CC BY
74О роли и месте мембранных технологий на мировом и российском рынке водоподготовки и очистки сточных вод
Денисов Александр Геннадьевич,
аспирант кафедры "Экономики в энергетике и промышленности", Национальный исследовательский Университет "МЭИ", denisov_guu@mail.ru
Комплекс мероприятий по внедрению в России новых и более эффективных технологий в области водоподготовки и очистки сточных вод позволяет существенно снизить экологический вред, наносимый окружающей среде промышленностью и человеческой жизнедеятельностью, а также повысить экономическую эффективность деятельности промышленных предприятий. В данной статье рассматривается роль и место мембранных технологий на мировом и российском рынке водоподготовки и очистки сточных вод. В результате проведения исследования был сформирован массив информации о мировом и российском рынках водоподготовки и очистки сточных вод, а также выявлены основные проблемы, препятствующие развитию данной отрасли в России.
Ключевые слова: водопользование, очистка сточных вод, мембранные технологии, биомембранный реактор, инновационный проект.
Введение
На сегодняшний день проблема модернизации существующих и разработки новых технологий в области ответственного водопользования приобретает все большую актуальность, особенно для северных регионов России. К тому же в последнее десятилетие степень износа инфраструктуры для очистки сточных вод в России составила более 80%, при этом степень износа продолжает увеличиваться по 2-3% в год [1]. Кроме того, по данным Правительства России более 70% (13,7 куб. км) подлежащих очистке сточных вод сбрасываются недостаточно очищенными, почти 20% (3,7 куб. км) - загрязненными без очистки, и только 10% (1,9 куб. км) являются очищенными с нормативной точки зрения («Распоряжение Правительства РФ от 28 июля 2011г.»). Важно также отметить, что санк-ционная политика западных стран в отношении России ведет к реализации политики импортозамещения, а в ближайшем будущем к наращиванию темпов развития промышленности, что в свою очередь приведет к росту потребления водных ресурсов, ненормативная очистка которых может привести к экологической катастрофе, сравнимой с ситуацией, разворачивающейся в Китае, где в части водопользования возникли две ключевых проблемы - слишком интенсивное использование грунтовых вод, приводящее к обрушению покрова Земли, и критическое загрязнение водных ресурсов, влекущее за собой рост заболеваний, в том числе и онкологических.
В связи с этим возникают два основных тренда, которые позволят России избежать экологических проблем, которые могут быть вызваны наращиванием темпов развития экономики, - рост доли оборотного водоснабжения и внедрение в промышленности (в первую очередь на новых объектах) новых и экономически эффективных технологий очистки сточных вод.
В рамках проведения исследовательской работы и анализа мирового опыта было выявлено, что на сегодняшний день одной из наиболее эффективных технологий очистки сточных вод, которой в России уделяется крайне недостаточно внимания со стороны промышленности и жилищно-коммунального хозяйства, является мембранный биореактор. Данная статья посвящена описанию рыночной позиции данного технологического направления в мире и России.
Методы проведения исследования
В рамках проведения исследования наиболее часто использовались методы статистического и экономического анализа. На ряду с ними важное значе-
О 55 I» £
55 П П
9
8
о ы
а
s
«
а б
ние также было отведено анализу экспертного мнения, полученного на основе анализа статей признанных экспертов в области водопользования и очистки сточных вод.
Цели исследования
Данная статья преследует следующие цели:
1) отразить текущую ситуацию на российском и мировом рынках промышленной водоподготовки и очистки сточных вод;
2) выявить перспективы для внедрения новых технологий водоподготовки и очистки сточных вод (акцент на второе направление);
3) отметить результаты проведенного исследования мирового и российского рынка мембранных технологий для очистки сточных вод;
4) сформировать выводы о существенном нереализованном потенциале для жидкофазных мембранных процессов на российском рынке.
Мировой и российский рынок промышленной водоподготовки и очистки сточных вод
По данным The Goldman Sachs Group [2] годовой объем мирового рынка промышленной водоподготовки составляет 95 млрд. USD, мировой рынок очистки сточных вод оценивается на уровне 164 млрд. USD. Общий рынок водоподготовки и очистки сточных вод оценивается в 260 млрд. USD.
