Abra a torneira e despeje água na chaleira - o que poderia ser mais fácil? Pegue a água do rio, limpe-a para um estado de beber e depois transforme o esgoto sujo em água limpa - o que poderia ser mais difícil? E mais caro. Nós descobrimos como a água dos rios entra em nossa torneira e quanto você precisa pagar para limpá-la.
As principais fontes de água doce
71% do nosso planeta está coberto de água. Basicamente, água salgada, absolutamente inadequada para beber. Na quantidade total de água no mundo,
apenas 3% são frescos . Se 68% do gelo nos pólos e 30% das fontes subterrâneas de água doce forem removidos deste volume modesto, permanecerão 0,8% em permafrost, 0,2% em lagos, 0,006% em rios e um pouco mais na atmosfera. Ou seja, a quantidade de água doce prontamente disponível no planeta é pequena e a que é mais frequentemente inadequada para beber sem tratamento. Portanto, tomaremos como ponto de partida o fato de que a água potável é um recurso caro e escasso.
A Rússia lidera a quantidade de água doce superficial, portanto, na maioria das vezes, a água para o abastecimento urbano de água é retirada de grandes lagos e rios. Para pequenos assentamentos, são utilizados poços artesianos. Mas mesmo em áreas onde rios relativamente limpos fluem ou são perfurados, a água requer preparação antes de poder ser usada para o abastecimento central de água, porque pode haver vírus, bactérias perigosas, metais pesados e outros contaminantes químicos na água. Assim, a água glandular atinge o fígado e o sistema cardiovascular, o excesso de flúor estraga os dentes e os ossos, as dioxinas deixadas pela queima do lixo prejudicam o sistema nervoso e causam câncer, a água dura demais provoca pedras nos rins e o chumbo afeta negativamente o desenvolvimento de crianças e adolescentes. causa anemia. E sobre bactérias e vírus, e tudo fica claro - são fornecidas doenças, alergias e distúrbios digestivos. E a água usada também seria agradável de limpar, e não apenas drenaria de volta ao rio.
O ciclo de tratamento de águas urbanas consiste em dois estágios: entrada de água de corpos d'água e tratamento para uso em tubulações de água e, em seguida, tratamento do esgoto resultante e descarga de água de volta para corpos d'água. Ou seja, abastecimento de água e esgoto.
Tratamento de água para abastecimento de água
Primeiro, no exemplo de Moscou, descobriremos como a água entra no sistema de abastecimento de água. Segundo o site da Mosvodokanal, “o suprimento centralizado de água da região de Moscou é realizado principalmente a partir de fontes de água de superfície. São os sistemas de água de Moskvoretsko-Vazuzskaya e Volzhskaya, que incluem 15 reservatórios e vias de abastecimento de água - o rio Moscou com seus afluentes e o canal com o nome de Moscou ". A perda diária total de água das estações de captação de água da capital é de 11 milhões de metros cúbicos, quase quatro vezes maior que o consumo.
Os moscovitas bebem água do rio Moscou que flui por toda a cidade, embora essa ideia seja assustadora a princípio. De fato, antes que o conteúdo dos rios marítimos entre nos apartamentos, a água passa por um tratamento abrangente em uma das quatro estações de tratamento de água. Os locais de captação de água dos rios são fechados e cuidadosamente guardados - esses são literalmente objetos estratégicos.
Após uma filtragem aproximada, a água é ozonizada, descartando orgânicos de todos os tamanhos e misturada com coagulantes e floculantes. Esses reagentes "batem" os contaminantes restantes em flocos, que depois se depositam. A mistura de água com os reagentes ocorre em dez minutos - com menos tempo, os flocos não se formam; com uma mistura mais longa, eles começam a se decompor. Após a sedimentação, a água é novamente ozonizada e enviada para filtragem.
Gotas finas de água após flocos de lodo. Fonte: MosvodokanalO filtro é uma camada de areia de dois metros através da qual a água passa naturalmente. Esse filtro é limpo uma vez por dia pela pressão da água limpa na parte de trás. Em seguida, a água é despejada em outro tanque, onde também, sob seu próprio peso, passa por uma camada de carvão de um metro e meio.
O último estágio de purificação são membranas capazes de reter partículas com um tamanho de apenas 0,01 mícrons (isso não é um erro de digitação). A cada hora, as membranas são limpas com um fluxo reverso de água. A partir daí, a água é considerada potável, ou seja, completamente segura para a saúde. A análise da água em todas as etapas é realizada a cada quatro horas e em condições de maior risco (por exemplo, inundações na primavera) uma vez por hora.
