Otevřete kohoutek a nalijte vodu do konvice – co by mohlo být jednodušší? Vezměte říční vodu, vyčistěte ji, dokud nebude pitná, a poté přeměňte špinavé odpadní vody zpět na čistou vodu – co může být obtížnější? A dražší. Pojďme zjistit, jak se voda z řek dostane do našich kohoutků a kolik musíme zaplatit za její čištění.
Hlavní zdroje sladké vody
71 % naší planety je pokryto vodou. V podstatě slaná voda, absolutně nepitelná. Pouze 3 % světové vody je sladká. Pokud z tohoto skromného objemu odstraníme 68 % ledu na pólech a 30 % podzemních čerstvých zdrojů, zůstane 0,8 % v permafrostu, 0,2 % v jezerech, 0,006 % v řekách a o něco více v atmosféře. To znamená, že množství snadno dostupné sladké vody na planetě je malé a to, co je k dispozici, většinou není vhodné k pití bez úpravy. Vezměme si tedy jako výchozí bod fakt, že pitná voda je drahý a vzácný zdroj.
Rusko je lídrem v množství povrchové sladké vody, takže voda pro městské zásobování vodou se nejčastěji odebírá z velkých jezer a řek. Artéské studny se používají pro malá sídla. Ale i v těch oblastech, kde tečou relativně čisté řeky nebo se kopají studny, vyžaduje voda před použitím pro centrální zásobování vodou přípravu, protože voda může obsahovat viry, nebezpečné bakterie, těžké kovy a další chemické nečistoty. Železná voda tedy ovlivňuje játra a kardiovaskulární systém, nadbytek fluoru kazí zuby a kosti, dioxiny zbylé ze spalování odpadků poškozují nervový systém a způsobují rakovinu, příliš tvrdá voda vyvolává tvorbu ledvinových kamenů a olovo negativně ovlivňuje vývoj dětí a způsobuje anémii. A o bakteriích a virech je vše jasné – nemoci, alergie a gastrointestinální poruchy jsou zaručeny. A také by bylo dobré použitou vodu čistit, a ne ji jen vylévat zpět do řeky.
Cyklus čištění vody ve městě se skládá ze dvou fází: odebírání vody z nádrží a její čištění pro použití ve vodovodních potrubích a následné čištění vzniklých odpadních vod a vypouštění vody zpět do nádrží. Tedy vodovod a kanalizace.
Čištění vody pro instalatérské práce
Nejprve na příkladu Moskvy pochopíme, jak se voda dostává do vodovodního systému. Podle webu Mosvodokanal je „centralizované zásobování moskevské oblasti vodou prováděno převážně z povrchových zdrojů vody. Jsou to vodní soustavy Moskvoretsko-Vazuzskaja a Volha, které zahrnují 15 nádrží a vodárenských tras – řeku Moskva s jejími přítoky a po pojmenovaný kanál. Moskva.” Celková denní výtěžnost vody z vodárenských stanic hlavního města je 11 milionů metrů krychlových, což je téměř čtyřnásobek spotřeby.
Moskvané pijí vodu z řeky Moskva, která protéká celým městem, i když tato myšlenka je zpočátku děsivá. Ve skutečnosti, než se obsah splavných řek dostane do bytů, prochází voda komplexní úpravou na jedné ze čtyř úpraven vody. Místa, kde se bere voda z řek, jsou uzavřená a pečlivě střežená – jde doslova o strategické objekty.
Po hrubé filtraci je voda ozonizována, zbavována organických látek všech velikostí a smíchána s koagulanty a flokulanty. Tato činidla „srazí“ zbývající kontaminanty na vločky, které se pak usadí. Ke smíchání vody s činidly dochází během deseti minut – s kratší dobou se vločky netvoří, při delším míchání začnou kolabovat. Po usazení sedimentu je voda opět ozonizována a odeslána k filtraci.
Tenké proudy vody po usazení vloček. Zdroj: Mosvodokanal
Dvoumetrová vrstva písku funguje jako filtr, kterým voda přirozeně prochází. Tento filtr se čistí přibližně jednou denně čistou vodou z rubové strany. Dále se voda přelije do další nádrže, kde vlastní vahou projde jeden a půl metrovou vrstvou dřevěného uhlí.
Poslední fází čištění jsou membrány, které dokážou zachytit částice o velikosti 0,01 mikronu (nejedná se o překlep). Každou hodinu se membrány čistí zpětným proudem vody. Od této chvíle je voda považována za pitnou, tedy za zcela zdravotně nezávadnou. Rozbory vody na všech stupních se provádí každé čtyři hodiny, v podmínkách zvýšeného rizika (např. jarní povodně) jednou za hodinu.
