Эффективное использование водных ресурсов

Показатели эффективности использования водных ресурсов

ГЛАВА 9 Экономическая эффективность функционирования водного хозяйства

Показатели эффективности использования водных ресурсов

В целях охраны природы и использования природных богатств принят ряд важных постановлений и законов. Так, согласно Водному кодексу все отрасли народного хозяйства обязаны рационально использовать водные объекты, заботиться об экономном расходовании воды, восстановлении и улучшении ее качества, принимать меры к полному прекращению сброса неочищенных сточных вод.

Государственная собственность на водные ресурсы создает благо­приятные условия для осуществления планового и комплексного использо­вания их с наибольшим народнохозяйственным эффектом. Но для этого не­обходимо наряду с законодательными и организационными мерами широко применять в водном хозяйстве экономическое стимулирование, а также разрабатывать и внедрять научно обоснованные мероприятия пo повыше­нию эффективности комплексного использования водных ресурсов.

Эффективному использованию водных ресурсов должно способство­вать и ускорение научно-технического прогресса во всех звеньях водного хозяйства и водопотребляющих отраслях, создание технических средств, разработка технологических процессов, позволяющих экономно и рацио­нально использовать водные ресурсы, а также научно обоснованных норм водопотребления для всех отраслей народного хозяйства. Большое значение при этом имеют: повышение научно-технического уровня пер­спективного и текущего водохозяйственного планирования, качество про­ектов водохозяйственных систем комплексного и отраслевого значения, со­вершенствование управления водным хозяйством и норм проектирования, организация водопользования и другие мероприятия.

Выбор того или иноrо направления повышения продуктивности ис­пользования воды во многом зависит от правильного подхода к экономи­ческой оценке использования водных ресурсов. Одним из основных пока­зателей экономической оценки использования водных ресурcoв, является эксплуатационная их ценность, то есть практический эффект в расчете на единицу водных ресурсов в отраслях народного хозяйства конкретного района на определенном отрезке времени. При экономической оценке вод-ных ресурсов учитываются все затраты, связанные с их использованием и охраной.

Специфика водных ресурсов заключается в том, что они являются фактором, определяющим развитие производительных сил связи с этим при оценке эффективности использования водных ресурсов необходимо рассматривать воду не как продукт, а как один из факторов роста эффективности общественного производства. Учитывая данное обстоятельство, оценка эффективности использования водных ресурсов должна производиться нe пo их стоимости, а по эффекту, получаемому водопотребителями.

Эффективность использования воды в орошаемом земледелии предполагается устанавливать на основании следующих показателей:

1. Коэффициента полезного действия оросительной системы (КПДс).

2. Коэффициента использования воды в оросительной системе

3.Себестоимости поданной воды.

4. Продуктивности оросительной воды.

Известно, что не вся забираемая вода из источников орошения доходит до растений. Значительная часть ее теряется на фильтрацию в оросительных каналах и нe поступает на поля. Эти потери воды находят отражение в коэффициенте полезного действия оросительной системы (КПДс). Коэфициент полезного действия оросительной системы представляет отношение количества воды, поступившей на поле к количеству забранной воды из источника орошения за тот или иной отрезок времени (декада, месяц, вегетационный период и т. д.) :

Коэффициент полезного действия оросительной системы включает КПДмс (межхозяйственной сети) и КПДвс (внутрихозяйственной сети):

По выражению [(1 – КПДс)100 %] определяют процент потерь воды в системе в межхозяйственной и внутрихозяйственнои сети.

По имеющимся данным КПД не остается постоянным, а меняется в течение года. Причем наибольшие колебания его наблюдаются на оросительных системах с каналами в земляных руслах и недостаточно осна-щенных линейными гидротехническими сооружениями. Кроме того, имеют место потери воды на самих полях, где определенное количество ее просачивается ниже корнеобитаемых слоев и попадает в грунтовые воды, а также испаряется непосредственно с поверхности почвы.

