CC BY
17
ЗАМКНУТЫЕ СИСТЕМЫ АГРАРНО-ПРОМЫШЛЕННОГО ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
И.В. Гордин, д-р, техн. наук, профессор, гл. науч. сотр. Институт программных систем РАН (Россия, г. Переславль-Залесский)
DOI:10.24412/2411-0450-2021-6-1-56-59
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект №19-010-00096
Аннотация. Оптимизация водного хозяйства территориально-производственных комплексов включает широкий спектр технологических решений. Это: массовое строительство очистных сооружений на предприятиях, создание систем оборотного водоснабжения, систем повторного использования сточных вод. Завершающим этапом оптимизации является синтез системы водопользования, объединяющей весь промышленный район, как единое целое. Примерами таких систем является ряд замкнутых систем аграрно-промышленного водопользования юга России. В статье кратко представлены основные результаты функционирования этих систем.
Ключевые слова: экономика природопользования, загрязнение гидросферы, утилизация сточных вод, эколого-экономическая эффективность.
До середины прошлого века проблему загрязнения природных вод производственными и хозяйственно-бытовыми отходами старательно не замечали, не замечали во всем мире. В середине века наступил момент, когда Россия, вместе с прогрессивной частью планеты, стала искать решения. В первую очередь резко расширился фронт химико-технологических и биотехнологических исследований в сфере водообработки, технико-экономических и эколого-экономических исследований в сфере утилизации сточных вод [1, 2, 3]. Россия шла вровень с передовыми странами, а на ряде направлений стала признанным мировым лидером.
Достигнув выдающихся теоретических и практических результатов в технологиях водообработки, в повторном использовании сточных вод и их осадков, в оборотном водоснабжении различных производств, отечественная наука решительно двинулась к созданию замкнутых систем водопользования целых промрайонов. Такой подход позволяет существенно поднять общий технологический уровень водопользования, поднять весь промрайон на уровень передовых предприятий, реализо-
вать на всех предприятиях прогрессивные системы механической, физико-химической, биохимической очистки сточных вод и водоподготовки. Но главное - возникают проекты рассмотрения водного хозяйства ТПК как единой системы потоков, а это открывает совершенно новые пространства оптимизации. И среди них бесценные для замыкания системы возможности аграрной утилизации сточных вод [4, 5]. Наибольшим успехом этого направления стало создание на юге РФ ряда замкнутых систем аграрно-промышленного водопользования, ЗС АПВ.
В этих системах режим замкнутого функционирования достигается оптимальной кооперацией ЖКХ, промышленности и сельского хозяйства, эффективным оборотным и повторным использованием всех сточных вод ТПК. При этом финальным звеном экологического замыкания системы является направление очищенных городских и промышленных стоков в орошаемое земледелие (кормовые и технические культуры). Обобщая опыт создания таких систем, мы видим следующие составляю-
щие достигнутого успеха, следующие принципы оптимизации:
1. Огромный размах химико-технологических и биотехнологических исследований по проблемам водообработ-ки и обработки осадков сточных вод, оптимизационных технико-экономических и эколого-экономических исследований в сфере водных ресурсов.
2. Активное, решительное «вмешательство» специалистов области очистки и обезвреживания сточных вод в технологии и организацию основного производства с целью минимизации норм водопотребле-ния на единицу продукции и минимизации отходов, с переходом на безводные, безотходные технологические процессы.
3. Стремление к обработке и обезвреживанию отходов, как можно раньше, локально, раздельно, до их смешения с другими потоками, что позволяет применять наиболее эффективные селективные технологии.
4. Системный анализ специфики всех водопользователей территориально-производственного комплекса и их межотраслевая кооперация, недопустимость отказа от использования своих и сторонних вторичных ресурсов, исходя из узковедомственных интересов.
5. Активный поиск предприятиями потребителей вторичных ресурсов, а при их отсутствии - создание своих систем утилизации, например, собственных сельхозпредприятий животноводческого профиля, базирующихся на кормах, выращиваемых на полях орошения очищенными стоками, с последующей переработкой животноводческих отходов в компосты, биогаз и биоэтанол.
