ТОП 10 лучших статей российской прессы за
Май 20, 2015

Питьевой воды на Земле не хватает, и она становится все более дорогой. Возможно, проблему решит новый многоступенчатый процесс переработки сточных вод в чистую водопроводную воду.

В Сан-Диего построен соответствующий последнему слову техники водоочистительный комплекс. Если будет разрешено направлять получаемую на нем воду напрямую в водопроводную сеть, то примеру Сан-Диего последуют другие города.

Серьезной проблемой, однако, остается преодоление чувства брезгливости у потребителей. Их необходимо убедить, что получаемая в результате очистки вода чище той, которую они пьют сегодня.

Справиться с задачей не составило труда, и я без заминки ответила: содержимое первой бутыли — водопроводная вода, второй — очищенная вода, полученная на обычном водоочистительном предприятии из сточных вод, третьей — питьевая вода самой высокой степени очистки, произведенная на данном заводе. Как это ни удивительно, мне очень хотелось попробовать переработанную сточную воду, но я не могла бы заставить себя это сделать. «Нам не разрешается пить нашу воду или давать ее на пробу посетителям», — строго сказала сопровождавшая меня в экскурсии по заводу Марси Стейрер (Marsi A. Steirer), заместитель директора Министерства жилищно-коммунального хозяйства Сан-Диего и руководитель этого предприятия.

Но все вскоре может измениться. Шестилетний экспериментальный проект, реализованный на водоочистительном заводе Advanced Water Purification Facility (AWPF), был завершен в 2013 г. и показал, что вода, полученная в результате переработки сточных вод, поступающих из жилых домов, чище, чем обычная питьевая, а ее производство обходится дешевле, чем при использовании альтернативных способов получения пресной воды, например методом перегонки. Если удастся получить разрешение на внедрение нового метода от государственных органов, то в снабжении питьевой водой Сан-Диего произойдут поистине революционные изменения.

До 90% потребляемой воды город получает из реки Колорадо на востоке и дельты рек Сакраменто и Сан-Хоакин на севере. Оба эти ресурса постепенно иссякают, и в ближайшие десять лет цена привозной воды увеличится вдвое. Перерабатывая сточные воды, Сан-Диего мог бы обеспечить до 40% своих ежедневных потребностей в пресной воде. Кроме того, прекратился бы сброс плохо очищенных городских нечистот в океан.

Но давайте посмотрим правде в глаза: не каждый захочет пить очищенные сточные воды. Именно фактор брезгливости не позволил в начале 1990‑х гг. запустить подобный проект в Сан-Диего, а по итогам голосования в 2004 г. 63% местных жителей высказались против идеи его возобновления. Та же участь постигла многочисленные подобные программы в Австралии — на них наложили вето общественные организации. Лоуренс Джонс (Laurence Jones), основатель австралийской организации «Граждане не желают пить нечистоты», задает вопрос, возможно ли очистить полностью сточные воды из больниц, промышленных предприятий, жилых домов и скотобоен. «Достоверно нам известно только одно: сточные воды загрязнены», — говорит он.

Однако отношение к этому вопросу жителей Сан- Диего коренным образом изменилось, когда усилилась засуха и выросли прибрежные жилые массивы. Теперь примерно три четверти населения высказываются за использование очищенной канализационной воды, но с одним условием: ее после очистки должны сливать обратно в водохранилище, а затем, перед подачей в водопроводную сеть, подвергать повторной переработке.

Этот процесс называется непрямым повторным использованием воды для питьевых целей. Руководство предприятия AWPF, которое сегодня служит экспериментальной площадкой для апробации этого метода, собирается сделать еще один шаг: повысить уровень очистки сточных вод до такой степени, чтобы получаемую воду можно было направлять сразу в водопроводную сеть — так называемое прямое повторное использование воды для питьевых целей. Однако многим этот последний этап представляется лишним. «Просто сливать очищенную сточную воду обратно в водохранилище кажется вполне достаточной мерой», — говорит Меган Беренс (Megan Baehrens), генеральный директор San Diego Coastkeeper, некоммерческой организации, которая сыграла ключевую роль в агитации жителей города за принятие этого проекта.