Общие потери воды находят отражение в коэффициенте исполь-зования воды в системе (КИВс), который представляет отношение водо-потребления культуры на поле (необходимого и достаточного для получения требуемой урожайности за минусом ресурсов влаги, доступных растениям к забранному количеству воды из источников орошения.

Коэффициент использования воды в хозяйстве (KИBx) представляет отношение полезного водопотребления растений к количеству воды, поданного хозяйствам в точке выдела. Коэффициент использования воды в хозяйстве показывает, какое количество забранной воды хозяйством водопот-ребителем в точке выдела используется растениями продуктивно, а величина [(1 – КИВх) 100 %] есть не что иное, как процент потерь воды непосредственно во внутрихозяйственной сети и на поле.

Коэффициент использования воды на поле представляет отношение полезного водопотребления растений к количеству воды, поступившему на поле. Подача воды на поле равна забору ее из источника орошения, умноженному на КПД системы:

Для повышения коэффициента использования воды в системе необходимо, чтобы водозабор из источника орошения приближался к нормам водопотребления растений путем сокращения потерь в оросительной и на поле.

Показатель себестоимости поданной воды хозяйствам-водопотре-бителям в точке выдела характеризует степень затрат .живого и овещест-влённого труда на подачу единицы оросительной воды и состоит из затрат нa эксплуатацию систем и амортизационных отчислений тех фондов, которые принимают непосредственное участие в заборе воды из источника орошения, ее транспортировке пo магистральному и межхозяйственному каналам до подачи в точке выдела хозяйствам.

Снижение себестоимости воды за счет увеличения водоподачи будет эффективным в том случае, если в границах той или иной системы в сельскохозяйственный оборот вовлекаются новые орошаемые площади или на прежних землях повышается водообеспеченность сельскохозяйственных культур, что конечно в том и другом случае приведет к увеличению выхода сельскохозяйственной продукции. Снижение себестоимости поданной воды за счет уменьшения затрат труда следует считать эффективным мероприятием в том случае, если оно нe связано с ухудшением эксплуатации систем.

Для оценки эффективности использования водных ресурсов в орошаемом земледелии необходимо установить такой показатель, который отражал бы действие водного фактора на сельскохозяйственное производство. Таким показателем, с нашей точки зрения, является урожайность сельскохозяйственных культур.

Однако необходимо учитывать, что показатель урожая отражает действие всех производственных и природных факторов, из которых выделить тот или иной практически невозможно. Отсюда эффективность действия водного фактора необходимо рассматривать при сопоставимыx условиях формирования урожая сельскохозяйствных культур.

Уровень урожайности сельскохозяйственных культур оказывает значительное влияние на стоимостные показатели производства: стоимость валовой продукции, валовой и чистый доход. В связи с этим представляется правомерным определять продуктивность использования оросительной воды (ПОВ) отношением стоимостных показателей (стоимости валовой продукции, валового или чистого дохода) к объему воды, забранной из источника орошения.

Осуществление технических решений в целях экономии ороситель­ной воды на системах должно исходить из возможностей дальнейшего использования сэкономленной воды. Особенно этот вопрос имеет актуальное значение в районах с ограниченными водными ресурсами при наличии свободного фонда орошаемых земель или низкой водообес-печенности культур.

При определении экономической эффективности различных водохо-зяйственных мероприятий, направленных на экономию водных ресурсов, необходимо учитывать их влияние на изменение всех производственных условий. Так, при проведении противофильтрационных мероприятий в целях экономии воды необходимо учитывать тот факт, что они способствуют прекращению подъема уровня грунтовых вод, вторичного засоления, а это, в свою очередь, положительно сказывается на урожайности сельскохозяйст-венных культур и т. д.

При выборе того или иного варианта технических решений необхо­димо учитыватъ также эффект от производительного использования сэко­номленной воды и экономию эксплуатационных затрат. 3а счет уменьшения водозабора сократятся расходы на электроэнергию, очистку каналов от на­носов, затраты на содержание насосных станций и т.д. В конечном итоге эффективность водохозяйственных мероприятий определится соизмерением произведенных затрат с дополнительно полученным эффек­том.

