Expedice Medicína a přežití

Zdroj: A. V. Avčinnikov, Yu. A Rachmanin, E. G. Zhuk, I. N. Ryzhova. O metodách uchovávání pitné vody v autonomních zařízeních (přehled). Smolenská státní lékařská akademie; Výzkumný ústav lidské ekologie a hygieny životního prostředí pojmenovaný po A. N. Sysina RAMS, Moskva. Hygiena a sanitace č. 2, 2000

Nejdůležitějším kritériem pro úspěšný provoz autonomních objektů (kosmické lodě, orbitální stanice, námořní plavidla atd.) je zajištění kvalitní pitné vody. V těchto zařízeních jsou zpravidla vytvářeny určité zásoby pitné vody.

Zásobování vodou mnoha malých osad, turistických a sezónních sportovních zařízení, expedičních základen, směnných táborů naftařů, geologů a dalších specialistů je v autonomním režimu. V těchto podmínkách jsou skupiny osob obsluhovány nepravidelně fungujícími vodovody a vzhledem ke specifikům zdejší situace nelze provádět hygienický dozor v plném rozsahu.

Zásobování kvalitní pitnou vodou se výrazně komplikuje při živelních pohromách, epidemiích, ozbrojených konfliktech a velkých haváriích, kdy jsou vodní zdroje obvykle kontaminovány a lidé jsou po určitou dobu zásobováni pitnou vodou z dovozu.

Epidemiologická situace na autonomních zařízeních a v extrémních vodárenských podmínkách je často nepříznivá, což si vynucuje použití účinných metod dezinfekce a konzervace pitné vody. V tomto případě se uchylují k uchování zásob pitné vody určené jak pro krátkodobé (několik dní), tak i pro dlouhodobé (několik měsíců) skladování.

Cílem této práce je analyzovat literární údaje o využití různých metod uchovávání pitné vody v autonomních zařízeních.

Použité metody konzervace musí zajistit epidemickou nezávadnost vody po celou stanovenou dobu trvanlivosti a samotné konzervační prostředky nesmí výrazně měnit fyzikálně-chemické a organoleptické ukazatele kvality vody. Kromě toho je nezávadnost konzervované vody určena nepřítomností tvorby meziproduktů interakce konzervačního prostředku se složkami zdrojové vody, které jsou schopné vyvolat toxický a vzdálený účinek, a také nepřítomností vlivu na různé povlaky nádob na skladování vody. Environmentální bezpečnost je charakterizována mírou vlivu konzervační látky na životní prostředí. Měla by být také zohledněna technická a ekonomická kritéria: účinnost, efektivnost nákladů, snadnost kontroly nad procesem konzervace; dostupnost hotových technických řešení pro vytvoření zařízení na ochranu vody (metoda); možnost automatizace; kompatibilita s jinými typy a způsoby úpravy vody.

Způsoby konzervace pitné vody se obvykle dělí na chemické a fyzikální. Chemické metody zahrnují použití oxidačních činidel, kovů, organických kyselin a fyzikální metody zahrnují použití nízkých teplot, autoklávování s následným utěsněním, kavitaci-vakuum a elektrohydraulické zpracování.

Nedostatky stávajících metod nutí výzkumníky zdokonalovat ty tradiční a hledat nové způsoby, jak uchovat pitnou vodu. Některé publikace uvádějí použití úpravy ozonem v dávce 1–3 mg/l s následným utěsněním, denním 30sekundovým UV zářením a každodenním zaváděním jednoho nebo více dezinfekčních prostředků do skladované vody za účelem uchování vody. Poslední věta podle L.I. Elpinera nelze považovat za metodu konzervace. Správnější je hodnotit takovou techniku ​​jako opakovanou dezinfekci vody. Spolu s tím se někteří autoři domnívají, že ozonizaci, UV záření a použití ultrazvuku nelze použít k ochraně vody, protože neposkytují následný efekt. Aftereffect označuje schopnost konzervované vody potlačit aktivitu mikroorganismů po určité době po vystavení konzervačnímu faktoru. Přítomnost a závažnost následných účinků jsou některá z určujících kritérií při hodnocení konkrétního konzervačního prostředku.

