Совершенствование водопользования: проблемы и перспективы

Рост городов, интенсивное развитие промышленности, повышение уровня благоустройства городов обусловили дефицит и резкое ухудшение качества водных ресурсов.

Огромное количество воды, необходимое человеку для питьевых и бытовых целей, забирается из подземных и поверхностных водоисточников, проходит соответствующую обработку на водопроводных очистных сооружениях (ВОС) и подается потребителям. После использования в хозяйственной и промышленной деятельности образуются сточные воды, поступающие в канализационную сеть, а затем – на очистные сооружения канализации (КОС). Подобный техногенный круговорот воды ( рис. 1 ) оказывает значительное влияние на водные экосистемы. При этом очистные сооружения являются тем самым экологическим барьером, защищающим природную среду от негативного техногенного воздействия. Образующиеся осадки являются ценным ресурсом, который может повторно использоваться в сельском хозяйстве как удобрение и для благоустройства территорий, восстановления почв, в строительстве, энергетике и других отраслях [1, 2, 3].

Рисунок 1. Техногенный круговорот воды

Именно на начальных этапах важно, чтобы потери воды были минимальны. Чем меньше теряется воды, тем эффективнее она будет использована в дальнейшем.

В настоящее время объем сбросов загрязненных вод в водные объекты достигает гигантских масштабов. Для решения экологических проблем, связанных с качеством сбрасываемых сточных вод в водные объекты, необходима разработка как перспективных методов очистки, так и подхода к их внедрению[4].

К основным проблемам в области водного хозяйства отнесятся:

• •    нерациональное водопользование в коммунальной и промышленной среде;

• •    малая часть оборотной воды;

• •    высокая техногенная нагрузка на водные экосистемы ввиду износа канализационных очистных сооружений;

• •    дефицит водных ресурсов в ряде регионов;

• •    высокая степень загрязненности водных объектов, вызванная антропогенными причинами;

• •    недостатки в водном законодательстве, связанные с единым подходом к большинству водных объектов;

• •    деградация малых водных экосистем;

• •    различные условия доступности воды, порой не соответствующие доходности населения;

• •    нерациональное использование образующихся осадков (захоронение на полигонах);

• •    недостатки в управлении трансграничными водными ресурсами.

Целью работы являлась оценка эффективности использования воды в Российской Федерации и в частности в Вологодской области.

Наиболее характеризующими эффективность водоснабжения и водоотведения параметрами можно назвать:

• ‒ потери воды при транспортировке, характеризующие долю безвозвратно теряемой, предварительно добытой и обработанной воды;

‒ долю неочищенных сточных вод, наносящих максимальный экологический ущерб.

Методика исследований

Для численной оценки больших рядов объектов предложены следующие коэффициенты:

‒ коэффициент эффективности водоснабжения:

ту Qsa6. .mp.

Q3a6.

‒ коэффициент эффективности водоотведения:

К _| 04

Qc6p. Qh / чист

‒ комплексный коэффициент оценки эффективности водопользования: K= К1∙ К2, где Qзаб. ‒ забор воды из природных водных источников для использования, млн. м3;

Qп.тр.‒ потери воды при транспортировке, млн. м3;

Qб/оч.‒ сброс сточных вод без очистки, млн. м3;

Qсбр.‒ сброс сточных вод в водные объекты, млн. м3;

Qн/чист.‒ объем нормативно-чистых (не требующих очистки) сточных вод, сбрасываемых в водные объекты, млн. м3.

Полученные результаты

Коэффициент К дает возможность ранжировать несколько объектов в группы и позволяет выявить наиболее экономически и экологически уязвимые участки.

В табл. 1 приведены показатели водопользования в целом по Российской Федерации, а также по Вологодской области.

Таблица 1. Показатели водопользования по Российской Федерации и Вологодской области

Показатели	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014
Забор воды из природных водных источников для использования, млрд. м 3	79,47 0,661	79,27 0,741	79,99 0,756	80,27 0,742	75,4 0,615	81,36 0,631	77,64 0,569	72,05 0,500	69,93 0,513	70,81 0,514
Потери воды при транспортировке, млрд. м 3	7,96 0,016	8,04 0,015	7,9 0,012	7,76 0,012	7,48 0,014	7,69 0,012	7,2 0,013	7,53 0,014	6,98 0,014	7,7 0,013
Водоотведение, млрд. м 3 в т.ч:	50,9 0,595	51,4 0,679	51,4 0,697	52,1 0,684	47,7 0,565	49,2 0,572	48,1 0,518	45,5 0,458	42,9 0,470	43,9 0,450

