- McMurdo जैसे तटीय स्टेशन के विपरीत, South Pole Station में तरल पानी का स्रोत नहीं है, इसलिए हजारों फीट मोटी बर्फ को पिघलाकर पीने और घरेलू उपयोग का पानी बनाया जाता है, और wastewater को भी अलग तरीके से संभाला जाता है
- ताजा पानी भूमिगत बर्फ में बने Rodwell नाम के कुएँ से शुरू होता है; गर्म पानी को circulate कर भूमिगत झील बनाई जाती है और उस पानी को ऊपर खींचकर treatment plant में भेजा जाता है
- दक्षिणी ध्रुव की गहरी बर्फ करीब -60°F होती है, और 1 gallon को 50°F तरल अवस्था में लाने के लिए तापमान बढ़ाने में 268Wh और latent heat of fusion में 350Wh मिलाकर करीब 618Wh चाहिए, इसलिए पानी उत्पादन अपने-आप में energy-intensive है
- treatment plant में पानी limestone contactor, filters, sodium carbonate, chlorine, storage tanks और pressure tanks से गुजरकर वितरित होता है; pipelines को जमने से बचाने के लिए insulation और heat trace लगाई जाती है
- wastewater को McMurdo की तरह treatment के बाद discharge नहीं किया जाता, बल्कि अपने जीवनकाल के अंत पर पहुँच चुके Rodwell में untreated रूप में store किया जाता है; जून 2024 तक South Pole wastewater treatment plant योजना या बजट में शामिल नहीं है
तटीय स्टेशन और अंतर्देशीय दक्षिणी ध्रुव का अंतर
- Antarctic research stations में से अधिकतर तट पर या तट के पास हैं
- क्योंकि समुद्र climate को moderate करता है, ship logistics access देता है, और water source तथा wastewater discharge का साधन उपलब्ध कराता है
- scientific research sites भी अक्सर तट के पास होते हैं
- South Pole Station तट पर नहीं, बल्कि अंतर्देशीय year-round operated stations में से एक है
- यह McMurdo Station से दक्षिण में करीब 975 miles दूर inland plateau पर है
- जहाँ तटीय stations में तुरंत उपलब्ध तरल पानी होता है, वहीं यहाँ पानी पाने के लिए बर्फ पिघलानी पड़ती है
McMurdo का freshwater infrastructure
- McMurdo तटीय station है, इसलिए station के नीचे समुद्र किनारे साल भर तरल seawater तक access मिलता है
- सर्दियों में तापमान -30°F तक गिरने पर भी बर्फ के नीचे तरल पानी बचा रहता है
- seawater को Seawater Intake Facility, यानी building 179, के pumps से खींचा जाता है
- seawater piping में मोटी insulation और heat trace cables इस्तेमाल होते हैं
- heat trace, pipe के साथ लगाई गई controllable high-resistance electric wire होती है
- बिजली प्रवाहित करने पर heat पैदा होती है, और insulation उसे रोककर pipe के अंदर पानी को जमने नहीं देता
- McMurdo का seawater दो कामों में इस्तेमाल होता है
- Crary Lab का seawater aquarium
- station operations के लिए potable water, यानी घरेलू उपयोग का पानी बनाना
- घरेलू पानी उत्पादन McMurdo water treatment plant में कई चरणों से गुजरता है
- seawater करीब 28°F पर अंदर आता है, और salt की वजह से freshwater से कम तापमान पर भी तरल बना रहता है
- power plant waste heat से इसे करीब 37°F तक गरम किया जाता है
- sediment हटाने के लिए filtration किया जाता है
- reverse osmosis से salt और naturally occurring minerals हटाए जाते हैं, और बचे हुए पदार्थ समुद्र में वापस भेज दिए जाते हैं
- polishing stage में hardness और pH adjust किया जाता है, और storage/distribution system में contamination के प्रभाव को कम करने के लिए थोड़ी chlorine मिलाई जाती है
- McMurdo treated water के hundreds of thousands gallons store करता है
- summer peak population 1,000 से अधिक हो सकती है
- firefighting water भी चाहिए, इसलिए काफी storage capacity जरूरी होती है
दक्षिणी ध्रुव का freshwater: Rodwell से शुरू होने वाला पानी
- दक्षिणी ध्रुव पर तरल पानी का कोई स्रोत नहीं है, और station तट से सैकड़ों miles दूर ठंडे inland plateau पर है
- पानी हजारों फीट मोटी बर्फ पिघलाकर बनाया जाता है
- गहराई की बर्फ करीब -60°F होती है
- 1 gallon पानी को 1°F गरम करने के लिए 2.44Wh, यानी 8.33BTU heat चाहिए
