Идея регенерации и повторного использования воды после очистки стоков и отходов получила существенное развитие во время Холодной войны, в связи с гонкой космических программ СССР и США. Гравитационный колодец планеты, сопротивление атмосферы и отсутствие опоры, от которой можно было бы оттолкнуться при космическом старте, находясь вне планетарной поверхности, создают инженерные трудности, которые по сей день удерживают цену подъёма груза на низкую орбиту в районе нескольких тысяч долларов США за килограмм; эта цифра почти не чувствительна к экономии на масштабе — её нельзя существенно уменьшить, просто построив очень большую ракету. В среднем по планете на одного человека потребляется порядка 500 тонн пресной воды в год, однако большинство (около 70 процентов) в сельском хозяйстве; большинство от остатка используется в промышленности, и только около восьмой части используется домохозяйствами. Бытовое потребление воды в России (питьё, приготовление пищи, уборка, стирка, умывание и смыв унитазов) нормировано на уровне порядка 200 литров в сутки на человека; если бы космонавты Международной космической станции потребляли эту норму без умеренного использования и переработки, пребывание одного космонавта на станции только из-за воды обошёлся бы в более чем 300 тысяч долларов в день (в ценах 2021 года) даже при самой экономной системе доставки воды на орбиту.
На поверхности планеты пресная вода не так ценна, как в космосе, но на значительных площадях она оказалась главным ограничивающим фактором жизни и ведения хозяйства. Долгое время в некоторых местах это ограничение удавалось обходить с помощью запасов водоносных горизонтов, но исследования показывают, что свыше определённой плотности населения и интенсивности хозяйства, этот ресурс не может считаться неисчерпаемым. На сегодняшний день, благодаря регулярным геологическим исследованиям и моделированию процессов в земной коре, считается установленным, что чрезмерная эксплуатация водоносных горизонтов напрямую связана с просадкой почв.
Уровни просадки поверхности земли в долине Сан-Хоакин, Калифорния, США, в разные годы (фото Геологической службы США); справа на фото — сельскохозяйственная земля. Результат неконтролируемой эксплуатации резервов водоносных горизонтов.
В широком смысле, самым энергоёмким искусственным процессом получения пресной воды является опреснение; хотя технологии обратного осмоса позволили существенно сократить энергозатраты по сравнению с дистилляцией, этот процесс производит огромное количество обогащённого рассола, который попросту выбрасывается. По закону сохранения энергии, если отделение солей от воды требует энергозатрат, смешение пресной и солёной воды должно приводить к выделению энергии; по факту, это действительно происходит, но суммарное тепло в результате незначительно влияет на тепловую карту планеты, поскольку вода обладает аномально высокой теплоёмкостью. В энергетическом смысле, любая вода, которой было позволено испариться или стечь в океан, может считаться безвозвратными потерями.
Повторное использование воды из стоков часто экономически нецелесообразно при её очистке до состояния питьевой. К тому же, любое вещество, которое системы водоподготовки не могут задержать, обречено накапливаться в круговороте воды, замкнутом от окружающей среды. Однако, благодаря тому, что стандарты качества диктуют несколько степеней очистки воды в зависимости от её назначения, очищенные стоки могут использоваться повторно единожды в качестве технической воды. Она необходима в таких отраслях как:
- Металлургия и энергетика для охлаждения сталелитейных печей, турбин, генераторов, конденсаторов тепловых и атомных электростанций;
- Машиностроение, металлообработка и гальваника;
- Глинозёмные заводы и шахты;
- Целлюлозно-бумажное производство;
- Автомойки;
- Пищевая промышленность для систем хладоснабжения, в бутылкомоечных машинах, для промывки трубопроводов.
После очистки стоков одним из способов: механический, физико-химическим и биологическим или всеми сразу, содержание бактерий в них резко уменьшается. При этом число остающихся бактерий в воде стоков (эффлюенте) может достигать нескольких миллионов в 1 см³. Полностью уничтожить болезнетворные бактерии в сточной воде после очистки можно лишь путем обеззараживания. С этой целью обычно используют установки УФ-обеззараживания, озонаторы и хлораторы.
Существенно сложнее очистить воду для питьевых и хозяйственно-бытовых нужд, в отличии от технических. В Индии из-за загрязнения реки Ганг, повсеместно внедряются очистные сооружения, способные очищать стоки для повторного использования для хозяйственно-бытовых нужд. Такая же практика появляется в высокотехнологичной стране США; об этом нам рассказывает репортаж НТВ «Из туалета в кран». По мере истощения и загрязнения невосполнимых запасов пресной воды, скорее всего в будущем во многих странах водопотребление образует по крайней мере частично замкнутый цикл.
Обеззараживание воды ультрафиолетом является неотъемлемой частью этого вида водоподготовки.
При широком внедрении оборотных систем появляются дополнительные резервы, уменьшается потребность в свежей воде, получаемой из других источников, и уменьшается сброс сточных вод в реки и водоёмы. Замкнутые системы водоснабжения дают возможность максимально отказаться от сбрасывания сточных вод в водоемы, а свежую воду использовать только для пополнения безвозвратных потерь. Рациональное использование водных ресурсов — это возможность решения мировых проблем по охране природы.
Установки для обеззараживания сточных вод можно найти здесь. УФУ-С
Установки для обеззараживания питьевой воды можно найти здесь УФУ-ВБ