Вопрос обеспечения всех людей чистой водой является одним из приоритетных для Организации Объединенных Наций и прописан в Целях ООН в области устойчивого развития, разработанных для достижения лучшего будущего.
Поставленная цель состоит в том, чтобы каждый человек имел доступ как минимум к 20–50 литрам безопасной чистой воды в день для питья, приготовления пищи и купания. Однако человечество еще очень далеко от этой цели.
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), более 2,5 миллиардов человек в настоящее время живут в странах, которые не имеют доступа к безопасной питьевой воде, которую можно набрать в пешей доступности.
Инфраструктура водоснабжения во многих местах разрушается, из-за чего ежегодно теряются миллиарды литров очищенной воды. Вода тратится впустую в сельском хозяйстве, орошении, производстве энергии и других водоемких отраслях.
Загрязненная вода и плохие санитарные условия затрагивают 780 миллионов человек, которые по большей части живут в экономически бедных районах с дефицитом воды. По оценкам ВОЗ, загрязненная питьевая вода вызывает 502 000 смертей в год только от диареи.
Всего этого можно избежать благодаря доступу к чистой воде. Хорошая новость заключается в том, что сегодня появляются новые перспективные технологии для усовершенствованной очистки воды.
Энергия солнца для автономной работы
В большинстве случаев проблема заключается не в том, что воды не хватает, а в том, что она загрязнена. Обычно это связано с тем, что в развивающихся странах 80% сточных вод сбрасываются в водоемы без очистки, а строить полноценные очистительные сооружения в отдаленных местностях очень сложно.
Чтобы исправить эту ситуацию, компания Innovative Water Technologies разработала систему фильтрации воды под названием SunSpring Hybrid. Это автономный портативный фильтр, работающий на солнечной и ветровой энергии, который обеспечивает 20 000 литров чистой воды в день в течение десяти и более лет.
В устройстве используется мембранная технология, задерживающая 99% вредных веществ — их SunSpring Hybrid удаляет в процессе автоматической самоочистки. Кроме того, фильтр позволяет собирать дождевую воду и использовать ее в качестве питьевой.
Вода из воздуха
Технология Hydropanel от стартапа Zero Mass Water также использует для работы солнечную энергию и создает достаточное количества чистой питьевой воды для двух-трех человек — примерно 10 литров в день. Принцип работы довольно прост: вентиляторы прогоняют воздух через гигроскопичный материал. Затем водяной пар, извлеченный из воздуха, конденсируется и накапливается в 30-литровом резервуаре. Далее вода в баке фильтруется, в нее добавляются минералы для улучшения питьевых свойств воды. Систему можно подключить к водопроводному крану в доме для быстрого доступа к готовой к употреблению воде.
Ловцы тумана
Жители района Сиди-Ифни в Марокко страдают от дефицита подземных вод и осадков, однако со стороны Атлантического океана в эту местность приходит много тумана.
Некоммерческая организация Dar Si Hmad решила использовать эту уникальную ситуацию на пользу людям и установила коллекторы тумана на склонах горы Бутмезгида. В настоящее время CloudFisher — крупнейший в мире проект по сбору тумана, который ежедневно производит около 6300 литров воды.
Сам процесс не представляет сложности в техническом плане. Туман «ловится», когда проходит через переплетение больших вертикальных сетей и стекает в систему сбора, где фильтруется и смешивается с грунтовыми водами. Затем вода подается по трубопроводу в пять деревень — таким образом обеспечиваются нужды нескольких сотен человек.
Акустические нанотрубки
Технологию акустических нанотрубок изобрели ученые из Космического центра NASA имени Джонсона. Она использует акустику вместо давления, чтобы направить воду через углеродные нанотрубки малого диаметра.
Технология основана на акустическом молекулярном экране, интегрированном с углеродными нанотрубками, которые пропускают молекулы воды, блокируя любые более крупные молекулы и загрязняющие вещества. Экран потребляет меньше энергии, чем традиционные системы фильтрации, и отделяет воду от загрязняющих веществ, а не удаляет загрязнители из воды. Этот процесс также устраняет необходимость регулярной промывки системы фильтрации.
Использование этой технологии лучше подходит для очистки воды в больших масштабах — в случае с опреснительными установками, промышленностью, сточными водами, больницами, муниципальными водоочистными сооружениями и т. д. Она настраивается в соответствии с потребностями пользователей — то есть при необходимости можно добавить нескольких фильтров.
Бактерии против токсинов
В пресной воде активно цветут сине-зеленые водоросли, цианобактерии, которые выделяют микроцистины. Попадая в организм человека при питье или плавании в загрязненной воде, они атакуют в том числе клетки печени и нервной системы. Всего известно около около 80 видов микроцистинов, одним из самых токсичных является микроцистин-LR. По информации ВОЗ, безопасный уровень содержания этого вещества в питьевой воде составляет 1,0 мкг/л, однако бороться с цианобактериями сложно, поскольку они быстро разрастаются и легко приспосабливаются к окружающим условиям.
Решить эту проблему ученые предлагают при помощи других бактерий, которые выделяют соединения, запускающие клеточную смерть опасных сине-зеленых водорослей. Исследователи университета Делавэра провели эксперименты, которые доказали, что бактерии совершенно безвредны для других видов водорослей, а также рыб и моллюсков. Бактерии-убийцы можно помещать в специальные гелевые капсулы: сеть с капсулами забрасывается в резервуар и вынимается через промежуток времени, необходимый для очистки. Таким образом можно избежать чрезмерного размножения данных бактерий и контролировать процесс на каждом этапе.
Инновационный кристалл
Фотокаталитическая очистка воды не требует реагентов и основана на химической реакции, при которой специальное покрытие под действием ультрафиолета испаряет вредные органические соединения. Ученые Южно-Уральского государственного университета разработали фотокатализатор с термостабильным микропористым покрытием на основе оксида титана-кремния. Такое покрытие даже при низком уровне облучения показывает эффективность против опасных фенольных соединений в сточных водах. Кроме того, оксид титана-кремния, или анатаз, сохраняет свои свойства даже при температуре до 700 °C, что дает возможность применять его во многих технологических процессах на производстве.
Инновационное покрытие наносится на стеклянные пластины, которые облучаются ультрафиолетом или просто солнечным светом. Затем в через проточный реактор пропускается загрязненная вода, и активные радикалы, выделившиеся в ходе облучения, разрушают опасные органические соединения в ней.
Ученые предполагают, что фотокаталитические покрытия на основе анатаза будут незаменимы на угольных и нефтехимических предприятиях и помогут предотвращать утечки вредных веществ.