Год экологии в России: проблемы водохозяйственного комплекса страны и способы их решения

Проблема первая. Специфичность и состояние источников водоснабжения

68% населения России обеспечивается водой из поверхностных источников, а 32% – из подземных . Но наземные водоёмы открыты для внешних факторов загрязнения: промышленные стоки, канализационные сбросы, сливы с полей, отходы животноводческих комплексов. Кроме того, под воздействием солнечных лучей в реках и озёрах развивается специфическая флора и фауна. Поэтому не всегда удаётся добиться соответствия получаемой из поверхностных источников питьевой воды утверждённым химическим и микробиологическим показателям .

Не стоит упускать из внимания и такую особенность водохозяйственного комплекса России, как неравномерное распределение ресурсов по территории страны. Например, в густонаселённом Южном федеральном округе величина водоисточников в 30 раз меньше, чем в Дальневосточном с невысокой плотностью населения. В некоторых регионах потребности в воде слишком высоки, поэтому складывается неблагоприятная экологическая ситуация, ведущая к быстрому истощению и нередко исчезновению поверхностных водоёмов.

Решение. Переход на подземные источники водоснабжения

По вышеуказанным причинам более качественными и экологичными источниками водоснабжения считаются подземные. В России пока данная область недостаточно хорошо изучена: для хозяйственно-питьевых нужд эксплуатируется половина разведанных месторождений подземных вод . Исправить ситуацию должна федеральная целевая программа (ФЦП) «Развитие водохозяйственного комплекса России в 2012–2020 годах», которая предусматривает введение в хозяйственный оборот новых подземных источников . К скважинному водоснабжению перейдут Якутия, Калмыкия, Дагестан, Ставрополье, Псковская и Саратовская области, Тюмень и другие регионы РФ. В ряде городов уже есть успешный опыт эксплуатации скважин. Примером является Екатеринбург: с 2014 г. местный водоканал модернизирует подземные водозаборы, используя мероприятия по сбережению ресурсов и повышению энергетической эффективности объектов. «Недостаточно просто заменить устаревшие скважинные насосы на современное высокотехнологичное оборудование – это не решит проблему нерациональной подачи воды потребителям, – комментирует Игорь Кинаш, заместитель директора Департамента по реализации проектов, ООО “ГРУНДФОС”. – При совершенствовании системы водозабора специалисты МУП “Водоканал” Екатеринбурга совместно с представителями “ГРУНДФОС” провели комплексное обследование скважин, включая энергетический аудит и анализ режимов управления, смоделировали перспективное развитие системы водоснабжения. Только после всестороннего анализа системы было подобрано соответствующее оборудование для эффективной и надёжной подачи воды».

Решение приняли в пользу скважинных моделей SP из нержавеющей стали с устройствами комплексной защиты электродвигателя MP204. Последние обеспечивают измерение и контроль таких параметров, как перегрузка, «сухой ход», скачки напряжения, перегрев, коэффициент мощности, гармонические искажения, сопротивление изоляции при старте, часы работы и количество пусков. Электронные устройства интегрируются в систему дистанционного управления, обеспечивающую круглосуточный контроль: аварийную ситуацию можно оперативно предотвратить. Также системы управления оптимизируют работу– вкупе с высоким КПД насосов SP это приводит к экономии электроэнергии, которая положительно сказывается на финансовых расходах предприятий. В частности, в Екатеринбурге установленное оборудование окупилось всего за год.

Проблема вторая. Несовершенство систем дезинфекции

При всех преимуществах подземных источников полный отказ от поверхностного водоснабжения для российских водоканалов нерентабелен. Оптимальное решение в данных обстоятельствах – улучшение качества природной воды. Для этих целей разработана федеральная программа «Чистая вода», предусматривающая ремонт и модернизацию существующих водозаборов с внедрением станций и (или) оборудования дезинфекции.

В результате принимаемых мер доля конечного продукта, не отвечающего санитарно-химическим и биологическим нормам, заметно сократилась. Но тем не менее около 14% поступающей к потребителю водопроводной воды по-прежнему не соответствует установленным нормативам . По мнению экспертов отрасли, основные причины неудовлетворительного качества воды – изношенность трубопроводов и неэффективные методы дезинфекции.

Среди традиционных подходов к обеззараживанию особенно выделяют хлорирование. Данный способ дезинфекции применяется уже более века и отлично зарекомендовал себя среди специалистов. За это время накоплен богатый опыт использования вещества в качестве обеззараживающего компонента. Однако сегодня выявились некоторые недостатки этого метода: во-первых, за долгие годы хлорирования многие микроорганизмы выработали механизмы резистентности, защищающие от действия дезинфектанта; во-вторых, хлорамины и ТГМ [желательно расшифровать аббревиатуру] ухудшают вкус и запах воды. Кроме того, хлор в баллонах очень опасен, его храниние предполагает соблюдение строжайших мер безопасности. Зачастую во избежание аварий в густонаселённых районах водоканал применяет другие технологии обеззараживания, для реализации которых необходим особый тип оборудования.