Какой из альтернатив отдать предпочтение, решат власти Калифорнии. Строгость местного природоохранного законодательства общеизвестна, и если будет выбран метод прямого повторного использования воды, то, по мнению экспертов, он и станет применяться во всех других страдающих от засухи регионах. «Принимая решения, касающиеся окружающей среды, власти Калифорнии всегда мыслят глобально, — говорит международный эксперт по качеству воды Шейн Снайдер (Shane Snyder) из Аризонского университета. — Это относится и к выбору способа очистки сточных вод».

Чем чище, тем лучше

Сегодня к экспериментальному заводу в Сан-Диего приковано пристальное внимание. Он вырабатывает миллион галлонов воды в сутки, и, хотя вода очищается до состояния питьевой, ее используют только для полива полей гольф-клуба Torrey Pines и одного из кладбищ. Стейрер планирует увеличить объем производства в десять раз в ближайшие пять-десять лет. Предусматривается слив очищенной воды в местное водохранилище Сан- Висенте, откуда дезинфицированная смесь будет поступать в дома. Согласно альтернативному плану (если власти его одобрят), очищенная вода будет подаваться напрямую в водопроводную сеть.

Однако согласия общественности и разрешения властей недостаточно: очищенная любым из этих методов вода должна обрести потребителей, которые преодолели бы чувство брезгливости. Другими словами, необходимо убедить людей, что вода на самом деле чистая. На экскурсиях по заводу побывало в общей сложности более 4 тыс. человек, среди них — матери семейств, члены ассоциации «Герлскауты США», врачи, официальные лица. Главный вопрос, который их интересовал, — насколько безопасен продукт, полученный из сточных вод. И это вовсе не праздное любопытство. От вирусов, бактерий и паразитов, которые попадают в организм человека с водой, прошедшей обычную очистку, ежегодно заболевают около 19 млн американцев, 900 из них умирают.

Единственный способ завоевать сердца и умы потребителей — это убедить их в том, что, как это ни удивительно, вода, получаемая на водоочистном заводе, чище, чем обычная водопроводная, и во время экскурсии посетители убеждаются, что это действительно так. Им объясняют, что, как правило, в реки или озера, из которых вода попадает к ним в водопровод, сливают воду с обычных водоочистных заводов, недостаточно чистую для питья. «Воды реки Миссисипи, когда они достигают Нового Орлеана, использованы уже пять раз», — поясняет Джордж Чобаноглус (George Tchobanoglous), международный эксперт по качеству воды из Калифорнийского университета в Дэвисе. Но потребителям хочется, чтобы вода, получаемая из сточных вод, была гораздо более высокого качества, чем обычная водопроводная.

По заверениям Стейрер, в Сан-Диего дело так и обстоит. «К тому же хранение воды для обычного завода в водохранилище или транспортных цистернах — далеко не лучший способ уберечь ее от загрязнения», — говорит Дэвид Седлак (David Sedlak), профессор Калифорнийского университета в Беркли. В водохранилища попадают продукты жизнедеятельности уток и других птиц и животных, а с грунтовыми водами — мышьяк. «Некоторые считают, что необходимо исключить эти риски, подавая воду напрямую в водопровод», — поясняет он.

Общепринятый в США процесс очистки питьевой воды состоит из двух или трех этапов, в ходе которых из нее удаляют твердые частицы, а затем хлорируют. Превращение зловонных нечистот в питьевую воду требует другой технологии. Предприятие AWPF получает сточные воды, предварительно очищенные на NorthCityWaterReclamationPlant, и с помощью совершенных методов доводит их до высшей степени очистки.