Данный объем составляют следующие категории:
• реагенты, смолы;
• мембраны и мембранные элементы;
• комплектные установки водоподготовки;
• системы дозирования и мониторинга;
• услуги (в т.ч. мобильные установки);
• инжиниринг, проектирование.
При этом на сегодняшний день 50% рынка приходится на долю 25 крупнейших игроков.
По результатам проведенных исследований общий объем российского рынка водоподготовки и очистки сточных вод оценивается в 107 млрд. рублей, при этом 48,6% объема приходится на реагенты для очистки [оценка автора на основе анализа данных таможенной статистики РФ]. Данный сегмент до сих пор является доминирующим в структуре российского рынка, так как химические реагенты (коагулянты, флокулянты и прочие) находят применение не только при химической очистке сточных вод, но и при механической, например, при обезвоживании осадка сточных вод центрифугами на городских канализационных станциях.
По данным компании Frost&Sullivan российский рынок оборудования для водоподготовки и очистки сточных вод оценивается порядка 1 200 млн. USD в 2013 году [3]. С учетом того, что по данным аналитической компании Global Industry Analysts мировой рынок оборудования оценивается на уровне 40 000 млн. USD, российский рынок составляет порядка 3% от мирового. Для сравнения, доля США на рынке оборудования для водоподготовки и водоочистки составляет около 22,5%. При средневзвешенном курсе доллара в 2014 году в 38,4 рубля, объем российского рынка оборудования для водоподготовки и водоочистки оценивается в 46 млрд. рублей (73 млрд. рублей в 2015 году при средневзвешенном курсе доллара 60,9 рубля в 2015 году).
При этом по данным таможенной статистики рынок примерно на 30% состоит из импорта оборудования, который ежегодно составляет в денежном выра-
жении более 12 млрд. рублей [4]. Основным импортируемым оборудованием на сегодняшний день являются адсорбционные фильтры (порядка 48% всего рынка), также велика доля мультитехнологических магистральных фильтров, установок ионного обмена и мембранных установок.
Наиболее перспективные ниши в России для внедрения новых технологий в области очистки сточных вод
При определении наиболее перспективных ниш для внедрения новых технологий в области ответственного водопользования необходимо в первую очередь выяснить перспективы развития рынка водопользования в России.
По мнению аналитиков компании Ргс^&ЭиШуап в перспективе до 2020 года ожидаются следующие тренды на российском рынке водоподготовки и водоочистки [3]:
1) новые технологии по удалению азота и фосфора из сточных вод;
2) распространение технологии ультрафиолетового обеззараживания;
3) развитие технологий биологической очистки сточных вод (а именно, сжигание ила, образуемого в процессе биологической очистки);
4) развитие мембранных технологий (в т.ч. для очистки сточных вод).
Оценка потенциала мембранных технологий
При этом особый потенциал развития рынка прогнозируется в области мембранных технологий. В данном направлении главной движущей силой реализации потенциала послужит необходимость сокращения существующего существенного отставания России от западных стран. В таблице 1 представлено соотношение объемов рынка жидкофазных мембранных процессов в развитых странах.
Таблица 1
Соотношение рынка мембранной водоподготовки и очистки сточных вод [5]
ВВП, млрд.$ Рынок жидкофазных мембранных процессов, млн.$
Германия 3 818 821
Франция 2 978 573
Италия 2 399 460
Россия 1 757 21
Таким образом, на сегодняшний день российский рынок мембранных жидкофазных процессов оценивается на уровне всего около 0,004% от мирового. Тем не менее, есть все основания предполагать, что это отставание будет в ближайшем будущем преодолено, т.к. по мнению ООО «Гелла-ТЭКО» [5] у мембранных методов нет конкурентов по эффективности и стоимости. Потенциал роста российского рынка более чем 15-кратный, т.е. с нынешних $21 до $360 млн в ближайшие годы, если за основу взять соотношение примерно равное 0,02% от ВВП.
При этом собранная информация позволяет спрогнозировать, что к 2020 году доля новых технологий (ультрафиолетовая обработка, озонирование, широкомасштабное применение мембранных технологий (хотя в мире они применяются уже с 60х годов ХХ века)) в структуре водопользования в России составит почти 80%, в то время как на сегодняшний день она составляет 17%.