Решение. Современное оборудование для разных методов дезинфекции

Сегодня водоканалы Европы наряду с хлорированием используют и другие методы дезинфекции. По их пути идут и российские предприятия. Так, в Казани в 2014 г. ввели в эксплуатацию систему обеззараживания воды гипохлоритом натрия. «Коммунальные предприятия уходят от использования сжиженного хлора при обработке воды, так как это вещество повышает риск возникновения техногенных аварий. Мы перешли на современный реагент, который благодаря установленному оборудованию GRUNDFOS можно получать прямо на месте – его не нужно транспортировать и хранить. Привозим и складируем только расходное сырьё – поваренную соль», – делится опытом представитель МУП «Водоканал», г. Казань.

Гипохлорит натрия вырабатывается на территории водозабора «Волжский» с помощью установки Selcoperm. Оборудование производит реагент методом электролиза, полученное вещество имеет концентрацию 6–7 г/л по активному хлору, благодаря чему обеспечивается его длительное хранение без потери дезинфицирующих свойств. Selcoperm включает следующие узлы: блок подачи исходных продуктов, блок электролиза, ёмкость для приготовления и хранения насыщенного раствора поваренной соли, систему умягчения воды, резервуар для конечного продукта, системы вентиляции и промывки электродов, дозирующие насосы. Модель, поставленная на МУП «Водоканал» в Казани, – самая большая в России. Работа оборудования полностью автоматизирована, установка производит до 160 кг вещества в час и рассчитана на дезинфекцию до 450 000 м3 воды в сутки.

Ещё один эффективный дезинфектант – диоксид хлора. Это соединение даже в малых концентрациях способно разрушать биологические плёнки в воде и на внутренних стенках трубопроводов. Подобного рода образования являются идеальной средой для размножения бактерий, грибков и паразитов, в том числе патогенных, и не каждый дезинфектант в силах с ними справиться. Также диоксид хлора эффективен против легионелл даже в малых дозах, в отличие от хлора, которому для этих целей требуется довольно высокая концентрация, повреждающая инженерные системы. Обработка воды данным веществом безопасна и не приводит к побочным явлениям. Получать дезинфектант, как и гипохлорит натрия, можно прямо на объекте. Такая технология в 2010 г. была успешно опробована на водоочистных сооружениях МУП «Водоканал» г. Магадана: диоксид хлора вырабатывался вследствие реакции хлорита натрия и соляной кислоты в двух установках Oxiperm Pro производительностью 60 г/ч каждая (рабочая и резервная). Реагент дозируется в резервуар-накопитель, а затем – в обрабатываемую воду.

Проблема третья. Неэффективный расход природных ресурсов при доставке

За добычей и дезинфекцией следует ключевой и, пожалуй, самый проблемный этап – доставка воды потребителю. Основная трудность – экстремально высокие водопотери, связанные с состоянием инженерных сетей. В среднем степень износа отечественных трубопроводов составляет 69,8%, а в отдельных населённых пунктах – более 75% . В результате при транспортировке теряется до 38% воды  при допустимом показателе 5–7%.

Решение. Ремонты трубопроводов и замена устаревшего оборудования

В ряде случаев для предотвращения аварийных ситуаций достаточно своевременно ремонтировать и восстанавливать сети. Однако в 2015 г. объём работ по перекладке водопроводов составил лишь 1,5% от общей протяжённости коммуникаций  – для устранения проблем, связанных с доставкой воды, этих мер недостаточно. Тем более что изношенные трубопроводы не единственная причина образования утечек. Повреждения появляются даже в новых коммуникациях из-за несовершенной работы технически устаревшего оборудования на насосных станциях. Причины – возникновение избыточного давления, увеличивающего риск прорывов труб.

Проблему решают внедрение оборудования с частотно-регулируемыми приводами и интеграция его с автоматизированными системами управления с пропорциональным регулированием. Вместо одного большого насоса на станции устанавливают несколько менее мощных моделей, каждая из которых работает в точке максимальной эффективности. Давление на выходе меняется пропорционально расходу системы, а напор в точках водоразбора остаётся постоянным благодаря снижению потерь на трение. Таким образом, нивелируется избыточное давление в трубопроводах.

