Güney Kutbu su kaynakları altyapısı
(brr.fyi)- Güney Kutbu istasyonunda, kıyıdaki McMurdo’nun aksine sıvı su kaynağı yoktur; bu nedenle binlerce fit kalınlığındaki kar eritilerek içme ve kullanım suyu üretilir, atık su da ayrı bir yöntemle işlenir
- Tatlı su, Rodwell adı verilen yer altı kar kuyusunda başlar; sıcak su dolaştırılarak yer altında bir göl oluşturulur ve bu su yukarı çekilip arıtma tesisine gönderilir
- Güney Kutbu’ndaki derin kar yaklaşık -60°F’tır; 1 galonu 50°F sıvı hale getirmek için sıcaklık artışı için 268Wh ve erime gizli ısısı için 350Wh olmak üzere yaklaşık 618Wh gerekir, bu da su üretiminin enerji yoğun olduğunu gösterir
- Arıtma tesisinde su; kireç taşı kontaktörü, filtreler, sodyum karbonat, klor, depolama tankları ve basınç tanklarından geçerek dağıtılır; borularda donmayı önlemek için yalıtım ve ısıtma kablosu kullanılır
- Atık su, McMurdo’daki gibi arıtılıp deşarj edilmez; ömrünü tamamlamış Rodwell’lerde arıtılmamış halde depolanır ve Haziran 2024 itibarıyla Güney Kutbu atık su arıtma tesisi plan ve bütçeye dahil değildir
Kıyı istasyonları ile iç kesimdeki Güney Kutbu arasındaki fark
- Antarktika araştırma istasyonlarının çoğu kıyıda veya kıyıya yakın konumdadır
- Bunun nedeni denizin iklimi yumuşatması, gemi lojistiğine erişim sağlaması, su kaynağı ve atık su deşarjı imkânı sunmasıdır
- Bilimsel araştırma sahaları da genellikle kıyıya yakın yerlerde daha fazladır
- Güney Kutbu istasyonu, kıyıda olmayan iç kesimde yıl boyu çalışan istasyonlardan biridir
- McMurdo Station’ın yaklaşık 975 mil güneyinde, iç kesimdeki platoda yer alır
- Hemen erişilebilir sıvı suyu olan kıyı istasyonlarının aksine, su elde etmek için karı eritmek gerekir
McMurdo’nun tatlı su altyapısı
- McMurdo bir kıyı istasyonu olduğu için yerleşimin aşağısındaki kıyıdan yıl boyunca sıvı deniz suyuna erişebilir
- Kışın hava sıcaklığı -30°F’a kadar düşse bile buzun altında sıvı su kalır
- Deniz suyu, Seawater Intake Facility olan building 179’daki pompalarla çekilir
- Deniz suyu boru hattında kalın yalıtım malzemesi ve ısıtma kablosu kullanılır
- heat trace, boru boyunca döşenen kontrol edilebilir, yüksek dirençli bir elektrik kablosudur
- Üzerinden elektrik geçirildiğinde ısı oluşur; yalıtım da bu ısıyı içeride tutarak borudaki suyun donmasını engeller
- McMurdo’nun deniz suyu iki amaçla kullanılır
- Crary Lab’in deniz suyu akvaryumları
- İstasyon işletimi için potable water, yani kullanım suyu üretimi
- Kullanım suyu üretimi McMurdo water treatment plant’te birkaç aşamadan geçer
- Deniz suyu yaklaşık 28°F’ta gelir; tuzluluk nedeniyle tatlı sudan daha düşük sıcaklıklarda da sıvı halde kalır
- Elektrik santralinin atık ısısıyla yaklaşık 37°F’a kadar ısıtılır
- Çökeltileri gidermek için filtrelenir
- Ters ozmoz ile tuz ve doğal olarak oluşan mineraller uzaklaştırılır; geriye kalan maddeler denize geri gönderilir
- polishing aşamasında sertlik ve pH ayarlanır, depolama ve dağıtım sistemindeki kirlilik etkilerini azaltmak için az miktarda klor eklenir
- McMurdo yüz binlerce galon arıtılmış su depolar
- Yazın en yoğun dönemde nüfus 1.000 kişiyi aşabilir
- Yangın söndürme suyu da gerektiğinden kayda değer depolama kapasitesi gerekir
Güney Kutbu tatlı suyu: Rodwell’de başlayan su
- Güney Kutbu’nda sıvı su kaynağı yoktur ve istasyon kıyıdan yüzlerce mil uzakta, soğuk bir iç plato üzerinde yer alır
- Su, binlerce fit kalınlığındaki karın eritilmesiyle üretilir