Показатели	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014
-недостаточно очищенные;	14,3 0,181	14,0 0,178	13,8 0,170	13,6 0,174	12,7 0,149	13,1 0,150	12,7 0,157	12,6 0,154	12,2 0,148	11,6 0,137
- без очистки;	3,4 0,046	3,5 0,039	3,4 0,040	3,5 0,0189	3,2 0,029	3,4 0,018	3,3 0,020	3,1 0,020	3,0 0,022	3,2 0,021
-нормативно-очищенные;	2,2 0,050	2,1 0,049	2,0 0,049	2,0 0,049	2,0 0,045	1,9 0,042	1,8 0,035	1,7 0,033	1,7 0,029	1,84 0,028
-нормативно-чистые;	31,0 0,363	31,8 0,447	32,2 0,461	33,0 0,469	29,8 0,368	30,8 0,380	30,3 0,323	28,1 0,266	26,0 0,279	27,3 0,281
Коэффициент эффективности водоснабжения К	0,899 0,976	0,899 0,980	0,901 0,984	0,903 0,984	0,901 0,977	0,905 0,981	0,907 0,977	0,896 0,972	0,900 0,973	0,891 0,974
Коэффициент эффективности водоотведения К	0,829	0,821	0,823	0,817	0,821	0,815	0,815	0,822	0,822	0,807 0,876
	0,820	0,832	0,831	0,912	0,853	0,906	0,897	0,896	0,885
Комплексный коэффициент К	0,746 0,782	0,738 0,815	0,742 0,817	0,737 0,897	0,740 0,833	0,738 0,889	0,739 0,877	0,736 0,871	0,740 0,861	0,719 0,854

Примечание. Над чертой ‒ данные по Российской Федерации, под чертой ‒ по Вологодской области .

По данным [5, 6], ежегодно в России из водных объектов забирается порядка 67 млрд. м3 воды, в то время как объем сбрасываемых в водные объекты сточных вод составляет примерно 48 млрд. м3.

В общем случае отмечена четкая закономерность снижения объемов использования, что может быть связано с установкой счетчиков на воду и уменьшением объемов потребления воды ( рис. 2 ).

Рисунок 2. Данные по забору и потерям воды в Российской Федерации

Большое количество воды не доводится до потребителя ввиду потерь при транспортировке, что объясняется неудовлетворительной эксплуатацией и техническим обслуживанием сетей и сооружений. Потери воды по субъектам РФ отражены в таблице 2 .

Таблица 2. Данные по водоснабжению в субъектах РФ (2014 г.)

№ п/п	Субъект Российской Федерации	Потери воды, % от забора	Потери при транспортировке, млн. м3	К 1
1	г. Москва	0,013	0,1	1
2	Ненецкий автономный округ	0,014	0,1	1
3	Ханты-Мансийский автономный округ-Югра	0,491	11,9	0,995
4	Костромская область	0,798	16,7	0,992
5	Ульяновская область	0,896	15,7	0,991
18	Вологодская область	2,549	13,1	0,975
81	г.Севастополь	29,504	22,6	0,705
82	Республика Северная Осетия-Алания	29,53	287	0,705
83	Чеченская республика	31,203	98,6	0,688
84	Ставропольский край	49,514	1211,6	0,505
85	Республика Калмыкия	72,727	24	0,273

За последние годы обострилась проблема загрязнения водных объектов. Большое количество сточных вод не очищается до нормативных требований, что существенно ухудшает состояние природной среды [6]. Лишь 5% станций обеспечивают нормативы по азоту аммонийному, 3% - по фосфору фосфатов [7]. Состояние коммунальных станций достаточно изношенное [8]. Значительное количество сточных вод сбрасывается без всякой очистки ( рис. 3 ).

0,95

0,9

0,85

0,8

0,75

0,7

0,65

0,6

0,55

0,5

0,45

0,4

Я

=

=

2005    2006    2007    2008    2009    2010    2011    2012    2013

Год

^и без очистки

1=1 недостаточно-очищенных

1=1 нормативно-очищенные

—■—коэффициент эффективности водоотведения

Рисунок 3. Динамика изменения сточных вод, сбрасываемых в водные объекты РФ

Объемы сброса загрязненных (неочищенных и недостаточно очищенных) сточных вод в водные объекты в России значительно сокращаются [9, 10]. Их доля в общем сбросе по-прежнему высока (увеличилась на 1%) и составляет более 1/3 от объема водоотведения, а от объема очищаемых сточных вод – 89%. Необходимо рассматривать вопросы улучшения существующих технологий и возможность сбросов отработанной воды в естественную среду без нанесения ущерба источникам водоснабжения. В табл. 3 приведены данные по водоотведению в субъектах РФ.

