Izziņas impulss

"Izziņas impulss” 7. sērija

Izziņas impulss

«Izziņas impulss» 9. sērija

Izziņas impulss. 8.sērija. Ūdens

Rīgas ūdensapgāde - agrāk veda ar zirgiem, tagad attīra ar baktērijām

Agrāk mēdza teikt, ka pienāks reiz tie laiki, kad ūdens būs dārgāks par zeltu un naftu. Daudzviet tā jau ir realitāte. Latvija šajā ziņā ir izlutināta, jo dzeramā ūdens te ne tikai netrūkst, bet tam arī ir laba kvalitāte.

200 gadus Rīgā ūdeni piegādāja ar zirgiem un koka cauruļvadiem

Skatoties uz planētu, dažkārt liekas, kāpēc gan tā nosaukta par Zemi. Redzot, cik daudz uz tās ir ūdens un cik ļoti tas ietekmē arī sauszemē esošos procesus, pārņem sajūta, ka tai bija jānes ūdens vārds. Šis tik būtiskais elements jau kopš neatminamiem laikiem Zemei ļāvis nepārkarst, bet cilvēkiem izdzīvot.

Ūdeni lietojuši cilvēki kopš brīža, kad sākuši apdzīvot šo planētu.

Bet veidot ūdens apgādes sistēmas un domāt, kā ūdeni uzglabāt un nogādāt attālākās vietās, sāka tikai salīdzinoši nesen.

“Pirmā ūdens ieguves ietaise ir uztaisīta 1621.gadā, pavisam vienkāršas iekārtas – tā sauktie virzuļsūkņi jeb tādi, kādi ir laukos vai kapos, rokas pumpīši,” stāsta Rīgas ūdensapgādes muzeja vadītājs Paulis Timrots.

Šādā veidā ar zirgiem izceltu ūdeni pārvadīja tālāk pa koka caurulēm. Tās veidoja no priežu stumbriem, kuriem pa vidu bija izurbts caurums. Koka cauruļvados bija ideāla dzīves vide arī daudziem mikroorganismiem. “Tajā laikā cilvēki nebija tik tramīgi, visām ikdienas vajadzībām pasmēla ūdeni turpat no grāvja. Varam iedomāties tagad kādu no Rīgas kanāla pasmeļam sev ūdeni rīta kafijai?” retoriski jautā Timrots.

Higiēnas un sanitārās prasības katram laikmetam savas - Rīgā ar zirgiem un koka cauruļvadiem ūdeni piegādāja apmēram 200 gadus.

Baltezera ūdens krātuves aizvien svarīgas pusei Rīgas

Liels pavērsiens ūdensapgādes sistēmā bija čuguna jeb ķeta cauruļu parādīšanās. “1836.gadā priedes beidza cirst un parādījās čuguna caurules,” norādīja Timrots. “Bet ūdeni tāpat vēl ņēma pa taisno no Daugavas. Pa vidu tikai uzbūvēja nosēduma baseinus, kur ūdens plūda lēnāk, lai netīrumi varētu nosēsties. Tā ar pašu svaru no ūdens noskaloja nost duļķes un smiltis,” stāsta eksperts.

Šāda sistēma nevarēja uzturēt labu dzeramā ūdens kvalitāti, un drīz vien pilsētā sevi pieteica dažādas slimības, līdz kamēr holēra un vēdertīfs kļuva par ierastu parādību.

Tad nu Rīgas rāte nolēma meklēt jaunas ūdens rezerves un uzaicināja apsekot ne vairs tuvējās virszemes ūdenskrātuves, bet gan pazemes ūdens iegulas vietas.

Pazemes ūdens ieguve, protams, ar laiku ir kļuvusi gan ātrāka, gan tīrāka. Sākotnēji izraktajās akās lika divu veidu sietus, starp kuriem ūdeni tīrīja ar mazgātu granti. Tā bija tolaik gana laba metode, un, lai pārliecinātos, vai patiešām Baltezera teritorijā iegūtais pazemes ūdens ir tik labs, lai to droši varētu tālāk nogādāt iedzīvotājiem, ūdens paraugi speciāli pat tika analizēti Vācijā.