Nejběžnější chemickou metodou konzervace vody na autonomních zařízeních zůstává úprava ionty stříbra. Stříbro lze použít ve formě solí, kontaktních destiček, ve struktuře porézních keramických nebo organických nosičů. Nejpoužívanější je však elektrolytické nebo na anodě rozpustné stříbro. Elektrolytické stříbro jsou ionty stříbra, které vstupují do upravované vody z anody během procesu elektrolýzy. Tato vlastnost zavedení konzervačního prostředku umožňuje automatizaci procesu úpravy vody a ionty chlornanu a peroxidové sloučeniny vytvořené na anodě zvyšují baktericidní účinek stříbra rozpustného na anodě.

Podle L.A.Kulského jsou nejvhodnější koncentrace pro uchování vody po dobu 6 měsíců. a další jsou 0,1 – 0,2 mg/l. Zároveň byly v souvislosti s praxí zásobování námořními plavidly vzneseny další požadavky týkající se nutnosti použití zvýšených koncentrací konzervačních látek v rozmezí 0,2–0,4 mg/l, které jsou schopny vykazovat baktericidní účinek proti sekundární mikrobiální kontaminaci.

Práce domácích i zahraničních autorů prokázaly vysoký baktericidní účinek stříbra, které má široké spektrum antimikrobiálního účinku, potlačuje aktivitu různých druhů bakterií a virů. Voda konzervovaná stříbrem má výrazný aftereffect. Požadovaného baktericidního účinku proti sekundární mikrobiální kontaminaci při koncentraci stříbra 0,06–0,1 mg/l je dosaženo po expozici po dobu 2–6 hodin, v některých případech po 24 hodinách. Konzervace elektrolytickým stříbrem nemá negativní vliv na organoleptické a fyzikálně chemické ukazatele kvality vody. Mezi výhody metody patří možnost automatizace procesu a přesné dávkování stříbra. Za účelem praktické realizace ochrany vod byla založena výroba průmyslových a přenosných jednotek určených pro provoz na autonomních zařízeních.

Kromě nepopiratelných výhod má stříbro jako konzervační prostředek několik významných nevýhod. Stříbro je drahé a velmi vzácné činidlo. V různých fázích konzervace pitné vody se mohou do systému dostat kmeny mikroorganismů odolné vůči stříbru. Bakterie tvořící spory jsou necitlivé i na vysoké koncentrace stříbra – 0,5 – 5,0 mg/l. Antimikrobiální účinek tohoto konzervantu je negativně ovlivněn zvýšenou hladinou organických nečistot, chloridů, síranů, železa, celkovým obsahem solí, vysokým zákalem a barvou ve vodě. Během skladování se pracovní koncentrace stříbra snižuje a stává se neaktivní. Pro konzervaci se používají koncentrace 0,1–0,4 mg/l a vyšší, přičemž MAC stříbra v pitné vodě stanovená podle toxikologického znaku škodlivosti je 0,05 mg/l. Posledně jmenovaná okolnost nás v praxi nutí uchýlit se k různým způsobům odstříbřování vody před jejím dodáním spotřebiteli, což není vždy realizováno kvůli nedostatku vhodných filtrů.

Pro snížení vysokých koncentrací stříbra a zesílení jeho konzervačního účinku se navrhuje používat stříbro v kombinaci s konstantním elektrickým polem, některými oxidačními činidly a fyzikálními faktory. Práce hodnotí baktericidní vlastnosti získané vodou po jejím kombinovaném ošetření ionty stříbra o koncentraci 0,05 mg/l při vložení konstantního elektrického pole o síle 30 V/cm. Autoři docházejí k závěru, že navrhovaná metoda má výraznější dozvuk ve srovnání s izolovaným působením iontů stříbra.

Některé publikace navrhují použití iontů mědi k ochraně pitné vody. Měď, stejně jako stříbro, je oligodynamický kov, má výrazný baktericidní účinek, ale ve vyšších koncentracích než stříbro. Antimikrobiální spektra stříbra a mědi se shodují. Je navržena metoda konzervace pitné vody ionty mědi v koncentraci 0,3 mg/l s následnou úpravou v konstantním elektrickém poli o síle 30 V/cm. Podle O. S. Savluka a spol. je nejspolehlivější a nejjednodušší způsob zavádění iontů mědi elektrolytický. Autoři prokázali, že elektrolytická měď může být použita s největší účinností pro úpravu vody třídy síranů a chloridů, ale nedoporučuje se pro úpravu vody třídy uhličitanů.