Прежде всего вода проходит микрофильтрацию в трубах большого диаметра, напоминающих огромные цилиндрические упаковки макарон. Шейн Трасселл (Shane Trussell), директор фирмы Trussell Technology и руководитель разработки проекта, рассказал мне, что каждая труба содержит 9 тыс. «макаронин», стенки которых пронизаны микроскопическими — в 300 раз тоньше человеческого волоса — порами. Из воды, прокачиваемой по трубкам под давлением, отфильтровываются вирусы, бактерии, простейшие одноклеточные и мельчайшие взвешенные твердые частицы. Затем воду под большим давлением прогоняют по трубкам с еще меньшими порами, где осуществляется обратный осмос. На этом этапе удаляются все оставшиеся растворенные частицы размерами в 10 тыс. меньше самых крошечных бактерий, в том числе химикаты, вирусы и лекарственные вещества. На последнем этапе воду подвергают глубокому окислению, в ходе которого в огромных цистернах ее перемешивают с небольшим количеством высококонцентрированной перекиси водорода, а затем подвергают УФ‑облучению. В результате разрушаются все оставшиеся примеси, даже если их содержание составляет одну частицу на триллион, что эквивалентно одной капле воды на сотни олимпийских плавательных бассейнов.

Из одного миллиона галлонов сточных вод, поступающих на завод ежедневно, 80% доходят до последней стадии обработки — степень чистоты конечного продукта такая же, как у бутилированной воды самых известных брендов. Если бы у завода имелось разрешение на непрямое повторное использование воды, ее отправляли бы в водохранилище в Сан-Висенте. А пока она течет по государственным фиолетовым трубопроводам, которые можно увидеть вдоль некоторых автотрасс; по ним в регионы поступает переработанная вода для ирригации и производственных нужд. Остальные 20% отправляют на местные очистные заводы с правом распоряжаться ими по собственному усмотрению. «Некоторые вещества обнаруживаются в очищенной воде постоянно: это кофеин, средства для мытья рук и искусственные подсластители, но их концентрация ничтожно мала и никакой опасности они не представляют», — говорит Трасселл. В конечном продукте содержится также очень мало солей — 20 частей на миллион; для сравнения: в воде, которой снабжаются города, эта цифра доходит до 660.

В апреле этого года Трасселл со своей группой инженеров добавили в производственный процесс еще один этап, чтобы получить абсолютно чистую воду. Он заключается в озонировании очищенной воды, что позволяет избавиться от оставшихся микробов на 99,9999%, и пропускании ее через особые фильтры, что еще более уменьшит содержание органических веществ. В случае успеха одного этого дополнительного этапа должно быть достаточно, чтобы убедить власти в отсутствии необходимости сливать воду в водохранилище. «Мы никогда не сможем утверждать, что удалили из воды абсолютно все патогены, — говорит Трасселл. — Однако качество воды будет превосходить все существующие государственные и федеральные стандарты для питьевой воды; хотя на самом деле и до этого последнего дополнительного этапа переработанная очищенная вода уже удовлетворяла этим стандартам или превосходила их».

Психологическая подготовка

Бывает так, что одних только фактов, даже самых достоверных, недостаточно для того, чтобы переломить настроение общественности. Сторонникам прямого повторного использования воды необходимо преодолеть психологический барьер, а тем, кто предпочитает непрямой метод, — отказаться от представления, что выдерживание воды в водохранилище «отдаляет» сточные воды как ресурс от питьевой воды как конечного продукта: это чисто психологический довод.

Стоит также обратиться к опыту успешного применения непрямого метода повторного использования воды. В конце 1990-х гг. округ Ориндж в штате Калифорния, расположенный в 150 км к северу от Сан-Диего, столкнулся с проблемой нехватки воды, ростом цен на ввозимые товары и увеличением населения. К 2008 г. он уже мог похвастаться самым крупным в мире заводом по очистке сточных вод для получения питьевой воды. На нем ежедневно перерабатывается 70 млн галлонов сточных вод, и на долю конечного продукта приходится 20% потребностей округа в воде. Этим же способом получают водопроводную воду и в ряде других городов Калифорнии, правда, в меньших объемах. Предприятие AWPF в Сан-Хосе, строительство которого обошлось в $68 млн, рассчитано на поставку в Кремниевую долину до 8 млн галлонов очищенной воды в сутки. Она пригодна для питья, но пока ее будут использовать для полива фермерских угодий и полей для гольфа, а также в промышленных целях.