“Savulaik, lai tiktu pie ūdens, vajadzēja sūkņu staciju darbināt ar tvaika mašīnām, tās padeva ūdeni rīdziniekiem līdz pat 1960. gadiem. Te ūdeni iesūknēja un tālāk padeva uz pilsētu,” rāda Timrots.

Šīs tvaika mašīnas ir interesantas ar to, ka tika ražotas tepat Latvijā un kopš 20.gadsimta sākuma tieši šajā vietā arī darbinātas. Lielajās krāsnīs tika mestas akmeņogles, kas radīja tvaiku un lika sūkņiem darboties. Lai arī šejienes tvaika mašīnas nu jau ir pagātne, Baltezera pazemes ūdens krātuves ūdeni puse no Rīgas pilsētas lieto joprojām.

Attīrot ūdeni, dienā rodas 30 tonnas dūņu

Otra daļa galvaspilsētas pie ūdens tiek pavisam atšķirīgā veidā, attīrot virszemes upes ūdeni.

Dzeramais ūdens savu ceļu sāk no Rīgas hidroelektrostacijas (HES). Septiņu metru dziļumā tas tiek paņemts un atsūknēts uz ūdens attīrīšanas staciju "Daugava", kur tas tālāk pakļauts virknei pārvērtību - tas tiek maisīts, nostādināts, filtrēts, dezinficēts, atkal filtrēts un vēlreiz dezinficēts. Katrs šis posms tiek rūpīgi kontrolēts, gluži vai kā satiksmes dispečera tornī. Par atvērtiem vai aizvērtiem filtriem te signalizē dažādu krāsu lampiņas, un to, vai kādā rezervuārā nav izveidojusies sūce, vai ar spiedienu tīklā viss kārtībā, arī kontrolē 24 stundas diennaktī.   

“Katram sūknim mēs regulatorā iestādām vajadzīgā spiediena lielumu, neatkarīgi no ūdens padeves, ko tas patērē; viss, ko mēs izdarām, - mēs tikai nodrošinām ūdens pieejamību,” norāda ūdens sagatavošanas stacijas “Daugava” vadītājs Andris Pļavenieks.

Skatoties uz šo ūdeni, kas vairāk līdzinās notekgrāvim, ir grūti noticēt, ka drīz tas kļūs par tīru dzeramo ūdeni. Izskats ir mānīgs, jo šis ir tikai ūdens attīrīšanas sākumposms. 

Nonākot stacijā, ūdeni vispirms  nostādina atsevišķos nodalījumos, kas atgādina apcirkņus, kuriem tas lēni plūst cauri. Tikai tad, kad šķērsojis pamatīgu labirintu, ūdens nonāk vairāk nekā četru metru dziļos filtrēšanas baseinos, kuriem cauri iziet puse Rīgas ūdens. Te vēl nevajadzētu mēģināt ūdeni padzerties, jo tie ir tikai pirmie filtri. “Tas, kas nav nosēdies nostādinātājos, nonāk pirmajos filtros. Te tādi ir 14. Ar smiltīm un antracītu pildīti divu slāņu filtri,” skaidro Pļavenieks.

Antracīts ir akmeņogles, kas satur daudz oglekļa, un tieši ogleklim ir liela nozīme ūdens attīrīšanā un mikroorganismu piesaistē. Kad tīrīšanas līdzekļi savu darbu padarījuši, jāgādā arī par pašu filtru tīrību. “Vienu reizi divās diennaktīs katrs filtrs apstājas, lai to varētu iztīrīt. Tad ar gaisu tas tiek sajaukts, un ar pretplūsmu visi netīrumi izskaloti laukā,” norāda Pļavenieks.