Таблица 3. Данные по водоотведению в РФ (2014 г.)

№ п/п	Субъект РФ	Загрязненные сточные воды, % от объема водоотведения	Объем загрязненных сточных вод, млн.м3
1	Чеченская республика	0	15,2
2	Ненецкий автономный округ	0,4	2,21
3	Костромская область	1,9	1922,8
4	Алтайский край	3,7	290
5	Ленинградская область	5,1	5303
36	Вологодская область	30,80	446,8
82	Курганская область	99,6	38,7
81	Ярославская область	99,7	193,5
83	Республика Мордовия	99,9	33,8
84	Республика Ингушетия	100	3,8
85	Еврейская автономная область	100	12,9

Если в 2005 году объемы составляли 17,7 млрд. м3, то к 2014 году этот показатель становится значительно ниже (порядка 14,8 млрд. м3). Объемы загрязненных сточных вод сокращаются (снижение на 14% по сравнению с 2005 годом), однако в процентном отношении доля по-прежнему высока. Наибольшие и наименьшие объемы сброса зафиксированы на территориях, представленных в таблице 2.

Обеспечение качественной водой населения для многих субъектов Российской Федерации на сегодня остается нерешенной задачей. Необходима разработка и реализация целого комплекса программ развития отрасли водоснабжения и водоотведения не только отдельных регионов, но и на всей территории Российской Федерации.

Вологодская область

Рассмотрим подробнее ситуацию в Вологодской области. Согласно [11], основными источниками водоснабжения населения и объектов экономики Вологодской области являются поверхностные водные объекты (93% от общего забора).

Согласно данным [12], объемы водопотребления и водоотведения в Вологодской области за последние 6 лет (с 2008 по 2014 гг.) заметно снижаются, примерно на 30%. При этом потери воды при транспортировке (%) увеличились на 1% ( рис. 4 ). Это может быть связано с низкими темпами обновления трубопроводных систем в сравнении с их физическим износом.

Сопоставление численности населения, водопотребления и водоотведения за анализируемый период показывает схожую динамику снижения данных параметров. Численность населения плавно снижается на 4% за 10 лет, одновременно снижаются и объемы водопотребления и водоотведения ( рис. 5 ).Также происходит снижение объемом водоснабжения и водоотведения в пересчете на одного жителя ( рис. 6 ).

Рисунок 4. Данные по забору и потерям воды в Вологодской области

Рисунок 5. Динамика водопотребления и водоотведения в Вологодской области

Рисунок 6. Показатели водопользования на одного жителя

Экономические аспекты водопользования

Отходов нет, есть нерациональное использование природных ресурсов – гласит современный зарубежный подход к водопользованию. Развитые европейские страны, успешно реализовав эффективные технологии очистки природных и сточных вод, приступили к получению экономического эффекта. Актуальными направлениями развития систем водоснабжения и водоотведения является получение и выработка электрической и тепловой энергии, выделение ценных компонентов из сточных вод, использование отходов обработки вод в отраслях промышленности и сельском хозяйстве.

В Вологодской области можно выделить следующие направления совершенствования водопользования для достижения экономического эффекта:

‒ замена изношенных трубопроводных систем. При потерях воды на уровне 13,1 млн. м3в год и себестоимости очистки воды 25 руб./м3 экономические потери составят порядка 327,5 млн. рублей в год. Необходимо создать систему направления этих теряемых финансовых ресурсов на модернизацию водного сектора;

‒ внедрение энергоэффективных методов очистки природных и сточных вод, обработки образующихся осадков. Сегодня лишь на двух коммунальных станциях в области реализованы методы глубокой очистки сточных вод от азота и фосфора, выработка энергии не ведется нигде. Схожая картина по всей территории РФ. Внедрение современной системы аэрации в Вологде позволило сократить эксплуатационные затраты на 35%;

‒ использование образующихся осадков природных и сточных вод в строительстве, сельском хозяйстве. Осадки сточных вод сегодня пополняют полигоны ТБО, в сельской местности активно используются населением для повышения плодородия почв. Обеззараживание осадков города Вологды позволит реализовывать его как органическое удобрение богатое полезными для почв компонентами;

‒ экономия на плате за сброс загрязнений в водные объекты. При сбросе загрязняющих веществ выше установленного норматива плата осуществляется с повышающим коэффициентом (25-кратная), с 2020 – 100-кратная. При реализации наилучших доступных технологий и достижении норматива возможно довести плату за сброс до 0 [13].

