Știința maghiară • 2013 11 • Krisztina Kбrmá

În zilele noastre, auzim din ce în ce mai multe despre finalitatea apei potabile. Auzim, dar nu înțelegem, pentru că pentru noi - oamenii care trăiesc în regiunea carpato-panonică - este firesc ca atunci când deschidem robinetul să existe întotdeauna o apă curată și sănătoasă. Mass-media, desigur, aduce faima din țările îndepărtate, din climatul mai uscat, că milioane de copii nu pot merge la școală, deoarece trebuie să ducă apă potabilă familiilor lor în fiecare zi. Auzim, dar nu înțelegem. Cu toate acestea, se apropie perioada în care cea mai mare bătălie nu este petrolul sau aurul, ci apa potabilă curată și sănătoasă, viitorul „aur albastru”.

Conceptul de filtrare de coastă

Conceptul de filtrare de coastă este tratat în literatură într-un cadru foarte larg. Diferiti autori adaptează acest tip de aprovizionare cu apă la diferite condiții. Cu toate acestea, toată lumea este de acord că un sistem de filtrare a apei este considerat a fi o sursă de apă dacă o cantitate mică (de obicei cel puțin 50%) din apa conținută în acesta poate fi obținută dintr-un izvor, apă sau sursă de apă. (Figura 1) (Ray și colab., 2003b). În cazul producției de apă filtrată de coastă, folosim în principal ape de suprafață, numai acviferele în contact cu acestea, de ex. pietriș, nisip pietros sau filtrat de nisip (Ray și colab., 2003a). De aici și denumirea de „filtrare de coastă”. Ca urmare a producției de apă, apa curge în mediul geologic de la râu la producător. Acest gradient creat artificial este factorul real de purificare, deoarece determină debitul, adică durata filtrării, pe lângă calitatea mediului geologic.

Procesele de purificare a apei care au loc în filtrarea litorală pot fi împărțite în patru grupe: hidrodinamic (prin răcire), mecanic (filtrare naturală), biologic (descompunere), fizico-chimic, descompunător, fizico-chimic (sorbție), sorbție, sorbție., 2003a). Aceste procese elimină parțial sau complet contaminanții organici și anorganici, precum și contaminanții microbiologici din flux (Ray și colab., 2003b). Până când râul ajunge la producător, acesta va fi curățat complet sau parțial. Apa curată necesită doar dezinfectare și poate intra în rețeaua de alimentare cu apă. Această dezinfecție este necesară, în principal, datorită rețelei extinse. Dacă apa este încă nepotrivită pentru consumul uman, aceasta va fi utilizată pentru purificarea apei. Dar purificarea acestei ape purificate prin filtrare de coastă este mai simplă, mai rentabilă și mai rapidă decât purificarea apei brute de la robinet (Jaramillo, 2012). Eficiența filtrării depinde de calitatea fluidului și a mediului geologic, deoarece purificarea se efectuează numai dacă nu există impurități în acvifer sau este prezentă într-o concentrație mai mică decât râul. Calitatea apei filtrate extrase din fântâni va fi mai bună decât cea a râului original.

Apa produsă este un amestec de apă sub suprafața inițială (backwater) și apa de suprafață (curge apa). În ceea ce privește corpurile de apă filtrate de coastă, este important să se cunoască proporția apei produse din râu și din apele de izolare. Sistemul este sensibil la contaminarea apelor subterane, astfel încât, în cazul puțurilor, scopul ar trebui să fie menținerea proporției de ape subterane cât mai mică posibil (Deбk și colab., 1992).

În procesul de filtrare pe uscat, adică în ceea ce privește capacitatea de purificare, unitatea de grosime de câțiva centimetri de contact cu apa terasei de pietriș de sub albia râului, care este de câțiva centimetri. Această unitate se numește stratul triplu. Explicația sa poate fi explicată prin faptul că lichidul transportă materii suspendate. Acest material fin curge în volumul poros în timpul scurgerii de apă în mediul geologic, dar nu poate pătrunde decât într-o mică măsură (Hubbs, 2006). Proprietatea stratului terțiar pe care filtrarea biotehnică o traversează este un avantaj. Trebuie menționat, totuși, că stratul are o rezistență foarte mare, deci reduce foarte mult viteza de pompare a apei. Acest lucru poate avea un efect dăunător asupra alimentării cu apă a puțurilor. În unele cazuri, poate fi necesar să curățați stratul superior al patului la intervale regulate, adică să slăbiți al treilea strat (Hubbs, 2006). Este necesar să se proiecteze capacitatea puțurilor de filtrare terestre în funcție de posibilitatea formării stratului terțiar, dar a descărcării excesive a materialului suspendat (evitarea stratului terțiar).