Někteří badatelé považují používání přípravků s obsahem chlóru nejen za způsob dezinfekce, ale také za způsob uchování pitné vody. Při studiu následků vody upravené chlórem L. A. Kulsky poznamenává, že pro plynný chlor je to 4–6 hodin, pro chlornany – 2–3 dny, pro chloraminy – 6–8 dní. Z tohoto pohledu lze chloraci považovat za metodu, která umožňuje krátkodobě (několik dní) uchovat zásoby pitné vody.

Chlorace má však řadu známých nevýhod. Baktericidní vlastnosti chlorované vody závisí na její teplotě a reakci, obsahu nečistot organického i anorganického původu. Spolehlivost baktericidních vlastností chlorované pitné vody je ovlivněna velikostí infekční dávky mikroorganismů. V literatuře je mnoho informací o reaktivaci mikroorganismů v chlorované pitné vodě a vzniku chlóru odolných kmenů. Množství volného (0,3 – 0,5 mg/l) nebo vázaného (0,8 – 1,2 mg/l) zbytkového chloru často nedokáže zajistit účinek inaktivujících bakterií, virů a sporových forem mikroorganismů, které se dostávají do zásobní vody jejím sekundárním znečištěním. Chlorovaná voda může produkovat haloformní sloučeniny, z nichž mnohé jsou potenciální karcinogeny a mutageny.

Kombinace chlorace se zavedením určitých kovů, zejména metody chloridu stříbrného a chloridu měďnatého, umožňuje vyhnout se některým nevýhodám spojeným s chlorací a prodloužit skladovatelnost vody až na 7 měsíců. Autoři navržená metoda chloridu stříbrného spočívá v současné úpravě vody chlórem v dávce 1,0 mg/l a ionty stříbra v koncentraci 0,05–0,2 mg/l.

Slibnější možností je použití konzervantu ve formě směsi aerosol-plyn (AGM) skládající se z monochloraminu, amoniaku, oxidu dusného, ​​dusíku a kyslíku. Výsledky komplexních hygienických studií tohoto konzervantu umožnily V. A. Prokopovovi et al. doporučujeme AGS jako konzervační prostředek pro 3měsíční skladování pitné vody v ocelových nádobách (nerezová ocel 12 X 18 H 10 T podle GOST 5949-76).

Z fyzikálních metod konzervace se v autonomních zařízeních a v extrémních podmínkách jako nejúčinnější ukázalo použití vysokonapěťových (20-40 kV) pulzních elektrických výbojů (IED). Je zase známo, že IER je kombinovaná metoda úpravy vody a je doprovázena složitým souborem fyzikálních (vysoký tlak, rázové vlny, kavitace, ultrazvukové a ultrafialové efekty, pulzní elektromagnetické pole) a chemických jevů. Posledně jmenované zahrnují výskyt kovových iontů elektrod (měď, stříbro), ozónu, peroxidu vodíku, hydroxylových a hydroperoxylových radikálů ve výbojové zóně, které zvyšují účinek fyzikálních faktorů a jsou z velké části zodpovědné za vlastnosti následného účinku IER.

Práce ukázala, že IER měl výrazný aftereffect, který se začal objevovat po 15 minutách expozice a trval minimálně 4 měsíce. Efektivní celková hustota energie poskytující vodě konzervační vlastnosti byla 2,4 – 3,1 J/ml. Fyzikálně-chemické a organoleptické vlastnosti vody upravované IER se významně nezměnily a zůstaly v rámci hygienických norem stanovených pro pitnou vodu. Zvýšení energetické hustoty mělo za následek zvýšenou baktericidní aktivitu upravované vody. Kompletní eliminace testovacích mikroorganismů z konzervované vody, i přes masivní sekundární kontaminaci (coli index 10 6 ), nastala po 24hodinové expozici. Později byly tyto údaje potvrzeny v pracích V. N. Bubentsova, S. N. Čerkinského a spoluautorů.

