Оборотное водоснабжение: практические основания и специфика зарубежного опыта

ROTARY WATER SUPPLY: PRACTICAL BASIS AND SPECIFICITY OF FOREIGN EXPERIENCE

Andrey Mitrokhin

Student, FGBOU VO GUMRF named after Admiral S.O. Makarova, Russia, St. Petersburg

Alexey Yakovlev

Scientific director, dr. tech. sciences, professor, FGBOU VO GUMRF named after Admiral S.O. Makarova, Russia, St. Petersburg

Аннотация. В данной статье рассмотрена специфика оборотного водоснабжения. Отмечено, что благодаря уникальным свойствам и дешевизне вода широко применяется в промышленности как рабочее тело. Ее обработка после использования (очистка, охлаждение) дает возможность создать водоснабжение оборотное с многократным применением. За счет этого водопотребление значительно снижается, а также предупреждается загрязнение окружающей среды. В результате создаются комфортные условия для проживания людей. Рассмотрен зарубежный опыт перехода и реализации оборотного водоснабжения.

This article discusses the specifics of recycled water supply. It is noted that due to its unique properties and low cost, water is widely used in industry as a working fluid. Its treatment after use (cleaning, cooling) makes it possible to create a reverse water supply with repeated use. Due to this, water consumption is significantly reduced, and environmental pollution is also prevented. As a result, comfortable conditions are created for people to live. The foreign experience of the transition and implementation of recycled water supply is considered.

Ключевые слова: оборотное водоснабжение, эффективность, рациональность, мировой опыт.

Keywords: recycled water supply, efficiency, rationality, world experience.

Введение

Оборотное водоснабжение на промышленных предприятиях с каждым годом становится все более востребованным. Большая часть современных предприятий является активными потребителями водных ресурсов. Чтобы сэкономить чистую воду, владельцы предприятий часто отдают предпочтение прогрессивному способу водоснабжения, подразумевающему многократное использование этого ресурса.

Воду в зависимости от характера технологического процесса очищают, а затем подогревают или охлаждают, чтобы использовать повторно. В некоторых случаях очистка не требуется, в других вода загрязняется уже после первого использования. Но уровень очистки в современных системах настолько высок, что можно использовать даже сточные воды после их предварительной биологической обработки и фильтрации.

Такая система водоснабжения является полностью замкнутой или бессточной — сброс загрязнённой воды в природные источники полностью исключён.

Общая система включает в себя канализационные стоки и трубопровод, по которому подаётся очищенная вода, а также блоки автоматического контроля и очистные элементы. Очистка производится по принципу обратного осмоса, что обеспечивает дезинфекцию и фильтрацию циркулирующей жидкости.

Оборотные системы устанавливаются:

• На предприятиях энергетической отрасли — атомных и тепловых электростанциях. Охлаждённая вода, поступившая в виде пара от конденсаторов турбин, используется для снижения температуры подшипников вспомогательных механизмов, а также охлаждения масла генераторов и турбин. Кроме того, часть технической воды служит в качестве добавочной жидкости при организации основного рабочего цикла (восполняет потери)
• На металлургических заводах система применяется при газоочистке. Использованная вода здесь имеет высокую температуру и множество примесей. После отстаивания, охлаждения и фильтрации она вновь поступает в системы газоочистки
• На машиностроительных предприятиях оборотные воды позволяют сократить расход чистой воды при гальванической обработке металла на 90-95%. Вода используется повторно при промывке деталей и в изготовлении электролитных растворов
• На предприятиях химической, целлюлозно-бумажной и горнопромышленной отрасли — переработанная вода применяется, в том числе, для охлаждения рабочих механизмов
• На нефтеперерабатывающих заводах. По статистике на современных предприятиях этого типа до 98% воды используется повторно, то есть, находится в рециркуляции или обороте
• В пищевой промышленности оборотные системы применяются для промывки полуфабрикатов и организации охладительных систем. Отработанная охлаждённая вода используется не только в холодильных установках, но и в производстве молочной продукции, газированных напитков, пива и вина
• На автомобильных мойках. Такая система оборудуется целым комплексом очистных сооружений, включающим уловители нефтепродуктов, биокаогуляторы, отстойники, фильтры доочистки. Для отсеивания крупного мусора применяются турбофильтры, где при вращении водяного потока увеличивается скорость осаждения песка и других крупных частиц. К системе подключается насосная станция и моечные аппараты

Повторное использование воды - важный компонент в стратегиях сохранения воды. Также могут быть применены другие решения, такие как экономия воды (например, устранение утечек в сетях водоснабжения, использование более эффективных технологий ирригации - капельное орошение и системы малого потока), разработка других ресурсов, например, обессоливание морской воды. [4].

