3. Водосберегающие и экологически чистые технологии при эксплуатации водохозяйственных комплексов. Ресайклинг и замкнутые водные системы.

В условиях возрастающего дефицита энергетических, водно-земельных ресурсов снижение их затрат неразрывно связано с внедрением новой технологии водозабора, водораспределения и водопользования.

Правительство Швеции совместно со Стокгольмским международным институтом воды обнародовало сенсационный доклад. Он призывает мировое сообщество уменьшить расходование пресной воды в производстве продуктов питания с помощью внедрения водосберегающих технологий. По оценкам специалистов, на обеспечение сбалансированного питания на одного человека используется около 1,2 миллиона литров воды в год.

Эксперты Международного института изучения продовольственной политики (независимого центра, расположенного в Вашингтоне) считают, что при таком расточительном расходовании пресной воды миру грозит “водный кризис”. Если нынешняя тенденция сохранится, то к 2025 году спрос на пресную воду увеличится как минимум вдвое. Ее нехватка к тому времени будет ежегодно сокращать объемы производства продовольствия как минимум на 130 миллионов тонн. Проблему усугубляет варварское отношение человека к природе. В реки и озера нашей планеты ежедневно сбрасывается более 2 миллионов тонн различных отходов.

Эксперты едины во мнении, что сильнее всего “кризис водных ресурсов” ударит по развивающимся странам. Предполагается, в частности, что к 2010 году из-за перерасхода воды начнут отказывать ключевые водоносные слои на севере Китая, севере и северо-западе Индии, а также в Западной и Северной Африке. По их мнению, наглядным предостережением для этих регионов должна служить печальная участь Арала. Поэтому актуальны ресурсосберегающие технологии полива: низконапорное водораспределение, рассредоточение оросительной воды по площади и во времени, многоцелевое использование поливной техники. В первые 10 лет 21-го века Китай намерен вложить 220 млрд юаней /26,5 млрд долл США/ во внедрение в сельское хозяйство водосберегающих технологий. По статистическим данным, на сегодня 70 процентов расходуемых Китаем ресурсов пресной воды приходится на сельское хозяйство, 90 процентов из которых используются на орошение. Учитывая, что общая численность населения Китая в 2010 г. достигнет 1,4 млрд, а в 2030 г.--1,6 млрд человек, возможность удовлетворять нужды аграрного сектора на орошение полей будет зависеть только от сбережения воды самим сельским хозяйством. По прогнозам, развитие аграрного сектора экономики к 2010 г. потребует экономии водных ресурсов объемом 65 млрд кубометров. Уже сегодня определены следующие задачи: внедрение водосберегающих технологий в районы с особо большими потребностями в орошении; подготовить проекты и создать показательные районы широкого применения водосберегающих технологий; увеличить на 0,1 млрд му (15 му = 1 га) площади, орошаемые с применением водосберегающих технологий, и впоследствии довести их до 0,38 млрд му; повысить эффективность использования воды при орошении полей на 45 процентных пунктов; сократить средний расход воды на орошение единицы площадей примерно на 20 кубометров по сравнению с настоящим временем. В Африке Египет предлагает создать общерабский водный совет и единую систему водоснабжения.

Экономическим механизмом предусмотрены разные ставки (тарифы) за выбросы и сбросы загрязняющих веществ, водопотребление и размещение отходов в пределах утвержденных нормативов и выше них. За сверхнормативные выбросы, сбросы загрязняющих веществ, потребление воды и размещение отходов плата взимается с повышающими коэффициентами. Это заставляет природопользователей принимать меры по снижению вредного воздействия на окружающую среду. Расчет платежей производится на основании данных государственной статистической отчетности и государственного контроля. Кроме того, законодательством предусмотрено возмещение природопользователями ущерба, нанесенного окружающей среде и здоровью населения вследствие залповых выбросов и сбросов, отравления отходами производства. Возмещение ущерба производится по решению суда.

Стояние водных ресурсов во многом определяет качество жизни людей. В плане бережного отношения к водным ресурсам необходимо выполнить большой объем работ, в том числе и по реструктуризации водохозяйственных организаций и ведомств. Необходимо разработать механизм по внедрению экологически чистых технологии водопользования, предприятия должны иметь для этого соответствующий экономический стимул. Развитие водного комплекса для любой страны - вопрос стратегической важности, проблемы социально-экономического развития на путях создания новых (нетрадиционных) наукоемких и трудоемких, высокотехнологических, экологически безвредных и неводоемких отраслей, а в традиционных – по ускорению реорганизации отраслевой структуры народнохозяйственного комплекса, обеспечению его интенсивными, экологически чистыми и водосберегающими технологиями, особенно в части глубокой переработки минерально-сырьевых ресурсов и сельскохозяйственной продукции.