Membránové moduly a jejich obsah. Zdroj: Mosvodokanal
Voda se mimochodem nečistí chlórem – ten, respektive bezpečný chlornan sodný, se přidává až na samém konci, aby se zabránilo kontaminaci vody při průchodu městským potrubím. Alespoň v Moskvě je studená voda z kohoutku oficiálně považována za zcela bezpečnou k pití bez dodatečného čištění nebo převaření.
Čištění odpadních vod
Není snadné přeměnit říční vodu na pitnou, ale ještě obtížnější je čistit splašky na čistou a ekologicky nezávadnou vodu. Hlavní město obsluhují čtyři čistírny vod, kam proudí odpadní vody ze stok. Největší a nejmodernější z nich, Kuryanovskaya, je po modernizaci schopna zpracovat až 3,1 milionu metrů krychlových za den. V případě potřeby obdrží zařízení Ljubertsy další 3 miliony metrů krychlových, zařízení Zelenograd a Butovo dohromady – 220 tisíc metrů krychlových. To znamená, že rezervní kapacita čistíren, které přeměňují moskevské odpadní vody na čistou, nezávadnou vodu, je dvojnásobkem současné spotřeby města.
Takto fungují. Nejprve odpad proudí potrubím do přijímací komory čistírny – jde o velké nádrže, které byly donedávna otevřené, ze kterých se na kilometry kolem šířil nesnesitelný zápach. Naštěstí byly moskevské čističky zakryty speciálními kryty, takže obyvatelé okolních domů mohli konečně zapomenout na zápach splašků.
Nesnesitelně špinavá voda s velkým množstvím odpadků vypouštěných do kanalizace prochází hrubým mechanickým čištěním, při kterém jsou odstraněny všechny okem viditelné cizí předměty. Suchý zbytek je slisován a transportován do skladovacích míst.
Dále se část nečistot přirozeně usadí v usazovacích nádržích, načež lze vodu, stále špinavou a páchnoucí, poslat k provzdušnění. Během tohoto procesu se v provzdušňovacích nádržích (nejedná se o překlep!) mísí voda se speciálním kalem a bakteriemi, které „sežerou“ většinu znečištění a organických látek.
V teplé, okysličené vodě bakterie čistí vodu rychleji. Zdroj: Mosvodokanal
Usazený kal se pomalu odstraňuje sacími čerpadly. Určitě jste viděli fotografie čistíren odpadních vod, kde je v kulatých bazénech postaven most od středu k okraji. Jedná se o kalové čerpadlo, které se pomalu otáčí jako ručička hodin a sbírá kal ze dna. Na konci provozu sacího čerpadla je voda vizuálně čistá, ale ještě není bezpečná.
Kalové nádrže jsou nejznámější částí čistírny odpadních vod. Zdroj: Mosvodokanal
V poslední fázi je voda v moskevských úpravnách dezinfikována výkonnými křemennými lampami a poté vypouštěna do řeky. Formálně je bývalý odpadní tok čistší než voda odebraná z řeky pro primární čištění pro zásobování vodou. Mimochodem, odpadní vodu nelze chlorovat ani ozonizovat, jinak zbytkové stopy plynu a chemikálií skončí v řece a spolu s bakteriemi zničí vše živé.
Vizuální schéma moderní léčby z Mosvodokanal. Zdroj: Mosvodokanal
Čistička vody do kapsy
Myšlenka přenosného prostředku pro čištění jakékoli vody na pitnou úroveň byla vždy aktuální. Během XNUMX. světové války vojáci vyráběli filtry z písku, štěrku a cihel, pro individuální použití byly poskytovány chlorové tablety a dechlorační prostředek. Nyní je ruská vojenská IRP vybavena tabletami na dezinfekci vody sodnou solí kyseliny dichlorisokyanurové.
Toto není trik – LifeStraw Portable Filter skutečně umožňuje pít vodu z jakéhokoli zdroje. No, nebo téměř kterýkoli z nich. Zdroj: Vestergaard
V roce 2008 byl skutečným průlomem trubkový filtr LifeStraw od švýcarské společnosti Vestergaard, přes který můžete pít vodu doslova z jakékoli vodní plochy, dokonce i z louže. To, co odlišuje LifeStraw od typických uhlíkových filtrů, je použití tubulární membrány s póry 0,2 mikronu, která si lépe poradí s bakteriemi a parazity než uhlík. Dřívější verze LifeStraw nechrání před těžkými kovy a viry, ale aktualizovaný LifeStraw Flex je také dokázal odfiltrovat. Různé verze LifeStraw mají zdroj od 1800 do 4000 litrů a stojí od 19,95 $.