Perspective internaționale

Prima bază de apă de filtrare de pe uscat a început producția în 1810 de-a lungul râului Clyde (Glasgow Waterworks, Marea Britanie). Până la mijlocul secolului al XIX-lea, acestea au fost utilizate în multe zone din Europa și mai târziu în multe părți ale lumii. Este deja o formă foarte comună de succes. Aproape fiecare țară din America de Nord și de Sud se numără printre utilizatori. În Africa, acest tip de bază de apă a fost descris doar de-a lungul Nnesului, în timp ce în Australia și Oceania este menționat doar în literatura de specialitate. Numeroase cercetări se desfășoară în Asia, în principal în țările mari (Kna, India), cu scopul de a construi baze de apă filtrate de coastă pentru a acoperi nevoile tot mai mari de apă ale societății. În unele cazuri, de exemplu de-a lungul unor râuri poluate din Asia, calitatea apei extrase este încă de calitate slabă chiar și după filtrarea de coastă, dar este cu siguranță mai curată decât apa brută, deci este mai eficientă și mai ieftină. Acesta este motivul pentru care este o tehnologie care poate fi aplicată unei mari părți a lumii, care poate parcurge un drum lung pentru a satisface nevoile omniprezente de apă ale țărilor în curs de dezvoltare.

Majoritatea țărilor din Europa folosesc levigatul de coastă. În Elveția, acest tip de corp de apă este cel mai important, acoperind 80% din apele din rețea. În Franța, 50% din apa din rețea, 48% în Finlanda, 16% în Germania și doar 7% în Olanda sunt asigurate prin filtrare la mal (Jaramillo, 2012).

Ungaria

În 1865, Antal Bürgermeister a făcut următoarea afirmație: „Apa Dunării purificată prin straturile sale de piatră este întotdeauna la dispoziția noastră în cea mai mare cantitate”. Această idee a fost prima fundație pentru exploatarea apei de filtrare a coastelor din Budapesta. Această declarație a fost urmată de un act mai puțin de trei ani mai târziu, bazat pe planurile inginerului englez William Lindley, a fost construită o instalație temporară de apă pe partea Pest, iar în timpul lucrărilor lui János Wein, a început construcția apei finale 18 octombrie. Construcția obiectelor de apă pe insula Szentendre a început în 1899 (Kбrolyi - Tolnai, 2008). În acea perioadă, din ce în ce mai multe țări europene, precum Germania începând cu 1870, construiseră un sistem de filtrare a apei bazat pe filtrarea de coastă.

Astăzi, 40% din populația din Ungaria; Aproape patru milioane de oameni își satisfac nevoile zilnice de apă din bazinele de filtrare de coastă. 75% din bazele noastre de apă pe distanțe lungi sunt bazate pe țărm, adică joacă, de asemenea, un rol major în viitoarea gestionare a stocului de apă. Majoritatea apei potabile sunt produse de-a lungul Dunării, dar alte tipuri de apă potabilă pot fi găsite și de-a lungul râului nostru, cum ar fi Mureșul. Cele mai mari acvifere care operează în Ungaria pe insula Szentendre pot fi găsite pe insula Szentendre, cel mai mare acvifer pe distanțe lungi din arhipelag.

Semnificația izotopilor de mediu

Trasatorii, a căror origine poate fi atribuită efectelor naturale asupra mediului, joacă un rol din ce în ce mai important în rezolvarea problemelor hidrogeologice actuale. Dintre acestea, izotipul oxigenului și raportul izotopului hidrogenului (δ 18 O și respectiv δ 2 H) și concentrația de tritiu (3 H) au fost utilizate în cea mai largă gamă. Acești izotopi sunt numiți trasori conservatori, deoarece pot fi găsiți încorporați în molecula de apă, astfel încât informațiile să poată fi obținute direct din fluxul de apă.