Вначале — так же как и в Сан-Диего — жители округа Ориндж были настроены скептически: 70% из них высказывались против строительства завода. Но благодаря очень эффективной пиар-компании ко времени ввода предприятия в строй противников у него почти не осталось. Рон Уайлдермат (Ron Wildermuth), который руководил этой компанией, поясняет, что сотрудники водохозяйственного окружного управления семь лет собирали данные о качестве воды, прежде чем обратиться к общественности. Затем они потратили еще десять лет на переговоры с самыми разными организациями — начиная от ассоциации Rotary International и кончая садовыми клубами, объясняя детали и варианты проекта и предлагая им самим попробовать воду.

Это послужило прелюдией к тем изменениям, которые сейчас происходят в Сан-Диего. «На примере проекта округа Ориндж мы убедились, что непрямой метод повторного использования воды безопасен и вполне осуществим, — говорит Стейрер. — Иначе мы не могли бы даже обсуждать прямой метод». В Сан-Диего многое переняли из технологического опыта округа Ориндж. Актуальным остается также частичное использование прямого метода, поскольку в городе отсутствуют естественные бассейны для хранения очищенной воды. В такой ситуации находятся многие населенные пункты в США и других странах, так что Сан-Диего в данном случае играет роль испытательного полигона.

Чтобы представить, во что обходится нежелание своевременного обращения к общественности, рассмотрим события, развернувшиеся в Австралии. «Последствия были, мягко говоря, печальными, — вспоминает Стюарт Хан (Stuart Khan), эксперт в области водопользования из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее. — Власти сразу нескольких провинций запретили использовать для питьевых целей рекуперированную воду, а проекты повторного использования воды в таких городов, как Брисбен и Мельбурн, где нередки длительные засухи, были заблокированы под влиянием общественности». Это произошло в самое неподходящее время, и, по словам Хана, осознание пришло слишком поздно, когда ситуация стала катастрофической. «Люди чувствовали, что их принуждают согласиться с тем, что им не нравится», — с горечью пояснял он.

«Диалог с общественностью нужно начинать заранее, — говорит Хан, добавляя, что, возможно, в Австралии сейчас самый подходящий момент, чтобы повторить попытку: водоснабжение более или менее налажено и есть некоторое время для обсуждения этого вопроса. Одно предприятие можно модернизировать прямо сейчас. Получивший одобрение в 2006 г., в самый разгар засухи, проект WesternCorridorRecycledWaterProjectстоимостью $2,3 млрд первоначально предназначался для снабжения переработанной водой промышленных предприятий, сельскохозяйственных угодий и для получения питьевой воды. Планировалось отправлять воду в водохранилище Wivenhoe Dam, основной резервуар для Брисбена и его окрестностей. Сейчас сточные воды, получаемые от шести водоочистных сооружений, отправляют на дальнейшую очистку на три завода по переработке воды.

Пока комплекс вводился в строй (это был период с 2008 по 2010 г.), засуха закончилась, и планы получать питьевую воду из сточных вод были отложены до тех пор, пока имеющиеся запасы воды не составили 40%. Сейчас переработанная вода используется только для нужд местной промышленности. Хан, как и многие другие эксперты водного хозяйства в Австралии, утверждает, что перевод лишь одного из современных водоочистных заводов на прямой метод повторного использования позволит удовлетворять 35% потребностей Брисбена в воде.

Если правительство Квинсленда одобрит этот план, то завод станет крупнейшим в Южном полушарии, который работает по прямому методу. Возможно, на этот раз убедить власти и общественность будет проще, но, как и в округе Ориндж, кроме дополнительного времени на обсуждение вариантов потребуется достоверная информация.

