Предпосылки системной катастрофы в централизованном водоснабжении

Б. М. Долгоносов, Институт водных проблем РАН

Интенсификация производственной деятельности человечества обусловливает увеличение нагрузки на водные ресурсы, которая за последние полвека возросла более чем в 2 раза. В настоящее время суммарная масса загрязнителей гидросферы составляет 15 млрд т/год, среди которых поверхностно активные вещества составляют 2500 млн т/год, пестициды – 1200 млн т/год, минеральные удобрения – 80 млн т/год, тяжелые металлы – 3 млн т/год. Большую опасность представляют патогенные микроорганизмы. Качество воды в значительной мере определяет характер и уровень инфекционных и неинфекционных заболеваний, генетических болезней, особенности развития организма человека. О серьезности проблемы водоснабжения свидетельствует ее включение в список наиболее насущных проблем человечества. Усиление антропогенного воздействия на водоисточники также приводит к прогрессирующему ухудшению качества воды.

В настоящее время в РФ только 1% поверхностных источников водоснабжения имеют 1 класс, то есть вода не требует специальной обработки, в 17% качество воды не соответствует даже 3 классу. Резко возросло микробное загрязнение водоемов: с 12,5% – в 1991 г. до 22,8% – в 1997 г. В 20% проб воды обнаруживали колифаги, что свидетельствовало о загрязнении ее вирусами, в 3,4% проб выявлены возбудители инфекционных заболеваний. В 1998 г. отмечены отклонения от норматива по органолептическим свойствам в 75% проб воды, в 20% нарушены санитарно-химические, в 11% – микробиологические показатели. Состояние многих действующих водопроводов не соответствует санитарным нормам. Нарушения санитарных норм в РФ в 1991 г. фиксировались на 16,2% водопроводов, в 1997 г. – на 30,4%. Технологические схемы, применяемые на многих водопроводах, не соответствуют уровню загрязнения источника водоснабжения и не обеспечивают требуемое качество питьевой воды. В последние годы увеличилась частота наводнений, обусловливающих значительное ухудшение качества воды.

В период паводков повышается риск выноса из донных отложений водных объектов опасных загрязнений, накопленных там за многие годы антропогенного воздействия.

Поверхностный сток с агроландшафтов смывает удобрения и пестицидыв водные объекты. Неблагоприятная ситуация сложилась и в связи со сбросом неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод предприятиями.

Объем загрязненных сточных вод в РФ составлял в 1986, 1990 и 1994 гг. соответственно 77,9, 187,8 и 166,1 м³чел. В водные объекты попадают практически все загрязнения от любой производственной деятельности, что считается наиболее серьезной угрозой водным ресурсам. Выброс вредных веществ в атмосферу в конечном итоге также приводит к попаданию их в водные объекты. Положение усугубляется тем, что в настоящее время, несмотря на достаточно развитое водное законодательство, отсутствует эффективная система охраны качества воды в водоисточниках.

По данным Госсанэпиднадзора РФ, нарушение норм качества воды часто (примерно в 50% наблюдений, по данным за 1997 г.) обусловлено отсутствием зон санитарной охраны источников водоснабжения.

Таким образом, можно констатировать нарастающую антропогенную нагрузку на водные ресурсы и, как следствие, повышение угрозы не только для водных экосистем, подвергащихся жесткому химико-биологическому прессу, но и для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Из существующего в настоящее время широкого спектра методов получения воды питьевого качества на действующих водопроводных станциях применяют только некоторые из них, что существенно ограничивает возможности использования водоисточников с прогрессирующим ухудшением качества воды. При наличии реальной угрозы попадания патогенных микроорганизмов в водоисточник необходимо предусмотреть дополнительные меры по снижению их концентрации в питьевой воде и удалению вредных продуктов обработки.

