Co to jest woda pitna?

W obliczu globalnego kryzysu wody pitnej na horyzoncie, stare i nowe technologie w pełni wykorzystują istniejące zasoby wody

„Woda pitna” oznacza po prostu wodę, która jest bezpieczna do picia, a jest jej coraz mniej na świecie. Rosnące zużycie wody nadwyręża zasoby słodkiej wody na całym świecie, a pozornie niekończąca się lista zanieczyszczeń może zmienić niegdyś zdatną do picia wodę w zagrożenie dla zdrowia lub sprawić, że stanie się ona po prostu nie do zaakceptowania pod względem estetycznym.

Z ponad 2 miliardów ludzi, którzy nie mają wody pitnej w domu, 844 miliony nie mają nawet podstawowych usług związanych z wodą pitną, w tym 263 miliony, które muszą pokonywać 30 minut drogi, aby zdobyć wodę. Około 159 milionów pije nieuzdatnioną wodę powierzchniową. Niebezpieczna woda pitna jest główną przyczyną chorób biegunkowych, które zabijają około 800 000 dzieci poniżej 5 roku życia rocznie, zazwyczaj w krajach rozwijających się, ale oczekuje się, że 90 krajów nie osiągnie celu powszechnego dostępu do wody pitnej do 2030 roku.

Co sprawia, że woda nie nadaje się do picia?

Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) dzieli zanieczyszczenie wody pitnej na organiczne, nieorganiczne, radiologiczne i mikrobiologiczne, a także uwzględnia miary akceptowalności smaku, zapachu i wyglądu.

• Zanieczyszczenia organiczne to substancje chemiczne na bazie węgla, w tym rozpuszczalniki i pestycydy, które są wprowadzane przez odpływy rolnicze lub zrzuty przemysłowe. Mogą one być odpowiedzialne za szereg poważnych problemów zdrowotnych, od raka do zaburzeń funkcji endokrynologicznych.
• Zagrożenia radiologiczne obejmują radon, cez, pluton i uran. W Ameryce Północnej, radon jest główną przyczyną raka płuc u osób niepalących i główną przyczyną środowiskową umieralności na raka ogółem.
• Zanieczyszczenia nieorganiczne, takie jak kwasy mineralne, sole nieorganiczne, metale, cyjanki i siarczany, utrzymują się w środowisku. Metale ciężkie mogą powodować problemy neurologiczne u ludzi, zwłaszcza u nienarodzonych i dzieci, a także bioakumulować się w niektórych produktach spożywczych. Arsen może powodować raka, zmiany skórne, choroby układu krążenia, cukrzycę i zaburzenia funkcji poznawczych. Zakwity glonów z substancji odżywczych, takich jak fosfor i azot, mogą również wprowadzać cyjanotoksyny do wody pitnej.
• Patogeny przenoszone przez wodę, w tym bakterie, wirusy, pierwotniaki i pasożyty są zwykle wprowadzane do wody za pośrednictwem kału i mogą powodować szereg chorób, od łagodnego zapalenia żołądka i jelit do potencjalnie śmiertelnej biegunki, czerwonki, zapalenia wątroby, duru brzusznego, cholery i kryptosporydiozy. Miliony ludzi są również zarażone chorobami tropikalnymi przenoszonymi przez wodę, w tym trachomą, najczęstszą przyczyną ślepoty, której można zapobiec.

Zagrożeniem dla wody pitnej są również tak zwane „pojawiające się zanieczyszczenia” lub „zanieczyszczenia stanowiące nowe zagrożenie dla środowiska”, do których należą farmaceutyki wprowadzane przez ścieki i odpływy z hodowli zwierząt.

Zmętnienie (brak przejrzystości spowodowany przez wymieszane cząstki) może nadać wodzie nieakceptowalny smak, zapach lub wygląd. To, czy mętna woda jest szkodliwa, czy po prostu nieatrakcyjna, zależy od występującego w niej materiału. W celu skutecznego uzdatniania wody pitnej, ważne jest dokładne przeanalizowanie wody źródłowej, a następnie dostosowanie uzdatniania do konkretnych warunków i standardów wody.

Uzdatnianie wody pitnej

Wiele sprawdzonych procesów uzdatniania wody jest nadal wykorzystywanych na etapie wstępnego uzdatniania. Historia uzdatniania wody sięga tysięcy lat wstecz, aż do cywilizacji minojskiej, około 1700 r. p.n.e., i starożytnych Egipcjan, którzy po raz pierwszy użyli flokulacji i sedymentacji ałunu do oczyszczania wody około 1500 r. p.n.e.

Sedymentacja to pozwalanie cząstkom w mętnej wodzie na osiadanie. Ałun i inne „lepkie” dodatki znane jako polielektrolity wspomagają proces osadzania poprzez flokulację, czyli sklejanie cząstek w „kłaczki”. Flokulacja i sedymentacja za pomocą klarowników jest powszechna w stacjach uzdatniania wody.

Zrozumienie mikrobiologii, które przyszło wraz z pracą dr Johna Snowa i Ludwika Pasteura w 1800 roku miało wielkie implikacje dla uzdatniania wody. Badania połączyły zmętnienie z patogenami, a filtry piaskowe zostały po raz pierwszy użyte do uzdatniania wody z publicznych źródeł w 1829 roku w Londynie. Miejskie systemy wodne w Stanach Zjednoczonych podążyły za tym przykładem we wczesnych latach 1900, a proces filtracji za pomocą warstw piasku, żwiru i węgla drzewnego pozostaje szeroko rozpowszechniony do dziś.