Проблема четвёртая. Аварийность в системах водоотведения

Сточные воды поступают на канализационные насосные станции (КНС), проходят обработку и сбрасываются в водоёмы. Бесперебойность функционирования систем водоотведения – необходимое условие экологического благополучия населённых пунктов. Аварии на канализационных станциях становятся настоящим бедствием для региона, а на их ликвидацию требуется немало сил и средств. Тем не менее чрезвычайные происшествия на подобных объектах не редкость ввиду того, что большинство из них построено в середине прошлого века и не рассчитано на постоянно увеличивающуюся нагрузку. Заложенных мощностей недостаточно для качественного обслуживания разросшихся за прошедшее время городов и посёлков. В 2013 году в России было зафиксировано 31 600 аварий в системах водоотведения .

Решение. Модернизация насосных станций

Проблема обостряется всё той же высокой степенью износа коммуникаций и оборудования. В целях предотвращения аварий ещё в 2014 г. вышел приказ Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ «Об утверждении требований к проведению технического обследования централизованных систем горячего водоснабжения, холодного водоснабжения и (или) водоотведения», который предполагает регулярный аудит с целью своевременного выявления проблем и принятия необходимых мер для их решения.

Выигрывают коммунальные предприятия, способные найти средства на использование новых технологий. Например, практика «РВК-Воронеж» показала, что постоянный контроль над состоянием оборудования позволяет не только избежать форс-мажоров, но и увеличить эффективность работы организации. Профилактические мероприятия специалисты водоканала проводят регулярно, а в 2012 г. на предприятии стартовал очередной этап модернизации – устаревшие канализационные насосные станции заменили на современные на базе оборудования GRUNDFOS серий S1 и SEV с системами управления. Канализационные насосы имеют современную эффективную конструкцию и обеспечивают грамотное функционирование системы.

Некоторые водоканалы выбирают готовые комплектные решения. Так, в городе Волжском Волгоградской области несколько наземных насосных станций из железобетона заменили подземными с резервуаром из стеклопластика. Такие КНС поставляются укомплектованными всем необходимым для работы оборудования и готовыми к монтажу.

Проблема пятая. Недостаточная очистка сточных вод

Перед поступлением в водоём сточные воды проходят процесс очистки, что регулируется законом «О водоснабжении и водоотведении». Отработанный ресурс должен соответствовать установленным химическим и микробиологическим параметрам. Однако данные Росстата говорят, что 35,4% сточных вод не проходят предварительной очистки . Устаревшие очистные сооружения не рассчитаны на потребности современных населённых пунктов и не справляются со своими задачами из-за низкой производительности.

Решение. Строительство и реконструкция комплексов очистки стоков

Для выравнивания ситуации с растущей нагрузкой с 2012 г. реализуется ФЦП «Развитие водохозяйственного комплекса РФ в 2012–2020 годах», общий объём финансирования которой с учётом всех источников составляет 396,2 млрд руб.  В рамках проекта предусмотрено строительство новых и реконструкция уже существующих очистных сооружений во всех субъектах РФ.

Примером повышения эффективности в результате коренной модернизации являются очистные сооружения города Перми. Работы по совершенствованию объекта шли с 2005 г. Ключевым этапом реконструкции стал переход от двухступенчатой очистки стоков к одноступенчатой. Для этого 18 существующих аэротенков перевели на высокоэффективную технологию удаления соединений азота из сточных вод. Сейчас в каждом аэротенке смонтированы мешалки с самоочищающимися пропеллерами из нержавеющей стали и рециркуляционные насосы с коррозионно-стойкими рабочими колёсами. Оборудование обеспечивает создание среды для процесса биологической очистки. Модернизация закончилась в 2013 г., и сегодня сооружения Перми обеспечивают очистку сточных вод в рамках показателей, соответствующих нормативам для сброса жидкостей в водоёмы рыбохозяйственного значения.

Летом 2017 г. на объекте завершилась реконструкция участка обезвоживания осадка, поставившая точку во всех проведённых работах. Так же как и стоки, осадки, образующиеся на всех этапах очистки, нуждаются в обработке. Она заключается в уплотнении, стабилизации, кондиционировании, обезвоживании и термообработке. Качество процессов зависит от выбранного оборудования. К примеру, в Перми в системе сгущения смонтированы установки GRUNDFOS модели Polydos 412 производительностью 6000 л в час, которые готовят и подают раствор флокулянта на насосы и центрифуги. «Для успешной модернизации необходимо надёжное оборудование, способное работать в условиях высоких нагрузок без снижения точности дозирования. Именно поэтому мы остановились на решении компании GRUNFDOS, – комментирует Дарья Корнина, технолог компании “Новогор-Прикамье”, ответственной за реконструкцию очистных сооружений Перми. – Оборудование работает в автоматическом режиме, во время эксплуатации не выявлено никаких проблем».

Вода по праву считается самым ценным ресурсом на планете. Внедрение проектов бережного потребления поможет справиться с проблемами водообеспечения и другими задачами, стоящими перед специалистами в рамках Года экологии: сохранением биоразнообразия, уменьшением антропогенной нагрузки на окружающую среду, улучшением общей экологической ситуации в стране.