A felgyorsuló klímaváltozás nyomán felértékelődik az egészséges ivóvíz, amihez a világ népességének közel 10 százaléka egyáltalán nem jut hozzá. Közel 2 milliárd embernek pedig még mindig csatornázatlan a lakóhelye, miközben a műszaki fejlődés a vízgazdálkodást is elérte már. Nézzük milyen lehetőségeket nyújt a problémák megoldására a technológiai ipar.
A szűkös vagy éppen hiányzó ivóvízellátással nemcsak a fejlődő világ legelmaradottabb országai szembesülnek, számos példa mutatta már, hogy hatalmas metropoliszok is kiszolgáltatottá válhatnak.
Magyarország –szakértők szerint – a szerencsésebb országok közé tartozik, bár az utóbbi évek hőhullámai nyomán kiszáradó hazai tavak és folyók sokunkban tudatosíthatták, hogy a fokozódó vízhiány egyre inkább a mi problémánk is.
A tiszta, egészséges ivóvíz felbecsülhetetlen érték. Így nem csoda, ha az ivóvíz-gazdálkodáshoz köthető befektetések is egyre sokasodnak, az újabb és újabb műszaki megoldások kifejlesztésére pedig egyre nyitottabbak a technológiai, mérnöki vállalatok. Utóbbiak közé tartozik a területtel jó ideje és szerteágazóan foglalkozó Siemens konszern, amely számos megoldással rendelkezik a különféle kihívásokra.
Egyedi felhasználási területekre szabott víztechnológiák
Vegyük magának az ivóvíznek a kinyerését. Miközben a Föld több mint hetven százalékát víz borítja, ennek alig 2,5 százaléka iható édesvíz. Az édesvíz mennyiségének közel négyötöde a gleccserekben és jégtáblákban, jégtakarókban, fagyott állapotban van, ami azt jelenti, hogy ez a mennyiség nem hozzáférhető.
A készlet maradéka talajvízként nyerhető ki a szárazföldeken, vagy tavakban, folyókban található. A természetes vízforrások mellett többféleképpen is kinyerhetünk ivóvizet. Az ezekkel kapcsolatos követelmények azonban egymástól nagyon eltérőek.
A német nagyvállalat megoldásai és szolgáltatásai között egyaránt megtalálhatók a tervezéshez, üzemeltetéshez és karbantartáshoz tartozó folyamatok, beleértve a folyamatirányítást, az automatizálást és a hajtástechnikát, valamint a víztisztító telepek, csővezetékrendszerek és nagyméretű vízhálózatok áramellátását is.
Igény szerinti hardver- és szoftverrendszereket, teljes körű szolgáltatásokat speciális szakértelmet kínál a cég új szennyvízrendszerek építéséhez vagy meglévő szennyvízrendszerek korszerűsítéséhez. Olyanokat, amelyek nagy esőzések esetén is képesek biztonságon elvezetni a szennyvizet a csatornahálózatokon és az átemelő állomásokon keresztül. Van megoldás a szennyvíztisztító telepek energiahatékony, környezetbarát és egyszerű üzemeltetésére is.
Így lehet energiahatékonyabb a tengervíz sótalanítása
A rendelkezésre álló vízkészlet jelentős része sós, amely közvetlenül nem fogyasztható és nem használható fel sem az iparban, sem a mezőgazdaságban. A lepárló üzemek terjedésével viszont már mintegy 300 millió ember tud megfelelően kezelt tengervizet inni nap, mint nap. Becslések szerint több mint 18 ezer sótalanító üzem működik világszerte, együttes kapacitásuk megközelíti a napi közel százmillió köbméternyi édesvíz előállítására szolgáló mennyiséget.
A sótalanítás azonban bonyolult és komoly beruházásokat kívánó technológiai eljárásokat jelent. Jelenleg több mint 150 országban használják ivóvíz kinyerésére a tengervíz sótalanítását, főként az energiahatékonynak számító fordított ozmózis eljárással.
Ennek lényege, hogy a sós vizet magas nyomáson (50-60 baron) vezetik át egy membránrendszeren. Eközben a sószemcsék kiválasztódnak a membránlemez falán, és így születik meg a folyamat végén az édesvíz.
A fordított ozmózisban használt vékony rétegű kompozitmembránok azonban eltömődhetnek, maga a teljes sómentesítési folyamat is igen lassú, ráadásul energiaigényes, még akkor is, ha kevesebb energiát használ, mint a termikus sótalanítási eljárások.
Az energiahatékonyságot Szaúd-Arábiában, ahol a legnagyobb kapacitású lepárlók találhatók, napenergiával oldották meg. Az Al Kafdzsiban lévő üzemet egy 20 MVA teljesítményű naperőmű teljes mértékben képes ellátni a szükséges energiával.
Az üzemben a termelést is a rendelkezésre álló energia mennyiségéhez igazítják, de ahhoz, hogy ilyen precízen szabályozhassák a folyamatot szenzorok sokaságára és megfelelő automatizálási rendszerre van szükség, ezeket kínálja szolgáltatási formában a Siemens.
A német cég érzékelőivel figyelik a karbantartási szükségleteket is: nézik a membránok telítettségét, az üzemi nyomást, az áramlási sebességet, szabályozzák a teljes folyamatot.
Iparágakon és határokon átnyúló együttműködések
Erre példa a svéd VA SYD társaság projektje. A malmői székhelyű vízi közmű 5 ezer kilométernyi vezetékhálózatot működtet, amelyből 2 ezer kilométer áll az ivóvízellátást szolgálja. A többi céghez hasonlóan itt is előfordul, hogy szivárog a vezetékekből a víz, amely esetenként jelentős mennyiség is lehet, ennek valamint az egyéb hibáknak a felderítése éppen ezért nagyon fontos.
