Сьогодні і завтра водопідготовки

5 квітня 2016 р.
 

Татьяна Митченко

Всем известно, что ситуация с питьевой водой как в глобальном, так и в локальном масштабе является достаточно напряженной. Давайте попробуем сформулировать главные планетарные проблемы.

Итак, уже сегодня наблюдается сокращение запасов питьевой воды в результате существенного увеличения количества населения за счет роста рождаемости в развивающихся странах и увеличения продолжительности жизни в развитых.

В целом же за последние 200 лет количество людей на планете воз росло более чем в 7 раз – с 1 млрд в 1820 году до 7,2 млрд в 2015 году. Естественно пропорционально увеличились расходы воды, которая необходима не только для питьевых нужд, а и для производства энергии, пищи, одежды и т. д. По данным ООН, к 2030 году численность людей увеличится до 8 млрд, а потребность населения в воде увеличится еще на 30%, в энергии – на 45% и на 50% в еде. При этом запасы воды на планете не изменились и не изменятся, сокращается только доля доступной для использования и пригодной для питья воды.

Сегодня практически 2 млрд людей в более чем 80 странах имеют ограниченное обеспечение питьевой водой. Ожидается, что к 2025 году эта цифра возрастет до 3 млрд. Пугающими сведениями об этой проблеме заполнены все виды информационных порталов, откуда каждый может их запросить. Мы же только подчеркиваем, что именно эта проблема сегодня является главной угрозой существованию нашей цивилизации.

Второй по значимости является проблема ухудшения качества питьевой воды как за счет увеличения в водоемах количества антропогенных загрязнений в целом, так и за счет новых химических веществ, попадающих в сточные воды в мизерных (микрограммовых) концентрациях (по некоторым оценкам их насчитывается до 60 тысяч), количественное определение которых затруднено, а влияние на организм – не изучено. В качестве источников загрязнений могут быть названы фармацевтические препараты, косметические средства, биологически активные добавки, которыми так увлекается сегодня человек. Все эти вещества, не полностью усваиваясь организмом, попадают с фекалиями в сточные воды, затем на коммунальные очистные сооружения, не предусматривающие их обезвреживание, потом в открытые водоемы, а оттуда – на станции под готовки питьевой воды, также работающие по стандартным технологиям, и, в конечном итоге, в питьевую воду.

Это заставляет постоянно пересматривать значение и расширять список существующих требований безопасности к качеству питьевой воды, а также разрабатывать все новые и новые технологии удаления микропримесей из воды. Очевидно, что содержание данных веществ в воде очень низкое и, по мнению ряда специалистов, не должно вызывать проблем у населения. Вместе с тем, многие ученые придерживаются мнения, что, например, антибиотики даже в наноколичествах могут вызывать у человека привыкание, а также аллергические реакции.

И, наконец, на третьем месте – глобальные проблемы муниципального водоснабжения, связанные не только с устаревшими технологиями и разрушенной инфраструктурой, но и с проблемой вторичного загрязнения воды при ее транспортировке, причем не только продуктами коррозии, но также деструкции биопленки, образующейся на внутренних поверхностях трубопроводов. Появление и развитие биопленки приводит к возникновению ряда проблем, в частности – снижению проходимости труб, уменьшению их теплопроводности и, соответственно, увеличению энергозатрат, а также к коррозии оборудования под действием продуктов жизнедеятельности «обитателей» биопленки (т. н. биокоррозия). Кроме того, биопленка аккумулирует токсичные органические вещества, тяжелые металлы, патогенные микроорганизмы, которые затем, при ее разрушении, выделяются в воду.

Нельзя забывать и о потерях питьевой воды в ходе ее транспортировки к потребителю. В некоторых случаях утечки воды в трубопроводах достигают 60% и более. Следует отметить, что муниципальные проблемы сегодня являются крайне острыми и достаточно схожими для всех стран вне зависимости от размера их ВВП (в качестве примеров мы приводим информацию о состоянии дел в США и Украине). Надежды на разрешение этих проблем завтра – весьма эфемерны.

По словам Питера Картрайта (консультант WQA), в Соединенных Штатах водная отрасль ориентирована, главным образом, на муниципальную водоподготовку и распределение питьевой воды. Агентство по охране окружаю щей среды (US EPA) разработало стандарты каче ства питьевой воды, которые приняты за основу повсеместно в мире. Имея в Соединенных Штатах 161 000 предприятий по водоподготовке и снабжению безопасной питьевой водой, американцы по праву могут гордиться одной из лучших в мире систем водоснабжения.

