Поскольку две трети поверхности Земли покрыты морями и океанами, реками и озерами, людям трудно поверить в то, что питьевая вода дефицитный ресурс. На самом же деле пресная вода — это только 3 % мирового бассейна. Более того, основная часть пресного ресурса — ледяные шапки планеты, удаленные от основных мест жизни человечества. Опираться нам приходится лишь на 30 % (от тех самых 3 % «пресных») подземных источников, 0,2 % озерных и 0,006 % речных вод. Именно поэтому затрудненный доступ к чистой воде превращается в проблему планетарного масштаба.
Среди 17 целей устойчивого развития, провозглашенных членами ООН в 2015 г., есть цель за номером шесть: безопасные водные ресурсы и санитария для всех. Сейчас же 40 % жителей планеты испытывают нехватку воды. Изначально естественная проблема дефицита пригодной для человека воды усугубляется активным ее загрязнением нефтепродуктами, радиацией, моющими веществами (детергентами), тяжелыми металлами, теплой водой, стоками животноводства, канализацией, балластными водами судов и лесосплавом. Порядка 1,8 млрд человек вынуждены пользоваться зараженными фекальными бактериями источниками воды. Все это представляет угрозу как для человека, так и для окружающей среды.
Технологии борьбы с этими загрязнениями давно отработаны, но есть проблема — они довольно дорогие. К примеру, в Москве на очистку воды ежегодно тратят 900 млн руб. А внедрение системы очистки стоков только Московского НПЗ стоила 9 млрд руб. Причем с учетом стратегической важности ресурса объемы очистки воды всегда должны в несколько раз превышать реальное потребление. Вторая проблема — это энергоемкость технологий очистки. Так, в США доля потребления энергии на очистку воды составляет 4 % от общего объема. Нужны новые решения, которые повысят эффективность очистки. В последние годы такие практики применяются все чаще как в развитых, так и в развивающихся странах.
После отстаивания — первичной стадии очистки городских канализационных стоков — вода отправляется на аэрацию. Это процесс смешения пока еще грязных вод с воздухом, который способствует росту бактерий, поглощающих органику и другие загрязнения. На этот этап приходится до 60 % потребляемой очистными сооружениями электроэнергии. Обычно этот процесс проходит непрерывно, хотя очевидно, что ночью сток загрязненных вод ниже, чем днем. Поэтому подразделение Toshiba Water & Environmental Systems создало технологию уменьшения интенсивности аэрации в ночные часы и повышения в дневные. Поступающая в аэротенки вода помечается специальным веществом-маркером (NH4-N). Его концентрацию замеряют созданные Toshiba сенсоры. В зависимости от изменения концентрации маркера, увеличивается (днем) или снижается (ночью) мощность воздушного аэрирующего потока. Внедрение технологии в Японии окупилось за два года только за счет снижения энергозатрат на работу воздушных насосов.