В недавней статье «Day Zero — день, когда не станет воды» мы попытались разобраться в причинах водного кризиса на нашей планете. На текущий момент около двух миллиардов человек по всему миру страдает от нарушений водоснабжения населенных пунктов, спровоцированных изменениями климата. Продолжительные засухи приводят к падению уровня воды в реках и водохранилищах, питающих города и деревни. Мощные ливни и наводнения разрушают дамбы и очистные сооружения. Даже современные мегаполисы в развитых странах не застрахованы от серьезных проблем с водой.
В настоящее время научное и технологическое могущество людей достигло такого уровня, что можно решить практически любую задачу. Недавно специалисты NASA отчитались о настоящем прорыве в водоснабжении МКС: стало технически возможно собирать и восстанавливать до идеального питьевого качества 98 процентов воды, потребляемой космонавтами. Это открывает новые возможности для освоения Луны и дальнего космоса. Но и на Земле космические технологии могут пригодиться, как уже не раз бывало.
Из этой же статьи выяснилось, сколько чистой воды требуется на человека в сутки для обеспечения главных жизненных потребностей — минимум 3,7 литра.Казалось бы, не так много — таким количеством питьевой воды вполне возможно, наверное, обеспечить каждого из 8 миллиардного населения Земли. Но при этом, по данным ВОЗ, только от диареи, вызванной употреблением загрязненной воды, гибнет полмиллиона человек в год. Большинство из них — дети до 5 лет... Причина этого бедствия понятна: добывать, очищать, сохранять и доставлять питьевую воду для постоянно растущего населения планеты технически сложно и дорого. Поэтому поиск решений направлен не только в сторону эффективных инноваций, но и в прошлое. Порой забытые технологии выглядят многообещающе с точки зрения экономичности и доступности.
Американские ученые изучили систему водоснабжения городов цивилизации Майя, просуществовавшей примерно полтора тысячелетия. В джунглях Центральной Америки до сих пор сохранились остатки искусственных сооружений — дамбы, каналы, ложа больших водохранилищ. Один из крупнейших городов майя, Тикаль, имел водохранилища, которые могли вместить более 900 000 кубометров воды. Исследователи задумались о назначении протяженных дамб вблизи городов и пришли к выводу, что их строили для создания водно-болотных угодий, своеобразных очистных сооружений, обеспечивающих высокую степень фильтрации и очистки воды биологическими методами. Судя по донным отложениям, майя специально высаживали самые эффективные фильтрующие растения — рогоз, некоторые виды осоки и тростника — способные очищать воду от азота и фосфора и препятствовать ее загниванию. Очищенная таким образом вода поступала не только в питьевые резервуары, но и в декоративные водоемы при храмах и дворцах. Там цвели священные лилии — символ власти правителей майя. Эти растения не переносят загрязненной воды. Можно предположить, что власть вождей и священников во многом держалась на их способности обеспечивать подданных водой и «договариваться» с богом дождя — Чака. Этот договор не сработал в конце первого тысячелетия нашей эры: началась многолетняя катастрофическая засуха, которая, видимо, и привела к закату цивилизации майя.
В нашу эпоху искусственные водно-болотные угодья, вдохновленные опытом майя, могут обеспечить экологически чистый, экономически выгодный и энергоэффективный метод очистки природных и сточных вод. Подобные опыты проводились в новосибирском Институте цитологии и генетики с неприхотливым растением водяной гиацинт (Eichhórnia crássipes) родом из Центральной Америки. Несмотря на замечательные фильтрационные способности, там эйхорния признана опасным сорняком из-за своей живучести и способности к безудержному размножению. Но в холодном климате встает другая проблема — как размножать эйхорнию и сохранить посадочный материал зимой. Как раз ее решили в Новосибирске. Попутно проводились исследования способности водяного гиацинта поглощать самые опасные загрязнители — радионуклиды и тяжелые металлы. Здесь эйхорния не знает себе равных! Ученые продемонстрировали, что за летний сезон живая масса растений может справиться с этой проблемой на прудах-отстойниках челябинского химкомбината «Маяк». Водяной гиацинт способен нейтрализовать даже ракетное топливо гептил, убивающее водоемы вблизи пусковых площадок и по трассам пролета ракет. Осенью насыщенные вредными веществами растения необходимо собрать, высушить и сжечь в специальных печах, а пепел захоронить, как это делают с отходами повышенного класса опасности. Это хлопотно, но зато есть гарантия, что яд не попадет в грунтовые воды и реки.