Для этого используют: 1) коагулирование повышенными дозами с добавлением флокулянта для понижения мутности воды до 0,1 мг/л, поскольку частицы мутности являются носителями микроорганизмов; 2) хлорирование более высокими дозами; 3) УФ-облучение воды для инактивации патогенных микроорганизмов; 4) удаление остаточного алюминия – побочного продукта коагулирования – с помощью фильтров; 5) снижение концентрации хлорорганических соединений на сорбционных фильтрах. При угрозе загрязнения водоисточника нефтепродуктами, фенолами, диоксинами и другими органическими ксенобиотиками следует предусмотреть использование сорбционных фильтров, возможно с предозонированием. При опасности попадания тяжелых металлов в исходную воду необходимо использовать аэрацию или озонирование для перевода металлов из ионной формы в гидроксидную с последующим удалением в процессе коагуляционной очистки. При наличии органических комплексов металлов технологию дополняют углеванием перед фильтрами или стадией доочистки на фильтрах со слоем гранулированного активированного угля.

С ухудшением качества воды в водоисточнике наряду с действующей технологией подключают дополнительные методы. Это увеличивает стоимость очистки, поскольку связано с крупными капиталовложениями на реконструкцию имеющихся сооружений или строительство новых. К примеру, строительство озонаторной стации требует капиталовложений до 100—150 тыс. долларов США на производство 1 кг/ч озона. При обработке воды озоном в дозе до 5 мг/л на станции с производительностью по воде 10 тыс. м³ч производство озона должно составлять 50 кг/ч, соответственно капитальные затраты увеличатся как минимум до 5 млн долларов. Больших капиталовложений требует и применение сорбционных методов: от 1200 долларов за 1 т порошкообразного активированного угля до 2500–3000 долларов за 1 т гранулированного сорбента.

Увеличиваются также эксплуатационные расходы, обусловленные повышением доз реагентов: коагулянта, флокулянта, озона, активированного угля и др. Наиболее дорого обходится применение активированного угля. Если при штатной ситуации (умеренной антропогенной нагрузке на водоисточник) активированный уголь используют редко, как правило, в период паводка и цветения фитопланктона, то при увеличении содержания органических ксенобиотиков в исходной воде доза угля повышалась до 50 мг/л и более.

При указанной цене порошкообразного активированного угля получим прирост стоимости обработанной воды только за счет угля до 60 долларов на 1 000 м³, что примерно в 10 раз превышает штатные расходы на реагенты (которые составляют около 20% себестоимости обработанной воды) и в 2 раза — нынешнюю себестоимость производства питьевой воды на крупных водопроводных станциях (без учета транспортировки по распределительной сети). В итоге мы имеем троекратное увеличение стоимости воды по сравнению с нынешней ситуацией. В особо неблагоприятных случаях возможно и более значительное удорожание воды.

Таким образом, если не удастся предотвратить дальнейшее ухудшение качества воды в водоисточниках, неизбежно возникнет ситуация, когда цена питьевой воды возрастет настолько, что ее использование для бытовых нужд, отличных от питья, окажется экономически невыгодным. А это неизбежно приведет к необходимости коренной структурной реорганизации системы централизованного водоснабжения путем введения локальных установок доочистки, разделения сетей для технических и питьевых нужд и, в крайних случаях, даже путем отказа от централизованного распределения питьевой воды через сеть и переход к автономным системам водоснабжения отдельных объектов.

Избежать столь неблагоприятной перспективы можно только в том случае, если удастся в короткие сроки создать действенную систему охраны водных ресурсов. Дилемма такова: либо будут выделены достаточные средства для быстрого создания эффективной системы мероприятий по уменьшению сброса загрязненных сточных вод, либо значительно большие средства впослествии будут потрачены на внедрение дополнительных методов водоподготовки (углевание, сорбционные фильтры, озонирование, УФ-облучение, ультрафильтрация, нанофильтрация и т.д.), существенно повышающих стоимость питьевой воды. Последствия второго пути вполне предсказуемы: рост неплатежеспособности населения и, как следствие, исчерпание средств для поддержки централизованной инфраструктуры. Это станет, по существу, системной катастрофой в централизованном питьевом водоснабжении.