Módulos de membrana e seu conteúdo. Fonte: MosvodokanalA propósito, eles não limpam a água com cloro - ou seja, hipoclorito de sódio seguro, é adicionado no final para evitar a contaminação da água durante a passagem pelos oleodutos da cidade. Pelo menos em Moscou, a água fria da torneira é oficialmente considerada completamente segura para beber sem purificação e fervura adicionais.
Tratamento de esgoto
Transformar a água do rio em água potável não é fácil, mas é ainda mais difícil limpar o esgoto para um estado de água limpa e ecológica. A capital é servida por quatro estações de tratamento de água, onde o esgoto dos esgotos flui. O maior e mais moderno deles, Kuryanovskaya, após a modernização é capaz de processar até
3,1 milhões de metros cúbicos por dia . Se necessário, as estruturas de Lyubertsy receberão outros 3 milhões de metros cúbicos, Zelenogradsk e Butovsky juntos - 220 mil metros cúbicos. Ou seja, a reserva de energia das instalações de tratamento que transformam as águas residuais de Moscou em água limpa e segura é o dobro do consumo atual da cidade.
Eles funcionam assim. Primeiro, os canos fluem através dos canos para a câmara receptora da estação de tratamento - são grandes tanques, até recentemente abertos, dos quais um cheiro insuportável se espalha por quilômetros. Felizmente, as estações de tratamento de águas residuais de Moscou estavam cobertas com coberturas especiais, para que os moradores das casas próximas finalmente pudessem esquecer o cheiro dos esgotos.
A água insuportavelmente suja com uma enorme quantidade de detritos lançados no esgoto passa por uma limpeza mecânica áspera, durante a qual são removidos todos os objetos estranhos visíveis aos olhos. O resíduo seco é prensado e transportado para aterros sanitários.
Além disso, nos tanques de sedimentação, parte da lama assenta naturalmente, após o que a água, ainda suja e com mau cheiro, pode ser enviada para aeração. Durante esse processo, em tanques de aeração (isso não é um erro de digitação!), A água é misturada com lodo e bactérias especiais que “consomem” a maioria dos contaminantes e orgânicos.
Em água morna e oxigenada, as bactérias limpam a água mais rapidamente. Fonte: MosvodokanalO lodo de decantação é removido lentamente pelas bombas de sucção. Você deve ter visto fotos das instalações de tratamento onde uma ponte foi construída em piscinas circulares do centro até a borda. Este é o ilosos, que gira lentamente, como um ponteiro de relógio, e coleta lodo do fundo. No final da operação da bomba de lodo, a água fica limpa visualmente, mas ainda não é segura.
Os reboques de lodo são a parte mais reconhecível das estações de tratamento de esgoto. Fonte: MosvodokanalNo último estágio, a água nas estações de tratamento de águas residuais de Moscou é desinfetada com lâmpadas de quartzo poderosas e depois despejada no rio. Formalmente, o antigo esgoto é mais limpo do que a água retirada do rio para tratamento primário do abastecimento de água. A propósito, é impossível clorar ou ozonizar a água de esgoto; caso contrário, vestígios residuais de gás e produtos químicos cairão no rio e, juntamente com bactérias, destruirão todos os seres vivos.
Um diagrama claro da limpeza moderna de Mosvodokanal. Fonte: MosvodokanalPurificador de água no seu bolso
A idéia de um produto portátil para limpar qualquer água até o nível de consumo sempre foi relevante. Durante a Primeira Guerra Mundial, os soldados fizeram filtros de areia, cascalho e tijolo; comprimidos com cloro e um agente desclorante foram projetados para uso individual. Agora, os comprimidos para desinfetar a água com o sal de sódio do ácido dicloroisocianúrico estão sendo investidos no RPI militar russo.