Раз уж вышло, что мы первым делом заговорили об очистке воды, приведу еще несколько примеров многообещающих разработок:
1. Большой международный коллектив исследователей представил в декабре 2023 года итоги работы по созданию перспективной биотехнологии, позволяющей очищать промышленные стоки от опасных химических загрязнений, плохо уловимых другими способами. Для опытов были выбраны распространенные в природе, неприхотливые и живучие представители рода Daphnia. Их неправильно называют водяными блохами, хотя дафнии относятся к ракообразным. Эти крошечные существа способны бурно размножаться и фильтровать огромный объем воды в поисках питательных веществ, попутно поглощая и загрязнители. В экспериментах дафниям «скармливали» наиболее опасные и при этом широко распространенные вещества — фармацевтическое соединение диклофенак, пестицид атразин, тяжелый металл мышьяк, промышленный химикат ПФОС. Результат в лаборатории: рачки изъяли из воды почти весь диклофенак и более половины других загрязнителей. Эксперименты проводились сначала в аквариуме, а теперь используются в настоящей очистительной установке с более чем 2 000 литрами воды. На следующем этапе дафний планируют поместить в резервуар с 21 миллионами литров воды. Ученые утверждают, что подобные очистные сооружения будут рекордно эффективными и экономичными.
Подумалось, что биометоды помогут индивидуализировать водоподготовку и очистку стоков: аквариум с рачками и специально подобранными растениями украсит любой интерьер, попутно можно еще и рыбку на обед выращивать. Шутки шутками, но уже попадались в продаже запаянные колбы с замкнутой водяной экосистемой. Тут открывается простор для интересных и безопасных экспериментов.
2. Существует большое количество способов очистки и обеззараживания воды химическими методами. Но применяемые вещества, и особенно их соединения, сами по себе опасны для здоровья (к примеру, хлор). В поисках альтернативы я наткнулась на относительно новый метод очистки воды с помощью ультразвуковых излучателей малой мощности. Пояснения и отзывы звучат убедительно. Если среди читателей есть эксперты, поделитесь своим мнением, почему такой метод широко не применяется. Какие у него минусы и ограничения?
Но пора вернуться к основной задаче, диктуемой водным кризисом: где взять пресную воду, если ее физически не хватает в относительно легком доступе. Ясно, что решения можно найти почти всегда. Люди научились вызывать искусственные осадки, поворачивать реки, добывать воду из глубинных горизонтов, опреснять морскую воду, даже подгонять к берегу огромные айсберги. Но все это или безумно дорого, или создает серьезные экологические проблемы.
Кажется, оптимальным решением могла бы стать конденсация воды из воздуха. Знание физики позволяет страннику не погибнуть даже в самой суровой безводной пустыне. Всего то нужно иметь с собой большой кусок полиэтиленовой пленки. Но для обеспечения водой большого количества людей такой способ не подойдет — не хватит ни пленки, ни свободной земной поверхности.
Группа ученых из Университета Иллинойса предложила получать большое количество пресной воды, используя естественных процесс образования водяного пара над поверхностью океана.
На иллюстрации показан предлагаемый подход к улавливанию пара над поверхностью океана и его транспортировке на сушу:
В ходе исследования были проанализированы 14 регионов с нехваткой пресной воды, в том числе побережье Атлантического океана у Лиссабона в Португалии и побережье Тихого океана у Лос-Анджелеса. Ряд факторов делает эти территории самыми подходящими для строительства установок по сбору водяного пара. И там процесс будет экономически эффективным.
Ученые полагают, что их новая разработка сможет заменить дорогостоящие опреснительные установки. «Паросборник» будет представлять собой сооружение 100 метров в высоту и 210 метров в ширину и размещаться в нескольких километрах от берега. Такие установки смогут собирать водяной пар с поверхности океана и перенаправлять его по трубе на сушу, где он будет конденсироваться в чистую пресную воду.
Любопытно, что изобретатели в данном случае ничего не изобрели — они просто имитируют естественный физический процесс гидрологического цикла, когда влага испаряется из океана, затем переносится вглубь суши, охлаждается и конденсируется, а затем выпадает на поверхность земли в виде осадков. Специалисты только предлагают взять этот процесс под контроль и использовать для получения пресной воды в нужном месте.
И это действительно экологичный способ получения воды, особенно по сравнению с опреснительными установками, дающими на выходе не только воду, но и сверхконцетрированный рассол, насыщенный опасными для всего живого веществами.