- -60°F से 50°F तक 110°F बढ़ाने के लिए 268Wh चाहिए
- solid से liquid बनने की latent heat of fusion शामिल करें तो प्रति gallon अतिरिक्त 350Wh चाहिए, कुल करीब 618Wh लगते हैं
- दक्षिणी ध्रुव की water supply Rodwell से शुरू होती है
- Rodwell “Rodriguez Well” का संक्षिप्त रूप है
- इसका मूल design Greenland के camp के लिए Raul Rodriguez ने बनाया था
- अभी operational कुआँ official रूप से “Rodwell 3” है
- भविष्य में इस्तेमाल होने वाली कई Rodwell locations भी planned हैं
- Rodwell का basic operation सरल है
- बर्फ में छेद किया जाता है
- गर्म पानी डालकर बर्फ पिघलाई जाती है
- पानी आसपास की बर्फ पिघलाकर भूमिगत झील बनाता है
- तरल पानी को भूमिगत झील से pump करके ऊपर लाया जाता है
- गर्म पानी लगातार circulate करने से भूमिगत झील को maintain और expand किया जा सकता है
- Rodwell support building में control और monitoring equipment होते हैं, और building heated रहती है
- well सैकड़ों feet नीचे जाता है
- इसमें ऊपर खींचे जा रहे पानी की piping, गर्म पानी को वापस नीचे भेजने की piping, submersible pump की power wires, और sensors/control circuits की signal lines साथ जाती हैं
Rodwell circulation और freezing prevention
- Rodwell से निकला पानी सैकड़ों feet दूर main water treatment plant तक जाता है
- कुछ पानी station के domestic water के रूप में इस्तेमाल होता है
- बाकी water treatment plant के heat exchanger से गुजरकर फिर Rodwell में लौटता है
- Rodwell से निकाला गया raw water करीब 36°F होता है
- water treatment plant और limestone contactor से गुजरने के बाद यह करीब 42°F हो जाता है
- Rodwell में लौटने वाला circulation water करीब 84°F तक गरम किया जाता है
- Rodwell support building में backup boiler और heat exchanger होते हैं
- ताकि water treatment plant और Rodwell के बीच return piping में समस्या आने पर भी Rodwell को हमेशा गर्म पानी मिलता रहे
- hot water circulation loop खोने पर Rodwell के damage होने का risk है
- continuous heat input, Rodwell operation की core requirement है
- Rodwell कई वर्षों तक इस्तेमाल होता है
- बहुत बड़ा होने पर इसका size कई million gallons तक पहुँच जाता है
- उसके बाद इसे freshwater source के रूप में इस्तेमाल नहीं किया जाता और नई location पर नया Rodwell शुरू किया जाता है
- पुराना Rodwell wastewater storage के रूप में convert कर दिया जाता है
- Rodwell से जुड़े historical documents Bill Spindler की South Pole Station site पर और देखे जा सकते हैं
South Pole water treatment plant
- Rodwell का पानी भूमिगत ice tunnels से होकर main water treatment plant तक जाता है
- ice tunnels, tightly compacted snow को खोदकर बनाए गए underground utility passage network हैं
- piping में insulation और heat trace लागू होती है
- water treatment plant, power plant के पास arches के अंदर, beer can के निचले हिस्से में है
- generator waste heat ले जाने वाला glycol loop पास के power plant से लाकर heat exchangers में आसानी से इस्तेमाल किया जा सकता है
- treatment plant में आने वाला पानी पहले limestone contactor से गुजरता है
- limestone contactor minerals जोड़कर पानी का pH बढ़ाता है
- इससे corrosion resistance बढ़ती है और पानी इंसानों के पीने योग्य बनता है
- target treatment result के आधार पर contactor को online या offline रखा जा सकता है
- Rodwell में वापस जाने वाले पानी सहित सारा पानी contactor से गुजरता है
- domestic water के लिए जाने वाले पानी का अतिरिक्त treatment होता है
- यह sediment filter और carbon filter से गुजरता है
- sodium carbonate, यानी soda ash, से pH को और बारीकी से adjust किया जाता है
- calcium hypochlorite के रूप में chlorine को disinfectant के तौर पर इस्तेमाल किया जाता है
- treated domestic water बड़े non-pressurized storage tanks में store किया जाता है