Общий мировой рынок мембранных технологий оценивается на уровне порядка 15,6 млрд. USD (2012 год), из него 5-6 млрд. USD приходится на жидкофаз-ные мембранные процессы, которые являются крупнейшим сегментом применения мембранных технологий (рисунок 1).
Рис. 1. Сегменты потребления на рынке мембранных технологий, 2012 г. [5].
На сегодняшний день лидирующими мембранными технологиями в области водоподготовки и очистки сточных вод по данным РХТУ им. Менделеева являются:
• Обратный осмос и нанофильтрация (опреснение и обессоливание).
• Ультрафильтрация / микрофильтрация (оборотное водопользование).
В качестве основных перспектив развития мембранных технологий и драйверов для роста их использования в области водоподготовки и очистки сточных вод являются:
• развитие технологий обратного осмоса и на-нофильтрации;
• усовершенствование существующих технологий ультрафильтрации и микрофильтрации:
o мембраны с большей механической и химической прочностью;
o унификация типоразмеров мембранных модулей различной производительности - развитие рынка замены мембран;
o совершенствование технологии мембранного биореактора.
Оценка потенциала технологии мембранного реактора в России
Важно отметить, что технология очистки сточных вод с помощью мембранного биореактора (МБР) представляет особый интерес, связанный с тем, что для российского рынка она достаточно новая и только начинает находить широкое применение. Однако исследования в данном направлении проводились еще во времена СССР.
Зарубежные и российские источники отмечают высокую эффективность данной технологии, которая определяется его небольшим объемом и возможностью выбрать необходимый режим очистки сточных вод для разных производств. Высокий экономический эффект использования технологии МБР для очистки сточных вод обусловливается тем, что снижение затрат на строительство и эксплуатацию составляет до 30% при повышенном качестве очищаемой воды в сравнении с традиционными очистными сооружениями [6].
В целом, можно выделить следующие ключевые преимущества технологии мембранного биореактора:
1) Снижение на 20-40% массогабаритных характеристик емкостных сооружений. По данным документа Guidelines for Introducing Membrane Technology in Sewage Works [7] применение МБР для очистки сточных вод позволяет минимум на 20% сократить требуемую для системы очистки площадь и затраты на очистку.
2) Сокращение на 30-70% площади (до 3-4 раз), занимаемой оборудованием (благодаря отсутствию вторичных отстойников, блоков доочистки, иловых площадок);
3) До 30% снижение затрат на строительство и эксплуатацию при повышенном качестве очистки по сравнению с традиционными технологиями. Оценочная стоимость порядка 150 млн. рублей за 10 тыс. м3 в сутки.
Основываясь на факте, что доля российского рынка жидкофазных мембранных процессов от ВВП по данным ООО «Гелла-ТЭКО» [5] составляет всего 0,0012% (для сравнения в Германии - 0,0215%, во Франции - 0,0192%, в Италии - 0,0192%), можно сделать вывод, что в России существует значительный нереализованный потенциал жидкофазных мембранных процессов. При этом российский рынок составляет всего порядка 6% от рынка Германии, Франции или Италии (на основании доли от ВВП указанных стран).
Предпосылки для организации широкого внедрения мембранных биореакторов в России и существующие ограничения
Представленная информация о нереализованном потенциале жидкофазных мембранных процессов в России позволяет сделать вывод, что в России существуют весомые предпосылки для организации широкого внедрения в промышленную очистку сточных вод одной из ключевых мембранных технологий - мембранного биореактора:
1) стоимость промышленных очистных сооружений составляет 5-30% от всей стоимости оборудования и сооружений;
2) 80% коммунального и промышленного очистного оборудования изношено и требует замены в ближайшее время;
3) распространение технологий МБР по большей части для пищевых производств (птицефабрики, молокозаводы, мясное и т.д.).
Тем не менее, существуют несколько ограничений, которые отрицательно влияют на скорость проникновения технологии в промышленность:
1) отсутствие российского производства погружных модулей на полимерных мембранах, которое делает применение МБР в России экономически эффективным лишь для больших объемов стоков;
2) сравнительно высокое энергопотребление относительно традиционных технологий очистки сточных вод.