Konzervace pitné vody pomocí IER se vyznačuje vysokým stupněm spolehlivosti. I přes rozdílnou dobu trvanlivosti konzervované vody a vytvoření příznivých podmínek pro obnovu reprodukční schopnosti testovacího mikroba umístěného v konzervované vodě (přidání růstových faktorů, podmínky tepelné stability) byla inaktivace mikroorganismu nevratná. E. G. Zhuk nepozoroval reaktivaci ani vznik rezistentních kmenů. Výsledky komplexních hygienických studií nám umožnily dospět k závěru, že voda ošetřená IER nemá negativní vliv na tělo laboratorních zvířat.

V posledních letech se objevila nová třída přenosných jednotek, které umožňují nejen dezinfekci, ale také uchování vody v autonomních zařízeních pomocí IER. Yu. S. Veselov a kol. Informují o úspěšném využití elektrického výboje malého výkonu – do 0,5 kV, komplexu elektrických efektů. Je uveden popis a princip fungování příslušných instalací. Mezi další moderní metody ochrany vody patří využití nízkonapěťových IES. Podle materiálů práce IER s napětím 2,6 kV a celkovou hustotou energie 1,5 – 2,0 J/ml umožnil efektivně uchovat vodu po dobu až 2 měsíců.

Posouzení metod uchování pitné vody v autonomních zařízeních, prováděné s ohledem na řadu hygienických a technologických kritérií, si nenárokuje úplnost. Z analýzy literárních údajů vyplývá, že prioritním trendem ve vývoji technologického a hygienického vývoje je kombinace různých chemických a fyzikálních metod uchovávání pitné vody. Další rozvoj těchto studií pomůže vyřešit problém poskytování autonomních zařízení kvalitní pitnou vodou.

Do roku 2050 nebude mít více než 5 miliard lidí na světě přístup k vodě alespoň jeden měsíc v roce. V roce 2018, jak uvádí Světová meteorologická organizace, bylo takových lidí 3,6 miliardy. Významná část vodních zdrojů je využívána pro potřeby zemědělství. Očekává se, že populační růst a rostoucí poptávka po potravinách zhorší problém nedostatku vody. Některé veřejné a soukromé organizace se tomu snaží zabránit. Obracejí se na pomoc vesmírných satelitů, mikrozavlažování a technologie internetu věcí.

Online platforma OpenET pro plánování zavlažování

Na podzim roku 2021 spustil americký Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA) online platformu, která pomáhá měřit ztráty vody. Na vývoji se podílel American Environmental Defence Fund, společnost HabitatSeven (specializující se na webdesign), několik univerzit a dalších organizací. Nástroj s názvem OpenET poskytuje údaje o evapotranspiraci (ET) pro 17 západních států. Evapotranspirace je celkové množství vody, které se dostalo do atmosféry v důsledku transpirace (odpařování vlhkosti z nadzemních částí rostlin. – Poznámka Plus-one.ru) a výparu (odpařování vody z povrchu půdy. – Poznámka Plus -one.ru).

K měření úrovní evapotranspirace platforma využívá snímky ze satelitů z konstelace Sentinel-2 Evropské vesmírné agentury a také ze satelitů GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite) vypuštěných NASA a americkým Národním úřadem pro oceán a atmosféru. Hlavním zdrojem informací jsou snímky poskytované programem kontinuálního pozorování zemského povrchu Landsat. Realizuje ho NASA a US Geological Survey.

Satelitní data se zpracovávají pomocí nástroje Google Earth Engine. Uživatelé platformy mají přístup k denním, měsíčním nebo ročním údajům o evapotranspiraci pro jednotlivé oblasti nebo jiné oblasti zájmu. Očekává se, že platforma bude open source, takže ji bude moci používat mnoho specialistů.

NASA je přesvědčena, že platforma bude užitečná pro obyvatele venkova, specialisty na vodní zdroje, ekologické organizace a farmáře. Ta umožní racionálnějšímu využívání vodních zdrojů: zemědělci budou moci pečlivěji plánovat proces zavlažování a budou vědět, kolik vody plodiny vypařují. Vývojáři uznali svůj vynález za zvláště relevantní pro farmáře v západní části Spojených států, protože kvůli častým suchům čelí nedostatku vody. Například v srpnu letošního roku americké úřady zaznamenaly nedostatek vody v řece Colorado. Vodní nádrž Mead Reservoir, která se nachází podél jejího toku a zásobuje vodou asi 25 milionů lidí v Arizoně, Nevadě, Kalifornii a Mexiku, byla zaplněna pouze z 35 %, což je nejnižší hladina od vzniku jezera ve 1930. letech 32. století. Jezero Powell, které je napájeno řekou Colorado, bylo zaplněno jen z XNUMX %.