A feladatot ugyanakkor nehezíti, hogy a szivárgások nagy része nem a főcsatornákban, hanem a kisebb kapacitású mellékcsatornákban lép fel, amelyekben jóval nehezebb feltárni a rendellenességet.
Ezt a feladatot oldja meg a Siemens és a BuntPlanet közös fejlesztése, a mesterséges intelligencián alapuló SIWA LeakPlus. A rendszer oly módon képes értelmezni az áramlási és nyomásadatokat, hogy még azt is jelezni tudja, ha másodpercenként csupán fél liter víz szivárog el a rendszerből – mindezt úgy, hogy ehhez kevesebb mérőórára van szükség, mint korábban. A mérnökök szerint az egyedinek számító megoldás segítségével 2030-ra nullára csökkenhet a vízveszteség.
Hogyan küzdjünk meg az áradásszerű terhelésekkel?
A régebbi víziközmű-rendszerek esetében többnyire ugyanaz a csatornahálózat szolgál az esővíz és a háztartási szennyvíz elvezetésére. Komolyabb terhelés – hóolvadás vagy hirtelen lezúduló felhőszakadás – esetén ez azzal a veszéllyel jár, hogy a kivezetéseken túlcsorduló víz erősen szennyezi a környezetet.
A mintegy 55 ezer kilométernyi szennyvízcsatornát működtető brit YorkshireWater erre keresett megoldást, azzal a céllal, hogy 2020 és 2025 között a szennyező esetek számát a felére csökkenti. A társaság a Siemensszel és az University of Sheffield kutatóival együtt egy, a mesterséges intelligencián és a dolgok internetén(IoT) alapuló rendszert hozott létre.
Ez figyelembe veszi a mintegy 2 ezer szennyvízcsatorna-kivezetés egyedi jellemzőit is, például az adott terület terepviszonyait, vagy azt, hogy az adott helyszín városi vagy falusi környezetet jelent. A rendszert a cégek és az egyetem kutatói beváltnak minősítették, a tapasztalatok szerint a megoldás háromszor-négyszer több problémát tár fel, mint az elődje, miközben a téves riasztások száma a felére csökkent.
A klasszikus szivárgásészlelési módszerek csak a vízhálózatok nagyon kis szakaszait fedik le. A nagyobb hatékonyságú műholdképek elemzésével a teljes vízellátó hálózatban egyetlen lépésben észlelhetők és dokumentálhatók a szivárgások. Az Utilis Ltd. – a Siemens izraeli partnere olyan technológiát kínál, amely a műholdakról generált speciális radarjelből (SAR) áll, és amelyet szabadalmaztatott algoritmussal elemeznek és dolgoznak fel a nedves talaj specifikus jellemzőinek az azonosítására.
Az eredmény egy térkép, amely a valószínű szivárgási helyeket mutatja. Ilyen technológia található egyebek mellett a prágai óvárosban. A műholdas felmérési program keretében ott összesen 28 szivárgást igazoltak.
Európai igények
Európában is folyamatosan nő a vízigény, meg kell akadályozni, hogy az elhasznált víz, a veszélyes, valamint a szennyvíz, illetve a mezőgazdasági területekről származó szennyeződés bekerüljön az édesvizekbe. Az Európai Unió vízvédelmi irányelve 2027-re szeretné biztosítani a tagországok felszíni vizeinek megfelelő minőségét.
Horvátország az egyik első európai ország, mely bejelentette, hogy erre a célra országos monitoring rendszert vezet be. A horvát vízügyi hivatal már több mint 600 megfigyelőállomást üzemeltet az ország felszíni vizei minőségének ellenőrzésére.
A mintákat azonban eddig kézzel kellett vételezni, majd a laboratóriumokban kiértékelni. A minták kevés információt szolgáltattak, és csak egy adott pillanat vízminőségét mutatták. A folyamatot pedig évente csak néhány alkalommal tudták végrehajtani.
Ezeket a problémákat oldja meg az online mérésre szolgáló új állomás a Krka-folyó melletti Kninben. A folyón elindított kísérleti projekthez való rendszert a Siemens tervezte meg, a projektet a cég innovációs alapja finanszírozta. A kézi mérésekből származó pillanatfelvételek helyett most már folyamatos értékeket lehet nyerni. Ha ezek kilépnek egy bizonyos tartományból, akkor a rendszer automatikusan mintát vesz, amelyet azután a laboratóriumban alaposabban meg lehet vizsgálni.
A német nagyvállalat eszközeit, leggyakrabban a programozható logikai vezérlőket(PLC-k) már a magyarországi víztermelésben is használják. Áramlás- és nyomás- és szintmérői megtalálhatók az ivóvízellátásban, és a szennyvíztelepeken is.
A hazai agráriumban pedig nagy kiterjedésű öntözőrendszerbe szereltek fel elemes indukciós áramlásmérőket, melyek külső tápfeszültség igény nélkül mérik az egyes öntöző rendszerek vízfogyasztását. Az áramlásmérők belső elemének élettartama 4-6 év.
A beépített mobil internetre csatlakozó kommunikációs kártya a fogyasztási adatokat rendszeres időközönként elküldi egy központi szerverre, és a szoftver ennek alapján számítja ki a földtulajdonosok egyedi vízfelhasználását. A rendszer az áramlásmérés mellett nyomás-távadóval is bővíthető, ennek segítségével a vízelosztási rendszerek szivárgásmérési feladataira is használható.
