C3.03. Переработка и повторное использование воды

Повторное использование и переработка воды — это процесс преобразования сточных вод в воду, пригодную для других целей. Это может дополнить традиционное водоснабжение альтернативным источником, что поможет преодолеть разрыв между спросом и предложением. Данный инструмент предоставляет обзор различных категорий переработки и повторного использования воды в разных масштабах, их преимуществ и препятствий для внедрения.

Обоснование повторного использования и переработки воды

Переработка и повторное использование — это стратегия улучшения водоснабжения путем управления сточными водами. Сточные воды являются важнейшим компонентом цикла управления водными ресурсами и представляют собой воду, которая уже использовалась потребителями, такими как домохозяйства и промышленные предприятия. Сточные воды можно условно разделить на «черные» (из туалетов и писсуаров) и «серые» (из нетуалетных целей, таких как душ, мытье посуды или стирка) (Raschid-Sally and Jayakody, 2008).

В условиях растущего глобального дефицита воды все большее значение приобретает ценность сточных вод как дополнительного/альтернативного источника воды. Повторное использование и переработка воды позволяют пользователям получать больше пользы от того же количества воды, одновременно снижая нагрузку на существующие природные запасы и повышая эффективность управления водными ресурсами. Кроме того, это создает замкнутую систему, в рамках которой вода может быть использована повторно для других целей, таких как бытовое, промышленное использование, орошение, отопление и охлаждение, пополнение запасов грунтовых вод, восстановление водоемов и водно-болотных угодий, а также повторное использование в питьевых целях.

Неочищенные сточные воды приводят к ухудшению санитарных условий, создают риски для здоровья населения, загрязняют экосистемы, а также ставят под угрозу экономический рост и продовольственную безопасность. Загрязнение ухудшает качество водных ресурсов, из которых забирается и подается вода, что приводит к снижению доступности воды надлежащего качества или требует более совершенной и дорогостоящей очистки перед подачей. Планирование повторного использования и переработки сточных вод требует всестороннего понимания всей водной системы на различных уровнях и должно учитывать пространственно-временные, восходящие и нисходящие и социально-экономические взаимодействия. Эти факторы должны быть явно включены в планы комплексного управления водными ресурсами на национальном уровне и на уровне бассейнов (Инструмент A3.01; Инструмент A3.02). Чтобы максимально эффективно использовать доступную воду посредством процессов переработки и очистки, отдельные водопользователи должны принимать меры на уровне предприятий, учреждений и домохозяйств.

Категории повторного использования и связанные с ними преимущества

Основной подход к очистке сточных вод основан на получении очищенных стоков, соответствующих требованиям к качеству воды, которые часто подкрепляются принципом «загрязнитель платит» (Инструмент C4.04). Однако для перехода к повторному использованию и переработке воды необходимо обеспечить ее качество в соответствии со специфическими стандартами, которые различаются в зависимости от типа использования. Конечный пользователь и качество поступающей воды оказывают значительное влияние на решения относительно методов и процессов очистки. Следовательно, первым шагом в разработке схем повторного использования и переработки воды является установление связи между типом/качеством сточных вод и конечным использованием воды, а также соответствующими требованиями к ее качеству (Шуштариан и Негабан-Азар, 2020). Некоторые из различных способов использования повторно используемой и переработанной воды следующие:

• Непитьевое использование в городских условиях: Сточные воды с крыш или мощеных поверхностей могут использоваться для непитьевых целей, таких как смыв, с помощью таких технологий, как сбор дождевой воды. В некоторых случаях это также может способствовать эффективному городскому водоотведению и управлению ливневыми стоками (WWAP, 2017). Очищенные сточные воды из централизованных или децентрализованных очистных сооружений могут быть повторно использованы в городских условиях или направлены непосредственно по трубопроводам для других целей, таких как сельское хозяйство или промышленность. Двойные системы водоснабжения, включающие воду разного качества для разных целей, могут повысить эффективность управления водными ресурсами. Например, наличие отдельных систем для бытового использования (например, смыв) и для питьевой воды. В этом процессе качество воды должно обеспечиваться с помощью системы мониторинга и замены/технического обслуживания водопроводных труб (Саттерфилд, 2009). В городских условиях переработанная и повторно используемая вода может использоваться для полива общественных парков, спортивных площадок и частных садов; уборки улиц, транспортных средств; противопожарной защиты; и смыва в туалетах. Это увеличивает доступность воды и способствует борьбе с загрязнением окружающей среды в городах, отводу ливневых вод и улучшению санитарных условий.
• Применение в сельском хозяйстве: Переработанная и повторно используемая вода широко применяется для орошения, поскольку она обеспечивает дополнительные питательные вещества, что приводит к таким преимуществам, как снижение потребности в искусственных удобрениях, увеличение урожайности и доходов фермеров (GWP и IWMI, 2006). Это можно сделать безопасно и просто, следуя рекомендациям по повторному использованию сточных вод в сельском хозяйстве (ВОЗ, 2006) .
• Промышленное применение: Различные промышленные процессы могут требовать разного качества воды, что позволяет внедрять системы двойного водоснабжения, обеспечивающие подачу воды соответствующего качества для каждого промышленного процесса. Использование переработанной и повторно используемой воды может снизить производственные затраты, а также контролировать качество сбрасываемой воды, что помогает предприятиям соответствовать экологическим нормам (Висванатан и Асано, 2001). Многие отрасли промышленности внедряют децентрализованные системы, чтобы обеспечить возможность повторного использования воды в рамках одной и той же отрасли. Вода может использоваться в промышленности для таких процессов, как охлаждение и мойка.
• Применение в природоохранных целях: Сточные воды могут быть очищены и возвращены в водоносные горизонты, водно-болотные угодья или реки для восстановления. Это позволяет воде поддерживать важнейшие экосистемные услуги, а также дает возможность повторно забирать воду потребителям, находящимся ниже по течению. Разрешение повторного использования воды также снижает чрезмерный забор воды и нагрузку на существующие водные ресурсы, способствуя сохранению водных экосистем. Это может быть достигнуто посредством разрешений на сброс, которые учитывают потребности водной среды и доступную для разбавления воду (Инструмент C3.01).
• Питьевое использование: Повторное использование и переработка воды также возможны, поскольку питьевая вода не очень распространена, за исключением некоторых стран, таких как Австралия, Сингапур и США. Очистка воды до высокого качества может быть технически и экономически сложной задачей (WWAP, 2017). Это включает в себя мониторинг и идентификацию различных загрязняющих веществ, а также их разделение. В зависимости от типа обрабатываемой воды могут потребоваться различные уровни сложной физической, химической и биологической обработки.