La Institutul de Astronomie și Științe ale Pământului al Academiei Maghiare de Științe, efectuăm cercetări la Institutul de Geologie și Geochimie de ani de zile pentru a cunoaște mai bine bazinele de filtrare de coastă. În cursul studiilor noastre, folosim izotopii stabili și radioactivi prezentați mai sus pentru a construi modele acvatice și pentru a rafina modelele existente. Compozițiile de izotip stabil de oxigen și hidrogen au fost determinate în apa puțurilor studiate pe insula Szentendre (Kábrn și colab., 2013). Aici, sistemul se schimbă rapid și este dinamic, deoarece râul ajunge la fântâni în câteva săptămâni sau luni. Concentrațiile de tritiu au fost studiate în puțuri din zona Szigetköz

mйrtьnk (Kábrn - Debk, 2012). În această zonă, puțurile pot fi situate la câteva zeci de kilometri de râu, astfel încât timpul de scurgere a fost de câțiva ani (Balderer și colab., 2004).

Modelarea cutiei negre

Cea mai frecvent utilizată metodă de extragere a datelor izotopilor este a dvs. aplicarea unui model de parametri dispersivi (Maloszewski și colab., 1983, 2002; Stichler și colab., 1986, 2008). Acest model poate fi descris ca o cutie neagră. Compoziția izotopică a apei care curge pe fântână din râu prin mediul geologic este absorbită de valori ale concentrației care variază în timp, iar în timpul fluxului apei este dispersată în mediul geologic datorită concentrației sale dispersive. Această concentrație modificată de apă poate fi amestecată cu apă locală de fond, care schimbă compoziția. Amestecul de apă și backwater dă apa extrasă în cele două, adică valorile concentrației apei sunt formate prin amestecarea acestor două componente. Valorile concentrației determinate în timpul eșantionării producătorului sunt comparate cu valorile de ieșire ale modelului de parametri forfetari, astfel încât modelarea să poată fi verificată și rezultatele modelului să poată fi rafinate.

Conform literaturii, această metodă a fost aplicată cu succes în mai multe domenii, dar pentru scurgeri cu adevărat scurte și de zeci de ani. Pe parcursul muncii noastre, am putut încerca aceste condiții extreme în teritoriile maghiare. În zona insulei Szentendre cu un timp scurt de scurgere, am dat aplicația specială a modelului prin rularea metodei cu mai mulți pași, iar în zona arhipelagului am demonstrat că metoda a fost utilizată timp de câteva decenii.

Insula Szentendre

Budapesta primește o parte semnificativă din alimentarea cu apă din apele puțurilor de filtrare de coastă de pe insula Szentendre. Pentru a asigura funcționarea în condiții de siguranță a puțurilor, în special estimarea impactului unei posibile poluări dunărene, este extrem de important să se cunoască timpul de atingere a apei dunărene și înnorarea poluanților. În cursul muncii noastre, am efectuat un eșantion foarte frecvent de patru eșantioane pe săptămână, apoi am efectuat eșantionări zilnice ale apei Dunării, iar patru probe de apă au fost preluate din insula Szentendre în fiecare săptămână. A fost măsurată compoziția izotipului de oxigen al probelor. Datele măsurate au fost comparate cu seria cronologică δ18O calculată pe baza modelului de parametri de prăbușire. 1 Cu ajutorul puțurilor de observare, s-a caracterizat și râul.

Capacitatea producătorilor nu s-a modificat în perioada analizată, dar aprovizionarea cu apă a Dunării a făcut-o. Pentru a putea efectua calcule exacte ale modelului pentru a justifica condițiile de mediu în schimbare, am împărțit perioada examinată în trei părți, adaptându-ne la schimbările în alimentarea cu apă a Dunării (Kármn și colab., 2013). Am examinat un nivel scăzut (2) În timpul perioadei de studiu, compoziția de oxigen a Dunării s-a modificat în paralel cu alimentarea cu apă a Dunării. compoziția medie a izotopului de oxigen al Dunării într-o direcție negativă, oferind astfel un semnal izotop bine detectabil. (Figura 2). Modelarea a fost posibilă numai atunci când a existat un semnal negativ clar măsurabil în apa Dunării. Prin urmare, nu am putea folosi metoda în cazul apei scăzute. Cu toate acestea, în cazul apei medii și mari, s-ar putea calcula atât timpul de scurgere, cât și dispersia în timpul seriei de scurgere. În cazul apei medii, apa Dunării a ajuns la fântâna de producție în douăsprezece până la paisprezece zile, iar partea apei Dunării

A fost de 60% în producție. În cazul apei mari, am obținut un timp de scurgere de șase sau opt zile și apa producătorului

95% provin de la Dunbub.

