelupkan ke dalam air di lepas pantai sejajar dengan pendalaman dasar sungai. Pipa ini dilengkapi dengan berbagai sensor yang menganalisis laju aliran sungai, suhu dan parameter lainnya pada kedalaman yang berbeda.

Indikator yang dikumpulkan dalam probe ditransmisikan dengan kabel ke pemancar yang terletak di pantai, yang mentransmisikannya melalui jaringan nirkabel ke database. Sumber: Fondriest Environmental, Inc.

Fitur umum dari perangkat ini adalah berbasis pantai. Sementara itu, untuk menganalisis keadaan sungai besar, penting untuk mengetahui apa yang terjadi jauh dari pantai.

Pusat Penelitian dan Pendidikan Great Rivers Nasional (NGRREC) menciptakan Jaringan Pengamatan Ekologi Great Rivers (GREON). Ini adalah jaringan platform terapung untuk pemantauan kualitas air secara real-time di sungai Mississippi, Missouri, Ohio, dan Arkansas. Setiap unit dilengkapi dengan sensor untuk mengukur kualitas air, suhu, konduktivitas listrik, oksigen terlarut, kekeruhan, alga, organik terlarut, nitrat dan ortofosfat.

Data yang diperoleh oleh GREON dapat dipelajari secara online dalam database virtual, di mana semua parameter yang diambil dari keadaan ekologis aliran sungai.

Final chord: cara memulangkan kunang-kunang

Ringkas hal di atas: untuk menyelamatkan sungai, Anda perlu belajar untuk tidak mencemari mereka, membersihkan aliran air, menghemat energi, dan memantau hasilnya. Tetapi ini tidak cukup. Tidak semua ekosistem dipulihkan sendiri. Terkadang alam membutuhkan bantuan.

Contoh dari tanah air Toshiba. Banyak sungai dan aliran mengalir di Prefektur Oita di pulau Kyushu, sementara wilayah tersebut secara aktif dibangun oleh perusahaan industri, termasuk pabrik semikonduktor yang membuat produk untuk Toshiba di Sungai Kitanohana. Di antara penduduk setempat, itu terkenal sebagai habitat sejumlah besar kunang-kunang. Namun pada 2010, mereka menghilang. Bersama dengan Layanan Pemantauan Lingkungan Toshiba, para penggemar lokal dan pakar yang diundang menemukan: air limbah sesar masuk ke sungai. Kemudian, melalui upaya bersama, sebuah program dilaksanakan untuk mengembalikan kunang-kunang ke Kitanohana.Untuk melakukan ini, saya harus mempelajari pola makan serangga, suhu yang sesuai, dan juga untuk mengidentifikasi zat yang masuk ke sungai merusak habitat. Berkat upaya yang dilakukan, lima tahun kemudian kunang-kunang kembali.


Salah satu repatriat di Sungai Kitanohanu. Sumber: Toshiba

Ini dan pengalaman lain yang dijelaskan di atas dapat digunakan oleh Rusia, yang juga menghadapi tugas lingkungan berskala besar - untuk menyelamatkan Volga. 2/3 dari populasi tinggal di tepi jalur air utama Rusia dan 2/3 dari perusahaan industri di negara itu berada. Namun, di beberapa daerah ekonomi hingga 90% dari polusi tidak akurat, yaitu, mereka datang, secara relatif, bukan dari pipa pembuangan tanaman, tetapi dari saluran alami (limpasan air hujan, sungai bawah tanah, dll.). Omong-omong, situasi dengan Don tidak lebih baik .

Pada 2018, otoritas Rusia mengadopsi Program Kesehatan Volga sebagai bagian dari proyek Ekologi nasional. Pada tahun 2025, direncanakan untuk mengurangi volume limbah yang tercemar hingga 67%, menggandakan kapasitas pabrik pengolahan, dan juga merekonstruksi 89 fasilitas gorong-gorong. 205 miliar rubel akan dialokasikan untuk keperluan ini. Akankah Rusia dapat mencapai Sasaran 6 di satu negara? Masa depan akan muncul.