Ir naivi domāt, ka šajos filtros palikuši visi iespējamie slimību izraisītāji. To vēl te ir gana, jo šī attīrīšanas posma mērķis ir pavisam cits – tikt galā ar daļiņām, kas ir krietni lielākas par mikroorganismiem.

Lai labāk panāktu, ka ūdens netīrumi pieķeras klāt, tam pievieno alumīnija sulfātu. Kamēr alumīnija sulfāts palīdz saķerties dažādām daļiņām, ko atstāt nostādinātajos un filtros, ozons nogalina visus ūdenī esošos mikroorganismus. Tas darbojas hlora vietā, un te arī  ir iemesls, kāpēc Rīgā dzeramais ūdens vairs tik izteikti nesmaržo pēc hlora, kā tas bija agrāk un kā tas joprojām ir daudzās citās valstīs.

Ūdens dezinfekcija ar ozonu ir gan dārga, gan darbietilpīga, jo ozonu vispirms saražo, stacijā augstspriegumā sašķeļot skābekli. Pēc tam, kad notikušas visas vajadzīgās reakcijas, tas kā mazi violeti punktiņi pat brīžiem ir saskatāms reaktorā un to pat tēlaini var salīdzināt ar tādu kā zibens spērienu pievadīšanu ūdenim. “Šeit notiek ūdens pamata dezinfekcija, aiz sienas ir reakcijas kameras, kur var redzēt, kā tas viss notiek - kā ozons tiek pievadīts ūdenim. Ūdens ietek atsevišķā kamerā, un caur ūdeni tiek pūsta ozona gāze,” stāsta Pļavenieks.

Ja agrāk šajā stacijā dienā ūdenim pievienoja tonnu hlora, tad tagad var iztikt tikai ar 30-40 kilogramiem. Tas nepieciešams, lai nodrošinātu ūdens tīrību tālākajā ceļā ūdens apgādes sistēmā.  Pēc tam, kad ozons pievadīts, ūdens atkal tiek filtrēts.

Tā ir savāda vieta - aiz sienām ir pamatīgi ūdens baseini. Te ir vieta, kur ir vistīrākais ūdens pilsētā, jo vēl nav nonācis tālāk tīklā, kur, ilgāku laiku uzturoties tajā, var sākt vairoties dažādi mikroorganismi. Tālāk tīrais ūdens uzsāk savu ceļu uz sūkņu staciju, kamēr viss netīrais nodalīts atsevišķi.

Te nu ir dzeramā ūdens attīrīšanas dūņas - viss tas, kas padara Daugavas ūdeni brūnu. Tā kā ūdeni attīra nemitīgi – 24 stundas diennaktī, katru dienu to veidojas apmēram 30 tonnas.

Dūņas iespējami sausas tālāk nogādā izgāztuvē, pagaidām tām nav rasts pielietojums, jo pretstatā notekūdeņu dūņām tās nesatur neko tādu, ko tālāk varētu izmantot, piemēram, biogāzes ražošanā vai citos procesos, kur nepieciešama mikroorganismu klātbūtne.

Ir skaidrs, kā rīkoties, lai pēkšņi netīrs ūdens nenonāktu pie patērētājiem

Tikmēr sūkņu stacijas tuvumā ir kāds cits, ārēji necils uzkalniņš, zem kura glabājas tūkstošiem kubikmetru tīra un veselībai droša ūdens.

Ar to, ka dzeramais ūdens attīrīts un no upes pārvērties līdz nepazīšanai, nekas nebeidzas - patiesībā, tikko tas nonāk ūdens apgādes sistēmā, viss tikai sākas. Zinātnieki atveido tūkstošiem kilometru garu ūdens ceļu maģistrāles posmu – tieši tādu, kāda ir Rīgas ūdens apgādes sistēma. Lai no attīrīšanas stacijas ūdens nonāktu tālākajos pilsētas apgabalos, cauruļvados tam nereti jāuzturas  pat veselu diennakti, un tas ir pietiekoši ilgs laiks, lai tajā savairotos mikroorganismi.