- Derinlerdeki kar yaklaşık -60°F’tır
- 1 galon suyu 1°F yükseltmek için 2,44Wh, yani 8,33BTU ısı gerekir
- -60°F’tan 50°F’a kadar 110°F yükseltmek için 268Wh gerekir
- Katıdan sıvıya geçişteki erime gizli ısısı da hesaba katıldığında galon başına ek 350Wh gerekir; toplam yaklaşık 618Wh olur
- Güney Kutbu’nun su tedariki Rodwell ile başlar
- Rodwell, “Rodriguez Well”in kısaltmasıdır
- Özgün tasarım, Raul Rodriguez tarafından Greenland’daki bir kamp için yapılmıştır
- Şu anda işletimde olan kuyu resmî olarak “Rodwell 3”tür
- Gelecekte kullanılacak birden fazla Rodwell konumu da planlanmıştır
- Rodwell’in temel çalışma prensibi basittir
- Kar içinde bir delik açılır
- Karı eritmek için sıcak su verilir
- Su, çevresini eriterek yer altında bir göl oluşturur
- Sıvı su, yer altı gölünden pompalanarak yukarı çekilir
- Sıcak su sürekli dolaştırılırsa yer altı gölü korunup genişletilebilir
- Rodwell destek binasında kontrol ve izleme ekipmanları bulunur; bina ısıtılır
- Kuyu yüzlerce fit aşağı iner
- Yukarı çekilen su borusu, sıcak suyu yeniden aşağı gönderen boru, dalgıç pompa elektrik kablosu ve sensör/kontrol devrelerine ait sinyal hatları birlikte yer alır
Rodwell dolaşımı ve donmayı önleme
- Rodwell’den çıkan su, yüzlerce fit uzaktaki ana su arıtma tesisine gider
- Bir kısmı istasyonun kullanım suyu olarak kullanılır
- Kalanı su arıtma tesisindeki ısı eşanjöründen geçerek yeniden Rodwell’e döner
- Rodwell’den çekilen ham su yaklaşık 36°F’tır
- Su arıtma tesisi ve kireç taşı kontaktöründen geçtikten sonra yaklaşık 42°F olur
- Rodwell’e geri dönen dolaşım suyu yaklaşık 84°F’a kadar ısıtılır
- Rodwell destek binasında yedek kazan ve ısı eşanjörü bulunur
- Amaç, su arıtma tesisi ile Rodwell arasındaki dönüş boru hattında sorun çıksa bile Rodwell’e her zaman sıcak su sağlamaktır
- Sıcak su dolaşım döngüsünün kaybedilmesi Rodwell’e zarar verme riski taşır
- Sürekli ısı girdisi, Rodwell işletiminin temel koşuludur
- Rodwell birkaç yıl boyunca kullanılır
- Çok büyüdüğünde hacmi milyonlarca galona ulaşır
- Daha sonra tatlı su kaynağı olarak kullanılmaz ve yeni bir konumda yeni Rodwell başlatılır
- Eski Rodwell ise atık su deposuna dönüştürülür
- Rodwell ile ilgili tarihsel belgeler Bill Spindler’ın South Pole Station sitesinde daha fazla görülebilir
Güney Kutbu su arıtma tesisi
- Rodwell suyu, yer altındaki ice tunnels içinden geçerek ana su arıtma tesisine gider
- ice tunnels, sıkıştırılmış karın kazılmasıyla oluşturulmuş yer altı altyapı geçitleri ağıdır
- Borularda yalıtım ve heat trace uygulanır
- Su arıtma tesisi, elektrik santralinin yanındaki arches içinde, beer can alt kısmında yer alır
- Jeneratör atık ısısını taşıyan glycol loop, yan taraftaki elektrik santralinden alınarak ısı eşanjörlerinde kolayca kullanılabilir
- Su arıtma tesisine giren su önce kireç taşı kontaktöründen geçer
- Kireç taşı kontaktörü, suya mineral ekleyerek pH’ını yükseltir
- Korozyon direncini artırır ve suyu insan tüketimine uygun hale getirir
- Hedeflenen arıtma sonucuna göre kontaktör çevrim içi veya çevrim dışı bırakılabilir
- Rodwell’e geri dönecek su dahil tüm su kontaktörden geçer
- Kullanım suyuna gidecek su ek arıtmadan geçer
- Tortu filtresi ve karbon filtresinden geçer
- Sodyum karbonat, yani soda ash ile pH daha hassas ayarlanır
- Dezenfektan olarak calcium hypochlorite formunda klor kullanılır
