Состояние водных ресурсов Европы (часть вторая)
В опубликованном Европейским агентством по окружающей среде докладе «Европейские водные ресурсы - проблема нехватки воды и засуха» значительное внимание уделяется проблемам интенсивности водозабора, использования воды в промышленности и энергетике с точки зрения влияния данных факторов на состояние водных ресурсов Европы.
В то время как природные колебания гидрологического цикла, вызванные такими явлениями, как засуха и периоды с малым количеством осадков, оказывают непосредственное влияние на доступность пресноводных ресурсов, то такие факторы как водозабор и накопление воды могут существенно обострить проблему дефицита воды. Нехватка водных ресурсов отражается на сокращении объема речного стока, снижении уровня воды в озерах и в подземных горизонтах, высыхании заболоченных и сильно увлажненных территорий. Так как существует тесная взаимосвязь между различными гидрологическими процессами, избыточный забор воды в определенном месте может вызвать негативные изменения в одном или нескольких водоемах, расположенных в других местах. При чрезмерном отборе воды степень воздействия на природные водные объекты зависит от количества потребляемой воды, времени года, объема возвратного стока, чувствительности местных экосистем и региональных особенностей (климат, география, население, промышленность и проч.).
Очень важное значение имеет время, когда происходит забор воды. Как правило, максимальный водозабор в европейских странах приходится на летние месяцы, когда вода особенно нужна в сельском хозяйстве для полива и орошения, в секторе туризма и отдыха, а также для санитарно-гигиенических потребностей. Резко увеличивающийся отбор воды в осенне-летний период усугубляет состояние многих рек, озер и подземных источников, особенно в средиземноморских странах. Самые значительные трудности с водоснабжением возникают во время отсутствия осадков и в периоды засух, когда требуется наиболее обильный полив растений. В итоге возникает отрицательная обратная связь, когда рост потребности в воде способствует ухудшению состояния всех видов источников воды, включая подземные. При этом снижается способность проточных водоемов к самоочищению, ухудшаются условия обитания птиц и животных, происходит оскудение растительного покрова и эрозия почв.
Дополнительную нагрузка в жаркое время года ложится на подземные водоисточники, что приводит в ряде мест к минимальному падению уровня воды. В тех местах, где реки и проточные озера имеют грунтовое питание, состояние подземных водоносных горизонтов может иметь для них принципиальное значение. В прибрежных районах иногда неконтролируемое выкачивание воды приводит к вторжению соленой морской воды в водоносные горизонты, делая их непригодными для последующего использования. Кроме того, истощение водоносных пластов может вызывать различные негативные геоморфологические изменения на той или иной территории.
В настоящее время в ряде областей Европы соотношение между сверхинтенсивным водозабором и имеющимися в наличии водными ресурсами достигло критического уровня, особенно это относится к южным странам, таким как Кипр, Турция, Греция и Испания. Ситуация там обостряется за счет засух, которые становятся все более частым явлением из-за глобального изменения климата, а также нерациональной политики по использованию существующих водных ресурсов, которую зачастую проводят местные власти.
За последние 20 лет подача воды на Кипре за счет государственных предприятий водоснабжения существенно увеличилась и, начиная с 2001 года, составляет более 80 млн. м3 в год (рис. 1).
Из общего объема воды от 50 до 70% используется в хозяйственно-питьевых целях, остальная вода идет на полив и орошение сельскохозяйственных земель. В последние годы для бытового водоснабжения все более широко стала применяться опресненная морская вода - в 2008 году объем такой воды составил 32,6 млн. м3. Суммарный объем доступных природных водных ресурсов существенно колеблется: от 10-40 млн. м3 в засушливые годы до 120-170 млн. м3 в годы с интенсивными осадками (рис. 2).