Lai iedzīvotāji saņemtu tikpat tīru ūdeni, kāds tas bija attīrīšanas stacijā, ierasta prakse ir ūdenim pievienot hloru. Taču zinātniekiem ir padomā jauna pieeja, kā nodrošināt, ka ūdens ir gan garšīgs, gan tīrs.

“Atsakoties no hlora, mēs riskējam, ka savairosies baktērijas, bet, ja mēs no ūdens izdalām vielas, kas ļauj baktērijām vairoties, mēs konceptuāli mainām pieeju, kā pasargāt ūdens kvalitāti tīklā,” norāda Rīgas Tehniskās universitātes (RTU) zinātņu prorektors profesors Tālis Juhna.

Lai to panāktu, ļoti jādomā par to, no kā veidota ūdens apgādes sistēma, un daudzviet vecas caurules, kas rūsē, ir iemesls, kāpēc ūdens ir tumšs. “Ja tā ir kvalitatīva, cieta plastmasa, problēmu nav, bet problēmas rada mīkstie savienojumi, bieži vien dušas mīkstā plastmasas caurule, ja tā tiek izmantota kā dzeramā ūdens krāna caurule. Šajā caurulē labprāt savairojas legionellas, līdz ar to plastmasas caurule var būt avots mikroorganismiem,” stāsta Juhna.

Mikroorganismi var savairoties apgādes tīklā ne tikai cauruļu vai sev piemērotas barības dēļ, bet arī tad, ja tiek speciāli ievadīti sistēmā.

Tas ir stāsts par bioterorismu - lai saprastu, kā pasargāt ūdens apgādes sistēmu no uzbrukumiem un kā rīkoties piesārņojuma gadījumā, vispirms šādas situācijas jāsimulē ūdens apgādes sistēmas modelī.

“Mēs savā ūdens apgādes modelī veidojam simulācijas. Testējām gan bakterioloģisko, gan ķīmisko piesārņojumu. Pēdējais, visticamāk, būtu saistīts ar pesticīdiem.  Galvenais jautājums ir saprast, ko darīt, ja tāds piesārņojums būtu – vai tas uzkrāsies caurulēs, vai tas izplatīsies tālāk, un ko ar to vispār iesākt, ja tas jau iekļuvis apgādes sistēmā,” atzīmē Juhna.

Scenāriji tam, ko darīt, lai pārtrauktu ūdens padevi un attīrītu ūdeni, pirms tas nonāk pie lietotājiem, ir zinātniekiem skaidri.

Tāpat kā tas, ka ar esošajām ūdens pētīšanas metodēm šajā laikmetā nepietiek. “Ja ņems tikai ūdens paraugus, nekad nevarēs operatīvi reaģēt uz situāciju, kad būs piesārņojums. Tāpēc tiek veidots sensoru tīkls, kas savāc ļoti daudz datu un kas prasa arī datu apstrādi,” bilst Juhna.

Datus un sensorus var izmantot un jau izmanto, mērot ūdens dažādus parametrus, kamēr ūdens atrodas apgādes tīklā un nav sasniedzis lietotājus. Nekur citur pasaulē tas šādā apmērā vēl nav darīts, un Latvijā pētnieki šajā jomā ir celmlauži. Izrādās, ka ūdenim var noņemt "pirkstu nospiedumus". “Mēs esam izvēlējušies sešus rādītājus, pēc kuriem veicam sistēmas uzraudzību. Kopējais analīzes gala rezultāts ir tāds kā pirkstu nospiedumu attēls, tikai ūdenim. Tad mēs to varam salīdzināt ar citiem nospiedumiem, piemēram, tādiem, kas liecina par piesārņojumu. Tā var ātri saprast, kas ar ūdeni notiek,” norāda RTU Ūdens pētniecības zinātniskās laboratorijas zinātniskais asistents Sandis Dejus.