Aceste calcule arată că aceste puțuri de filtrare de coastă, care sunt foarte aproape de râu (50-200 m), reacționează mult mai repede și într-o măsură mai mare la schimbările în alimentarea cu apă a Dunării decât înainte.

În zona Szigetköz, modelarea prezentată mai sus a fost realizată cu ajutorul concentrațiilor de tritiu (Kábrn - Deák, 2012). Concentrația de tritiu în apele Dunării a fost cea mai mare în 1963, când au fost efectuate experimente cu bombe cu hidrogen la nivel mondial. În timpul acestor experimente, concentrația de tritiu în atmosferă a crescut, în urma căreia s-a schimbat și compoziția precipitatelor și a râurilor. Această compoziție modificată a apei poate fi bine trasată în linia de scurgere de sub suprafață. Din 1984, József Deбk a măsurat de mai multe ori concentrațiile de tritiu ale puțurilor din zonă. Rezultatele acestor măsurători au fost utilizate pentru modelare.

În cursul modelării, am putut descrie modul în care lungimea timpului de scurgere și secțiunea apei Dunării se schimbă de-a lungul căii de curgere pe măsură ce se îndepărtează de Dunăre (Kőrmn - Debk, 2012). În puțurile din apropierea Dunării, concentrația de tritiu a atins maximul mai întâi, iar mai târziu în fântâni; în timpul scurgerii (Figura 3). Partea apei Dunării a scăzut pe măsură ce se îndepărta de Dunăre, apa de sub suprafață a fost amestecată cu cantitatea de apă produsă.

Rezultatele obținute contribuie la o înțelegere mai precisă a sistemului curent de curgere a apei, astfel încât, de îndată ce sunt utilizate bazele de apă pe distanțe lungi, vom avea o cunoaștere exactă a întregii zone. În același timp, atrage atenția asupra importanței extreme a protejării zonei, deoarece contaminanții care sunt acum provocați ar putea pune în pericol utilizarea viitoare a bazinului de apă.

Concluzii

Exploatarea sistemului natural de filtrare de coastă este o formă utilizată și răspândită de producție a apei în lume. În Ungaria, are o istorie deosebit de mare și, în ceea ce privește viitoarea gestionare a apei, filtrarea de coastă are, de asemenea, o mare importanță. Puteți obține apă curată sau purificată cu ajutorul dumneavoastră. O purificare suplimentară a apei pretratate este mai rapidă și mai rentabilă decât purificarea directă a apei de suprafață. Poluarea și schimbările climatice ne creează noi provocări. Metodele de ultimă generație (de exemplu, testele izotopice) pot ajuta la rezolvarea problemelor de poluare a apei, care pot contribui, de asemenea, la promovarea creșterii economice și sigure la nivel internațional.

Cuvinte cheie: filtrare litorală, Dunăre

Balderer, Werner P. - Synal, H. A. - Deбk J. (2004): Aplicarea metodei de clor-36 pentru delimitarea reîncărcării apelor subterane a sistemelor fluviale mari: Exemplu al râului Dunărea în vestul Ungariei (zona Szigetköz). Geologia mediului. 46, 755–762. • WEBCНM

József Deбk - E. Hertelendi - M. Sьveges - Zs. Barkúczi (1992): Originea apelor din puțurile de petrecere este concentrația de tritiu și utilizarea izotopilor lor de oxigen. 72, 204–210. • WEBCНM

Hubbs, Stephen A. (2006): Schimbări în conductivitatea hidraulică a albiei și capacitatea specifică la Louisville. În: Hubbs, S. A. (ed.): Hydrology Filtration Riverbank, Impacts on System Capacity and Water Quality. Springer, 199–220. • WEBCНM