Таким образом, во влажные дождливые годы на Кипре хватает воды для удовлетворения потребностей населения, однако при сухой погоде или засухах остров испытывает серьезный дефицит воды, несмотря на дополнительное использование опресненной воды. В течение четырех следующих друг за другом лет на Кипре выпадало очень мало осадков, и каждый год отмечались сильные засухи. Летом 2008 года положение дел с водными ресурсами Кипра достигло крайней черты. Для смягчения кризиса было принято решение о доставке воды на танкерах из Греции. На Кипре была сокращена на 25-30% подача воды в жилом секторе. В одном населенном пункте в районе Лимассола, где ощущалась особенно острая нехватка воды, муниципальные власти ввели оплату воды, которая резко повышалась при превышении забора воды, необходимой для удовлетворения минимальных потребностей (Cyprus Mail 11.10.2008). Наиболее расточительные водопользователи, особенно владельцы домов с плавательными бассейнами и садами, получили счета на оплату воды в несколько тысяч евро. В итоге уровень водопотребления ощутимо сократился. Кроме этого, кипрские власти осознали важность использования альтернативных источников воды, в первую очередь, очищенных муниципальных стоков. В настоящее время на Кипре резко возрос интерес к методам глубокой очистки бытовых сточных вод с целью их дальнейшего применения для полива и ирригации.
Примером чрезмерного водозабора является ситуация с озером Туз в Турции. Озеро Туз - второе по величине озеро в стране, расположено в провинции Конья, где отмечается скудость водных ресурсов. В летнее время озеро теряет большую часть воды из-за испарения, и на его сухом дне образуется толстый слой соли. В зимние месяцы соль частично растворяется в воде, которая поступает в озеро в виде осадков и стока с окрестных земель. Сейчас соленость озера достигает 350%, что превратило его по сути в мертвый водоем. Хотя, начиная с 80-х годов ХХ века, климат в провинции Конья стал суше, а засухи стали постоянным явлением, решающую роль в окончательном засолении озера сыграл постоянно возрастающий неконтролируемый забор воды для орошения сельскохозяйственных угодий в примыкающих к озеру районах. Вода добывается из подземных пластов, которые кое-где достигли предельной степени истощения, причем многие скважины были пробурены незаконно (Dogdu and Sagnak, 2008). Помимо озера Туз, высыхает также целый ряд небольших озер и переувлажненных территорий в провинции Конья, состояние которых напрямую зависит от уровня грунтовых вод.
Непростая история сложилась с водными ресурсами в южной части Греции в долине Воча, которая находится между городами Коринф и Киатон у побережья Коринфского залива. С 1970-х годов число жителей в этом районе стране увеличилось на 65%, а в ближайшие годы следует ожидать дальнейшего роста населения (Voudouris, 2006). Помимо этого, в летний период население возрастает примерно на 25% из-за притока туристов и местных отдыхающих. По оценкам специалистов, ежедневное потребление воды зимой составляет 200 л на человека, а в летний период достигает 250 л. Главный потребитель воды в районе - аграрный сектор, куда уходит до 80% воды. Площадь орошаемых земель в долине Воча составляет примерно 45 км2, на которых выращиваются цитрусовые, маслины, абрикосы и виноград. В основном орошение проводится с мая по октябрь, хотя некоторые культуры нуждаются в поливе весной и даже зимой. Для системы коммунального водоснабжения и ирригации преимущественно используется вода из подземных источников - всего в районе функционирует 1500 скважин и колодцев. В настоящее время осуществляется слишком большой отбор воды из подземных горизонтов, однако при этом не производится пополнение запасов грунтовых вод. Например, по данным за 2000-2001 гг., дефицит воды был около 15 млн. м3 в год, т.е. превышение отбора воды из возобновляемых пресноводных источников составило 38%. В результате произошло существенное снижение уровня воды во всех скважинах и колодцах. В тех из них, которые еще можно использовать, воду приходится забирать со значительно большей глубины (Voudouris et al., 2000). Из-за понижения уровня грунтовых вод в некоторых местах происходит сезонное вторжение соленой морской воды в водоносные горизонты.