Для орошаемого земледелия проблема заключаются в разработке рекомендаций по оптимальному размещению сельскохозяйственных культур с учетом почвенно-экологических условий и водообеспеченности территории. Это комплексная задача - ее невозможно успешно решить на уровне хозяйств и ведомств в рамках одного региона.

Для охраны природных вод от загрязнения осуществляют комплексные мероприятия, в состав которых входят правовые (юридические), организационные (административные), экономические и технические средства. Их цель - соблюдение установленных норм качества воды в местах водопользования при наименьших затратах материальных, трудовых и энергетических ресурсов. Применяемые на практике методы и средства охраны вод от загрязнения должны быть оптимальными (или близкими к ним) с позиций экономических и социальных критериев эффективности.

Следовательно, для сохранения чистоты природных вод необходимо задействовать весь арсенал уже давно известных средств: обеспечить полную очистку коммунально-бытовых и промышленных стоков; совершенствовать и изменять технологию промышленного производства; разрабатывать и внедрять маловодную и безводную технологии; широко внедрять оборотное водоснабжение, применять повторное использование очищенных сточных вод в целях сокращения сброса в источники; применять рациональные способы и приемы использования удобрений и пестицидов; разрабатывать и внедрять планы водоохранных мероприятий в масштабах бассейнов рек с учетом перспективного размещения производительных сил.

В настоящее время промышленные и коммунально-бытовые стоки подвергаются механической, физико-химической, химической и биологической очистке. Основные технологические процессы отработаны. Дальнейшее повышение качества очистки видится в использовании комплекса юридических, административных, экономических и технологических средств. Необходимо расширение мощностей очистных сооружений, строительство дополнительных канализационных сетей, совершенствование оборудования и технологии очистки.

Охрана природных вод от загрязнения удобрениями и пестицидами заключается не в запрещении их использования, а во внедрении рациональных технологий их внесения в почву и обработки растений. Проблема заключается в применении, главным образом, правовых и организационных мероприятий, все технические и технологические средства хорошо известны.

Задачи борьбы с губительным воздействием животноводческих стоков на водные объекты также нашла свое разрешение в их массовом использовании в качестве удобрений. Имеются достаточно убедительные технологические проработки, показывающие эффективность этого метода.

В условиях интенсивного агропромышленного производства актуальны ресурсосберегающие технологии полива: низконапорное водораспределение, рассредоточение оросительной воды по площади и во времени, многоцелевое использование поливной техники.

Например, к основным требованиям прогрессивных технологий дождева­ния и другой поливной технике относятся: снижение удельной протяженности оросительной сети, переход на закрытую оросительную и дренажную сети, широкое применение неметаллических труб (асбестоцементных, полимерных, полимербетонных, железобетонных), сокращение непроизводительных потерь земли (КЗИ до 0,95...0,99) и воды (КПД до 0,85...0,9), использование на межхозяйственной сети труб большого диаметра (до 3 м), высокая степень механизации и автоматизации полива.

Для полива дождеванием широко используют машины «Днепр», «Фрегат», «Кубань». Преимущество имеет широкозахватная дождевальная машина (техника), обеспечиваю­щая в первую очередь снижение трудовых затрат, что в ряде случаев определяет выбор типа дождевальных машин. Использование широкозахватной техники позволяет в сред­нем снизить затраты труда на поливе в 1,5...2 раза, повысить эффективность использования основных мелиоративных фондов за счет увеличения коэффициента сменности работы дождеваль­ных машин, так как трудоемкость поливов в ночное время по сравнению с дневным практически одинакова.

Снизить энергоемкость полива возможно, если использовать дождевальную технику с низким напором, работающую в движе­нии. Так, совершенствование в этом направлении ДМ «Фрегат» позволило снизить напор на входе в машину с 0,7 до 0,45 МПа, что уменьшило стоимость объектов энергетического хозяйства на 30, а годовой расход электроэнергии на 13 %. Причем в этом случае можно вместо стальных труб применять полиэтиленовые, что дает экономию капитальных вложений.

Удельный вес отдельных типов машин по административным районам и оросительным системам различен вследствие неоди­наковых природных условий, специализации производства, вре­мени строительства системы. Однако доля широкозахватных машин, обеспечивающих рост технического уровня ороситель­ных систем, неуклонно возрастает. В ближайшем будущем широ­козахватную дождевальную технику будут применять на значи­тельной (более 35 %) части реконструируемых систем.

Для более эффективного использования энергии поливной воды современную дождевальную технику приспосабливают для внесения удобрений, мелиорантов, гербицидов, микроэлементов. Многочисленные исследования подтверждают высокую эффек­тивность многоцелевого использования дождевальной техники. Помимо увеличения урожайности повышается и качество про­дукции.