- Arıtılmış kullanım suyu büyük basınçsız depolama tanklarında saklanır
- İki tank vardır; biri bakım için devre dışı kalsa da işletim sürdürülebilir
- Her tank binlerce galon kapasitededir
- Rodwell tedarikinde veya arıtma sürecinde planlı/plansız kesintilere karşı depolama tamponu görevi görür
- Su kalitesi, arıtma ve dağıtım sürecinin çeşitli noktalarında kontrol edilir
- Kullanım suyu pompalarıyla basınçlandırılmadan hemen önce, arıtılmış su depolama tankı çıkışında numune noktası bulunur
- Su arıtma tesisi çalışma tezgâhında ölçüm araçları vardır
Kullanım suyu dağıtımı ve istasyon içi tesisat
- Kullanım suyu arıtımının son aşaması, suyu basınçlandırmak ve istikrarlı bir tedarik miktarını depolamaktır
- Pompa, arıtılmış suyu istasyon dağıtım basıncına çıkarır
- Basınçlı su dağıtım tankı, istasyon kullanımını depolar
- Su, su arıtma tesisi tankından beer can boyunca yükselerek elevated station’a girer
- Yaklaşık 50 fitlik dikey yükselme vardır; bu, dağıtım sistemi basınç ayarında hesaba katılmalıdır
- beer can ısıtılmadığından borular yalıtılır
- elevated station’da yangın söndürme için basınçlı tank da bulunur
- İstasyon genelinde otomatik yangın sprinkler sistemi kuruludur
- İstasyon içindeki su kullanım noktaları sıradan binalardakine benzer
- Mutfaktaki dish pit büyük su tüketim noktalarından biridir
- Çamaşırhane evdeki çamaşırhane gibi çalışır
- Çamaşır makinelerinin çoğu enerji tasarrufu için yalnızca soğuk suya bağlıdır; sadece bazıları hem sıcak hem soğuk suya bağlıdır
- Kurutma makineleri elektrik dirençli ısıtma yerine binanın glycol ısıtma döngüsüne bağlı doğrudan ısı eşanjörü kullanır
- Banyolar ve su sebilleri de elevated station içindedir
- Su sebili, LK1110 glass filler add-on takılmış Elkay EZS8SF modelidir
Güney Kutbu atık su işleme yöntemi
- Güney Kutbu atık suyu, McMurdo’dan tamamen farklı bir yöntemle ele alınır
- McMurdo, atık suyu eksiksiz bir atık su arıtma sürecinden geçirir
- Arıtılmış atık su denize deşarj edilir, katı maddeler ise bertaraf için ABD’ye gönderilir
- Güney Kutbu’nda ömrünü tamamlamış Rodwell atık su deposu olarak kullanılır
- Rodwell maksimum boyutuna ulaştığında artık tatlı su çekilmez
- Ardından atık su depolama amaçlı “sewage outfall”a dönüştürülür
- Arıtılmamış kanalizasyon ve diğer atık sular, kanalizasyon boru ağı üzerinden mevcut sewage outfall’a akar
- Yer altında süresiz olarak depolanır
- Yer altına gönderilmeden önce atık su arıtması yapılmaz
- Güney Kutbu istasyonunun altındaki outfall’da milyonlarca galon arıtılmamış atık su depolanmıştır
- Haziran 2024 itibarıyla Güney Kutbu istasyonu için bir atık su arıtma tesisi şu anda planlanmış veya bütçeye alınmış değildir
- Ancak Güney Kutbu istasyonunun tarihinde birkaç kez tartışılmıştır
- NSF web sitesindeki South Pole Station Master Plan Draft 2024 içinde atık su arıtma tesisi bir öneri olarak yer alır
- Arıtılmamış kanalizasyonun buzun altına enjekte edilerek bertaraf edilmesi Antarctic Treaty System kapsamında izinlidir
- ABD hukukunda 45 CFR § 671.12(f) olarak kodifiye edilmiştir
Atık su toplama, deşarj ve dış binaların kısıtları
- elevated station’ın atık suyu kullanım giderlerinden çıkarak holding pit’te toplanır
- elevated station’da iki ana holding pit vardır
- holding pit’in iki amacı vardır
- Deşarj borusu veya sewer outfall bakımı sırasında da istasyon içi tesisatın kullanılabilmesi için geçici depolama tamponu sağlar