Для обеспечения водой находящихся недалеко от долины Воча Больших Афин и близлежащих территорий служит сложная и имеющая большую протяженность система питьевого водоснабжения. Эта система охватывает площадь 4 тыс. км2 и включает 4 водохранилища, 15 насосных станций, более 100 артезианских скважин и магистральные водоводы протяженностью 350 км (Xenos et al., 2002). Два водохранилища - Морнос и Эвинос, которые служат для снабжения греческой столицы водой, расположены на расстоянии более 200 км от Афин. Начавшийся в 80-х годах прошлого века продолжительный сухой период привел к серьезному уменьшению поверхностных водных ресурсов, включая озера и водохранилища. Властям пришлось решать ряд серьезных вопросов, касающихся эксплуатации водохозяйственной системы и менять подходы к распределению водных ресурсов. Были внесены существенные коррективы в тарифы на услуги водоснабжения - за экономное потребление воды предусматривались различные скидки, а излишки воды оплачивались по очень высоким расценкам. Эти меры позволили сократить потребление воды на треть. К сожалению, достигнутые успехи вряд ли способны принципиально улучшить ситуацию в этом регионе, поскольку столичный мегаполис продолжает интенсивно развиваться, и уровень потребления воды в Больших Афинах ежегодно растет на 6%. Кроме того, в последние годы многие горожане переезжают из многоэтажных зданий в отдельные дома в пригородах Афин с бассейнами, садами и лужайками (Xenos et al., 2002). Если эта тенденция сохранится, то через несколько лет имеющихся в наличии источников воды будет явно недостаточно для полноценного снабжения всех жителей водой (Koutsoyiannis et al., 2001). Возможности увеличения поставки воды путем использования дополнительных источников предельно ограничены и связаны с огромными затратами, главным образом, на прокладку крупных водоводов на значительные расстояния в горной местности и сооружение большого числа насосных и перекачивающих станций.
В Испании водохозяйственные ведомства официально сообщили, что 51 гидрогеологический район страны подвергается чрезмерной эксплуатации. Соотношение между забором грунтовых вод и возобновляемыми водоисточниками составляет от 1,0 до 1,2 (Custodio 2002). Еще в 23 гидрогеологических районах соотношение колеблется от 0,8 до 1,0. В 25 самых неблагополучных районах отмечается значение ниже 0,8. Эти цифры говорят о существенном снижении уровня грунтовых вод. Как правило, в проблемных районах также отмечается снижение качества воды. За последние десятилетия наиболее острое положение возникло в бассейне реки Сегура в восточной Испании, где в некоторых областях с 1980 по 2000 гг. уровень воды снизился от 20 до 160 м (Custodio, 2002).
Для сохранения устойчивого равновесия водной экосистемы рекам необходимо достаточное количество воды, которое носит название экологического стока.
Величина экологического стока определяется индивидуально для каждой конкретной реки. Экологический сток должен удовлетворять ряду условий: обеспечивать достаточный для жизнедеятельности водной биоты объем воды; сохранять переменный характер по годам и сезонам (как это происходит в естественных условиях); гарантировать сохранение оптимальных параметров водного потока (глубина, скорость течения, площадь мелководий, площадь заливных земель и продолжительность их затопления и др.). Несоблюдение каких-либо из этих параметров может привести к серьезным нарушениям в отдельных звеньях акватической экосистемы и вызвать серьезный системный сбой. Недостаточный или слабый речной сток представляет особый риск для проходных рыб, совершающих нерестовые миграции из морей в реки (анадромные миграций) или реже из рек в моря (катадромные миграции). Для этих видов рыб требуются определенные значения стока, которые «запускают» естественный механизм миграции рыб в места нереста в верховья рек. Например, для лососевых пород рыб принципиальным фактором является скорость речного потока и достаточная глубина водоема. Параметры экологического стока критичны не только для рыб, они имеют огромное значение для всего биоценоза в пределах данной водной экосистемы, включая пресноводных беспозвоночных, прибрежноводную растительность и водно-болотные виды птиц. Интенсивность стока также влияет на способность проточных водоемов разбавлять различные загрязняющие вещества, что напрямую сказывается на качестве воды. Устойчивость водной биоты к изменениям величины, скорости и глубины потока, качеству воды, составу донных отложений и т.д. отличается в зависимости от того или иного биологического вида. Соответствующая информация по различным ареалам пресноводной флоры и фауны должна обязательно учитываться при определении оптимальных значений стока и при учете влияния на речную экосистему водозабора различной интенсивности.
Однако, несмотря на это, мы часто сталкиваемся с чрезмерным забором воды из рек в разных европейских странах. Как следствие, реки не в состоянии обеспечивать допустимые значения экологического стока, особенно в летние месяцы, когда нехватка воды ощущается наиболее остро. Например, в 2000 году в Турции, в результате засухи и избыточного водозабора для ирригации, на грани исчезновения оказалась редчайшая популяция мигрирующего вида рыб Alburnus tarihi, относящегося к семейству карповых. Этот вид обитает на земном шаре только в одном месте - в расположенном в восточной Турции бессточном озере Ван, вода которого является сильно щелочной (значение pH 9,5-9,8) и богата карбонатом натрия и другими солями. В мае и июне Alburnus tarihi, единственный вид рыб, способных существовать в щелочной среде, мигрирует с озера во впадающие в озеро реки и ручьи для метания икры (Sari et al., 2003). Турецкая ассоциация по защите водной среды (TURMEPA) включила озеро Ван в проект «Безграничная синева» («Endless Blue»), призванного за два года кардинально изменить экологическую ситуацию в районе озера. Предпринимаются меры по ограничению бесконтрольного забора воды и обеспечению минимально приемлемых значений стока рек и потоков, впадающих в озеро Ван. Кроме того, внедряются современные более экономные методы орошения.