Кроме того, в США активно внедряются проекты по повторному использованию воды. Так, уже сегодня предложено 92 проекта в 14 штатах, что может позволить получить дополни тельное водоснабжение в объеме 11,1 км3 .

Но, в то же время, инфраструктура муниципального водоснабжения США уже недостаточна по объемам, устарела и очень нуждается в ремонте. По оценкам US EPA, на сегодняшний день необходимо финансирование в размере $384 миллиардов для адекватного обеспечения жителей страны безопасной питьевой водой.

Имеет место постоянное выявление в источниках питьевого водоснабжения новых, опасных для здоровья загрязнителей, что заставляет усиливать требования к качеству и безопасности питьевой воды.

Цены на подготовленную питьевую воду занижены. Согласно недавнему обзору ЕРА, 80% водоочистных предприятий рапортуют о том, что они несут убытки. Население полу чает воду по явно заниженной цене.

В Украине централизованным водоснабжением обеспечено только 25,2% населенных пунктов, а в остальных 74,8% жители пользуются водой, поступаю щей из скважин и колодцев. Протяженность водопроводных сетей составляет 181 тыс. км, из которых 38% требуют замены. По дан ным Института исследований регионального развития Украины, приблизительная сумма необходимых инвестиций в сферу ЖКХ составляет 800 млрд грн.

Стандарты качества питьевой воды сформулированы в документе ДСанПіН 2.2.4 171 10 и действуют с 1 июля 2010 года. Они достаточно высоки и приближаются к стандартам, принятым US EPA и ВОЗ. Однако контролирующие органы не располагают необходимым аналитическим оборудованием для определения некоторых показателей качества. «Для доведения качества воды до нормативных требований в частичной или пол ной реконструкции нуждаются почти 100% водопроводных и канализационных очистных сооружений. В немедленной замене нуждается 29% насосных агрегатов водопроводных станций и 35% – канализационных насосных станций», – говорит директор Департамента систем жизнеобеспечения и жилищной поли тики Министерства регионального развития, строительства и жилищно-коммунального хозяйства Украины Сергей Кушнир. 

Что делать?

Над ответом на этот вопрос работает очень большое количество специалистов самых разных профилей: химиков, биологов, физиков, геологов, математиков, программистов и просто умных людей. Как­никак – основная проблема выживания человечества.  Результаты своих исследований и размышлений они обсуждают на многочисленных форумах в разных местах и на разных уровнях, в том числе – королевских и президентских. Только в 2015 году состоялось не менее 10 таких встреч, включая саммит ООН по устойчивому развитию (25–27 сентября 2015, НьюЙорк) и Международную конференцию ООН по вопросам климата (30 ноября – 12 декабря 2015, Париж) при участии президентов ряда стран, в том числе президента Украины Петра Порошенко, а также был опубликован доклад по совместной программе ВОЗ и ЮНИСЕФ по мониторингу «Прогресс в сфере санитарии и питьевой воды».

Этот год был урожайнее других, поскольку явился годом, завершающим водное десятилетие 2005–2015, объявленное ООН (UN Water for Life Decade 2005­2015).

Анализ информации, изложенной в этом материале, показывает, что наиболее актуальными на сегодняшний день являются следующие тренды:

1. Для снижения расходов запасов питьевой воды рассматривать сточные воды не как отходы, а как ценные источники воды. Это положение распространяется не только на промышленную водоподготовку, а и на коммерческую и, самое главное, – на бытовую. Причем авторы предложения предполагают, что оно будет распространяться не только на вододефицитные страны, но и на все остальные, поскольку все люди имеют равное право на доступ к безопасной питьевой воде. На государственном уровне всячески стимулировать (тарифами, кредитами, штрафами и т. д.) внедрение технологий повторного использования воды для ирригационных, технологических, питьевых и хозяйственных нужд.

2. Рассматривать локальную подготовку воды питьевого качества как альтернативу централизованной, а не только как средство доочистки водопроводной воды. Это позволит сократить колоссальные потери воды при транспортировке, а также повысить качество ее очистки.

3. Экономить воду всеми доступными средствами – от капельного орошения взамен дождевального полива до использования туалетов с экономным сливом.

