ИЗУЧЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАТНОГО ОСМОСА ДЛЯ ДООЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД С ЦЕЛЬЮ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Для Крымского полуострова проблема недостатка пресной воды всегда была актуальной из-за засушливого климата и особенностей развития речной сети. Возрастающее загрязнение поверхностных и подземных водных ресурсов является экологической проблемой, которая еще больше обострилась после перекрытия Северо-Крымского канала. Из СКК на нужды водоснабжения забиралось около 80 млн м³ воды, которые использовались для обеспечения Феодосии, Керчи, Судака, Щёлкино, части сел Ленинского района, некоторых районов Симферополя, а также промышленных предприятий. Отсутствие подачи воды по каналу привело к увеличению использования местных источников водоснабжения. Кроме поверхностных вод, часть населения Крыма (особенно в северной, западной и центральной частях полуострова) для питьевых нужд пользуется подземными источниками. Хозяйственно-питьевое водоснабжение населения обеспечивается из 1265 источников, в том числе 65 поверхностных и 1200 подземных. В Керчи Джанкойском, Ленинском, Красноперекопском и Первомайском районах часть населения, которая обеспечена водой нормативного качества, составляет менее 50%. А все население городов Армянск, Красноперекопск и Евпатория обеспечено питьевой водой, которая не соответствует санитарным требованиям по показателям жесткости и минерализации. Особенно тяжелое положение с водоснабжением сельских районов. Жители 43 населенных пунктов пользуются привозной питьевой водой: 32 сельских населенных пункта Ленинского района, 3 – Симферопольского района, а также городов Керчь, Судак, Бахчисарай, Феодосия. При этом, по данным ГУП РК «Вода Крыма», тарифы на подвоз воды колеблются от 50 рублей 1 м³ в Судаке до 117 рублей за 1 м³ в Симферопольском районе. Кроме того, ряд населенных пунктов имеет автономное водоснабжение с забором воды из колодцев и скважин. Доля населения, обеспеченная централизованным водоснабжением, в 2016 году по республике составила 93,3%, наименьшая – в Ленинском районе – 72,3%. Количество населения, пользующегося привозной водой – 0,2%. Сложившаяся в сфере водоснабжения региона ситуация определяет необходимость анализа эффективности применения различных технических средств для повышения качества питьевой воды.

Основная цель исследования  – расчет ориентировочной технической, экономической и экологической эффективности получения чистой воды с использованием технологии обратного осмоса.

Экспериментальная часть исследования была проведена в отделе водосбережения, мониторинга и альтернативного водообеспечения ФГБУН «НИИСХ Крыма». Объектом эксперимента были поверхностные и подземные воды различного химического состава.

Испытания в лабораторных условиях проводились на установке RO 5OB-DR компании «AQUAVIS» (на фото). Данный прибор предназначен для фильтрации небольших объемов воды для бытовых нужд и пользуется широким спросом у населения. Производительность установки составляет 185 л/сутки. При максимальной загрузке она способна обеспечить суточной нормой питьевой воды, рекомендуемой Всемирной организацией здравоохранения, до 60 человек. Максимальное солесодержание в исходной воде не должно превышать 1500 мг/дм³.

Лабораторная установка по очистке воды с использованием технологии обратного осмоса.

Проведение лабораторных испытаний. Исходная вода в объеме 40 л наливалась в резервуар, из которого посредством насосной станции подавалась на установку по доочистке, где происходило ее разделение на очищенную и концентрат. Объемы полученной чистой и технической воды измерялись. Одновременно при помощи электросчетчика замерялись затраты электроэнергии на получение единицы объема очищенной воды.

Химический анализ воды. После очистки вода отправлялась в лабораторию для химического анализа. По результатам исследований можно сказать, что установка справилась с очисткой воды от всех загрязнителей. Все пробы полученной воды без исключения соответствовали требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01, однако в то же время по большинству показателей они не отвечали нормативам физиологически полноценной воды (СанПиН 2.1.4.1116-02), так как имели заниженные значения необходимых для поддержания здоровья компонентов.

Влияние минерального состава воды, структуры и физико-химических свойств на организм огромно и постоянно изучается. Так, например, использование в питьевых целях слабоминерализованных вод способствует развитию хронических заболеваний сердечно-сосудистой системы, почек, желудочно-кишечного тракта, нарушению обмена веществ.

Для предотвращения негативного воздействия на организм ультрапресных вод необходимо использовать установку обратного осмоса, имеющую в комплекте фильтр-минерализатор, который на последней стадии очистки насыщает воду всеми необходимыми микроэлементами.

Определение КПД установки. После проведения исследований был рассчитан КПД установки, который составил 29,4%. То есть при получении 1 м³ чистой воды на выходе получается около 3,3 м³ технической воды, которая сливается в канализацию. Промышленные установки имеют более высокий КПД равный 50-75%. То есть при получении 1 м³ чистой воды выход концентрата составляет 0,3-1,0 м³. Также немаловажен тот факт, что чем выше солесодержание исходной воды и больше КПД установки, тем более насыщенный концентрат будет получаться на выходе из установки. Так, при солесодержании исходной воды 894 мг/дм³ концентрат на выходе из установки имел минерализацию 1210 мг/дм³. Как утилизировать получаемый рассол? Этот вопрос относится к экологической безопасности полуострова. В приморской зоне можно сбрасывать рассол в море, в канализованных районах полуострова сливать в канализацию. Но если нет ни моря, ни канализации, что с ним делать? Вопрос остается открытым. Есть проекты по использованию рассола для производства косметических средств, пищевой соли и так далее. Однако это влечет за собой необходимость создания всей инфраструктуры от сбора, хранения, транспортировки до производства готового продукта.