Чрезмерный отбор воды из пресноводных водоисточников негативно сказывается на состоянии водных систем не только в южноевропейских странах. Аналогичные случаи отмечаются и в государствах на севере Европы. В меловых потоках в графствах на юге Англии существует большое число различных видов рыб, беспозвоночных и водных растений. В частности, там в естественных условиях встречаются форель, лосось, речные мидии, раки с белыми клешнями и водяной лютик (Ranunculus aquatilis). Однако слишком большой отбор воды из рек и ручьев приводит к нарушению экологического равновесия в речных системах, что может привести к уменьшению видового разнообразия (Environment Agency, 2004). Например, небольшая река Пиддл в графстве Дорсетшир богата таким ценным видом рыбы, как ручьевая коричневая форель. Однако река также интенсивно используется в качестве местного источника водоснабжения. Проведенные исследования показали, что при значительном уменьшении речного стока численность популяции молоди форели и сроки сезона рыболовства сокращались (Strevens, 1999). Улучшить положение дел должна помочь недавно разработанная Стратегия по управлению отбором воды в водосборных бассейнах (CAMS) в Англии и Уэльсе (Environment Agency, 2008с), в которой разработаны требования к параметрам стока меловых рек и потоков, при которых водные экосистемы должны нормально функционировать. Этот документ может стать основой для оценки доступности местных водных ресурсов и должен способствовать экологически рациональному водопользованию.
Для нормального функционирования акватических экосистем требуется также поддерживать минимально допустимое количество воды в озерах и водохранилищах. В этом случае чрезмерный забор воды может повлиять не только на жизнедеятельность биоценоза данного водоема, но и отрицательно сказаться на состоянии обширных территорий, примыкающих к нему. В качестве примера можно привести Дойранское озеро на границе Республики Македония и Греции. В последнее время наблюдается существенное уменьшение объема воды в озере, главным образом из-за длительных засух в летнее время и перерасхода воды в сельскохозяйственных целях, который, по оценкам специалистов, достигает 12 млн. м3 в год (Manley et al., 2008). Если в середине прошлого века объем озера составлял 262 млн. м3, то в 2000 году он сократился до 80 млн. м3, а в 2002 году достиг предельного значения - 65 млн. м3. Помимо катастрофического процесса потери воды, ее качество также заметно ухудшилось. Все это повлекло за собой исчезновение около 140 видов флоры и фауны. Количество рыбы в озере резко сократилось, а многие виды птиц навсегда покинули эти места.
Слишком большой забор воды может также затронуть наземные экосистемы и привести к исчезновению заболоченных и переувлажненных мест, деградации лугов и пойменных земель, ослаблению древостоя и усыханию хвойных и лиственных лесных пород. Понижение уровня грунтовых вод наиболее тяжело сказывается на состоянии пойменной растительности. Из-за изменения температурного и влажностного режима нарушаются жизненные циклы большинства животных, птиц и многих видов насекомых. Чрезмерно большой забор воды в туристическом секторе и сельском хозяйстве на юго-востоке Испании привел к массовому оскудению и высыханию заболоченных территорий и сильноувлажненных травянистых пустошей в национальном парке Доньяна (Donana National Park) в Андалусии. На месте обширных пространств с богатым разнообразием луговых трав и кустарников появились засушливые территории, покрытые низкорослой чахлой растительностью (Munoz- Reinoso, 2001). Особую проблему представляет высыхание торфяников, когда в атмосферу выбрасывается огромное количество органических веществ, прежде всего двуокиси углерода, что становится одним из мощных факторов нарастающего потепления климата на планете.
