Более полувека тому назад, в конце самой страшной в истории человечества войны, американский президент Ф.Д. Рузвельт сказал: «Сегодня мы стоим перед тем исключительно важным фактом, что для спасения цивилизации мы должны развивать… способность всех людей жить вместе и работать на одной и той же планете в условиях мира». Война давно закончилась, но жить и работать вместе в мирных условиях человечество так и не научилось. Хищническое, потребительское отношение к окружающей среде, доставшееся нам в наследство от индустриальной эпохи, имеет слишком значительную инерцию. К несчастью, репарационные процессы Земли уже практически перестали компенсировать антропогенную нагрузку. Объективно наблюдаемый парниковый эффект, опустынивание и вырождение когда-то плодородных почв, заражение вод – далеко не полный перечень «прегрешений» человека перед Природой.
Особенно чувствителен для человечества недостаток качественной питьевой воды. Пресная вода стремительно превращается в дефицитный природный ресурс. Уже сейчас, по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), более двух миллиардов человек на планете страдают от ее отсутствия, а по прогнозам, в 2050 году уже половина жителей планеты (4,2 млрд. человек) будут испытывать нехватку и пищи, и воды. Это вызывает естественную озабоченность мирового сообщества, и десятилетие с 2005 по 2015 год ООН объявило Международной декадой «Вода для жизни».
Казалось бы, нашей страны нехватка пресной воды касается лишь опосредованно. Действительно, на долю России приходится третья часть всех мировых запасов пресной воды. Однако ситуацию с ней в нашей стране нельзя назвать спокойной.
Водный кризис в России: пути преодоления
В Государственном докладе «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2004 г.», опубликованном летом прошлого года, приведены интереснейшие цифры, которые свидетельствуют если не об уже наступившем кризисе, то о предкризисной ситуации с питьевой водой. Так, например, всего в Российской Федерации в 2004 г. использовано 61,5 км3 свежей воды (2003 г. – 64,1 км3). При этом объем нормативно очищенных сточных вод в 2004 г. уменьшился и составил 2,2 км3 (2003 г. – 2,3 км3), или 10,6% объема сточных вод, требующих очистки (20,7 км3). Это объясняется крайней степенью перегруженности, изношенности или банального отсутствия очистных сооружений. За год их суммарная мощность уменьшилась на 1,0 км3 (до 30,5 км3)! При этом подсчитано, что со сточными водами в водоемы поступили 392,0 тыс. т взвешенных веществ, 23,3 тыс. т фосфора общего, 6,6 тыс. т нефтепродуктов, 6,1 тыс. т соединений железа, меди и цинка, 2,2 тыс. т СПАВ, а также другие загрязняющие воду вещества.
В 2004 г. экстремально высокое загрязнение (ЭВЗ) поверхностных вод в Российской Федерации наблюдалось на 106 (2003 г. – 102) водных объектах. А ведь доля поверхностных вод в водоснабжении достигает почти 70%!
«Состояние водных объектов на территории Российской Федерации по-прежнему оставалось неблагоприятным и обостряло проблему водообеспечения многих регионов России питьевой водой, создавая серьезную опасность для здоровья населения» - отмечается в докладе. Так, в ряде регионов (Алтайский край, Приморье и др.), обеспеченность питьевой водой надлежащего качества не превышает четверти от необходимого. К сожалению, за минувший год кардинальных положительных сдвигов не произошло.
Можно выделить две главных составляющих наметившегося водного кризиса. Это, во-первых, истощение вод – уменьшение минимально допустимого стока поверхностных вод или сокращение запасов подземных вод. А во-вторых, загрязнение источников, то есть внесение в среду и появление в ней новых, нехарактерных для нее физических, химических или биологических компонентов. Оба взаимосвязанных явления - следствие не только откровенного бескультурья водопользователей, но и материальной базы, находящейся в плачевном состоянии.
- обеспечение потребностей населения и объектов экономики в
- водных ресурсах по объему, режиму водоподачи и качеству воды;
- улучшение экологического состояния водных объектов,
- повышение защищенности природных ресурсов и окружающей среды.