4. Сокращать потери воды в распределительных сетях путем использования автоматизированного мониторинга и анализа данных.

В целом, как нам кажется, такой подход является достаточно рациональным и реалистичным, однако для его реализации требуются соответствующие, в том числе новые технологии и материалы. Над их созданием работают все ведущие производители мира. Мы предлагаем вашему вниманию отрывки из интервью, взятого корреспондентом журнала Water Technology у мировых экспертов отрасли водоподготовки для статьи The state of water in 2015.

                                         

Ральф Экстон, директор по маркетингу, Water and Process Technologies GE Power & Water

Основные тренды в современной водоподготовке, которые я бы хотел отметить, – это очистка стоков (низкозатратная с точки зрения потребления энергии), восстановление ценных компонентов твердых отходов и оптимизация очистных процессов с помощью детального мониторинга и анализа данных.

Несомненно, перспективным направлением по уменьшению потребления воды является ее повторное использование. С этой точки зрения компания GE Water and Process Technologies является сторонником технологий ZLD (Zero Liquid Discharge), не образующих жидкие стоки. Эти процессы обеспечивают 100% повторного использования воды с образованием твердых отходов, из которых можно извлекать ценные компоненты. На сегодняшний день широкое использование ZLD технологий несколько ограничено высокими финансовыми и энергозатратами, но, я уверен, этот вопрос решится уже в ближайшие время.

Переходя от глобального к локальному, нельзя забывать о потерях воды в трубопроводах. Возможно, эта проблема не кажется столь существенной, но на самом деле изношенность и низкие инвестиции в реконструкцию трубопроводов и водоочистного оборудования стоят нам, в первую очередь, больших потерь питьевой воды и много денег. Поэтому возможность постоянного дистанционного контроля распределительных систем тоже является актуальной задачей.

Наша компания уделяет большое внимание разработке решений для повышения эффективности очистки и экономии воды путем модернизации существующих водоочистных предприятий. Так, сейчас мы работаем над созданием надежной платформы программного обеспечения для мониторинга потерь воды в распределительных системах. Мы надеемся, что эта разработка позволит получать оперативные данные и своевременно предотвращать утечки воды.

                                        

Шехал Десаи, директор по глобальному управлению бизнесом, Dow Chemical & Process Solutions

Проблема ограниченности запасов питьевой воды и ее рационального использования особенно актуальна сегодня. Предложено много решений, еще больше разрабатывается и исследуется. Вместе с тем, одними из наиболее перспективных являются очистка стоков и повторное использование воды, а также поиск альтернативных источников энергии. Уже сегодня мировая промышленность, прирост водопотребления которой по прогнозам в ближайшие 10 лет увеличится на 400%, сделала большой шаг в направлении внедрения замкнутых схем использования воды.

Важную роль в организации та ких процессов играют мембранные технологии. Так, разработка высоко производительных и стойких к загрязнению мембран существенно расширила возможности очистки стоков различной природы. Кроме того, все большему внедрению данного направления способствует сотрудничество и взаимодействие на локальном уровне муниципальных органов, промышленности и населения.

Один из ярких примеров успешного взаимодействия промышленности и муниципальных органов – завод Dow в Тернёзене (Нидерланды). Это один из крупнейших заводов компании по производству химических веществ и, как следствие, наибольший потребитель воды в городе. Для того чтобы уменьшить потребление чистой воды, предприятием была внедрена инновационная программа повторного использования муниципальных стоков города для нужд завода. Инновационность схемы заключается в том, что каждый литр воды (10 000 м3 муниципальных сточных вод в день) используется заводом трижды. В результате такое решение позволило снизить потребление энергии заводом на 95%.

Помимо повторного использования воды, нельзя забывать о колоссальных водных ресурсах, представленных морской водой. Долгое время процесс обессоливания воды был неоправданно дорогостоящим с точки зрения энергопотребления и оборудования. К счастью, за последние 40 лет ситуация значительно улучшилась: новые материалы мембран, продуманные конструкции модулей и высокоэффективное насосное оборудование позволили снизить стоимость обессоленной воды и рассматривать это направление как не менее перспективное.