Эта проблема требует всестороннего исследования, с целью найти наиболее экологически и экономически выгодный способ утилизации рассола без вреда для экологии полуострова.

Затраты электроэнергии на проведение доочистки воды. Для определения затрат электроэнергии на очистку воды установка была подключена к электроснабжению через электрический счетчик. Следует отметить, что в случае использования подобных установок при наличии централизованного водопровода, установке не требуется подключение к электричеству. Удельный расход электроэнергии на подготовку 1 м³ воды составил 1,92 кВт/ч. Эти данные сходятся со сведениями производителей подобных установок. Так, установка производительностью 0,6 м³/час для подготовки 1 м³ воды расходует 2,2 кВт/ч, а установка мощностью 1 м³/час – 1,6 кВт/ч электроэнергии.

С целью определения экономической эффективности использования установки RO 5OB-DR в условиях Республики Крым был произведен расчет по пяти вариантам:

Вариант 1. Обеспечение питьевой водой отдельных групп домохозяйств в селе Фонтаны (Симферопольский район) в условиях отсутствия централизованного питьевого водоснабжения. Автономное водоснабжение технической водой из подземных источников (скважин, колодцев) с помощью погружного насоса «Водолей», альтернативный источник питьевого водоснабжения – привозная питьевая вода стоимостью 116,9 руб./м³;

Вариант 2. Обеспечение питьевой водой дачных кооперативов в районе Феодосии в условиях отсутствия централизованного питьевого водоснабжения. Автономное водоснабжение технической водой из поверхностного водного источника (сети Северо-Крымского канала) с помощью насосной станции «Pedrollo»;

Вариант 3. Обеспечение питьевой водой населения в селе Укромное (Симферопольский район) в условиях отсутствия централизованного питьевого водоснабжения. Автономное водоснабжение технической водой из подземных водных источников (скважин, колодцев) с помощью насосной станции «Pedrollo»;

Вариант 4. Улучшение качества питьевой воды, поступающей из системы централизованного водоснабжения в Евпатории;

Вариант 5. Применение промышленной установки обратного осмоса компании «АМАК».

Себестоимость 1 м³ очищенной воды по вариантам составила: 62,55; 65,79; 65,30; 228,50; 48,82 руб./м³. В структуре себестоимости при автономном водоснабжении большую часть (до 97%) занимает стоимость расходных элементов. В условиях доочистки воды из централизованного водоснабжения себестоимость очистки значительно повышается из-за стоимости подачи воды по коммунальным сетям. В варианте 1, при сравнении со стоимостью привозной воды, экономия на 1 м³ составляет 54,35 руб./м³. При ценах 2017 года и условии полной загрузки производительности аппарата, годовая экономия составит 3669,7 рублей, срок окупаемости капитальных вложений в приобретение аппарата обратного осмоса – 2,6 года, а с учетом приобретения насосного оборудования – 5 лет. В варианте 4 возможно сравнение себестоимости 1 м³ очищенной воды со стоимостью 1 м³ воды, продаваемой на розлив воды, которая составляет 5000 рублей. В зависимости от условий водоснабжения, себестоимость 1 м³ очищенной воды значительно меньше стоимости привозной или бутилированной воды. В варианте 5, при использовании промышленной установки обратного осмоса, стоимость полученной очищенной воды самая низкая. Это связано с большой производительностью установки. При этом основная часть затрат – это расходы на электроэнергию, которые составляют 53%, однако полученная цена увеличится на величину заработной платы персонала, амортизации оборудования, общепроизводственных и других затрат.

Исходя из вышесказанного, можно рекомендовать установку обратного осмоса RO 5OB-DR и другие, сходные с ней по техническим характеристикам приборы, для обеспечения локального питьевого водоснабжения групп частных домовладений, небольших предприятий, дачных кооперативов и участков как в сельских, так и в городских населенных пунктах, обеспеченных системами водоотведения. Также возможно применение установки в отдельных квартирах, гостиничных комплексах и пансионатах, промышленных объектах для повышения качества воды, подаваемой системами централизованного водоснабжения. В то же время следует учесть, что при неполной загрузке установки удельные затраты на очистку 1 м³ воды увеличиваются. Применение подобных установок в населенных пунктах, не обеспеченных системами водоотведения, также может быть экономически целесообразным, но при этом следует предусмотреть затраты на утилизацию концентрата.

Наиболее перспективными могут быть – проблемный Феодосийско-Судакский регион, Керченский полуостров, Западный и Северо-Западный Крым, а также населенные пункты Центрального и Восточного Крыма, в которых существует необходимость повышения качества подаваемой по водопроводным сетям воды.

Н. Иванютин, младший научный сотрудник отдела водосбережения, мониторинга и альтернативного водообеспечения;

М. Вердыш, кандидат экономических наук, старший научный сотрудник отдела научно-технической информации и ГИС технологий.

ФГБУН «НИИСХ Крыма».