Для решения этих задач в программе предусматриваются технические мероприятия, которые включают также действия по восстановлению качества вод и их охране. Должны быть разработаны действенные способы предотвращения загрязнения водных объектов сточными водами и поверхностным стоком с водосборной площади, обустройство водоохранных зон и прибрежных защитных полос, водоохранные мероприятия на водосборах. При этом плановое значение доли загрязненных сточных вод в общем объеме сбрасываемых стоков к 2008 г. не должно превышать 24%. Такая стратегия согласуется и с общемировой тенденцией – ведь согласно рекомендациям Комитета ООН по водным ресурсам предлагается снизить забор воды из возобновляемых источников (рек, озер и т.д.), а потребность в воде хотя бы частично обеспечивать путем рециркуляции.
Чтобы добиться этого, необходимо не просто восстанавливать существующую систему водоочистки, но кардинальным образом перевооружать ее технически, опираясь на современные высокотехнологичные методики. В их ряду можно выделить как физико-химические, так и химические способы очистки и обеззараживания стоков, позволяющие полностью обезвреживать даже сильно загрязненные воды и безопасно их использовать повторно, или сбрасывать обратно в поверхностные источники. Надо сказать, что и отечественный, и зарубежный опыт применения подобных методов подтверждает, что можно добиться высоких результатов очистки стоков, практически сводя на нет вредное воздействие на окружающую среду.
Физико-химические и биологические методы очистки стоков.
Очевидно, что первоочередная задача при очистке сточных вод – отделение механических примесей и осветление. Эти проблемы решаются применением методов извлечения грубодисперсных механических примесей (ГДМП) на решетках, отстаивания в различных видах отстойников (горизонтальных, вертикальных и радиальных), фильтрования через специальную загрузку (на скорых и медленных фильтрах), обработки специальными реагентами (коагуляция и флокуляция) с последующей фильтрацией на сетках.
Понятно, что все эти способы требуют соответствующего, достаточно сложного оборудования. Большой опыт, накопленный и в России, и за рубежом, ясно свидетельствует: от качества технических средств напрямую зависит качество очистки стоков и, соответственно, их дальнейшая экологически безопасная утилизация.
Так, специалисты ГУП «Мосводоканал» для эффективной очистки стоков от ГДМП разработали оригинальную конструкцию сит, предназначенных для процеживания сверхбольших объемов воды с удалением примесей диаметром выше 1,5-2 мм. В качестве фильтрующего элемента были использованы парные плоские щелевые сита. Опыт эксплуатации системы на Курьяновской станции аэрации показал, что подобные установки не только обеспечивают качественную очистку стоков от ГДМП, но и позволяют получить экономию как капитальных, так и эксплуатационных затрат.
При использовании реагентных методик осветления (коагуляции и флокуляции) достаточно большую проблему представляет точное дозирование химикатов, обеспечение равномерного их смешения с обрабатываемой средой и интенсификация процессов хлопьеобразования.
Дозирование реагентов – коагулянтов (например, сульфата алюминия, хлорного железа) и флокулянтов (фосфатов и пр.) требует высокой точности. На то есть несколько причин: эти химикаты достаточно дороги, обладают специфической токсичностью и при передозировке способны дестабилизировать образующиеся частицы (флоккулы). Поэтому появившиеся не так давно цифровые мембранные дозирующие устройства, способные обеспечить точность в пределах 1-2% и подачу от 0,002 л/ч, становятся важной частью современных очистных систем.
Оптимизация процессов смешения растворов реагентов с исходной водой и хлопьеобразования достигается путем внедрения лопастных механических мешалок с частотно-регулируемым приводом вращения лопастей и образователей потока. Такие устройства разрабатываются, в частности, концерном GRUNDFOS (типы AMD, AMG и AFG) и уже нашли свое применение в отечественных очистных сооружениях (например, в г. Подольске Московской области).
Интенсификация процессов очистки, особенно извлечение чрезвычайно вредных соединений азота и фосфора, достигается и применением систем обработки стоков при помощи активного ила. При этом следует учитывать, что одновременное удаление этих двух элементов затруднительно, поскольку один процесс (денитрификация) ингибирует другой (дефосфатацию). По опыту применения на подмосковных очистных сооружений хорошо себя зарекомендовали методы комплексной очистки в аэротенках WTE и специально разработанном для Люберецкой станции аэрации аэротенке ЛбСА (отечественная разработка). В этом сооружении процессы денитрификации организованы в аноксидной («карусельной») зоне аэротенка, в которую подается возвратный активный ил. Денитрифицированная иловая смесь поступает в анаэробную зону, где она смешивается с осветленной водой и поступает на дефосфатацию.