Если же принять во внимание частое последующее возгорание торфяников, то ежегодный выброс двуокиси углерода вырастает многократно. В бассейне испанской реки Гвадиана массовое высыхание торфяных болот в результате чересчур интенсивного водозабора и малого количества осадков приводит к постоянному самовозгоранию торфяников, большинство из которых к настоящему времени уже выгорело полностью (Fornes et al., 2000). По данным международной экологической организации «Ветлэндс Интернэшнл» на первом месте в Европе по выбросу двуокиси углерода с торфяников стоит Финляндия с ее огромными площадями низменных территорий и болот (Wetlands International, 2009).
С чрезмерным забором грунтовых вод для различных целей связана еще одна серьезная проблема - проникновение морской воды в прибрежные пресноводные горизонты.
Интрузия соленой воды заметно ухудшает качество подземных водоносных пластов и препятствует дальнейшей эксплуатации скважин, так как традиционные методы обработки воды не в состоянии удалить из нее соль. Засоление грунтовых вод может продолжаться десятилетиями, и обычно в таких случаях приходится изыскивать другие источники питьевой воды. В прибрежных районах это может быть опресненная морская вода. Большие территории на побережье Средиземного моря подвергаются интрузии соленой воды, что в значительной мере объясняется перезабором воды из подземных водоносных слоев на бытовые и сельскохозяйственные цели.
В последние десятилетия также резко возрос спрос на воду в туристической индустрии. По оценкам специалистов, в Греции общая площадь водоносных горизонтов, испытывающих влияние интрузии, достигает 1500 км2 (Daskalaki and Voudouris, 2007). Хотя проблема проникновения соленой воды в поземные водоносные слои является наиболее актуальной в странах Средиземноморья, этот процесс также наблюдается в Северной Европе (рис. 3).
На карте показаны уровни интрузии по состоянию на 1999 год, однако с тех пор положение во многих регионах существенно ухудшилось. Ухудшение качества подземных вод обнаружено и в долине Арголида в восточной части полуострова Пелопоннес в Греции. В этой области происходит стремительное развитие ирригационного земледелия, начиная с конца 50-х годов ХХ века. Большие объемы грунтовых вод идут на орошение апельсиновых и оливковых рощ, виноградников. Результатом перезабора воды стала обширная интрузия морской воды в водоносные горизонты. Внедрение соленой воды впервые было обнаружено в начале 1960-х гг., когда в грунтовой воде, поступившей из нескольких скважин и колодцев, были найдены повышенные концентрации хлоридов. В итоге часть колодцев высохла, а многие были закрыты из-за недопустимо высокого уровня солености подземных вод. Для водоснабжения пришлось бурить новые скважины на значительном отдалении от береговой черты, причем на бoльшую глубину.
На Кипре 12 из 19 бассейнов подземных вод (63%) в той или иной степени подвержены проникновению морской воды, либо находятся под угрозой интрузии (MAP, 2007). На ухудшение состояние грунтовых водоисточников влияют климатические факторы (засухи и продолжительные периоды без дождей), растущий спрос на воду, недостаточное пополнение запасов подземных вод, связанное с сооружением плотин на тех реках и потоках, которые раньше питали прибрежные водоносные горизонты. В итоге на острове повсеместно снижаются уровни грунтовых вод и растет число районов, где заметно воздействие интрузии. Ситуация осложняется несбалансированной тарифной политикой, когда плата взимается только за воду, полученную из поверхностных водоемов, а не из подземных источников. Помимо проникновения морской воды в водоносные слои на Кипре уменьшаются площади природных сильноувлажненных и болотистых угодий, а травяной покров истощается. Эти неблагоприятные явления также непосредственно связаны со снижением запасов и ухудшением качества грунтовых вод.
Многие проблемы водозабора часто пытаются решить, сооружая водохранилища и искусственные водоемы, осуществляя межбассейновое и внутрибассейновое перераспределение стока и транспортировку воды и занимаясь опреснением воды. Однако во многих случаях эти меры, изначально направленные на улучшение водоснабжения и более эффективное управление имеющимися водными ресурсами, могут в конечном итоге негативно отразиться на состоянии водной среды в том или ином месте. Часто в ходе эксплуатации крупных водохозяйственных объектов отмечается ухудшение состояния и/или запасов поверхностных и грунтовых вод, а при эксплуатации опреснительных установок страдает качество морских прибрежных вод.
Наиболее серьезное воздействие на экосистемы целых регионов страны оказывают крупные водохранилища.