- Atık suyu biriktirip yüksek debiyle zorla deşarj ederek askıda katı maddelerin daha verimli taşınmasını sağlar
- Atık su, oluştuğu hızla sewer outfall’a kadar aksaydı, yol boyunca katı maddeler çökerek tıkanmalara yol açabilirdi
- “B” pod’un holding pit’i Emergency Power Plant içindedir
- Bu bölüm, station’ın başka kısımları hasar görürse bağımsız çalışabilecek yedek altyapı wing’i olan “lifeboat”un parçasıdır
- Genellikle ana sewage/wastewater outfall’a deşarj eder
- Ana outfall’da sorun çıkarsa daha küçük emergency outfall’a da deşarj edebilir
- Aynı alanda, kar eriterek potable domestic water üretebilen acil durum su arıtma altyapısı da bulunur
- “A” pod’un wastewater pit’i, A pod’un 1. katındaki büyük mekanik odanın içindedir
- A pod’daki tüm tesisatlardan gelen atık su yerçekimiyle burada toplanır
- Ana outfall’a deşarj edilir
- pit dolduğunda otomatik olarak sewer outfall’a deşarj edilir
- Güzergâh genel olarak kullanım suyu besleme borusuna benzer
- station’dan çıkar, beer can’den aşağı iner, ice tunnels’dan geçer ve mevcut sewer outfall’a ulaşır
- Kanalizasyonun son dikey bölüme kadar donmaması için heat trace uygulanır
- Güney Kutbu’ndaki tüm binalar boru sistemine bağlı değildir
- running water ve wastewater connection bulunan yerler yalnızca elevated station ve power plant arch’tır
- IceCube, MAPO, DSL, ARO gibi dış binalar çok uzaktadır ve bugüne kadar bağlantı maliyet-etkin olmamıştır
- station dışında çalışanlar için alternatifler de vardır
- Yaz döneminde nüfus yüksek olduğundan kampüs çevresine porta-potty yerleştirilir
- porta-potty atıkları dolduğunda station’a geri taşınmalıdır
- Kalıcı dış binalar kovadan çıkarılabilir depolu dry toilet’a kadar çeşitli çözümler kullanır
- Uzağa giden personel, USAP tarafından sağlanan 32oz HDPE Nalgene şişeleri taşıyabilir; sezon başında alıp ayrılmadan önce temizleyip dezenfekte ederek iade etmeleri gerekir
Görünmeyen temel altyapı
- elevated station içinde musluğu açtığınızda sistem sıradan bir binadaki gibi çalışır; fakat arkasında Rodwell, ice tunnels, heat trace, glycol ısı eşanjörü ve basınç tankları bağlıdır
- Güney Kutbu’nun su ve atık su sistemleri; aşırı soğuk, rüzgâr, sürekli biriken kar, uzun tedarik zinciri, uzman personel ve yedek parça temini sorunları içinde çalışır
- Bu altyapı, insanların Dünya’nın en güneyinde yaşayıp çalışabilmesini sağlayan kritik temel tesislerdir
1 yorum
Hacker News yorumları
Bu tür yazılar her zaman ilginç oluyor ve Güney Kutbu üssü gibi alışılmadık şekillerde yaşamın nasıl sürdürüldüğüne bakma imkânı veriyor
Tüm operasyon, entropinin sürekli içeri sızdığı durum ile bunu engellemek için harcanması gereken enerji arasında bıçak sırtında duruyormuş gibi görünüyor; bu da alttan alta ürkütücü geliyor. Jeneratörde bir sorun çıkarsa ne kadar hızlı çökeceği, sonuçta her şeyi yakıtın ayakta tuttuğu gerçeği özellikle bu kadar soğuk bir ortamda daha da güçlü hissediliyor
Bu tür tesislerin bakımına dair yazılar da görmek isterdim. Üssün varlığını tehdit edecek kadar ciddi sorunlar yaşanıp yaşanmadığı ve bunların nasıl aşıldığı gibi hikâyeler daha da iyi olurdu. Yedekli tasarım olsa bile, fiziksel dünyada olduğu sürece arızaların kaçınılmaz olduğu anlaşılıyor
Kutup koşulları için özel karışım olan AN8 de var. Bol miktarda yedekli tasarım mevcut ve sahada onarım yapabilecek ekipman da bulunuyor: https://www.jeffreydonenfeld.com/blog/2012/12/the-south-pole...