Может быть, представителей властей воодушевят результаты исследований, опубликованные в прошлом году американским фондом WateReuse Research Foundation. В ходе исследований группе жителей Калифорнии и Австралии, состоящей из людей разного пола, возраста и образования, продемонстрировали четыре метода получения водопроводной воды. Первый широко используется в настоящее время и предполагает для получения питьевой воды использование воды из реки, которая в свою очередь представляет собой место сброса переработанных сточных вод. Согласно второму, дезинфицированные сточные воды подвергают очистке на заводе, затем перемешивают в резервуаре и отправляют для более глубокой очистки на другое предприятие, где получают питьевую воду. По третьему сценарию очищенную воду сливают обратно в реку, где она перемешивается с речной, а затем отправляют на переработку. По заключительному, четвертому — прямому методу повторного использования воды — очищенную воду сразу подают в дома, минуя водохранилище и дополнительные очистные сооружения. Участники опроса, независимо от пола и уровня образования, признали самым приемлемым прямой метод, а наиболее опасным — тот, что практикуется сейчас.

Нужда научит всему

Другой способ повлиять на общественное мнение состоит в том, чтобы убедить людей в полном отсутствии альтернативных источников воды. Именно это и сработало в Намибии, единственном месте в мире, где широко используют переработанную воду, полученную прямым методом. В далеком 1957 г. жестокая засуха за восемь недель истощила подземные источники самого большого города страны Виндхука. Столица, расположенная в 300 км от побережья Атлантического океана и почти в 850 км от не пересыхающей летом реки, осталась без воды. Уже в 1968 г. в городе был введен в действие завод, работающий по принципу прямого повторного использования воды. В наши дни 25% водопроводной воды в Виндхуке получают из переработанных сточных вод.

В данном случае проблем с общественным мнением было меньше, чем в Сан-Диего. «В те времена люди проявляли меньшую активность, — говорит Петрюс дю Писани (Petrus du Pisany), курирующий работу завода. — Конечно, они были немного обеспокоены, но понимали, что другого выхода нет». Возвращаясь к началу 1960‑х гг., он отмечает, что «тогда люди гораздо больше доверяли ученым и властям». Тем не менее власти информировали местных жителей и предлагали самим попробовать переработанную воду. «Теперь для нас пить такую воду — обычное дело», — утверждает дю Писани.

На сегодня завод в Намибии так и останется единственным в своем роде. Хотя на нем применяется многоуровневая система очистки, она не предусматривает процесса обратного осмоса, ключевого этапа в проекте Сан-Диего, округа Ориндж и других. Власти Намибии утверждают, что вода безопасна и соответствует стандартам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ).

Расположенный в глубине материка, Виндхук не сбрасывал в водоемы больших количеств осадочного материала, который образуется при обратном осмосе. «А в 1960‑е гг. в сточных водах присутствовало меньше химических веществ неприродного происхождения, — говорит дю Писани. — Больше всего нас тогда беспокоило содержание в воде мыла и пенообразующих агентов». Один из недостатков отсутствия процесса обратного осмоса заключается в том, что в питьевой воде остается очень много растворенных веществ и поэтому она имеет солоноватый привкус.

По словам дю Писани, для уменьшения солености воды к 2020 г. на водоочистительных заводах Виндхука, возможно, начнут применять обратный осмос. «Стандарты питьевой воды во всем мире, даже в Намибии, быстро меняются», — добавляет он, указывая на то, что применяемые в Намибии методы уже не в полной мере соответствуют современным требованиям. Большие объемы соленой воды и то количество энергии, которое необходимо для осуществления обратного осмоса, могут привести к тому, что прямой метод повторного использования воды окажется не по карману другим городам страны. К счастью, новые технологии очистки были усовершенствованы, что позволило уменьшить содержание соли и других примесей в перерабатываемой воде.

Когда засуха охватила США, некоторые города и населенные пункты оказались в таком же бедственном положении, как и Виндхук. Год за годом в Биг-Спринге, штат Техас, выпадает минимальное количество осадков. В маленький расположенный в горах городок Клаудкрофт, штат Нью-Мексико, население которого на выходные и праздники увеличивается вдвое, воду доставляют издалека. В прошлом году в обоих городах для пополнения запасов питьевой воды начали очищать сточные воды. Ни в том ни в другом нет подходящего водохранилища или водоносного слоя для долгого хранения очищенной воды.