Ūdenstilpnes aizaug gan lauksaimniecībā, gan mājsaimniecībās izmantotā fosfora dēļ

Lai zinātu, ar ko tad atšķiras tīra un piesārņota ūdens pirkstu nospiedumi, laboratorijā simulētā sistēmā piesārņojums speciāli tika radīts un mērīts.

Tagad ir skaidri zināms, kā izskatās notekūdens, neattīrīts pazemes vai upes ūdens, vai arī speciāli radīts piesārņojums. Tā kā šis prototips mēra ūdens kvalitāti ik pa minūtei, datu apjoms, kas jāanalizē, ir milzīgs.

“Katru minūti no vienas kopas tiek nolasīti seši parametri, diennaktī 24 stundās ik pa 40 minūtēm šie dati tiek salīdzināti ar citiem datiem,” saka Dejus. “Mēneša laikā sanāk apmēram miljons pozīciju, ko salīdzināt, tāpēc ir jāveido viedi algoritmi, kas ļautu šo analīzi darbināt tiešsaistes režīmā.”

Kamēr ūdens inženieri meklē ūdens pirkstu nospiedumus, lai saprastu, vai ūdens, ko gatavojamies dzert, ir gana tīrs, fiziķi un ķīmiķi mēģina ūdenī atstāt gaismas nospiedumu, lai attīrītu to no dažādiem grūti sadalāmiem savienojumiem un panāktu, ka apkārtējā vidē nopludinām pilnīgi tīru ūdeni. “Fotokatalīzes princips ir tāds, ka mēs cenšamies pievadīt gaismu, kas no gaismas enerģijas tiek pārvērsta ķīmiskā enerģijā. Tiek pārveidots pusvadītājs, cietas vielas daļiņa ūdenī vai pārklājuma veidā, ūdens plūst, uz tā spīd gaisma, un tas absorbē gaismu,” atzīmē RTU Funkcionālo materiālu tehnoloģiju zinātniskās laboratorijas vadītājs Andris Šutka.

Tālāk ūdenī var notikt dažādas reakcijas, kuru laikā rodas jaunas vielas, kas savienojas ar grūti sadalāmajām vielām un piesārņojumu pārvērš līdz nepazīšanai. 

Šobrīd pētnieki jau ir atraduši tādu savienojumu, kas šo darbu paveic lieliski, un tagad priekšā tikai tā komercializēšanas ceļš. Bet viss sākās ar reakciju mērīšanu, izmantojot vienkāršas krāsvielas. “Ūdenī izšķīdušā krāsvielā ieberam pulveri, apstarojam to zem redzamās gaismas un ik pa laikam ņemam nost paraugu. Tā mēs mērām krāsvielas saturu,” pauž Šutka.

Ja krāsa pazudusi vai kļuvusi ievērojami blāvāka, tas nozīmē, ka savienojums strādā un ūdenī piesārņojums ir mazāks. Gaismas nospiedums palīdz attīrīt ūdeni no vielām, ko rada ķīmiskā rūpniecība. Bet daudz vienkāršākas metodes palīdz to attīrīt no lauksaimniecības radītā piesārņojuma. “Ir dažādi veidi, kā attīrīt ūdeni, un viens no tiem ir uzlikt filtrus dabā: un nevis tur, kur savāc ūdeni, bet tur, kur tas vēl brīvi plūst,” klāsta Vides risinājumu institūta pētnieks Aigars Lavrinovičs. “Lauksaimniecībā, izmantojot mēslojumu, kas satur fosforu, tas nonāk gruntsūdeņos. Tas pa grāvjiem nonāk virszemes ūdeņos – upēs, ezeros, jūrā. Lai novērstu sekas, ko izraisa fosfora piesārņojums, ūdens ceļā var tikt uzstādīti filtri. Ir jāieber materiāls, kas satur kāliju, alumīniju vai dzelzi, šiem elementiem patīk veidot savienojumus ar fosforu, un izšķīstot tas paliek turpat uz vietas,” saka pētnieks.