Jaramillo, Marcela (2012): Filtrarea pe malul râului: o tehnologie eficientă și economică de tratare a apei potabile. Dyna. 79, 171, 148–157. Medellin, februarie 2012. ISSN 0012-7353 • WEBCНM

Krisztina Kárrmá - József Deбk (2012): Investigarea sistemului de debit de apă stratificat Szigetkzz pe baza modelării tritiului. XIX. Conferință despre apa de suprafață, volum abstract. 20. • WEBCНM

Krisztina Kбrmá - Maloszewski, P. - Deбk J. - Furius I. - Szabу Cs. (2013): Determinarea timpului de tranzit în sistemul filtrat pe malul râului prin date izotopice de oxigen folosind modelul parametrului lumped. Jurnalul de Științe Hidrologice. DOI: 10.1080/02626667. 2013808345 • WEBCНM

András Kбrolyi - Béla Tolnai (2008): VНZ-RAJZ. 140 de ani în serviciul de capital. Fхvбrosi Vнzmыvek Zrt., Bp. • WEBCНM

Maloszewski, Piotr - Rauert, W. - Stichler, W. - Herrmann, A. (1983): Aplicarea modelelor de curgere într-o zonă de captare alpină folosind date de tritiu și deuteriu. Jurnal de hidrologie. 66, 319-330. • WEBCНM

Maloszewski, Piotr - Stichler, W. - Zuber, A. - Rank, D. (2002): Identificarea sistemelor de curgere într-un acvifer caros-fisurat-poros, Schneealpe, Austria, prin modelarea izotopilor de mediu 18O și 3H. Jurnal de hidrologie. 256, 48-59. DOI: 10.1016/S0022-1694 (01) 00526-1

Ray, Chittaranjan - Melin, G. - Linsky, B. R. (2003a): Introducere. În: Ray, Chittaranjan - Melin, G. - Linsky, B. R. (eds.): Riverbank Filtration, Improving Source-water Quality. Kluwer, Londra, 1–15. • WEBCНM

Ray, Chittaranjan - Melin, G. - Linsky, B. R. (2003b): Glosar. În: Ray, Chittaranjan - Melin, G. - Linsky, B. R. (eds.): Riverbank Filtration, Îmbunătățirea calității apei sursă. Kluwer, Londra, 335–353. • WEBCНM

Ray, Chittaranjan - Prommer, Henning (2006): Simulare a fluxului și transportului chimic indus de înfundare în sistemul de filtrare pe malul râului. În: Hubbs, S. A. (ed.): Hydrology Filtration Riverbank, Impacts on System Capacity and Water Quality. Springer, 155–177 • WEBCНM

Stichler, Willibald - Maloszewski, P. - Moser, H. (1986): Modelarea infiltrării apei râurilor utilizând datele privind oxigenul-18. Jurnal de hidrologie. 83, 355-365. • http://tinyurl.hu/do3e/
Stichler, Willibald - Maloszewski, P. - Bertleff, B. - Watzel, R. (2008): Utilizarea izotopilor de mediu pentru a defini zona de captare a unei surse de apă potabilă situată în apropierea unui lac Dredge. Jurnal de hidrologie. 362, 220–233. • WEBCНM

Szarka Lászlу (2008): Apele subterane, rezerve pentru o planetă însetată? Geo-Fifika, Broșura Educațională pentru Știința Pământului 14., Hillebrand Nyomda Kft., Sopron

LBBNOTES

1 Prin definiție:
δ 18 O = ([18 O/16 Ominta]/[18 O/16 Ostandard] - 1) Ч1000.

2 mBf: pentru nivelul mediu al apei din Marea Baltică ca mediu
în metri deasupra nivelului mării.

1. бbra • Schița simplificată a unui sistem de filtrare de coastă (după Ray și colab., 2003a)

2. бbra • Nivelul apei în Dunăre și evoluția compoziției izotopului oxigenului în complexul de producție, râuri, precipitații, Dunăre și modelarea insulei Szentendre

3. бbra • Timp de scurgere a puțurilor din zona Szigetköz de-a lungul unei căi de curgere