Вода может быть повторно использована: для ирригации в сельском хозяйстве или для ландшафтных целей, в промышленном водоснабжении, для пожаротушения, для решения коммунальных задач (чистка и мытье зданий), для пополнения подземных вод, в рекреационных целях.

Повторное использование воды имеет два важных преимущества. Первое - обеспечение альтернативного водного ресурса. Второе - снижение влияния на окружающую среду путем уменьшения или прекращения сброса сточных вод. Таким образом, при рассмотрении интегрированной стратегии управления водными ресурсами преимущества повторного использования сточной воды всегда должны оцениваться как с точки зрения возможностей увеличения водных ресурсов региона, так и минимизации образования сточных вод.

Ирригация в сельском хозяйстве - основная сфера повторного использования воды во всех странах. В развитых странах ирригация ландшафтов является второй сферой применения очищенной сточной воды. Повторное использование для этой цели воды осуществляется на муниципальном, коммерческом и домашнем уровнях.

Рассмотрим повторное использование воды в различных странах мира.

В Европе очищенная сточная вода повторно используется для ирригации в сельском хозяйстве, ирригации ландшафтов, в оборотных системах промышленности, для пополнения подземных вод, для использования коммунальными службами.

В настоящее время в Европе существует примерно 700 проектов повторного использования сточной воды. Больше всего их в странах Южной Европы (Кипр, Франция, Греция, Мальта, Португалия, Испания). Проекты повторного использования сточной воды есть также в государствах Северной и Центральной Европы (Бельгия, Швеция, Великобритания). Ниже представлено краткое описание стран, где интенсивнее всего внедряется повторное использование воды.

Бельгия.

Бельгия относится к странам ЕС с высоким индексом использования воды. Снижение сброса стоков в чувствительные воды - другая причина, способствующая более активному повторному использованию воды. В связи с этим правительство Бельгии намерено снизить отбор подземных вод и стимулировать повторное использование воды.

В настоящее время в Бельгии практически все городские стоки очищаются. Заметен растущий интерес к рециркуляции и повторному использованию воды в промышленном водоснабжении (охлаждающая вода на электростанциях, предприятия по производству продуктов питания, текстильная промышленность), хотя очищенные стоки повторно используется в ограниченных объемах. Самый крупный проект по повторному использованию воды реализуется в Вульпене (Wulpen), где очищенная сточная вода повторно используется для непрямого питьевого водоснабжения

Действующая здесь станция очистки очищает 2,5 млн. м3/год стоков с помощью микрофильтрации и обратного осмоса, а затем полученная вода в течение 1-2 месяцев хранится в водоносном горизонте, после чего она откачивается с целью производства питьевой воды. Кроме пополнения водных ресурсов данный проект обеспечивает гидравлический барьер для интрузии соленой воды.

Кипр

Для Кипра очень важной сферой экономики является туризм. Однако дефицит воды и ухудшение состояния водоемов для купания сдерживают его развитие. Поэтому повторное использование очищенной сточной воды может в определенной мере решить эти проблемы.

В настоящее время вторичная вода в основном используется здесь для ирригации (сельское хозяйство, ландшафты, зеленые зоны в отелях, гольф-клубы).

Порядок повторного использования воды определяется принятыми правительством Кипра нормами и правилами.

Франция

В средиземноморском регионе Франции находится меньше доступных водных ресурсов, чем в целом по стране, а водопотребление растет, в основном, за счет увеличивающегося потока туристов. В связи с этим большая часть проектов по повторному использованию воды расположена на островах и в средиземноморской прибрежной зоне, хотя в других частях страны также реализуются проекты по повторному использованию воды.

Основная сфера повторного использования воды - ирригация в сельском хозяйстве. Во Франции на территории свыше 3 тыс. га сточная вода используется для ирригации садовых растений, деревьев, зерновых, лугов, полей для гольфа. Крупный проект по повторному использованию воды реализуется в Clermont Ferrand, где 700 га кукурузы орошается стоками со станции активированного осадка после прудов-усреднителей. Кроме того, во Франции широко развито повторное использование промышленной сточной воды после ее очистки в качестве охлаждающей воды, промывной воды или даже производственной воды после сложной дополнительной очистки [EPA, 2004].

В 1991 году правительство Франции утвердило правила повторного использования воды для ирригации. В 1996 году были утверждены технические рекомендации по очистке сточной воды для соответствия с правилами повторного использования воды.

Греция. В Греции, которая является типично средиземноморской страной, особенно высокое потребление воды наблюдается летом. Существующие станции очистки сточных вод обслуживают свыше 60% населения. Таким образом, повторное использование данных стоков способствует решению проблемы по удовлетворению существующей потребности в воде. В Греции проводится несколько исследований и реализуется ряд пилотных проектов в сфере рециркуляции сточной воды и повторного ее использования [2].