При определении экономической эффективности капитальных вложений все сравниваемые варианты должны быть приведены в сопоставимый вид. При этом необходимо учитывать все факторы, связанные с их применением. Так, например, если два варианта различаются объемом использования водных ресурсов (при прочих сопоставимых условиях), то вариант с большим объемом водопотребления должен быть скорректирован путем учета ущерба от перерасхода воды. Величина ущерба может быть определена расчетными затратами, необходимъгми для компенсации потерянной продукции (в стоимостной форме).

Эффект от экономии воды может быть также учтен путем снижения расчетных затрат (по варианту, обеспечивающему экономию воды) за счет увеличения производства продукции на единицу использованной воды и повышения водообеспеченности источника.

Величина снижения расчетных затрат за счет повышения водообес-печенности водоисточника может быть определена по размеру ущерба от недодачи воды и величине расчетных затрат альтернативных вариантов, обеспечивающих получение сэкономленного объема воды (зарегулирование стока в рассматриваемом бассейне реки, переброска стока из других бассейнов и др.).

Источник

Живая вода: пять прогрессивных технологий очистки

756218565749187

По оценкам ООН, к 2050 году на Земле будут жить 9,8 млрд человек. Изменение климата, а также развитие сельского хозяйства и промышленности для удовлетворения потребностей постоянно растущего населения приведут к серьезному сокращению доступных водных ресурсов.

Согласно исследовательскому проекту WaterAid, 60% населения планеты уже сейчас живет в районах, где водоснабжение не может или скоро прекратит удовлетворять спрос. Водный кризис наиболее болезненно проявляется на Ближнем Востоке, в Центральной Азии и Северной Африке.

Россия в рамках прогнозного горизонта 2040 года находится в зоне низко-среднего риска.

756218560998337

Главные тренды рынка

Как развитые, так и развивающиеся страны сталкиваются с одной общей проблемой — ростом объемов промышленных и городских сточных вод. Это, в свою очередь, побуждает разработчиков из разных стран к поиску новых и все более совершенных технологий очистки воды.

Традиционные методы очистки включают использование адсорбентов, обратного осмоса, ионного обмена и электростатического осаждения. Их недостатки — высокая стоимость, плохая возможность повторного использования и низкая эффективность. Несмотря на прогресс, достигнутый в разработке новых технологий за последнее десятилетие, их использование ограничено в основном из-за свойств материалов и стоимости.

755669014640462

Негативно повлияла на рынок пандемия COVID-19. Но она же привела к появлению новой технологии, которая позволяет обнаружить коронавирус в сточных водах. Метод позволяет измерить присутствие РНК-генетического материала SARS-CoV-2 (рибонуклеиновая кислота) в человеческих фекалиях в системе сбора сточных вод. Исследования в Нидерландах показали связь между объемом вирусного материала в сточных водах и количеством случаев заражения в данном районе и помогают отслеживать эпидемиологическую ситуацию и эволюцию вирусов. Эта методика была также протестирована в 2020 году в более чем 40 штатах Америки, причем в университете Аризоны помогла предотвратить вспышку коронавируса, где выявили двух человек с бессимптомным течением болезни.

Перечислим пять наиболее инновационных, по нашему мнению, технологий очистки воды.

1. Мембранное разделение

Это давний и популярный метод очистки воды от примесей и загрязнителей. Есть много технологий, которые работают как фильтр: пропускают воду через пленку с микроскопическими отверстиями. Вода проходит, а загрязняющие частицы застревают на мембране.

Методы современного мембранного разделения, такие как обратный осмос (удаляет частицы даже размером 0,001-0,0001 мкм — соли жесткости, сульфаты, нитраты, ионы натрия, красители и т.д.), могут очистить воду от 99,5% примесей. Но для этого размер пор должен быть менее микрона. Основной недостаток технологии — высокая стоимость обслуживания (мембраны часто забиваются).