Очевидно, что помимо первичной очистки стоков, для их полного обезвреживания и возможности повторного использования должны применяться более тонкие и действенные способы обеззараживания и кондиционирования.
Методы обеззараживания и кондиционирования воды
Основным методом обеззараживания воды в России до сих пор является хлорирование воды. Оно позволяет не только избавиться от нежелательных органических и биологических примесей, но и полностью удалить растворенные соли двухвалентного железа и марганца. Если раньше в основном применялся газообразный хлор или его диоксид, то сегодня наиболее употребимым реагентом для обеззараживания считается гипохлорит натрия, содержащий не менее 190 г/л активного хлора. Это вызвано большей его безопасностью и удобством хранения. До недавнего времени использование гипохлорита натрия было ограничено из-за трудностей с точностью дозирования. Это удорожало процесс, так как приходилось создавать еще и узел подготовки реактива. В настоящее время благодаря появлению современного оборудования эта проблема снята. Уже упоминавшиеся цифровые дозирующие насосы (можно отметить DME) позволяют подавать реагенты с точностью ±1%.
Несмотря на удобство и эффективность гипохлорита, газообразный диоксид хлора вновь становится популярным. Очевидным преимуществом ClO2 является то, что его дезинфицирующие качества намного сильнее, чем у других реактивов. То есть действие дезинфекции начинается быстрее и длится дольше, причем процесс этот - избирательный. Диоксид хлора, к примеру, не образует никаких токсичных хлораминов или трихлорметана (THM), а с точки зрения запаха или вкуса качество продуктов никак не меняется. Немаловажно и то, что окислительный потенциал диоксида хлора выше, чем у хлора, поэтому при работе с такими системами требуется меньшее количество химикатов. При этом даже устойчивые к хлору микробы, например, легионеллы, диоксид хлора уничтожает полностью. Основной причиной, сдерживающей «возвращение» этого реагента, стало неудобство получения и дозирования. Впрочем, сегодня уже разработаны установки, позволяющие решить эти проблемы (можно упомянуть разработанные компанией ALLDOS системы Oxiperm 164 и 166).
Тем не менее, наличие в воде свободного хлора влияет на органолептические качества воды и может стать причиной образования вредных галогенорганических соединений. Поэтому хлорированная вода часто требует дополнительной обработки, например – доочистки на угольных фильтрах и кондиционирования.
Сегодня одним из наиболее современных и экологически корректных способов обеззараживания и очистки стало применение озонирования, особенно в комплексе с ультрафиолетовой (УФ) обработкой воды. Стоит заметить, что ряд исследователей отмечают, что озонирование может быть полезным и при ранних стадиях очистки, еще на этапе введения флоккулирующих агентов. Тем не менее, опыт свидетельствует, что полностью отказываться от хлорирования и переходить только на обработку О3 не следует, т.к. предварительные испытания таких установок показали, что в теплое время года, когда температура обрабатываемой природной воды достигает 22ºС, озонирование не позволяет достигнуть заданных микробиологических показателей. Применение одного УФ-излучения не всегда дает заданный результат, поскольку ряд простейших микроорганизмов к нему индифферентен. Поэтому озонирование может скорее рекомендоваться как один из способов кондиционирования вод, о чем говорит опыт применения установки озонирования, разработанной НИИ «ВОДГЕО» для нужд города Приморско-Ахтарска.
Современные способы управления процессами водоочистки
Общая тенденция к автоматизации процессов управления всеми промышленными процессами, к которым можно с полным правом отнести и водоочистку, требует применения современных «смарт»-технологий. Они позволяют не только оптимизировать всю сложную цепь обезвреживания стоков, но и избежать тяжелых последствий при аварийных ситуациях. Например, с помощью разработанной в компании GRUNDFOS автоматизированной системы управления сооружениями очистки сточных вод и насосных станций (рис. 1) можно решить не только задачи обработки и контроля текущего состояния эксплуатируемого оборудования, но и выбирать нужную стратегию в экстренных ситуациях, планировать ремонтные работы и т. д.
Рис. 1 Автоматизированная система управления очистными сооружениями
Очевидно, что применение подобных систем дает возможность существенно повысить качество обработки сточных вод, а значит, позволит беспрепятственное вторичное использование и снизит до минимальных величин экологические последствия от их сброса «на грунт».
Пресс-служба компании ООО «ГРУНДФОС»