Spousta tenkých trubiček je systém membránových filtrů LifeStraw. Úplně stejné jako na membránových filtrech v moskevských úpravnách. Zdroj: YouTube
V současné době najdete v prodeji mnoho turistických lahví a tub s filtry, přesto stojí za to věnovat pozornost filtrační vložce. Pokud je v popisu zmíněno pouze uhlí, neměli byste riskovat odběr vody z louží a stojatých nádrží – omezte se na vodu z kohoutku. Uhlí deodorizuje vodu, odstraňuje těžké kovy a chlór, ale umožňuje průchod virům a bakteriím.
Kolik stojí čištění vody?
Vědecké a technologické kouzlo přeměny milionů tun odpadu na vodu zní skvěle, ale kolik takový složitý proces stojí? V otevřeném rozpočtu Moskvy je na sběr, likvidaci odpadu a čištění odpadních vod ročně přiděleno asi 900 milionů rublů, a to pouze k zajištění provozu stávající infrastruktury. A náklady na renovaci a výstavbu nových konstrukcí mohou dosáhnout miliard.
A to i přesto, že opatření efektivního využití a hospodárnosti umožnila omezit plýtvání vodou i v Moskvě, ačkoli počet obyvatel hlavního města za 20 let vzrostl o třetinu. Podle téhož Mosvodokanal utratili Moskvané v roce 2018 asi 3 miliony metrů krychlových vody. Jestliže v roce 1995 každý obyvatel města nalil do kanalizace asi 450 litrů denně, nyní je to asi 202 litrů.
Důležité je také to, že při čištění vody je vynaloženo mnoho peněz na dodávky energie. Například v USA jsou to 4 % veškeré spotřebované elektřiny.
Může to být levnější?
Pokud vodárenské společnosti nebudou mít po ruce levné a ekologické (vzácná kombinace) zdroje energie, pak si budou muset vystačit s tím, co mají, tedy využívat místní energetické společnosti a platit jim zavedené tarify. Aktualizace vybavení stanice může v budoucnu přinést určité úspory, vyžaduje však značné investice. Zbývá jen jedna cesta: zvýšit energetickou účinnost bez kompromisů v kvalitě čištění.
Pro Japonsko se stala problémem i spotřeba energie na čištění vody – ta spotřebuje 0,7 % elektřiny v zemi a elektřina na ostrově je mnohem dražší než v Rusku. Yukio Hiraoka, hlavní specialista divize Water & Environmental Systems společnosti Toshiba Infrastructure Systems & Solutions Corporation, přišel s myšlenkou dynamicky měnit proudění vzduchu tak, aby se voda během dne provzdušňovala. Provzdušňování, nezbytné pro život bakterií, tvoří až 60 % energie čistících zařízení, průtok odpadních vod se však mění v závislosti na denní době – v ranních a večerních hodinách je více, v noci téměř žádná nová odpadní voda, nadměrné provzdušňování již vyčištěné vody nic nedá. To znamená, že místo neustálého provzdušňování na jeden výkon můžete měnit přívod vzduchu při zachování účinnosti čištění vody.
Provzdušňovací systém s doplňkem od Toshiby. Zdroj: Toshiba
Pro stanovení kvality vody se používá marker NH4-N, jehož množství udává připravenost odpadní vody k dalšímu čištění. Na základě této skutečnosti Toshiba vytvořila senzor, který kontroluje koncentraci NH4-N a množství kyslíku rozpuštěného ve vodě. Speciální software čte hodnoty senzoru a v případě potřeby „utáhne ventil“, čímž zastaví zbytečné nadměrné provzdušňování.
Vývoj společnosti Toshiba snížil průtok vzduchu o 10,3 %, což jí umožnilo zaplatit se za něco málo přes dva roky a následně snížit náklady na úpravu vody snížením spotřeby elektrické energie vzduchových čerpadel. Řešení Toshiba nevyžaduje dovybavení čistíren – jde pouze o senzor, počítač a software, ale pokud bude řešení aplikováno po celé zemi, například v Rusku, úspory na úpravě vody budou činit miliardy rublů.