2. Облучение

Как следует из названия, этот процесс основан на воздействии радиации на сточные воды, чтобы уничтожить органические загрязнители. Источники излучения — от гамма-лучей до ультрафиолетового света.

Облучение обычно используют для обеззараживания, но некоторые методы, например, ионизирующее облучение, в сочетании с добавлением озона или перекиси водорода улучшают эффективность разложения органических примесей, включая пестициды и фенолы.

Современные системы УФ-обработки предлагают применять светодиодные лампы. Сейчас такие лампы начинают активно внедрять в коммунальном секторе, а также используются NASA в космических разработках агентства.

756170316638592

Второй способ — это гидрооптические технологии. Они позволяют использовать несколько раз энергию фотонов, так как ультрафиолетовые лучи отражаются от стенок кварцевой камеры. Это повышает эффективность дозы УФ-облучения для уничтожения сложных вирусов, например, коронавируса или аденовируса.

Артур Душенко, главный инженер VODACO, Россия:

«Вирусы и бактерии, поступающие в водоемы со сточными водами, в дальнейшем могут попадать в системы коммунального водозабора на том же водоеме. Современные системы реагентной дезинфекции с использованием гипохлорита натрия или жидкого хлора не способны обезвредить все бактерии, так как многие из них, такие как Cryptosporidium или Giardia (криптоспоридии или лямблии. — РБК Тренды), устойчивы к воздействию хлора так же, как и сложные формы вирусов — аденовирус и коронавирус (как яркий пример — SARS-CoV-2).

Системы УФ-дезинфекции на базе технологии HOD UV обеспечивают дозу воздействия на данные микроорганизмы в 120 mJ/cm2 и выше — это необходимое условие для обезвреживания вируса, разрушения цепочки РНК и угнетения способности к восстановлению. В России стандарт воздействия ограничен на законодательном уровне — 30 mJ/cm2».

3. Очистка наночастицами

Люди давно используют такие вещества, как древесный уголь, для очистки воды путем адсорбции. При очистке наночастицами используется та же механика, но с частицами в наномасштабе. Различные типы наноматериалов — металлические наночастицы, наносорбенты, биоактивные наночастицы, нанофильтрационные (NF) мембраны, углеродные нанотрубки (УНТ), цеолиты и глина — оказались эффективными материалами для очистки сточных вод. Их использование устраняет пестициды и тяжелые металлы в воде. Углеродные нанотрубки также рассматривают как прорывную технологию для опреснения морской воды до стадии питьевой. Основной недостаток технологии — стоимость.

756218561607949

4. Биоаугментация

Органический способ очистки представляет собой добавление в воду смеси микроорганизмов, которая разрушает и удаляет загрязнения. Эти микроорганизмы включают ферменты и безопасные бактерии, которые естественным образом разлагают загрязняющие вещества, такие как масла или углеродные продукты. Но биоаугментация может влиять на экосистему микрофлоры и, как следствие, нарушать процесс очистки. Поэтому эту технологию пока нельзя использовать для получения питьевой воды.

756218562036313

5. Мембранная биоаугментация

Мембранные биореакторы (MBR) — гибридная технология, которая включает мембранное разделение и биоаугментацию. Сточные воды после биологической очистки при помощи активного ила подают в емкость, называемую биореактором. В этой емкости располагаются мембраны, которые разделяют сточные воды на два потока — активный ил, используемый повторно для биологической очистки, и чистую воду.

На рынке представлены два основных типа MBR — это системы с вакуумным (или гравитационным) потоком и системы под давлением. Вакуумные системы погружаются в воду и имеют мембраны, установленные либо внутри биореакторов, либо в последующем резервуаре. Второй тип MBR, где поток управляется давлением, представляет собой внутритрубные картриджные системы, расположенные вне биореактора.

Преимущество мембранной биоаугментации — небольшая площадь для биологической очистки. MBR-реакторы увеличивают мощность очистных сооружений без увеличения площади конструкций.