Fosfors šādā formā, paliekot ūdenstilpnē, neko sliktu nenodara, jo ir izmainīts, proti, kad tas ir savienojumā ar citām vielām, to vairs nevar patērēt dzīvie organismi, piemēram, aļģes. Tas savukārt nozīmē, ka ūdenstilpnes neaizaugs.

Pie ūdenstilpņu aizaugšanas nav vainojama tikai lauksaimniecība, arī mājsaimniecības ievada ūdens apgādes sistēmā daudz fosfora.

Mazgāšanas līdzekļu sastāvā ir fosfors, kas jāneitralizē notekūdeņu attīrīšanas stacijās. Taču, pirms ķerties klāt fosforam, vispirms jātiek galā ar cita veida piesārņojumu.

Baktērijas un reaktori

Nākamais posms ir ūdens nostādinātājs, kur nosēžas smagākās ūdenī esošās daļiņas. Tās izgulsnējas tvertnes apakšā un ar dažādu sūkņu un centrifūgu palīdzību tiek izņemtas no sistēmas.

Nogulsnes tālāk nonākt atkritumu tvertnēs, bet ūdens plūst tālāk. Tiesa gan, tajā joprojām ir gana daudz vielu, kurām tur nav jābūt.

Tas nozīmē, ka pie darba ķeras mikroorganismi – dažādām baktērijām tieši piesārņojums ir nepieciešamās  barības vielas.

Par baktēriju labklājību te rūpējas reaktoros: kurām vajag skābekli, to pievada, kurām tieši pretēji – nevajag – to atņem. Atšķirīgu savienojumu neitralizēšanā sava nozīme ir kā vienām, tā otrām. “Notekūdeņos ir piesārņojums, kuru mēs varam nodalīt kā fizisku piesārņojumu vai ķīmisku. Fiziskais ir tas, ko varam nofiltrēt ar restēm vai jebkādā citā veidā mehāniski izņemt no ūdens. Bet uz ķīmisko piesārņojumu mēs varam iedarboties tikai vai nu ar ķīmiskiem, vai bioloģiskiem rīkiem,” stāsta RTU asociētā profesore Kristīna Tihomirova.

Pēc tam, kad baktērijas ir pastrādājušas, notekūdenī ir ļoti niecīgas fosfora un slāpekļa koncentrācijas. Tas iespējams, pateicoties visdažādākajiem mikroorganismiem.

Varētu domāt, kāda gan starpība, vai ūdeni attīra baktērijas, kuru kolonijas līdzinās bumbiņām vai pārsliņām, - bet izrādās, tieši no tā atkarīga attīrīšanas efektivitāte un ātrums. Veidojot īpašu reaktoru, pētnieki noskaidrojuši, ka bumbiņās tās spēj strādāt ātrāk, ar uz pusi mazāku enerģijas patēriņu un veiksmīgāk tiek galā gadījumos, kad ir neparedzēti augsts piesārņojuma līmenis.

Ūdens attīrīšana un sagatavošana prasa laiku, naudu un zināšanas, tāpēc katrā ūdens lāsē patiešām ir liela vērtība. Latvijā, iespējams, par to neaizdomājamies, jo ūdens mūs ar savu daudzumu un kvalitāti patiešām lutina. Taču tas nemazina to, cik atbildīgiem mums jābūt pret dārgumu – ūdeni.

Kļūda rakstā?

Iezīmējiet tekstu un spiediet Ctrl+Enter, lai nosūtītu labojamo teksta fragmentu redaktoram!

Iezīmējiet tekstu un spiediet uz Ziņot par kļūdu pogas, lai nosūtītu labojamo teksta fragmentu redaktoram!

Tehnoloģijas un zinātne
Dzīve & Stils
Jaunākie
Interesanti