Нанесение окружающей природе ущерба, как правило, начинается еще на стадии заполнения чаши водохранилища, когда в зону затопления попадают населенные пункты, большие площади сельскохозяйственных угодий, лугов, а иногда и лесных массивов. Это вызывает изменение видового состава и биомассы флоры и фауны, нарушение звеньев трофических цепей, формирование новых биоценозов. На прилегающих к водохранилищам территориях поднимается уровень грунтовых вод, что приводит к подтоплению строений, болезни и гибели лесов, заболачиванию лесных и луговых земель. После планового заполнения водохранилища и подъема уровня воды до заданной отметки возникают новые проблемы, которые можно условно разделить на две категории.
К первой категории относятся проблемы, из-за которых водохранилище не может в полной мере использоваться по назначению, например, в качестве источника питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения. Это может быть загрязнение воды токсичными веществами, выделение сероводорода и метана в результате гниения органических веществ в ложе водохранилища, активный рост и цветение водорослей. Существенно может сказаться на качестве воды сброс неочищенных или частично очищенных муниципальных, а иногда и промышленных стоков, которые не смогут выводиться из непроточных искусственных водоемов и накапливаются в них. Вторая категория проблем касается ухудшения состояния всей речной системы, особенно участков, расположенных ниже по течению от плотины водохранилища. Поскольку плотины нарушают непрерывный ток воды, искусственное вмешательство в речные процессы нарушает жизнь водоемов. Например, плотины затрудняют или препятствуют движению к исконным местам нереста проходных и полупроходных видов рыб, в первую очередь таких как лосось, форель, угорь и осетровые. В водохранилищах задерживается значительная часть питательных веществ, приносимых реками, что не только ухудшает состояние водоемов, способствуя интенсивному заилению, но и препятствует выносу и поступлению питательных веществ на территории, расположенные ниже по течению. Это сказывается на плодородии земель в низовьях и вынуждает фермеров использовать больше удобрений, чтобы компенсировать нехватку природных органических веществ. Нехватка органических веществ оказывает также влияние на жизнь водных растений и животных. В теплое время года в поверхностных слоях обогащенного питательными веществами, так называемого эвтрофного, водохранилища массово размножаются водоросли. Отмершие водоросли придают воде неприятный запах и вкус и покрывают дно толстым слоем. Массовое размножение или цветение водорослей в неглубоких заболоченных водохранилищах может делать их воду полностью непригодной не только для питьевого водоснабжения, но и для технических нужд.
Фонд дикой природы (WWF) выявил ряд серьезных негативных моментов, возникающих при масштабной межбассейновой переброске стока (WWF, 2007a). Прежде всего, это огромные потери воды (до 50%) из-за испарения и инфильтрации - впитывании почвой воды через дно и стенки транспортных или ирригационных каналов. В месте отбора воды из реки отмечается уменьшение величины стока и увеличение концентрации загрязнителей в связи с худшими условиями их разбавления. Кроме того, имеют место эрозионные процессы, заиление, застойные и прочие явления, неблагоприятно влияющие на местные экосистемы. При переброске воды может произойти перенос в другие бассейны чуждых и вредных видов фауны и флоры, что чревато серьезными последствиями для водных систем на больших территориях. При прокладке и строительстве крупных каналов причиняется урон окружающему ландшафту и нарушается естественная среда обитания животных и птиц.
Несмотря на то, что опреснение морской воды способствует сокращению забора воды из пресноводных источников, с ним связан ряд существенных недостатков.
В процессе опреснения воды методом дистилляции (72%), обратного осмоса (19%) и электродиализа (9%) весьма велики удельные энергетические затраты. Для работы крупных опреснительных комплексов требуется большое количество энергии, которая производится на мощных ТЭС или АЭС. При этом, например, стоимость энергии достигает 40-50% от стоимости опреснения методом дистилляции. Сейчас разрабатываются проекты новых опреснительных установок, в которых будет использоваться солнечная энергия. При опреснении морской воды происходит быстрое образование накипи на поверхности теплообменников, что вызывает необходимость в частых остановках для чистки испарителей и применения различных антинакипинов, значительно повышающих эксплуатационные расходы и неблагоприятно влияющих на окружающую среду. Имеются многочисленные доказательства того, что сброс в моря больших количеств рассола, образующегося в процессе опреснения соленой воды, негативно влияет на местную морскую биоту. Для сведения к минимуму неблагоприятного воздействия на морскую среду опреснительные установки не должны строиться на прибрежных территориях, особо чувствительных к действию высоко концентрированных рассолов. Морские акватории в зоне сбросов должны систематически обследоваться, а качество воды проверяться. Поскольку стоки рассолов тяжелее обычной морской воды, они обычно перемещаются в придонные области, что представляет опасность для обитающих там рыб, моллюсков, кораллов, планктона и водных растений, чувствительных к изменению солености. Так, например, стоки опреснительных станций вызывают угнетение роста и гибель посидонии океанской (Posidonia oceanica), которая вместе с другими морскими травами образует подводные луга в прибрежных зонах на глубинах от 30 до 50 м (WWF, 2007b). Одно из возможных решений проблемы рассолов - перевод их в твердое состояние и последующее использование в химической промышленности или захоронение в выработанных шахтах.