Выводы
На основании проведенного исследования можно сделать вывод, что на сегодняшний день применение мембранных технологий, которые уже давно широко применяются для промышленной водоподготовки, является одним из наиболее перспективных направлений в области очистки сточных вод. При этом всё большую популярность в мире набирает технология мембранного биореактора, причем важно, что в последние годы она начала находить применение не только на крупнейших водоочистных сооружениях, но
О
в и
£
В
m fi H
9
8
о ы
а
и на крупных и средних промышленных предприятиях.
Данное направление особенно актуально для России, что обосновывается существенным нереализованным экономическим потенциалом жидкофазных мембранных процессов. При этом уже сегодня в России существует ряд предпосылок для организации широкого внедрения технологии в промышленности. Тем не менее, учитывая существующие ограничения для внедрения данной технологии, можно сделать вывод, что для компенсации отставания России должна быть в первую очередь снижена себестоимость производства (за счет эффекта масштаба, НИ-ОКР и формирования производства погружных мембранных модулей в России), а также снижено энергопотребление мембранных биореакторов.
Устранение указанных недостатков технологии возможно за счет научно-промышленной кооперации и формирования организационно-экономических механизмов внедрения технологий мембранного биореактора.
Литература
1. Орлов В.А., Орлов Е.В. (2007). Строительство, реконструкция и ремонт водопроводных и водоотво-дящих сетей бестраншейными методами: Учебное пособие.- М.: ИНФРА-М.
2. Deane M. Dray. The Essentials of Investing in the Water Sector; version 2.0. США: Goldman Sachs, 2011.
3. Szyplinska P. Russian Water Market Outlook: $11 billion Pure Water Program to Fuel Growth. Poland: Frost and Sullivan, 2011.
4. База данных таможенной статистики ТН-ВЭД -Россия, 2014-2015. / https://d-inform.com.
5. ООО «Гелла-ТЕКО» (2014). Мировой и российский мембранный рынок. Москва, Россия: ООО «Гел-ла-ТЕКО». - 80 стр.
6. А.В. Максимычев (2007). Разработка технологии очистки высококонцентрированных сточных вод в мембранных биореакторах. Москва: МФТИ. - 92 стр.
7. Kazuo Yamamoto . Guidelines for Introducing Membrane Technology in Sewage Works: The 2nd Edition. Япония, 2011. - 126 стр.
About the place and the role of membrane technologies at the world and russian market for water and wastewater treatment
Denisov A.G.
National Research University "MPEI"
A complex of measures for implementation of new and more efficient technologies in the field of wastewater treatment can significantly reduce the environmental damage caused to the environment by industry and society in Russia, as well as improve the economic efficiency of industrial enterprises. This article discusses the role and place of membrane technology (firstly, membrane bioreactor) at the world and Russian market of water and wastewater treatment. The main results of the study devote to a massive of information about the world and Russian markets of water and wastewater treatment, as well as to mentioning the main problems hindering the development of the industry in Russia.
Keywords: water treatment, wastewater treatment, membrane technologies, membrane bioreactor, innovative project.
References
1. Orlov VA, Orlov YeV. Construction, reconstruction and repair of water supply and water-collecting systems applying trenchless methods: Text edition. Moscow: INFRA-M, 2007.
2. Deane M. Dray. The Essentials of Investing in the Water Sector; version 2.0. США: Goldman Sachs, 2011.
3. Szyplinska P. Russian Water Market Outlook: $11 billion Pure Water Program to Fuel Growth. Poland: Frost and Sullivan, 2011.
4. Customs statistics database FEACN. Russia, 2014-2015. https: //d-inform.com. Date accessed: 02/10/2015.
5. Gello-TECO, LLC. Membranes Market of the World and of Russia. Moscow: Gello-TECO, LLC, 2014.
6. A.V. Maksimychev. The development of membrane bio-reactor technology for high concentrated wastewater treatment. Moscow: MIPT. 2007
7. Kazuo Yamamoto. Guidelines for Introducing Membrane Technology in Sewage Works: The 2nd Edition. Japan, 2011.
5
«
a
6