Большое значение для организации ЗС АПВ имеет научная обоснованность нормативной базы использования сточных вод в промышленном и сельскохозяйственном производстве, регламентации требований, предъявляемых к качеству вторичных водных ресурсов различными потребителями. В методологии построения ЗС АПВ особое значение имеет правильный выбор замыкающих очистных сооружений, подсистем доочистки и водоподготовки, обеспечива-
ющих технологическую и санитарную надёжность функционирования.
Подчёркивая мировое лидерство России в создании ЗС АПВ, надо признать, что созданы эти высокоэффективные системы благодаря возможности утилизации сточных вод на больших площадях земледельческих полей орошения (ЗПО). Без этого оптимизационного ресурса, несмотря на все последние достижения технологий во-дообработки, экологически замкнуть водное хозяйство ТПК не удаётся. Этому аспекту мы и уделим главное внимание в кратком обзоре трёх ЗС АПВ юга РФ.
Начнём с Волго-Ахтубинской ЗС АПВ. Поскольку система осуществляет интенсивный водозабор из природной гидросферы (из Волгоградского водохранилища) она «открыта на входе» и замкнута только «на выходе», на сбросе загрязнений, бессточна (что является, конечно, гораздо важнее для охраны природы, включая охрану уникальной ихтиофауны Нижней Волги и Ахтубы). Кроме того, надо заметить, что сегодняшняя загрязненность Волги настолько высока, что водозабор из неё вполне логично рассматривать, как приём на обработку вторичных водных ресурсов. Это фактически подтверждается высокой технологической нагрузкой на цеха водоподготовки всех водопроводных станций, запитывающих ЗС АПВ волжской водой. Синтезу Волго-Ахтубинской ЗС АПВ предшествовали многолетние агрономические и агротехнические исследования. На базе этих исследований создан комплекс инженерных сооружений ЗПО общей производительностью
70 тыс. м3/сут. Он включает в себя: систему подачи в накопители прошедших МБХО городских (50 тыс. м3/сут) и прошедших гидроботаническую очистку производственных слабозагрязненных сточных вод (20 тыс. м3/сут); два накопителя общей вместимостью 20 млн м3 для регулируемого смешения и аккумулирования в зимний период обоих потоков; насосные станции по перекачке сточных вод из накопителей на ЗПО; сами ЗПО в виде чеков по 10 га общей площадью 6300 га. Урожайность кормовых сортов яровой пшеницы на ЗПО 1,8-2,4 т/га, люцерны за
три укоса 14-18 т/га. Себестоимость тонны зерна яровой пшеницы на ЗПО в два раза ниже, чем выращенной без орошения. Тонны люцерны - в три раза ниже.
Решающим аргументом в дискуссии об аграрном использовании сточных вод Туз-лов-Аксайской ЗС АПВ стала инициатива местных сельскохозяйственных предприятий, проявивших готовность взять на себя затраты по транспортировке и распределению очищенных сточных вод на ЗПО общей площадью 1000 га (выращивание кормовой свеклы, кукурузы, люцерны). В целесообразности такого бизнеса убедили данные гидрохимических анализов: речные (тузловские и аксайские) воды содержат химических загрязнений не меньше, чем стоки, прошедшие очистные сооружения. Подача очищенного стока на ЗПО обеспечила, например, по сое следующие показатели урожайности. На контрольном участке без орошения получен урожай 1,1 т/га. При поверхностном поливе речной водой - 2,8 т/га, а сточными водами -2,7 т/га. При внутрипочвенном поливе соответственно 2,6 и 3,4 т/га. Урожайность по зерну кукурузы без орошения 3,5 т/га. При поверхностном поливе речной водой - 7,2 т/га, а сточными водами - 7,0 т/га. При внутрипочвенном поливе соответственно 9,8 и 10,3 т/га.
При проектировании ЗПО Прикумской ЗС АПВ был детально изучен опыт Ставропольского края по утилизации сточных вод. На территории опытно-производственного хозяйства созданы ЗПО общей площадью 750 га. Принимаемый хозяйственно-бытовой сток проходит МБХО (песколовки, отстойники, биофильтры, аэротенки). Затем сточные воды поступают в пруд-накопитель, осуществляющий доочистку и сезонное регулирование стока, используемого на ЗПО только в вегетационный период. Средняя урожайность зеленой массы кукурузы в производственных условиях составила 56,9 т/га, а на участках без орошения - 18,1 т/га. Общая урожайность зеленой массы люцерны за три укоса в первый год составила 35,5 т/га, а без орошения - 16,2 т/га. На второй год соответственно 38,6 т/га и 18,1 т/га. Кроме того, со второго укоса при поливе было
получено 0,5 т/га семян, а на участках без полива только 0,3 т/га. Спецификой При-кумской ЗС АПВ является то обстоятельство, что для неё одинаково важны и бес-сточность, замкнутость на выходе (охрана р.Кума и её бассейна), и замкнутость на входе (минимизация водозабора из Большого Ставропольского канала).