Вода используется в обрабатывающей промышленности для самых различных целей: для очистки сырья и полуфабрикатов, получения тепла и пара, охлаждения, транспортировки растворенных веществ или материалов. Вода служит в качестве сырья и растворителя, она является составной частью многих конечных продуктов (например, напитков в пищевой индустрии). В общей сложности в обрабатывающей промышленности расходуется около 11% всей воды, которая забирается из пресноводных источников в Европе. Примерно половина всего количества воды используется для производства, а оставшаяся часть - на охлаждение. Вода для обрабатывающей промышленности поступает как из сетей коммунально-бытового водоснабжения, так и с помощью собственных систем. Обычно в тех секторах, где требуются очень большие объемы воды, используются свои схемы водозабора, водоочистки и транспортировки воды, однако основными источниками остаются поверхностные водоемы.
Для производства энергии в европейских странах потребляется примерно 44% всей воды, поступающей из пресноводных источников, однако в Германии, Франции и Польше этот показатель превышает 50%. Для производства энергии необходимо очень много воды, но, как правило, почти вся она в конечном итоге возвращается в водоемы, хотя ее температура выше температуры воды в поверхностных водоисточниках. Использующие минеральные виды топлива тепловые и атомные электростанции требуют огромного количества воды для производства тепла и электроэнергии. Поступающая вода в основном используется для охлаждения, хотя некоторая часть расходуется в бойлерных и в качестве технической воды. Подавляющее большинство ТЭЦ и АЭС осуществляют забор воды из поверхностных водоемов с помощью собственных насосных станций и устройств подачи и распределения воды. Предназначенная для охлаждения вода обычно подвергается обработке для предотвращения коррозии оборудования, а также для недопущения роста микроорганизмов и водорослей в системах охлаждения.
Период активного роста использования воды в обрабатывающей промышленности приходится на 50 - 80 гг. ХХ века. В 1980-е годы потребление воды в этом секторе экономике стабилизировалось, а, начиная с середины 1990-х годов, забор и использование воды стали неуклонно уменьшаться, несмотря на общий рост промышленного производства (рис. 4).
Наиболее значительное падение водопотребления в обрабатывающей промышленности произошло в странах Восточной Европы (приблизительно 79%) в связи с сокращением промышленного производства (Dworak et al., 2007). В других странах снижение потребления воды можно объяснить сокращением водозатратных производств на горнодобывающих и сталелитейных предприятиях, применением более эффективных решений и внедрением современных водосберегающих технологий, основанных на повторном и многократном использовании воды (Dworak et al., 2007). В настоящее время только на долю Германии и Франции приходится более 40% всего количества воды, потребляемого обрабатывающей промышленностью. К довольно крупным европейским потребителям воды следует также отнести Англию с Уэльсом, Швецию, Голландию, Австрию, Финляндию, Норвегию и Румынию (рис. 5).
Вполне понятно, что расход воды не одинаков в разных отраслях промышленности. По данным Евростата, почти половина всей воды используется на нефтеперерабатывающих и химических предприятиях. Остальная часть воды расходуется на машиностроительных заводах, предприятиях целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей и пищевой промышленности.
В целом в обрабатывающей промышленности можно добиться снижения водопотребления с помощью замкнутых систем водоснабжения, изменения технологических схем и снижения утечек на всех стадиях производства (Dworak et al., 2007).