В поисках новых идей по сбору и хранению питьевой воды я натолкнулась на чрезвычайно интересную лекцию на известном ресурсе TED.com, созданном для распространения полезных идей по всему миру. Видео по-английски, но по запросу его переводят на 22 языка! Там выложена лекция инженера-эколога Дэвида Седлака, который практически осуществляет инновационные решения для водоснабжения засушливой южной части Калифорнии. В частности, Седлак рассказывает о своей идее по обращению с ливневой водой. Её избыток в тех краях бывает только зимой, и никаких емкостей не хватит, чтобы эту воду собирать и хранить. И она бездарно утекала в океан, пока инженеры не догадались направлять её на гравийные фильтрационные поля, расположенные в естественных низинах. Там дождевая вода очищается от мусора и постепенно просачивается под землю, пополняя грунтовые воды. И не надо никаких затрат на хранение и водоподготовку! Вода из артезианских скважин так или иначе проходит необходимую очистку перед тем, как стать питьевой.
Дэвид рассказывает и о других остроумных решениях для водоснабжения городов, посмотрите лекцию (или почитайте перевод). А еще он написал популярную книгу Water 4.0: The Past, Present, and Future of the World's Most Vital Resource. Она издана Йельским университетом в 2015 году.
Очень хочется добыть и почитать.
Почитать подробнее:
1. О воде на МКС: https://www.space.com/astronaut-pee-iss-water-recycling-98-percent-milestone
2. Данные ВОЗ: https://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets/detail/drinking-water
3. Опыт индейцев майя: https://www.newsweek.com/ancient-maya-kings-water-crisis-1833857
4. О водяном гиацинте https://naked-science.ru/article/sci/rastenie-kotoroe-pogloshchaet
5. О рачках Daphnia: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969723058515?via%3Dihub
6. Об очистке воды с помощью ультразвука: https://www.ultrazvu.com/o_priborax.php
7. О сборе водяного пара: https://gizmodo.com/researchers-want-to-try-harvesting-fresh-water-from-oce-1849902884
8. Лекция Дэвида Седлака: https://www.ted.com/talks/david_sedlak_4_ways_we_can_avoid_a_catastrophic_drought/transcript?language=ru
Другие материалы авторской рубрики Ирины Самаховой «Глобальные вызовы»:
1. Что такое глобальные проблемы: https://telegra.ph/CHTO-TAKOE-GLOBALNYE-PROBLEMY-04-15
2. Рукотворный оазис в Индии: https://telegra.ph/Rukotvornyj-oazis-v-Indii-rubrika-Globalnye-vyzovy-04-22
3. Великие качели: история изменений климата за 2 тысячи лет: https://telegra.ph/Velikie-kacheli-istoriya-izmenenij-klimata-za-2-tysyachi-let-rubrika-Globalnye-vyzovy-05-06-2
4. Научный взгляд на изменения климата: https://telegra.ph/Nauchnyj-vzglyad-na-izmeneniya-klimata-rubrika-Globalnye-vyzovy-05-27
5. Насколько природны «природные пожары»: https://telegra.ph/Naskolko-prirodny-prirodnye-pozhary-rubrika-Globalnye-vyzovy-06-22
6. Не спешите изобретать! Обзор интересных и амбициозных технологий, которые призваны бороться с глобальным потеплением: https://telegra.ph/Ne-speshite-izobretat-rubrika-Globalnye-vyzovy-07-15
7. Говорящий лед: https://telegra.ph/Govoryashchij-led-rubrika-Globalnye-vyzovy-07-28
8. Землетрясения и цунами: https://telegra.ph/Zemletryaseniya-i-cunami-rubrika-Globalnye-vyzovy-08-23
9. Как уменьшить разрушительные последствия землетрясений: обзор технологий: https://telegra.ph/Kak-umenshit-razrushitelnye-posledstviya-zemletryasenij-obzor-tehnologij-rubrika-Globalnye-vyzovy-08-29
10. Рекордная жара: https://telegra.ph/Rekordnaya-zhara-rubrika-Globalnye-vyzovy-09-23
11. Day Zero — день, когда не станет воды: https://telegra.ph/Day-Zero--den-kogda-ne-stanet-vody-rubrika-Globalnye-vyzovy-09-30
12. Потепление продолжается: новейшие данные и небывалые события - https://telegra.ph/Poteplenie-prodolzhaetsya-novejshie-dannye-i-nebyvalye-sobytiya-rubrika-Globalnye-vyzovy-10-17
Ирина Самахова
Статья впервые была опубликована 5 ноября
Специально для Telegram-канала «Глобальные вызовы. Локальные решения»