- दो tanks हैं, इसलिए एक को maintenance के लिए हटाने पर भी operations चल सकते हैं
- हर tank कई thousand gallons capacity का है
- यह Rodwell supply या treatment process में planned/unplanned interruptions के लिए storage buffer का काम करता है
- water quality को treatment और distribution process के कई points पर check किया जाता है
- domestic water pumps से pressurize होने से ठीक पहले, treated water storage tank outlet पर sample point है
- water treatment plant lab bench पर measurement tools मौजूद हैं
domestic water distribution और station के अंदरूनी facilities
- domestic water treatment का अंतिम चरण पानी को pressurize करना और stable supply volume store करना है
- pumps treated water को station distribution pressure तक बढ़ाते हैं
- pressurized water distribution tank station की usage demand के लिए पानी store करता है
- पानी water treatment plant tanks से beer can के साथ ऊपर चढ़कर elevated station में प्रवेश करता है
- करीब 50 feet की vertical rise है, जिसे distribution system pressure settings में शामिल करना पड़ता है
- beer can heated नहीं है, इसलिए piping insulated होती है
- elevated station में fire suppression के लिए pressurized tanks भी हैं
- पूरे station में automatic fire sprinklers लगे हैं
- station के अंदर पानी के उपयोग की जगहें सामान्य building जैसी हैं
- kitchen का dish pit पानी की बड़ी खपत वाली जगहों में से एक है
- laundry room घर के laundry room जैसा काम करता है
- energy saving के लिए अधिकांश washing machines में केवल cold water connection है, और कुछ में ही hot और cold दोनों connections हैं
- dryers electric resistance heating की जगह building के glycol heating loop से जुड़े direct heat exchangers इस्तेमाल करते हैं
- bathrooms और drinking fountains भी elevated station के अंदर हैं
- drinking fountain, Elkay EZS8SF model है जिसमें LK1110 glass filler add-on लगा है
South Pole wastewater treatment method
- South Pole wastewater को McMurdo से पूरी तरह अलग तरीके से संभाला जाता है
- McMurdo wastewater को full wastewater treatment process से गुजारता है
- treated wastewater समुद्र में discharge होता है, और solids को disposal के लिए United States भेजा जाता है
- South Pole में अपने जीवनकाल के अंत पर पहुँचे Rodwell को wastewater storage के रूप में इस्तेमाल किया जाता है
- Rodwell maximum size पर पहुँच जाए तो उससे freshwater खींचना बंद कर दिया जाता है
- इसके बाद उसे wastewater storage “sewage outfall” में convert कर दिया जाता है
- untreated sewage और अन्य wastewater sewer piping network के जरिए current sewage outfall में जाते हैं
- इन्हें भूमिगत अनिश्चितकाल तक store किया जाता है
- underground भेजने से पहले wastewater treatment नहीं किया जाता
- South Pole Station के नीचे outfall में untreated wastewater के कई million gallons store हैं
- जून 2024 तक South Pole Station का wastewater treatment plant वर्तमान में planned या budgeted नहीं है
- हालांकि South Pole Station के इतिहास में इस पर कई बार चर्चा हुई है
- NSF website के South Pole Station Master Plan Draft 2024 में wastewater treatment plant को recommendation के रूप में शामिल किया गया है
- untreated sewage को ice के नीचे inject करके dispose करने की विधि Antarctic Treaty System के तहत permitted है
- US law में यह 45 CFR § 671.12(f) के रूप में codified है
wastewater collection, discharge और external buildings की constraints
- elevated station का wastewater domestic drains से निकलकर holding pit में इकट्ठा होता है
- elevated station में दो main holding pits हैं
- holding pit के दो उद्देश्य हैं
- discharge piping या sewer outfall maintenance के दौरान भी station के अंदर plumbing fixtures इस्तेमाल करने के लिए temporary storage buffer देना