Повсеместное увеличение объемов вторично используемой воды происходит преимущественно за счет внедрения на заводах и фабриках мембранных установок по обработке и очистке воды, включая фильтрование методом обратного осмоса. Однако в ряде случаев хороший эффект дает использование относительно простых средств. Например, на небольшом предприятии по чистке одежды и мойке транспорта в городе Свонзи в Уэльсе для повторного использования промышленных стоков успешно работает локальная замкнутая система водоснабжения, в которой для обработки воды применяются тростниковые фильтры (Environment Agency, 2007a). Применение недорогих тростниковых фильтров привело к сокращению водозабора на 60% и существенно снизило нагрузку на канализационные очистные сооружения. На другом небольшом английском предприятии в графстве Ланкашир, занимающемся производством отделочных материалов для садовых участков из камня и керамики, тростниковые фильтры хорошо справляются с очисткой загрязненной воды с большим содержанием взвешенных частиц, что дает возможность экономить значительные объемы воды. Здесь также собирается и используется дождевой сток, что в итоге позволило снизить потребление воды до 95% (Environment Agency, 2007a). В последние годы в Европе отмечается неуклонное сокращение водопотребления в разных отраслях промышленности. По данным Европейского совета химической промышленности (CEFIC), забор воды на предприятиях химической промышленности, главным образом на цели охлаждения, снизился с 2003 по 2006 год на 8%. (CEFIC, 2007). Сокращение водопотребления происходит также в целлюлозно-бумажной промышленности. В частности, в Австрии забор воды на таких предприятиях снизился за период с 90-х гг. прошлого века до 2007 года на 50% (Austropapier, 2007). В Дании наблюдаются большие положительные сдвиги в плане экономии воды практически во всех секторах промышленности (Dworak et al., 2007).
Очень большое количество воды по-прежнему потребляется в энергетике, однако и здесь имеются определенные успехи: в среднем использование воды для охлаждения в этом секторе экономики снизилось в европейских странах на 10% в течение последних 10 - 15 лет (рис. 6).
В некоторых странах, таких как Германия и Франция, снижение водопотребления даже превысило 20%, в то время как в других, например, в Нидерландах, Великобритании (Англия и Уэльс) и Польше уровни забора воды почти не изменились. Ожидается, что в ближайшие десятилетия тепловые электростанции, которые используют для охлаждения воду из поверхностных водоемов, столкнутся с рядом трудностей из-за сокращения количества осадков и повышения среднегодовых значений температуры на континенте. Многие ТЭС и ТЭЦ вынуждены прекращать работу, когда температура забираемой воды, предназначенной для охлаждения, превышает установленные значения, либо при падении уровня воды в водоеме ниже предельного уровня (EEA, 2008). В разных регионах Европы уже имели место случаи масштабного сокращения производства электроэнергии на тепловых станциях во время очень жарких летних месяцев (Lehner et al., 2005).
Традиционно для охлаждения используются системы однократной циркуляции воды, когда отработанная нагретая вода сразу же возвращается в водоем. При таком подходе для производства электроэнергии приходится постоянно забирать очень большие объемы воды, хотя реально потребляется всего лишь около 1% воды (Electric Power Research Institute, 2002). На более современных предприятиях внедряются методы повторного использования воды, что дало возможность снизить забор воды за последние 10 - 15 лет. Для этих целей чаще всего используют градирни или охладительные башни. Процесс охлаждения в градирнях происходит за счет частичного испарения воды и теплообмена с воздухом. Обычно при испарении 1% воды происходит снижение температуры остальной массы воды примерно на 6°С. Потеря воды при испарении компенсируется за счет дополнительного водозабора, а оставшаяся вода может многократно использоваться для охлаждения. В этом случае в водоем не сбрасывается нагретая вода и не создается угроза для чувствительных водных экосистем.
В настоящее время внедряются новые охлаждающие системы и устройства, включая сухие и гибридные градирни, позволяющие экономить большое количество воды и энергии. Например, в сухих градирнях для отвода тепла техническая вода в специальных радиаторах-охладителях охлаждается восходящими потоками воздуха, что исключает испарение воды. Для улучшения теплообмена такие градирни могут быть оборудованы вентиляторами или вытяжными башнями. В гибридных градирнях охлаждение воды осуществляется за счет испарения, теплопроводности и конвекции. Большой практический интерес представляют разработки по использованию в качестве источника воды на ТЭС и ТЭЦ муниципальных или промышленных стоков, которые подвергаются глубокой очистке на месте, в том числе методом мембранной фильтрации.
Журнал «Вода Magazine», №2 (30), 2010 г.