Ale środki dezynfekujące, takie jak chlor w Ameryce i ozon w Europie odegrały największą rolę w zakończeniu epidemii chorób przenoszonych przez wodę, takich jak dur brzuszny, czerwonka i cholera. Dzisiaj, miejskie wodociągi rutynowo wstępnie chlorują wodę, aby zapobiec rozwojowi glonów i wzrostu biologicznego, lub chlorują wodę w końcowych etapach jej uzdatniania. Chlorowanie w połączeniu z napowietrzaniem jest również stosowane do usuwania rozpuszczonego żelaza, a napowietrzanie skutecznie usuwa lotne związki organiczne (VOCs). Inne metody dezynfekcji obejmują promieniowanie ultrafioletowe (UV) i regulację pH.

Nowoczesne uzdatnianie wody

W czasach współczesnych, postęp technologiczny opiera się na fundamencie starszych metod uzdatniania. Na przykład, procesy aerobowe są od dawna podstawą oczyszczania ścieków, szczególnie ścieków i innych strumieni odpadów o wysokiej zawartości substancji organicznych lub ulegających biodegradacji. W procesach tlenowych mikroorganizmy, które rozwijają się w natlenionej wodzie, rozkładają zanieczyszczenia organiczne i usuwają azotany.

Najnowsze i najbardziej wydajne oczyszczanie tlenowe można znaleźć w reaktorze z membranowym napowietrzaniem biofilmu (MABR), który zużywa do 90% mniej energii na napowietrzanie, najbardziej energochłonny etap oczyszczania biologicznego. W MABR, jednoczesna nitryfikacja-denitryfikacja odbywa się w pojedynczym zbiorniku, który zawiera spiralnie zwiniętą, przepuszczającą powietrze membranę. Napowietrzanie odbywa się przy ciśnieniu zbliżonym do atmosferycznego. MABR, który jest godny uwagi ze względu na wysoką jakość ścieków, jak również oszczędność energii, jest dostępny w celu modernizacji istniejących zakładów, jak również w małych, pakowanych systemach odpowiednich dla zdecentralizowanych strategii oczyszczania. Decentralizacja umieszcza mniejsze zakłady w pobliżu punktu użycia, eliminując potrzebę ogromnych, regionalnych zakładów i kosztownych sieci rurociągów, które są finansowo poza zasięgiem dla wielu regionów.

Inne procesy oczyszczania wody, które wykorzystują membrany poczyniły znaczne postępy od lat 70-tych i 80-tych, w tym w filtracji odwróconej osmozy. Nowoczesna filtracja w odwróconej osmozie (RO) jest realizowana poprzez wymuszenie przepływu wody pod ciśnieniem przez membranę, która jest półprzepuszczalna na poziomie molekularnym, aby wykluczyć niepożądane rozpuszczalniki.

Jednym z powszechnych sposobów wykorzystania RO w produkcji wody pitnej jest odsalanie. W połowie lat 2010-tych postępy w tej dziedzinie zwiększyły jej efektywność energetyczną i kosztową. Nowoczesne zakłady odsalania produkują około 50% wody pitnej w Izraelu. Wyższe współczynniki odzysku oraz niższe zużycie energii i chemikaliów sprawiły, że odsalanie stało się znacznie tańsze. Obecnie odsalanie jest dostępne w skalowalnych i szybko wdrażanych opcjach Smart Packaged, odpowiednich do decentralizacji.

Terapia beztlenowa, biologiczny proces oczyszczania, który opiera się na mikrobach rozwijających się przy braku tlenu, jest obecnie wykorzystywany do usuwania materiału organicznego i śladowych zanieczyszczeń organicznych (TOC) powstałych w wyniku działalności człowieka. TOC gromadzą się w organizmach poprzez biomagnifikację i bioakumulację i powodują nieodwracalne szkody u ludzi i zwierząt, zaburzając układ hormonalny i powodując nowotwory.

Podczas procesu fermentacji beztlenowej mikroorganizmy rozkładają związki organiczne, tworząc biogaz, który w większości składa się z metanu. Systemy przetwarzania odpadów na energię mogą być również instalowane w celu zbierania metanu i wykorzystywania go do generowania energii.

Wymiana jonowa, proces chemiczny, który wymienia niepożądane jony rozpuszczone w wodzie na jony o podobnym ładunku, jest szeroko stosowana do potabilizacji w procesach takich jak zmiękczanie wody, demineralizacja, dealkalizacja, dejonizacja i dezynfekcja. Specjalistyczne żywice jonowymienne ukierunkowane na konkretne zanieczyszczenia takie jak azotany, nadchlorany i uran również stają się coraz bardziej popularne w produkcji wody pitnej.

Przyszłość wody pitnej

Zapotrzebowanie na słodką wodę na całym świecie ma wzrosnąć o 55% w latach 2000-2050, a ostatnio naukowcy NASA ustalili, że zasoby słodkiej wody są wykorzystywane szybciej niż są uzupełniane. Jay Famiglietti, starszy hydrolog w NASA, ostrzegł: „Poziom wód gruntowych obniża się na całym świecie. Nie ma nieskończonych zasobów wody.”

Woda pitna ma fundamentalne znaczenie dla ludzkiego życia i możemy się spodziewać, że będzie to coraz większy problem w przewidywalnej przyszłości.

Woda pitna jest niezbędna do życia.