- wastewater को पूरा भरकर high flow rate से forcefully discharge करना, ताकि suspended solids अधिक efficiently transport हों
- अगर wastewater बनने की speed पर ही sewer outfall तक बहता रहे, तो रास्ते में solids बैठ सकते हैं और blockage हो सकता है
- “B” pod का holding pit Emergency Power Plant के अंदर है
- यह area “lifeboat” का हिस्सा है, यानी redundant infrastructure wing जो station के दूसरे हिस्सों को damage होने पर independently function कर सकता है
- आमतौर पर यह main sewage/wastewater outfall में discharge करता है
- main outfall में समस्या हो तो छोटे emergency outfall में भी discharge कर सकता है
- उसी space में emergency water purification infrastructure भी है, जो बर्फ पिघलाकर potable domestic water बना सकता है
- “A” pod का wastewater pit, A pod first floor के बड़े mechanical room में है
- A pod की सभी facilities से wastewater gravity के जरिए इकट्ठा होता है
- इसे main outfall में discharge किया जाता है
- pit भरने पर यह automatically sewer outfall में discharge होता है
- route आम तौर पर domestic water supply piping जैसा है
- station से निकलकर beer can से नीचे जाता है, ice tunnels से गुजरता है और current sewer outfall तक पहुँचता है
- आखिरी vertical section तक sewage को जमने से बचाने के लिए heat trace applied है
- South Pole की सभी buildings piping system से connected नहीं हैं
- running water और wastewater connection केवल elevated station और power plant arch में हैं
- IceCube, MAPO, DSL, ARO जैसी external buildings बहुत दूर हैं, और अब तक connection cost-effective नहीं रहा
- station के बाहर काम करने वालों के लिए alternatives भी हैं
- summer में population ज्यादा होने से campus के आसपास porta-potty लगाए जाते हैं
- porta-potty waste भरने पर station में वापस ले जाना पड़ता है
- permanent external buildings bucket से लेकर detachable storage container वाले dry toilet तक अलग-अलग solutions इस्तेमाल करती हैं
- दूर जाने वाले लोग USAP द्वारा दी गई 32oz HDPE Nalgene bottle साथ ले जा सकते हैं, जिसे season की शुरुआत में लेकर departure से पहले साफ और disinfect करके वापस करना होता है
दिखाई न देने वाला जरूरी infrastructure
- elevated station के अंदर tap खोलने पर यह सामान्य building जैसा काम करता है, लेकिन उसके पीछे Rodwell, ice tunnels, heat trace, glycol heat exchange और pressure tanks जुड़े होते हैं
- South Pole के water और wastewater systems extreme cold, wind, लगातार जमा होती snow, long supply chains, और skilled personnel व spare parts सुनिश्चित करने की चुनौतियों के बीच operate करते हैं
- यह infrastructure इंसानों को पृथ्वी के सबसे दक्षिणी छोर पर रहने और काम करने लायक बनाने वाला core infrastructure है
1 टिप्पणियां
Hacker News की राय
ऐसे लेख हमेशा मज़ेदार होते हैं, और South Pole Station जैसी जगहों पर अनोखे तरीकों से जीवन को बनाए रखने की झलक दिखाते हैं
पूरा संचालन ऐसा लगता है जैसे लगातार अंदर घुसती entropy और उसे रोकने के लिए लगाई जाने वाली ऊर्जा के बीच तलवार की धार पर खड़ा हो, जो चुपचाप थोड़ा डरावना भी है। generator में समस्या आए तो यह कितनी जल्दी ढह जाएगा, और आखिरकार fuel ही सब कुछ संभाले हुए है—यह बात खासकर इतने ठंडे माहौल में और ज़्यादा भारी लगती है
ऐसी facilities के maintenance पर भी कोई लेख पढ़ना चाहूंगा। अगर इसमें यह बताया जाए कि station के अस्तित्व को खतरे में डाल सकने वाली क्या समस्याएं आईं और उनसे कैसे निपटा गया, तो और अच्छा होगा। redundancy design होने के बावजूद, physical world में मौजूद चीज़ें आखिर खराब तो होंगी ही
उनका अपना polar blend AN8 भी है। redundancy design काफी है और site पर repair करने के लिए equipment भी मौजूद है: https://www.jeffreydonenfeld.com/blog/2012/12/the-south-pole...