HN'de brr.fyi yazıları görmek her zaman güzel
Güney Kutbu'nda yaşamak neredeyse başka bir gezegende yaşamak gibi
Güney Kutbu'nun altında muazzam miktarda dışkının gömülü olduğunu düşünmek tuhaf
Bazı şeyleri bilmemek daha iyidir
İyimser bakmak her zaman güzeldir
Antarktika milyonlarca yıl boyunca olduğu gibi kalır ve sonra uzaylılar iniş yapıp her tür mikroorganizmayla dolu gizemli bir ek göl keşfedebilir
Eksik kalan bir nokta: OP'nin ilk bahsettiği McMurdo tuzdan arındırma tesisi geçmişte nükleer enerjiyle çalışıyordu, ama bu yöntemden vazgeçildi ve şu anda dizel kullanıyor
https://en.wikipedia.org/wiki/McMurdo_Station#Nuclear_power_...
Dizel kulağa çok daha pratik geliyor
https://theconversation.com/remembering-antarcticas-nuclear-...
HN'de bu şekilde ilginç bir konuyu derinlemesine inceleyen yazılar her zaman keyifliydi
Fotoğrafların tamamında Fahrenheit kullanılması biraz şaşırtıcıydı. Buz tüneli gerçekten harika. Star Wars izleyerek büyüdüyseniz bundan kim hoşlanmaz ki?
İlk Rodwell tamamlanmadan önce atık su nereye gidiyordu?
Kanalizasyon çıkışı, boruların donması ve lift pompası değişimi hakkında epey şey var. Muhtemelen zemine kazılmış bir çukurdu
Kanalizasyon veya su altyapısı olmayan dış yapılarda hâlâ bu yöntemler kullanılıyor. Cevap muhtemelen Bill Spindler'ın southpolestation.com sitesinin bir yerlerindedir
Bu seyyar tuvaletler aslında sadece sıcak havayla oluşturuluyor. İçme suyu kar mağarasından alınıyor ve kar eritme cihazına kürekle atılıyor
“1 galon suya eşdeğer miktarı -60°F'den makul bir dağıtım sıcaklığı olan 50°F'ye ısıtmak için tam 110°F artırmak gerekir. Yalnızca 1 galon suyu dağıtım sıcaklığına çıkarmak için net 268Wh enerji gerekir!”