В настоящее время в связи с износом основных фондов систем водоснабжения и водоотведения повышение их эффективности путем модернизации становится весьма актуальным. Повышение надежности и экологической безопасности систем водоснабжения и водоотведения во многом будет зависеть от того, насколько правильно избрана та или иная политика в отношении использования воды, при этом не стоит забывать о рациональном водопользовании каждого отдельного потребителя.

Проблема рационального использования воды во многих регионах РФ стоит остро и требует контроля на каждом этапе: от забора воды из водоисточников до сброса использованных сточных вод в водные объекты.

Управление многими водоканалами переходит от муниципальных к частным компаниям. Эффективное управление водными ресурсами может превратить достаточно убыточную на сегодня отрасль ЖКХ в рентабельный бизнес, как показала мировая практика. Основным ограничением в этом остается неосвоенность современных технологий и отсутствие инвестиций.

Одним из приоритетных направлений утилизации осадков является сельское хозяйство. Осадки могут являться альтернативой минеральным удобрениям, полу- чаемым промышленными методами. Эффективно применение осадков сооружений очистки бытовых сточных вод с малым содержанием промстоков. Высокое содержание тяжелых металлов может негативно сказаться на почвах, при расчете доз внесения таких осадков необходимо учитывать ПДК по каждому элементу. С санитарной точки зрения должны обеспечиваться требования по микробиологическим показателям.

Результаты химического и микробиологического анализа осадков сточных вод и компостов на их основе МУП ЖКХ «Вологдагорводоканал» показывают, что по содержанию тяжёлых металлов, мышьяка и санитарно-гигиеническим показателям, при соответствующей обработке, они соответствуют нормативам ГОСТ Р 17.4.3.-07-2001. При внесении их под лён-долгунец и изучении последействий на столовом картофеле было отмечено отсутствие накопления тяжёлых металлов и мышьяка в продукции растениеводства выше предельно допустимых концентраций, указанных в МДУ 123-4/281-87 и ТР ТС 021/2011 [14]. Таким образом, применение осадков сточных вод и компостов на их основе, при соблюдении соответствующих требований, является эффективным приёмом получения экологически безопасной продукции.

Выводы

Предложены коэффициенты для оценки эффективности водопользования, которые могут использоваться для ранжирования большого числа объектов и выявления наиболее экономически и экологически уязвимых участков.

Проанализированы основные показатели водоснабжения и водоотведения за период с 2005 по 2014 годы в РФ и Вологодской области.

Объемы водопотребления и водоотведения с 2005 по 2007 увеличились на 13%, а затем до 2014 г. снизились примерно на 30%. Снижение объемом водоснабжения и водоотведения за анализируемый период в пересчете на одного жителя составило примерно 20%;

За анализируемый период (2005‒2014 гг.) потери воды при транспортировке увеличились в РФ на 1%, в Вологодской области ‒ на 0,2%. Это может быть связано с низкими темпами обновления трубопроводных систем в сравнении с их износом.

Объемы загрязненных сточных вод за анализируемый период сократились примерно на 16%, однако их доля в общем объеме сточных вод даже немного увеличилась (на 1%) и по-прежнему составляет более 1/3 от объема водоотведения, а от объема очищаемых сточных вод – 89%.

Для повышения эффективности водопользования необходим комплексный подход, включающий не только технические мероприятия, но и совершенствование законодательных основ в водной отрасли и механизмов управления водными ресурсами, государственную поддержку малого предпринимательства в экологическом секторе:

‒ внедрение наилучших доступных технологий на объектах водоснабжения и водоотведения, реализация принципов энергоэффективности и безотходности;

‒ утилизация образующихся осадков природных и сточных вод в отраслях промышленности, получение электрической и тепловой энергии;

‒ использование осадков сточных вод в сельском хозяйстве: производство компоста, почвогрунтов, изготовление органических капсул для точного земледелия. Производство удобрений и почвогрунтов может рассматриваться как метод повышения плодородия почв северных территорий РФ и способствовать экономическому развитию региона-производителя;

‒ содействие водоканалам и подрядным организациям в реализации мероприятий по очистке природных и сточных вод, утилизации образующихся отходов и осадков;

‒ обеспечение доступности воды для населения в сельской местности (где соотношение тариф/зарплата выше, чем в городских поселениях) за счет введения единого тарифа в границах субъектов РФ.