HN पर brr.fyi के लेख देखना हमेशा अच्छा लगता है
South Pole पर रहना लगभग किसी alien planet पर रहने जैसा है
South Pole के नीचे भारी मात्रा में मल दबा हुआ है, यह सोचकर अजीब लगता है
कुछ चीज़ों के बारे में न जानना ही बेहतर होता है
optimistic होकर देखना भी हमेशा अच्छा है
Antarctica लाखों साल तक वैसा ही पड़ा रहे, और शायद aliens उतरकर तरह-तरह के microbes से भरी एक रहस्यमयी अतिरिक्त lake खोज लें
एक बात छूट गई: OP की पहली McMurdo desalination facility पहले nuclear power से चलती थी, लेकिन बाद में वह तरीका छोड़ दिया गया और अब diesel इस्तेमाल होता है
https://en.wikipedia.org/wiki/McMurdo_Station#Nuclear_power_...
Diesel कहीं ज़्यादा practical लगता है
https://theconversation.com/remembering-antarcticas-nuclear-...
HN पर इस तरह किसी दिलचस्प विषय में गहराई से उतरने वाले लेख हमेशा आनंद देते रहे हैं
तस्वीरों तक में सब कुछ Fahrenheit में होना थोड़ा हैरान करने वाला था। ice tunnels सचमुच शानदार हैं। अगर आप Star Wars देखते हुए बड़े हुए हैं, तो भला उन्हें कौन पसंद नहीं करेगा?
पहला Rodwell पूरा होने से पहले wastewater कहां जाता था?
इसमें sewage outfall, pipes के जमने और lift pump replacement की बहुत बातें हैं। शायद जमीन में खोदा गया कोई गड्ढा रहा होगा
जिन बाहरी buildings में sewer या water infrastructure नहीं है, वहां आज भी ऐसे तरीके इस्तेमाल होते हैं। जवाब शायद Bill Spindler की southpolestation.com साइट पर कहीं होगा
वह porta-potty बस hot air से बना होता है। पीने का पानी snow cave से लाकर melting device में shovel से डाला जाता है
“1 gallon पानी के बराबर मात्रा को -60°F से एक reasonable distribution temperature 50°F तक गरम करने के लिए पूरे 110°F बढ़ाने पड़ते हैं। 1 gallon पानी को distribution temperature तक लाने में ही 268Wh pure energy चाहिए!”