Вызовы и возможности

В целом, для обеспечения безопасности и эффективности переработки и повторного использования воды необходим высокий уровень технического управления, мониторинга, финансирования и регулирующих институтов. Следовательно, наращивание потенциала (инструменты B4) должно осуществляться параллельно с развитием переработки и повторного использования воды. Вот некоторые ключевые соображения относительно проблем и возможностей, связанных с повторным использованием и переработкой воды:

• Регулирование: Повторное использование сточных вод без надлежащей очистки создает потенциальные риски для здоровья и окружающей среды, такие как диарея, загрязнение грунтовых вод и накопление химических загрязнителей в почве. Для обеспечения эффективности переработки и повторного использования воды необходимо установить соответствующие руководящие принципы и стандарты в зависимости от водопотребления (Моррис и др., 2021). Кроме того, важно обеспечить соблюдение количественных и качественных стандартов воды, возвращаемой в водоемы, чтобы гарантировать, что она не будет представлять экологическую или медицинскую опасность для пользователей ниже по течению. Наряду со стандартными нормативными актами должна быть внедрена надежная система мониторинга для гарантирования качества воды (Инструмент C2.05).
• Технические и экономические аспекты: По сравнению с опреснением, технологии переработки и повторного использования воды являются экономически эффективными и менее энергоемкими. Кроме того, частичная очистка сточных вод может проводиться за гораздо меньшую стоимость, чем полномасштабная усовершенствованная очистка. При этом они обладают очевидными преимуществами и обеспечивают благоприятное соотношение затрат и выгод, доступное для многих сообществ. В некоторых случаях децентрализованные системы очистки могут оказаться более экономически эффективными, чем централизованные (UNESCAP, UN-Habitat и Азиатский институт технологий, 2015). Частичная очистка воды может быть полезна для непитьевых целей, таких как отопление и охлаждение в промышленных процессах. Разрабатываются некоторые менее сложные методы повторного использования сточных вод, такие как рекомендуемые соотношения для безопасного смешивания сточных и пресных вод, что может сделать этот инструмент подходящим для менее развитых регионов. Кроме того, разработаны методы извлечения питательных веществ из сточных вод и канализационных стоков, которые могут быть преобразованы в удобрения и биогаз. Целесообразность этих технологий должна оцениваться на основе обоснованных экономических оценок (Инструмент D1.01). Финансовые стимулы (Инструменты C4) могут способствовать повторному использованию и переработке воды в тех случаях, когда водопользователи могут выбирать между различными источниками воды. Плата за объем может стимулировать повторное использование сточных вод и препятствовать сбросу в природные водоемы, а субсидии на оборудование могут ускорить темпы начала использования сточных вод в населенных пунктах.
• Институциональный аспект: Очистка сточных вод — это ответственность и проблема для многих секторов на уровне домохозяйств, муниципалитетов, бассейнов и в глобальном масштабе. Внедрение таких практик может быть поддержано участием многих заинтересованных сторон (Инструменты B3.05) и сотрудничеством между такими учреждениями и секторами, как здравоохранение, водохозяйственные организации, природоохранные организации (Всемирный банк, 2012). Они могут разделить риски и выгоды от переработки воды, сохраняя экосистемы, диверсифицируя источники воды, решая проблему дефицита и предотвращая угрозы для здоровья.
• Социальный аспект: Для решения проблемы отходов жизнедеятельности человека и сточных вод необходим иной, креативный подход. Сточные воды и сопутствующие им отходы в основном рассматриваются как проблема утилизации, но с ростом спроса на воду и истощением ресурсов возникает необходимость в изменении подхода к ним, чтобы рассматривать их как экономические и экологические возможности. Такой сдвиг в перспективе, когда сточные воды рассматриваются как ресурс, может способствовать улучшению санитарных условий, очищению экосистем и снижению нагрузки на чрезмерно используемые водные ресурсы. Мнения сообщества могут быть движущими силами или ключевыми препятствиями для внедрения переработки и повторного использования воды. Социальные и поведенческие изменения (Инструменты C5) способствуют изменению перспектив и могут улучшить принятие и внедрение очистки сточных вод. В некоторых случаях пользователи могут сопротивляться установке инфраструктуры или очистных сооружений, если у них нет уверенности в том, что они получат доступ к преимуществам использования сточных вод как с точки зрения количества, так и качества (Бахри, 2009). Это включает в себя психологический барьер, такой как «фактор отвращения», обычно связанный с очисткой и повторным использованием сточных вод, поэтому информирование общественности и повышение осведомленности являются ключевыми факторами успеха (Тортахада, 2019).