В Греции существуют проекты по повторному использованию очищенной сточной воды объемом 20130 м3/день для полива оливковых деревьев, хлопка, леса и ирригации ландшафтов.

В настоящее время в правительстве Греции разрабатываются правила повторного использования воды.

Италия

Некоторые регионы Италии (Сицилия, Сардиния) подвержены засухам. Здесь также существует дисбаланс водных ресурсов, а вода отличается низким качеством. Повторное использование очищенных сточных вод способно в значительной мере решить эти проблемы.

Главное направление повторного использования воды в Италии - сельское хозяйство. Сейчас здесь орошается очищенной сточной водой свыше 4000 га посевов.

В Италии существуют благоприятные условия для увеличения повторного использования воды, поскольку 60% городских сточных вод очищается на средних и больших станциях, обслуживающих свыше 100 тыс. человек, которые обеспечивают достаточное качество очищенной воды за разумную цену (EPA, 2004). Один из крупнейших проектов был внедрен в Эмилия Романа (Emilia Romagna), где 400 га посевов орошается очищенной сточной водой. В настоящее время на Сицилии, в Сардинии, в Палермо, Геле внедряется 16 новых проектов повторного использования воды.

В Турине практикуется повторное использование воды для промышленных предприятий. Компании, управляющие станциями очистки сточных вод, планируют построить здесь отдельную сеть водоснабжения для повторного использования сточной воды в промышленности (Azienda Po Sangone и CIDIU).

Существующие в Италии нормативы (основные технические стандарты - G.U. 21.2.77) сдерживают развитие проектов по повторному использованию воды в стране. Поэтому готовится новое законодательство, в котором будет определен порядок использования очищенной сточной воды.

Португалия

В Португалии 57,5% территории страны испытывает дефицит воды. Повторяющиеся засухи серьезно влияют на южную часть Португалии.

Основная сфера для повторного использования воды - сельское хозяйство и ирригация ландшафтов. В настоящее время здесь реализуется всего лишь несколько очень небольших проектов повторного использования воды для ирригации в сельском хозяйстве, в дорожном строительстве и для мытья автомашин [2].

В последние годы резко возрос интерес к повторному использованию воды для ирригации полей для гольфа. Наиболее крупные проекты в этой сфере внедряются в районе Альгарве Исследования показали, что 14 станций очистки сточных вод могут обеспечить потребности в повторной воде для ирригации 28,5 полей для гольфа с 18 лунками и планируемых 19 полей.

Выводы

1. В течение второй половины ХХ века потребность в водных ресурсах в Европе выросла на 600%. Устойчивое использование национальных водных ресурсов означает, что отбираемый ежегодно объем воды не превышает соответствующего объема ежегодно возобновляемых водных ресурсов.

2.Как ожидается, изменение климата вызовет снижение доступности воды и увеличение отбора воды для ирригации в районах Средиземноморья. Ожидается, что доступность воды снизится в южной и юго-восточной части Европы (на 10% или более в бассейнах некоторых рек к 2030 году).

3.Структура отбора воды для различных секторов экономики, как ожидается, в долгосрочной перспективе будет меняться. Отбор воды для электроэнергетики в ближайшие 30 лет резко снизится за счет постоянного замещения охлаждения с помощью однократной циркуляции технологией охлаждения в системах башенных охладителей (градирен). Использование воды в промышленности, вероятно, стабилизируется или даже снизится. В Восточной Европе городское водопотребление может значительно увеличиться. Ожидается, что сельское хозяйство останется наибольшим потребителем воды в странах Средиземноморья.

4.Ожидается, что в долгосрочной перспективе (до 2030 года) отбор воды в Западной Европе снизится на более чем 10%. В настоящее время в нескольких государствах-членах ЕС есть регионы, в которых отбор воды нарушает устойчивость водных ресурсов и состояние окружающей среды. В будущем ситуация там может ухудшиться.

5.Повторное использование воды - важный компонент в стратегиях сохранения воды. Также могут быть применены другие решения: экономия воды (например, устранение утечек в сетях водоснабжения, использование более эффективных технологий ирригации - капельное орошение и системы малого потока), разработка других ресурсов (например, опреснение морской воды). Добиться снижения водопотребления можно также с помощью ценового регулирования, однако этот путь сопряжен с препятствиями политического характера.

6.Вода может быть повторно использована в таких сферах, как ирригация в сельском хозяйстве, промышленное водоснабжение, применение для городских нужд (мытье улиц, пожаротушение), пополнение подземных вод, а также для ландшафтных и рекреационных целей, прямого или косвенного водоснабжения.