Десятилетие с 2005 по 2015 год ООН объявило Международной декадой "Вода для жизни". И это не удивительно. 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. 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

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.

Надо сказать, что осознание проблемы уже произошло. Комитет по водным ресурсам МПР РФ разработал ведомственную целевую программу "Обеспечение потребности населения и объектов экономики в водных ресурсах".

Для решения этих задач в программе предусматриваются технические мероприятия, которые включают также действия по восстановлению качества вод и их охране.

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 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%.

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 22?С, 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 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.

Пресс-служба компании ООО "ГРУНДФОС"