असल में यह इससे भी ज़्यादा है। क्योंकि solid से liquid में बदलने वाली phase change में भी बहुत energy लगती है
330kJ/kg, यानी per gallon 1250kJ, लगभग 350Wh। इसलिए 1 gallon पानी को thaw करने में लगने वाली energy बाकी 110°F temperature rise से भी ज़्यादा है
physics की भाषा में इसे latent heat of fusion कहते हैं, यानी liquid और solid के बीच state change कराने के लिए जरूरी energy। कुछ साल पहले मैंने किसी को दौड़ती locomotive के आगे की ice पिघलाने के लिए जरूरी energy calculate करते देखा था, और अगर मुझे ठीक याद है तो वह एक छोटे nuclear reactor जितनी energy थी। practical नहीं है
ऐसी scientific station में पानी का तापमान मापने के लिए Fahrenheit इस्तेमाल होता है, यह देखकर झटका लगा
एक खास size के metric screw को ढूँढने में मैंने एक हफ्ता लगा दिया था, और यह तकलीफ सचमुच real है
पहले यह साफ कर दें कि station का ज़्यादातर हिस्सा “science” नहीं, बल्कि लोगों के रहने की बुनियादी infrastructure है। इमारतों की maintenance करने वाले लोग yard-pound system के आदी हैं, इसलिए उन units का इस्तेमाल करना समझ में आता है। repair में लगने वाले materials और parts भी अमेरिकी कंपनियों से procure होते हैं, और कई मामलों में legal तौर पर भी ऐसा ही होता है
उदाहरण के लिए, power plant में daily patrol करते समय engines की temperature readings सब F में होती हैं। practically सारे inline fluid thermometers F पढ़ते हैं। indoor thermostats भी सब F में हैं। building dimensions भी बहुत संभव है कि लगभग सब feet में specified हों
इसलिए पानी के तापमान की unit खास मायने नहीं रखती। यहाँ पानी पर research नहीं हो रही; throughput calculation जैसे technical कामों को छोड़ दें तो बस stable और पीने लायक supply चाहिए
मौसम की reporting metric में होती है। क्योंकि METAR standard format है। हालांकि aviation में जाते ही altitude के लिए फिर आम तौर पर feet इस्तेमाल होते हैं
लेकिन telescopes तो सचमुच बहुत खराब हैं। yard-pound hardware हर तरफ बिखरा पड़ा है। फिर भी cryogenics में Kelvin इस्तेमाल होता है
जिन contexts में human-centric bias फायदेमंद नहीं है, वहाँ शायद Fahrenheit इस्तेमाल नहीं करेंगे
ऊपर से ज़्यादातर equipment, खासकर piping जैसी चीज़ें, अमेरिकी suppliers की होंगी, तो inch units में procurement करना कहीं ज़्यादा आसान होगा
उत्तर में काम करने वाले एक दोस्त ने बताया था कि उन्होंने पानी के लिए पिघलाई गई बर्फ से meteorites इकट्ठा किए थे
सोच रहा हूँ कि Rodwell के bottom में भी थोड़ी meteorite dust जमा होती होगी या नहीं
पहले वे गिरी हुई चीज़ें, जैसे tools वगैरह recover करने के लिए magnet नीचे उतारते थे। magnet ऊपर लाते तो metal powder चिपका हुआ आता था। लेकिन क्योंकि पानी लगातार recirculate होता रहता है, इसलिए यह counter-argument टालना मुश्किल है कि वह बस piping या दूसरी machinery के wear से निकले particles होंगे। बशर्ते circulation system में ferrous material मौजूद हो
दिलचस्प
“1 gallon पानी के बराबर मात्रा को -60°F से reasonable rationing temperature 50°F तक गर्म करने के लिए पूरे 110°F बढ़ाना पड़ता है। 1 gallon पानी को rationing temperature तक लाने में ही 268Wh pure energy लगती है! यही एक वजह है कि showers 2 मिनट तक सीमित हैं”
इसे पढ़ने वाले सभी लोग अगर एक हफ्ते तक रोज़ एक बार 2-minute shower लेकर देखें, तो अंदाज़ा लगा सकते हैं कि वे इस काम के लिए apply कर पाएँगे या नहीं
जितना सुनने में मुश्किल लगता है, उतना नहीं है। पानी लगाओ और बंद करो, साबुन लगाओ, rinse करो और बंद करो। practice के बाद 20–30 seconds के water-on time में भी आप काफी साफ हो सकते हैं
लेकिन यह satisfying नहीं होता। बाल लंबे हों या conditioner इस्तेमाल करते हों, तो यह number कितना बढ़ेगा, कल्पना करना मुश्किल है
अगर आप बहुत physically demanding काम या बहुत dust/filth वाला काम नहीं कर रहे, तो रोज़ full-body bath की ज़रूरत नहीं होती
habit बनाते समय मैंने 5 मिनट timer लगाया था, लेकिन अब naturally करीब 2 मिनट में हो जाता है। बेशक Colorado की “ठंड” Antarctic की “ठंड” से अलग है। फिर भी अगर आप भाप और shower के खयालों में खोकर luxury enjoy नहीं कर रहे, तो shower के लिए 2 मिनट काफी हैं