756218562559734

Ольга Рублевская, директор Департамента анализа и технологического развития систем водоснабжения и водоотведения ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»:

«Нева — это основной источник водоснабжения в Санкт-Петербурге. Благодаря программе прекращения сброса сточных вод без очистки в Неву и Финский залив в 2021 году уровень очистки достиг 99,5%. К 2030 году весь объем стоков будет перерабатываться на очистных сооружениях. Сейчас наша технологическая схема очистных сооружений состоит из механической, химической и биологической очистки.

Так как в Санкт-Петербурге нет дефицита воды, то в городе нет ни вторичного использования очищенной воды, ни планов по применению таких технологий».

Необходимость через отвращение

Повторное использование сточных вод для орошения и других непитьевых целей стало обычным явлением и существует уже не одно десятилетие. Так, например, в Израиле, почти 90% сточных вод страны используется повторно в сельском хозяйстве.

Для доочистки сточной воды до состояния питьевой необходима надежная технологическая схема, которая включает как минимум пять стадий. Повторно используют очищенные сточные воды питьевого качества Австралия, Сингапур, Намибия, Южная Африка, Кувейт, Бельгия, Великобритания и США (штаты Калифорния и Техас). В этих странах очищенной водой пополняют подземные или поверхностные водные источники (плотины).

Речная вода, используемая в различных городах для производства питьевой воды, содержит в себе большие объемы сточных вод. Переработанная вода безопасна для питья, но некоторые люди не могут преодолеть чувство отвращения. Периодически во всем мире проходят акции по преодолению психологических барьеров. Так, основатель Microsoft Билл Гейтс выпил стакан жидкости, которая была переработана из человеческих фекальных масс в питьевую воду по технологии Omniprocessor Фонда Билла и Мелинды Гейтс. А французская компания Veolia запустила в Чехии совместный проект с пивоварней Čížová, которая из переработанных стоков сварила пиво.

Источник

Эффективность использования водных ресурсов

15104083711p8ec

Эффективность использования водных ресурсов

Несмотря на имеющее место снижение общих водозаборов во всех странах Центрально-Азиатского региона, уровень использования водных ресурсов по сравнению с наиболее передовыми странами мира, находимых в аналогичных условиях, следует признать недостаточным. Для такой оценки используем анализ сопоставления показателей удельного водопотребления в странах Центральной Азии и Израиле.

Сопоставление удельных показателей, связанных с водопотреблением в Израиле и государствах Центральной Азии

В среднем по бассейну Араль-ского моря

Удельный расход воды на душу населения в год во всех отраслях экономики

Удельный расход воды на душу населения в год в коммунальном водоснабжении

Удельная продукция в промышленном производстве (с учетом энергетики) за год на 1 м3 воды

Удельная орошаемая площадь на душу населения

Удельный расход воды на 1 га орошения в год (учет на границе районов)

То же с учетом естественных осадков

Хотя большие резервы имеются во всех отраслях водопользования (в коммунальном водоснабжении, например, водопотребление в больших городах колеблется от 450 до 850 л/сутки/человека, когда в Сингапуре, Гонконге, например, также расположенных в жестких условиях, этот показатель составляет 200…260 л/сутки/человека, остановимся на использовании воды в основной водопотребляющей отрасли – орошаемом земледелии. Учитывая, что после независимости единая форма учета вод во всех странах прекратила существование, и не имеется возможности пользоваться данными статистического учета, воспользуемся результатами оценок и работ, выполненных в проекте ВАРМАП по данным базы данных WUFMAS, охватившим в 1996 … 1999 гг. обследованием 22 хозяйства всех пяти стран региона.

Драматичность нынешней ситуации в водопользовании региона, как показывают оценки, выполненные в рамках под-проекта WUFMAS по 22 хозяйствам в репрезентативных зонах региона, заключается в том, что в условиях лимитирования водоподачи дефицит обеспечения сельскохозяйственных культур усугубляется крайне нерациональным водопользованием на внутрихозяйственном уровне. Основная сумма потерь складывается во внутрихозяйственной (бывшей) оросительной сети и на поле. При этом сверхнормативные потери в обоих этих звеньях в среднем составляют 4436 м3\га или 37 % от общей водоподачи к контурам хозяйств.