Призыв создавать ЗС АПВ в аграрно-промышленных районах юга РФ был воспринят, как призыв участвовать в наиважнейших стройках мирового значения. Эти объекты воспринимались обществом в одном ряду с другими научно-техническими достижениями: одинаково важно было преуспевать и в космосе, и в обращении с отходами. Кстати, в это же время решалась аналогичная задача замкнутого водопользования космических станций (не решённая мировой космонавтикой до сих пор). Объективно сложилась ситуация, когда профессиональная ответственность за решение судьбоносной для цивилизации экологической задачи легла на канализа-ционников, очистников, специалистов традиционно считающих свою деятельность теневой и второстепенной. Поэтому по всей стране были предприняты системные просветительско-воспитательные усилия, главным образом на кафедрах химико-технологических и инженерно-строительных вузов. В результате этих усилий проблематика ЗС АПВ выдвинулась в первый ряд актуальных научно-технических задач и сумела привлечь к своему решению лучшие интеллектуальные силы.
Одновременно велась напряженная идеологическая и организационная работа среди местного населения с целью привлечения его к охране местных рек и водоёмов через контроль сброса сточных вод, к непосредственному участию в строительстве и эксплуатации очистных и других сооружений, обеспечивающих реальную экологическую замкнутость систем. Бесценную роль играл общественный контроль в борьбе с ведомственными попытками нарушения водоохранного регламента: залповыми сбросами в природные водоприёмники, потайными врезками производственной и хозяйственно-бытовой канализации в ливневую, подачей недоочи-
щенных сточных вод на поля орошения, в пруды гидроботанической очистки и т.п. Широко развернулись формы добровольного участия населения в строительстве (индивидуальное и корпоративное волон-тёрство, экологическое шефство, экологические десанты и т.п). Это пример массового энтузиазма участников природоохранного проекта от профессионалов до местного населения.
Библиографический список
1. Гордин И.В., Марков П.П. Замкнутые системы аграрно-промышленного водопользования. М.: Агропромиздат, 1992. 220 с.
2. Гордин И.В. Фазы развития и актуальные проблемы эколого-экономической оптимизации водоохранной системы РФ // Экономика и математические методы. 2003. №4. С. 17-27.
3. Гордин И.В. Современные стратегии сокращения отходов // Экономическая наука современной России. 2020. №3. С. 95-109.
4. Рюмина Е.В. Экологические издержки экономики. М.: Изд-во МБА, 2011. 111 с.
5. Новые финансовые механизмы сохранения биоразнообразия // К итогам Проекта ГЭФ «Сохранение биоразнообразия в Российской Федерации / Гусев А.А., Моткин Г.А., Рюмина Е.В., Тишков А.А. и др. - М.: НИЦ «Экопроект», 2002. - 204 с.
CLOSED SYSTEMS OF AGRICULTURAL AND INDUSTRIAL WATER USE
I.V. Gordin, Doctor of Technical Sciences, Professor, Chief Scientific Officer Institute of Software Systems RAS (Russia, Pereslavl-Zalessky)
Abstract. optimization of water management of territorial production complexes includes a wide range of technological solutions. These are: the mass construction of treatment facilities at enterprises, the creation of recycling water supply systems, waste water reuse systems. The final stage of optimization is the synthesis of a water use system that unites the entire industrial area as a single whole. Examples of such systems are a number of closed systems of agricultural and industrial water use in the south of Russia. The article briefly presents the main results of the functioning of these systems.
Keywords: environmental economics, hydrosphere pollution, wastewater disposal, environmental and economic efficiency.
Характеризуя технологические инновации, обеспечившие нам лидирующие мировые позиции, надо отметить, что ЗС АПВ стали и рекордами пространственной масштабности природоохранных систем. От их ТПК-уровня начался путь природоохранных технологий к региональным, а сегодня уже и к глобальным системам.