Gerçekte bundan daha fazlası gerekir. Çünkü katıdan sıvıya geçişteki faz değişimi de çok enerji ister
330kJ/kg, yani galon başına 1250kJ, yaklaşık 350Wh ediyor. Yani 1 galon suyu çözdürmek için gereken enerji, kalan 110°F'lik sıcaklık artışından bile daha fazla
Fizikte buna erime gizli ısısı denir; sıvı ile katı arasındaki hâl değişimini gerçekleştirmek için gereken enerjidir. Birkaç yıl önce birinin hareket halindeki bir lokomotifin önündeki buzu eritmek için gereken enerjiyi hesapladığını görmüştüm; doğru hatırlıyorsam azımsanmayacak büyüklükte bir reaktör seviyesinde enerji gerekiyordu. Pratik değilmiş
Böyle bir bilim üssünde su sıcaklığını ölçmek için Fahrenheit kullanmaları şok ediciydi
Belirli boyutta bir metrik vida bulmaya çalışırken bir hafta harcadım; acısı gerçek
Önce şunu netleştirelim: Üssün büyük kısmı “bilim” değil, insanların yaşadığı altyapıdan ibaret. Binaların bakımını yapan insanlar emperyal ölçü sistemine alışkın, dolayısıyla o birimleri kullanmaları mantıklı. Onarımda kullanılan malzeme ve parçalar da ABD şirketlerinden tedarik ediliyor, çoğu durumda yasal olarak da böyle olması gerekiyor
Örneğin enerji santralinde her gün devriye atarsanız, motorların sıcaklık ölçümlerinin hepsi F olur. Hemen hemen tüm hat içi akışkan termometreleri F okur. İç mekân termostatlarının da hepsi F’dir. Bina ölçülerinin de neredeyse tamamı büyük olasılıkla fit cinsinden belirtilmiştir
Bu yüzden su sıcaklığının birimi çok da önemli değil. Burada su araştırması yapılmıyor; debi hesaplamaları gerektiren teknik işler dışında sadece istikrarlı ve içilebilir bir tedarik gerekiyor
Meteoroloji metrik sistemle raporlanır. Çünkü standart format METAR’dır. Ama havacılığa girince irtifada yine yaygın olarak fit kullanılır
Ama teleskoplar gerçekten beter. Her yerde emperyal sistem donanımı var. Yine de kriyojenik tarafta Kelvin kullanılıyor
İnsan merkezli bu önyargının avantaj sağlamadığı bağlamlarda muhtemelen Fahrenheit kullanılmazdı
Ayrıca ekipmanın çoğu, özellikle tesisat gibi şeyler, muhtemelen ABD tedarikçilerinden geliyor; o durumda inç ölçüsüyle tedarik etmek çok daha kolay
Kuzeyde çalışan bir arkadaşım, su olarak kullanmak için eritilen kardan göktaşları topladığını söylemişti
Rodwell’in dibinde de biraz göktaşı tozu birikmiş olup olmadığını merak ediyorum
Eskiden düşürülen eşyaları, örneğin aletleri geri almak için aşağıya mıknatıs sarkıtırlardı. Mıknatısı geri çekince üzerine metal tozu yapışmış olurdu. Ama su sürekli yeniden dolaştığı için, bunun sadece borulardan ya da başka makinelerden aşınıp çıkan parçacıklar olduğu itirazından kaçınmak zor. Tabii dolaşım sisteminde demir içeren malzeme olduğu varsayımıyla
İlginç
“1 galon suya denk gelen miktarı -60°F’den makul bir dağıtım sıcaklığı olan 50°F’ye kadar ısıtmak için tam 110°F yükseltmek gerekir. 1 galon suyu sadece dağıtım sıcaklığına getirmek için bile saf enerji olarak 268Wh gerekir! Duşların 2 dakikayla sınırlı olmasının nedenlerinden biri budur”
Bunu okuyan herkes günde bir kez 2 dakikalık duşla bir haftayı geçirmeyi denerse, bu işe başvurup başvuramayacağını aşağı yukarı anlayabilir gibi geliyor
Kulağa geldiği kadar zor değil. Üzerini ıslat, kapat, sabunlan, durulan, kapat. Pratik yapınca suyu kullanma süresi 20-30 saniye olsa bile epey temiz olabiliyorsun
Yine de tatmin edici değil. Saçın uzunsa ya da saç kremi kullanıyorsan bu sürenin nasıl uzayacağını hayal etmek zor değil
Çok ağır fiziksel iş yapmıyorsanız ya da bol tozlu ve kirli bir işte çalışmıyorsanız her gün tüm vücudu yıkamak gerekli değil
Alışkanlık kazanırken 5 dakikayı süre tutuyordum ama şimdi doğal olarak yaklaşık 2 dakikada bitiyor. Elbette Colorado’daki “soğuk”, Antarktika’daki “soğuk”la aynı değil. Yine de buharın ve duşun keyfine dalıp lükse kaçmıyorsan, 2 dakika duş için yeterli bir süre