В результате в Клаудкрофте очищенную воду перемешивают с водой из местного источника или скважины и временно хранят в резервуаре, затем подвергают повторной очистке и направляют в водопроводную сеть. В Биг-Спринге переработанные сточные воды перемешивают с водой из регионального водохранилища, после чего смесь очищают. Эти два способа трудно однозначно классифицировать; кто-то относит их к прямому методу повторного использования воды, кто-то — к непрямому.

Вкус победы

Пока Сан-Диего не находится в таком отчаянном положении, какое предрекали ему некоторые эксперты, предлагая альтернативные решения. Тем не менее «фанат» прямого метода повторного использования воды, авторитет в вопросах водопользования и ректор Тихоокеанского института Питер Глейк (Peter Gleick) считает, что в Калифорнии его удастся внедрить лишь через несколько десятилетий. «Сегодня у нас нет ощущения, что использовать очищенные сточные воды крайне необходимо», — говорит он. И добавляет, что вместо этого стоит заняться водосбережением — как в промышленности, так (причем в большей степени) и в сельском хозяйстве, на долю которого приходятся 80% используемой в штате воды.

Но Беренс считает, что в Сан-Диего уже очень бережливо относятся к расходованию воды: «У нас не принято подолгу стоять под душем, мы поливаем поля только рано утром или вечером, когда не очень жарко». «Специфика вопроса экономного расходования воды такова, — добавляет Стейрер, — что она имеет в какой-то мере добровольный характер, поэтому здесь сложно что-либо планировать».

У технологии очистки сточных вод хорошие перспективы. В Сингапуре первый водоочистной завод в рамках программы NEWater введен в строй в 2000 г. Сейчас там работают уже четыре таких предприятия, которые производят самую чистую на планете воду, получаемую из сточных вод. Примерно 5% этой воды используются для питья, но ее вначале смешивают с водой из местных водохранилищ. Остальная часть идет на нужды промышленности. Более 40% воды Сингапур импортирует из Малайзии; если взаимоотношения между странами ухудшатся, то недостаток водоснабжения можно будет устранить благодаря поставкам с предприятий NEWater.

Не будет ли вода, получаемая путем очистки сточных вод, слишком дорогой? Опыт работы современных водоочистных систем в Сан-Диего показывает, что с применением непрямого метода повторного использования воды на заводе, который перерабатывает около 15 млн галлонов сточных вод в сутки, производство одного акрофута чистой воды обойдется в $2 тыс. (1 акрофут = 1233,482 м3), что близко к стоимости воды, поставляемой в город в настоящее время. Стоимость одного акрофута воды, получаемой на предприятии AWPF с применением прямого метода, составляет $700–1200. Проектировщики строящегося неподалеку от курортного города Карлсбада в Калифорнии опреснительного завода «Посейдон» предполагают, что акрофут воды будет стоить от $1876 до $2097, а по оценкам независимых экспертов опреснение акрофута воды обойдется в сумму от $2 тыс. до $3 тыс. или даже выше.

Независимо от того, какой метод очистки — прямой или непрямой — будет применяться на заводе AWPF в Сан-Диего, для города это выход из тупика: он получит надежный местный источник воды, уменьшит сброс нечистот в океан и избежит миллиардных затрат на модернизацию завода по переработке сточных вод. Но пока частично очищенная вода будет по-прежнему поступать на промышленные предприятия по проложенным вдоль дорог фиолетовым трубам, на которых четко обозначено: «Не для питья».

Возможно, опыт Сан-Диего изменит отношение населения всего земного шара к использованию сточных вод. «Вода — это ресурс многократного использования, а не источник нечистот, — говорит Чобаноглус. — Теперь муниципалитеты становятся чем-то вроде частных предпринимателей и постараются извлечь из своей деятельности максимальную прибыль». Возможно, понадобится еще десять лет, чтобы в Калифорнии было узаконено применение прямого метода повторного использования воды, и тогда в водопроводную сеть Сан-Диего будет напрямую поступать продукт высшей степени очистки. «Нам самим эта вода нравится, и хотелось бы, чтобы людям она тоже пришлась по вкусу», — говорит Стейрер.