Isso não é um golpe publicitário - o filtro portátil LifeStraw realmente permite que você beba água de qualquer fonte. Bem, ou quase de qualquer ... Fonte: VestergaardEm 2008, o filtro de tubo LifeStraw da empresa suíça Vestergaard foi um verdadeiro avanço, através do qual você pode beber água de praticamente qualquer reservatório, mesmo de uma poça. A diferença entre o LifeStraw e os filtros de carbono típicos é o uso de uma membrana tubular com poros de 0,2 mícrons, que pode lidar melhor com bactérias e parasitas que o carvão. As versões anteriores do LifeStraw não protegiam contra metais pesados e vírus, mas o
LifeStraw Flex atualizado foi capaz de filtrá-los. Diferentes versões do LifeStraw têm recursos de 1800 a 4000 litros e custam US $ 19,95.
Um monte de tubos finos - este é o sistema de filtro de membrana LifeStraw. Exatamente o mesmo que nos filtros de membrana das instalações de tratamento de Moscou. Fonte: YouTubeAgora à venda, você pode encontrar muitos frascos e tubos turísticos com filtros, no entanto, vale a pena prestar atenção ao elemento filtrante. Se apenas o carvão for mencionado na descrição, você não deve arriscar coletar água de poças e reservatórios permanentes - limite-se à água da torneira. O carvão desodoriza a água, remove metais pesados e cloro, mas transmite vírus e bactérias.
Quanto custa a purificação da água?
A mágica científica e técnica de transformar milhões de toneladas de lixo em água parece ótima, mas quanto custa um processo tão complexo? No
orçamento aberto de Moscou, cerca de 900 milhões de rublos por ano foram alocados para a coleta, destinação final de resíduos e tratamento de águas residuais, e isso é apenas a manutenção da infraestrutura existente. E os custos de atualização e construção de novas estruturas podem ser bilhões.
Isso apesar do fato de que medidas de uso e economia eficientes tornaram possível reduzir o desperdício de água, mesmo em Moscou, embora a população da capital tenha crescido um terço em 20 anos. Segundo o mesmo Mosvodokanal, em 2018, os moscovitas gastaram cerca de 3 milhões de metros cúbicos de água. Se em 1995 cada morador da cidade despejava no esgoto cerca de 450 litros por dia, agora cerca de 202 litros.
Importante é o fato de que muito dinheiro é gasto no abastecimento de água para tratamento de água. Nos EUA, por exemplo, isso representa
4% de toda a eletricidade consumida .
É mais barato?
Se as empresas de abastecimento de água não dispõem de fontes de energia baratas e ecológicas (combinação rara), você deve fazer o que tem, ou seja, usar empresas locais de energia e pagá-las a tarifas estabelecidas. Algumas economias no futuro podem advir da atualização do equipamento da estação, mas isso requer um investimento sério. Há apenas uma maneira: aumentar a eficiência do consumo de energia sem comprometer a qualidade do tratamento.
Para o Japão, o custo de energia do tratamento de água também se tornou um problema - são necessários 0,7% da eletricidade do país, e a eletricidade na ilha é muito mais cara que a russa. Yukio Hiraoka, especialista chefe de sistemas de água e meio ambiente da Toshiba Infrastructure Systems & Solutions Corporation,
propôs a idéia de alterar dinamicamente o fluxo de ar para aeração da água ao longo do dia. A aeração, necessária para a vida bacteriana, é responsável por até 60% da energia elétrica das instalações de tratamento, no entanto, o fluxo de efluentes varia de acordo com a hora do dia - há mais de manhã e à noite, quase não há novos efluentes à noite, a aeração excessiva da água já purificada não produzirá nada. Portanto, em vez de aeração constante com a mesma potência, você pode alterar o suprimento de ar, mantendo a eficácia da purificação da água.
Sistema de aeração adicional Toshiba. Fonte: ToshibaPara determinar a qualidade da água, é utilizado o marcador NH4-N, cuja quantidade indica a prontidão do efluente para tratamento adicional. Com base nesse fato, a Toshiba criou um sensor que verifica a concentração de NH4-N e a quantidade de oxigênio dissolvido na água. Um software especial lê as leituras do sensor e, se necessário, "aperta a válvula", interrompendo o excesso de aeração sem sentido.
O desenvolvimento da Toshiba reduziu o fluxo de ar em 10,3%, o que permitiu recuperá-lo um pouco mais do que em dois anos e, posteriormente, reduzir o custo do tratamento de água, reduzindo o consumo de eletricidade pelas bombas de ar. A solução Toshiba não requer reequipamento das instalações de tratamento - é apenas um sensor, um computador e um software, mas se a solução for aplicada em escala nacional, por exemplo, na Rússia, a economia no tratamento de água será de bilhões de rublos.