OpenET, jak odborníci slibují, pomůže realizovat projekty zaměřené na zachování vodních zdrojů a vytváření udržitelných systémů zásobování vodou. NASA plánuje brzy přidat informace o srážkách a rozšířit program do dalších částí země.

N-Drip systém pro mikro zavlažování

Kapková závlaha, používaná v zemědělství, aplikuje potřebné množství vody přímo ke kořenům rostlin. Tato metoda snižuje spotřebu tekutin, chrání horní vrstvu půdy před erozí a zvyšuje výnosy plodin. Takové zavlažovací systémy však mají vysoké provozní náklady. Voda se pohybuje potrubím pomocí čerpadel, jejichž provoz vyžaduje energii. Potrubí se navíc zanáší různými částicemi a řasami – je třeba je čistit, a to také vede ke zvýšeným nákladům. Abyste mohli pomocí takového systému poskytnout vodu na 0,4 hektaru půdy, potřebujete alespoň 2 tisíce dolarů, bez nákladů na elektřinu.

Izraelská společnost N-Drip vyvinula gravitační mikrozávlahový systém, jehož cena je 400 dolarů za 0,4 hektaru. Investice se podle výrobců vrátí do jednoho roku. Překapávače v systému jsou navrženy tak, že nekladou prakticky žádný odpor a voda jimi protéká pod tlakem vlastní gravitace. Vývojáři navíc vybavili nádrže na sběr vody speciální síťovinou. Toto zařízení nedovolí malým rostlinám a zvířatům znečišťovat systém, takže nevyžaduje další filtry. Vynález se snadno ovládá a udržuje a umožňuje ušetřit až 70 % vody. Po skončení zavlažovací sezóny lze díly vyrobené z polymeru recyklovat.

Společnost také vyvinula senzor nazvaný N-Drip Connect, který monitoruje zdraví půdy a rostlin v reálném čase. Prostřednictvím mobilní aplikace mohou zemědělci zjistit, kdy potřebují zalévat a hnojit své rostliny.

První terénní testy vývoje byly provedeny v roce 2017 na plantážích cukrové třtiny v Eswatini (dříve Svazijsko, stát v jižní Africe. – Poznámka Plus-one.ru). Vývojáři zjistili, že technologie nejen pomohla snížit množství vody používané k zavlažování, ale také přispěla ke zvýšení výnosu o 30 procent. Větší testy systému byly provedeny také v Austrálii a USA. N-Drip se nyní používá v 17 zemích, včetně Vietnamu a Nigérie. S jeho pomocí farmáři pěstují plodiny, jako je bavlna, brambory a sója. N-Drip podle Bloombergu získal více než 25 milionů dolarů na financování.

Senzory WaterBit pro plánování zavlažování

Ke zvýšení efektivity využití vody má sloužit i automatický zavlažovací systém WaterBit vyvinutý stejnojmennou americkou společností. Systém se skládá ze senzorů internetu věcí (IoT) s názvem Carbon. Zařízení velikosti dlaně jsou vybavena solárními panely s nízkou spotřebou, což jim umožňuje provoz i za špatných světelných podmínek. Zařízení jsou připojena k zařízení, které zapíná a vypíná čerpadla a ventily, a také k polním senzorům, které shromažďují údaje o půdních podmínkách, průtoku vody a tlaku. Informace prostřednictvím dálkové rádiové komunikace (anglicky – Long Range Radio) končí v cloudovém úložišti. Systém umožňuje zemědělcům nepřetržitě řídit proces zavlažování pomocí mobilního telefonu nebo počítače. Nyní lze řešení WaterBit použít při pěstování mnoha plodin, včetně hroznů, mandlí a zeleniny.

V loňském roce společnost rozšířila funkčnost svého softwaru. Zemědělci mají možnost nakonfigurovat zařízení tak, aby při určité úrovni vlhkosti půdy automaticky zahájili zalévání. Kromě toho mají nyní uživatelé možnost přidávat do aplikace poznámky a sdílet svá pozorování s ostatními lidmi a také nahrávat přijatá data do jiných systémů AgTech (využití IT nástrojů v zemědělství. – Note Plus-one. ru).