Замкнутая водооборотная осушительно-увлажнительная система на речном польдере разработана на принципе водооборота. В этой системе дренажные воды собирают­ся в пруду-накопителе и в засушливые периоды из него по распределительному каналу поступают в осушительно-увлажнительную сеть. Такая бессточная система обеспечивает высокий экологический эффект, позволяет рационально использовать водные ресурсы и предотвращает загрязнение дренажными вода­ми поверхностных источников.

Замкнутые системы водного хозяйства в промышленном водоснабжении получили наибольшее распространение.

Создание замкнутых водооборотных систем помимо перечисленных выше факторов связано с экономическими соображениями. Стоимость очистки сточных вод даже после значительного разбавления очень велика. Так, если принять стоимость 90% очистки за 1 условную единицу (у. е.), то очистка на 99% дороже в 10 раз (10 у. е.), а очистка на 99,9%, которая требуется чаще всего, будет дороже уже в 100 раз, т. е. составит 100 у. е. В результате локальная очистка сточных вод только от характерных для данного вида стоков загрязнений для их повторного использования в том же производстве оказывает­ся существенно дешевле их полной очистки в соответствии с требованиями санитарных органов.

Для характеристики замкнутых водооборотных систем ис­пользуется критерий кратности использования воды в обороте:

N= Qисп/ Qз

где Qисп — общий объем воды, потребляемый предприятием (м3/ч; м3/т

сырья или продукции);

Qз — забор потребления свежей воды.

Чем больше кратность использования, тем совершеннее схе­ма водоснабжения. В США в 1995 г. среднее значение кратности равнялось 7,5. В России в 1995 г. критерий кратности использо­вания воды по отраслям составлял:

Нефтехимия — 7,00

Черная и цветная металлургия — 5,25

Пищевая промышленность — 3,00

Теплоэнергетика — 2,25

Производство стройматериалов — 1,60

Легкая промышленность —1,30

В нашей стране планировалось довести этот показатель в ближайшие годы до 7,00 в среднем по предприятиям, а в США - до 27.

Создание экономически радикальных замкнутых систем вод­ного хозяйства — весьма трудная задача. Сложный химический состав сточных вод, разнообразие содержащихся в них соедине­ний делают невозможной разработку универсальной бессточной технологической схемы. Можно говорить лишь об общих прин­ципах создания и проектирования бессточных схем.

Основные положения создания водооборотных систем заключается в следующем, необходимо:

Разработка научно обоснованных требований к качеству воды, используемой во всех технологических процессах и опера­циях. В подавляющем большинстве случаев нет необходимости в использовании воды питьевого качества.

Максимальное внедрение систем воздушного охлаждения вместо водного. Здесь большую роль сыграло бы внедрение аг­регатов большой единичной мощности. При этом высоко­энергетическое тепло используется для технологических целей, а низкоэнергетическое — для обогрева. Так, например, в результа­те внедрения установок воздушного охлаждения на предприяти­ях нефтепереработки потребление воды в среднем сократилось на 100-160 млн м3/год (Омский нефтеперерабатывающий за­вод и др.).

Размещение на промышленных площадях комплекса про­изводств (так называемых территориально-производственных комплексов — ТПК) должно обеспечить возможность многократного (каскадного) использования воды в технологических процессах и операциях.

Последовательное многократное использование воды в технологических операциях должно по возможности обеспечить получение небольшого объема максимально загрязненных сточ­ных вод.

Использование воды для очистки газов от водораствори­мых соединений целесообразно только тогда, когда из газов из­влекают, а затем утилизируют ценные компоненты. Применение воды для очистки газов от твердых частиц допустимо только в замкнутом цикле.

Дальнейшее развитие водохозяйственного комплекса невозможно без применения и внедрения прогрессивных методов управления, современных технологий, высокопроизводительной техники. Одним из таких методов водосбережения является технология ресайклинга. Термин "recycling" означает комплекс технологических операций или процессов, который обеспечивает повторное внутрисистемное использование водных ресурсов

Для компенсации негативного воздействия на водные источники целесообразна определенная последовательность и приоритетность при проведении мероприятий по охране водных ресурсов и окружающей среды. Система меро­приятий по предотвращению истощения, загрязнения и засо­рения водоисточников должна включать: альтернативные варианты решения экологических проблем; развитие малоотходных и ресурсосберегающих технологий, технологические изменения; прямые природоохранные мероприятия. Все предприятия и ор­ганизации, деятельность которых влияет на состояние вод, обя­заны проводить водоохранные мероприятия.