По ориентировочным расчетам, выполненным в рамках WUFMAS на основе прямых измерений на уровне полей и привлекаемых «косвенных» показателей, сверх потерь оросительной воды, обусловленных нынешним уровнем внутрихозяйственных систем орошения, теряется в среднем 21 % оросительной воды, поданной в поле (табл 6.2).

В зонах с относительно близким залеганием грунтовых вод к поверхности примерно половина потерь возвращается затем в виде капиллярного подпитывания корнеобитаемой зоны. Эта прибавка несколько повышает общую эффективность использования оросительной воды, но не вписывается в оптимальные мелиоративные режимы, предотвращающие процессы засоления почв и ухудшение качества поверхностных и подземных вод.

Большая часть «сверхнормативных» потерь (порядка 20 % от водоподачи в контур хозяйств) в Кыргызской Республике и Республике Таджикистан вызваны нерациональными элементами техники полива на землях с большими уклонами.

В срединных частях и низовьях бассейнов рек большая часть потерь оросительной воды приходится на системы транспортировки ее от водовыделов в хозяйства до полей. Эти потери сверх оправданных техническим уровнем транспортирующих воду каналов, сопряжены с так называемыми организационными потерями. Составляют они 15 – 35 % от водоподачи в контур хозяйств. Вызваны они практически полным отсутствием учета и управления водой на внутрихозяйственном уровне и крайне нерациональной организацией поливов.

Правильность выводов, указанных в отчетах WUFMAS, подтверждена последующими опытами на тех же полях, когда была поставлена цель добиться простейшими и малозатратными средствами повышения продуктивности воды за счет снижения непроизводительных затрат воды. Таблица 6.2 показывает, что в результате этих работ только за один год на всех полях было достигнуто повышение продуктивности воды более, чем на 80 %, а экономия водных ресурсов – на 30 %. Аналогичные результаты получены и в Компоненте А-2 упомянутого проекта GEF, когда в результате объявленного соревнования водопользователей в хозяйствах и водохозяйственных организациях в 10 областях 5 стран региона было сэкономлено почти 1 миллиард кубометров воды при повсеместном повышении урожайности только за счет более внимательного и тщательного выполнения технологических процессов, ужесточения правил водораспределения и водоподачи и повышения повсеместного внимания к недопущению непроизводительных потерь, особо на стыках межхозяйственной и внутрихозяйственной сетей, внутрихозяйственной сети и хозяйственных водопользователей.

Основными направлениями водосбережения в регионе, указанные в основных положениях всех национальных водных стратегий, разрабатываемых в 1995 … 96 гг., являются:

· введение платы за воду в орошаемом земледелии через установление поощрительных ступенчатых тарифов, а также штрафных санкций за кубометр воды, использованной сверх установленных нормативов и т. д.;

· разработка единых методических подходов к жесткому нормированию водопотребления, на основе уточненных норм, рассчитанных в основном на удовлетворение минимальных биологических потребностей растений;

· создание системы пионерных проектов водосбережения, как первоочередных объектов показательного водопользования;

· введение водооборотов и других организационных мер, направленных на борьбу с потерями воды в поле и ее непроизводственными затратами (короткие борозды, полив сосредоточенной струей через борозду, тщательное поддержание планировки полей и т. д.;

· внедрение совершенной техники и технологии поливов;

· устройство противофильтрационных покрытий на каналах;

· комплексная и частичная реконструкция (модернизация) оросительных систем.

С этих позиций, учитывая, что наибольшие потери сосредоточены в поле и при распределении воды между новыми приватизированными фермерскими хозяйствами, созданная Ассоциация водопользователей является важнейшим механизмом упорядочения водопользования и водосбережения на этом уровне наряду с платным водопользованием.

Источник

Комфорт