Ежедневно миллионы литров загрязненной воды проходят через множество рек Южной Африки, попадая в море. В Южной Африке небольшая река Стибеуэль в Франшхуке, расположенная примерно в 75 километрах к востоку от Кейптауна, сильно загрязнена. Это происходит из-за недостаточных систем канализации и дренажа, которые обслуживают близлежащий неформальный поселок Лангруг, куда сбрасываются сточные воды и загрязненная дождевая вода.
В Лангруге проживает около 26 000 человек в густонаселенных жилищах, где устаревшая и перегруженная инфраструктура не справляется с нагрузкой. Исследователь водных ресурсов из Института будущих вод Университета Кейптауна и директор исследовательского центра Water Hub в Франшхуке участвует в группе ученых, которые работают более тесно с природой, изучая ее методы для очистки и повторного использования воды.
Исследования в Water Hub проводятся на старом заброшенном очистном сооружении. Этот объект превращается в живую лабораторию для демонстрации способов преобразования сильно загрязненной воды в безопасный ресурс без применения химических добавок.
В недавней научной работе авторы описали результаты проекта по установке естественных систем фильтрации для очистки воды реки Стибеуэль. Были использованы старые сушильные бассейны, ранее применявшиеся для обезвоживания ила на бывшем очистном сооружении. Эти бассейны были заполнены мелкими камнями, биоуглем (сырье из дерева, нагретое при температуре 800 градусов Цельсия) и крупным песком.
Загрязненная речная вода медленно проходит через эти фильтрующие ложа, что позволяет удалять такие загрязнители, как бактерии и питательные вещества. Примерно через пять дней вода становится достаточно чистой для полива. Исследование показало высокую эффективность этого метода: естественно очищенная вода стабильно не содержала бактерий E. coli, что свидетельствовало об отсутствии загрязнения человеческими или животными отходами.
Кроме того, система удаляла от 85% до 95% аммиака и фосфора, которые загрязняют реки и водохранилища. Эти загрязнители остаются в фильтрующих ложах, где микробы, естественно присутствующие в системе, питаются ими и расщепляют большую часть загрязнения. Растения также поглощают избыточные питательные вещества, такие как аммиак и фосфор, способствуя очищению воды перед ее возвращением в реку или использованием для орошения.
Системы, основанные на природе, не могут полностью заменить полноценно функционирующие очистные сооружения из-за большого объема воды, поступающей из городов. Однако полученные данные важны, поскольку они демонстрируют, что природные системы очистки воды, не требующие электричества или дорогостоящего оборудования, могут помочь муниципалитетам, сталкивающимся с ростом затрат на электроэнергию, ухудшением состояния инфраструктуры и ограниченными техническими навыками.
Природная очистка сточных вод помогает сообществам эффективнее использовать ограниченные запасы воды. В регионах, пострадавших от засухи и изменения климата, она обеспечивает местный источник очищенной воды, который можно повторно использовать для сельского хозяйства и других нужд.
Природная очистка загрязненной воды
Река Стибеуэль, которую изучали исследователи, настолько загрязнена, что местные жители больше не могут ею пользоваться. Место, которое когда-то служило для купания в верхнем течении, превратилось в свалку твердых отходов. Река также несет чрезмерное количество бактерий E. coli; ее уровень превышает 400 000 колониеобразующих единиц на 100 мл. Согласно руководствам по качеству воды в Южной Африке, людям не следует контактировать с водой, где уровень E. coli выше 130 единиц на 100 мл.
В воде также содержится высокое количество аммиака и фосфора из бытовых чистящих средств, что может спровоцировать массовое цветение водорослей. Эти водоросли окрашивают озера и медленно текущие реки в зеленый цвет и лишают их кислорода. Помимо этого, были обнаружены микропластик и следы лекарств. Результатом является медленное, но неуклонное снижение качества воды, увеличение расходов муниципалитета на очистку и растущее давление на и без того скудные запасы пресной воды.
Вода, загрязненная канализационными стоками, обычно очищается энергоемкими методами, включая химическую дезинфекцию. Однако большая система биофильтрации, построенная исследователями, не требует этого. Вода откачивается из реки Стибеуэль в резервуар объемом 10 000 литров, а затем подается в два накопительных бака, которые питают биофильтр — естественную систему фильтрации.
Конструкция, использованная в проекте, имитирует естественный процесс очищения воды здоровыми водно-болотными угодьями. Исследование показало, что данная система:
- стабильно снижает концентрацию аммиака и фосфатов до 90%
- удаляет 99% вредных бактерий
- достигает более 90% удаления некоторых фармацевтических соединений и микропластика.
Примерно 50 000 литров загрязненной воды очищается ежедневно. Около 3 000 литров в день используются для орошения овощных садов, которыми управляют молодые женщины из неформального поселения. Эти сады предоставляют возможности для развития навыков, опыта в производстве продуктов питания и создания малого бизнеса. Остальная вода сбрасывается обратно в реку, что играет важную роль, поскольку чистая вода поддерживает жизнь речных экосистем и растительности, которые, в свою очередь, очищают воду, текущую ниже по течению.
Что необходимо предпринять дальше
Water Hub демонстрирует, как сточные воды могут быть очищены и повторно использованы вблизи места их образования, вместо того чтобы полагаться на крупные централизованные очистные сооружения. Такой локальный подход может быть скопирован в других сообществах. Децентрализация очистки воды облегчает улучшение качества воды в районах, где муниципальные службы доставки услуг находятся в упадке.
Создание такой природной системы относительно недорого. Минимальны затраты на обслуживание и необходимые навыки для базовой эксплуатации. Тем не менее, для работы системы требуется персонал для регулярного мониторинга качества воды и внесения корректировок при необходимости, например, замедление или ускорение потока воды или реагирование на изменения погоды или уровня загрязнения.
Исследование показывает, что сочетание науки, инженерии и участия общественности может привести к созданию продуктивных активов, способных поддерживать производство продуктов питания, создавать источники дохода и укреплять водную безопасность. Это также демонстрирует, как децентрализованная водная инфраструктура может одновременно поддерживать средства к существованию, показывая, что сточные воды больше не следует рассматривать просто как отходы, а как ценный ресурс, который необходимо восстанавливать и повторно использовать. В африканских странах, где чистая и безопасная вода становится одним из самых ценных ресурсов, изучение работы с природой, а не против нее, может оказаться одним из самых разумных вложений.