                                                 

Дитер Зауэр, президент Grundfos Water Utility

Рецикл и повторное использование воды – одно из важнейших направлений в области экономии водных ресурсов. Несмотря на то что сегодня это направление применимо преимущественно в непитьевом водоснабжении, в Австралии и Сингапуре запущены проекты по разработке и внедрению схем очистки воды повторного использования для питьевых целей. В будущем данная тенденция станет всеобщей – это только вопрос времени.

Как производители насосного оборудования, мы следим, в первую очередь, за тенденциями в промышленной водоподготовке. Так, в последнее время наблюдается тренд по разработке и использованию энергосберегающих технологий. Потребители стараются экономить всевозможными способами, и насосное оборудование с меньшим потреблением энергии сегодня тоже в тренде. Поэтому мы разработали одни из наиболее энергоэффективных насосов для сектора очистки сточных вод. Экономия энергии с использованием этих насосов может достигать 85% от стоимости самого насосного оборудования.

Еще один тренд, вызывающий интерес у клиентов, – это поиск возможности дистанционного контроля и управления оборудованием с помощью простых и доступных технологий. Как показал опыт, система дистанционного управление Grundfos позволяет пользователям постоянно следить за работой насосного оборудования и более оперативно обнаруживать проблемы. Это, в свою очередь, позволяет сэкономить и время, и деньги.

Несмотря на все тренды и достижения, проблема изношенности распределительных систем и трубопроводов усугубляется с каждым годом. Специалисты компании Grundfos активно участвуют в решении данной проблемы путем разработки оборудования и технологий, способных если не устранить, то минимизировать недостатки существующих систем. Так, например, нами была разработана насосная система, использующая «умную» технологию, способную автоматически определять и снижать давление и скорость потока воды в системе, когда потребление воды минимально. Это позволяет уменьшить негативное воздействие на трубопроводы, уменьшить риск протечек и сэкономить воду.

Помимо глобальных проектов и решений, которые сегодня уже достаточно широко внедряются, в разработках находится множество инноваций, направленных на создание технологий экономичной очистки и повторного использования сточных вод. Это и прямой осмос, и наноматериалы, и новые методы реагентного и безреагентного обеззараживания воды, и многое другое, о чем мы уже писали в нашем журнале и будем писать впредь.

В завершение статьи хотелось бы привести информацию о повторном использовании сточных вод в украинской промышленности. С этим вопросом мы обратились к В. Р. Полякову, техническому директору флагмана украинской водоподготовки – ООО «НПО «Экософт».

                                                

В Украине ситуация с повторным использованием сточных вод неоднозначная. С одной стороны, в г. Горловке на химическом заводе ОАО «Стирол» уже 20 лет функционирует крупнейшая в Восточной Европе установка очистки и повторного использования воды производительностью 1200 м3/час. В ней применяются технологии ультрафильтрации и обратного осмоса. Установка постоянно модернизируется путем применения все более эффективных современных материалов. Еще одним успешным примером повторного использования очищенной дождевой воды для подпитки паровых котлов может служить установка на предприятии по производству бытовой химии в г. Орджоникидзе Днепропетровской области. Установка производительностью 12 м3/час включает стадии механической фильтрации, обратного осмоса и натрий­катионирования. Из положительных примеров можно упомянуть элементы «зацикливания» концентрата обратного осмоса в установках обратноосмотической деминерализации воды на энергетических объектах, например, на Киевской ТЭЦ­-6. Для крупного европейского государства это, конечно, непростительно мало, особенно с учетом далеко не лучшей ситуации с водообеспечением страны. Я считаю, что с технической точки зрения Украина располагает всеми необходимыми ресурсами для широкого внедрения замкнутых водооборотных циклов по крайней мере на промышленных объектах. Промедление в этой области связано с низкой мотивацией предприятий, что обусловлено отсутствием государственной системы штрафов и поощрений.

P. S. В течение всей своей профессиональной жизни я занималась очисткой воды. Первые 20 лет – очисткой промышленных стоков, вторые 20 лет – подготовкой питьевой воды. Теперь эти две линии сливаются, и мне уже не удастся сказать, как это неоднократно случалось раньше: извините, стоками я уже не занимаюсь...

Что ж, для того чтобы наши внуки и правнуки пили чистую воду завтра, нам необходимо заняться этим сегодня.

Сведения об авторе: Татьяна Митченко – доктор технических наук, профессор НТУУ «КПИ», президент общественной организации УВО WaterNet.

Коментарі

Дивись також
 
Популярні