CC BY
7СЕКЦИЯ - ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 628.3
Калинич Роман Сергеевич
магистр, МГУ имени М. В. Ломоносова
Россия, г. Москва
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ZLD В РОССИИ И МИРЕ
Аннотация: В статье рассматривается история и опыт применения систем ZLD (Zero Liquid Discharge) в различных странах, включая Россию, США, Китай и Индию. В России первые системы были разработаны в 1973 году и использовались до распада СССР. В США технология ZLD начала развиваться в 1970-х годах в ответ на загрязнение реки Колорадо. В Китае и Индии внедрение ZLD связано с необходимостью борьбы с дефицитом водных ресурсов и загрязнением рек. Статья анализирует особенности внедрения и эксплуатации систем ZLD в этих странах.
Ключевые слова: ZLD, Россия, США, Китай, Индия, водоочистка.
Kalinich Roman
master's degree, Lomonosov Moscow State University,
Russian Federation, Moscow
EXPERIENCE OF APPLYING ZLD SYSTEMS IN RUSSIA AND THE
WORLD
Abstract: The article explores the history and application of Zero Liquid Discharge (ZLD) systems in various countries, including Russia, the USA, China, and India. In Russia, the first systems were developed in 1973 and used until the collapse of the USSR. In the USA, ZLD technology began to develop in the 1970s in response to the pollution of the Colorado River. In China and India, the adoption of ZLD is associated with the need to address water resource shortages and river pollution. The article analyzes the features of the implementation and operation of ZLD systems in these countries.
Keywords: ZLD, Russia, USA, China, India, water treatment.
ВВЕДЕНИЕ
Системы нулевого сброса сточных вод (ZLD) представляют собой важное направление в области экологической безопасности и водоочистки [1]. Эти системы позволяют полностью исключить сброс сточных вод, обеспечивая их полное повторное использование и минимизацию воздействия на окружающую ISSN 3034-2627 24 https://coldscience.ru
среду. В условиях растущего дефицита водных ресурсов и усиления требований к охране окружающей среды технология ZLD приобретает все большее значение [2]. В различных странах накоплен значительный опыт внедрения и эксплуатации таких систем, что позволяет анализировать их эффективность и потенциал для дальнейшего применения. В данной статье рассматривается история развития и применения систем ZLD в России, США, Китае и Индии. Особое внимание уделено российскому опыту, который можно разделить на три этапа: с 1973 по 1990 год, с 1991 по 2000 год и с 2001 года по настоящее время. Также проанализирован международный опыт, который показывает, что энергетический сектор остается основной областью применения ZLD, особенно в США и Китае.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Первые сооружения ZLD в СССР были построены для очистки жидких отходов с низким уровнем радиоактивности, за рубежом — на промышленных регенерирующих очистных сооружениях городских сточных вод на озере Тахо (США) и на установке по очистке соленых шахтных вод в Верхней Силезии (Польша). Они использовались в качестве прототипа современных систем ZLD.
РОССИЯ
Весь опыт строительства и эксплуатации систем ZLD промышленных предприятий нашей страны можно разделить на три этапа: с 1973 по 1990 год, с 1991 по 2000 год, с 2001 года по настоящее время.
Первый этап, особенно в 1980-е годы, был характерен для быстрого строительства систем ZLD. Созданные системы хорошо описаны в документах того времени. В 1973 году, впервые в мировой практике, была запущена и успешно работала система ZLD на Верх-Исетском металлургическом заводе в г. Свердловске (ныне ВИЗ-Сталь Группы НЛМК в г. Екатеринбурге), которую разработал В.И. Аксенов с его коллегами по цеху холоднокатаной трансформаторной стали [3].
Ориентировочная стоимость системы на тот момент составляла 29 миллионов рублей. За полгода удалось запустить всю группу очистных
сооружений почти на полную мощность благодаря таким одаренным инженерам-гидротехникам, как Ю.В. Бобылев и его коллегам. В то время неоценимую помощь оказал директор завода В.С. Ожиганов.
На втором этапе, после распада СССР в 1991 г., использование технологии ZLD было практически прекращено.
К началу третьего этапа основные производственные мощности российских промышленных предприятий, в том числе практически все системы ZLD промышленных предприятий, созданные во времена Советского Союза, физически и морально устарели. Упадок в водном хозяйстве привел к тому, что в настоящее время в России по официальным данным только 11 % сбрасываемых в водоемы сточных вод соответствует всем нормативным требованиям [3].
На практике стимулы реализации ZLD варьируются в зависимости от его практического применения и географического положения. Хотя ZLD применяется в Евросоюзе, Австралии, Канаде, Ближнем Востоке и Мексике, также есть примеры из Соединенных Штатов, Китая и Индии, поскольку они представляют собой основные рынки ZLD с наибольшим обслуживаемым населением и огромной экономической мощью.
США
Происхождение технологии ZLD берет свое начало в 1970-х годах, когда повышенная минерализация реки Колорадо привела к созданию нормативного мандата ZLD для близлежащих электростанций. В те времена для получения разрешения на строительство новых промышленных объектов требовалось несколько лет, тогда как принятие ZLD сократило этот срок до нескольких месяцев. Сегодня электростанции остаются основной областью реализации ZLD в США. Например, ZLD был принят на электростанции Даллемана в Иллинойсе, чтобы избежать воздействия на окружающую среду бора из сточных вод. Согласно опросу Микли, проведенному в 2008 году, среди 82 заводов, использовавших технологию ZLD, более 60 заводов были связаны с энергетической промышленностью; остальные относились к таким областям,
как производство электроники, удобрений, а также горнодобывающей и химической промышленности [4].
Агентство по охране окружающей среды США недавно завершило разработку нормативов, пересматривающих существующие правила сброса сточных вод на тепловых электростанциях. Это новый свод правил федерального уровня, который устанавливает ограничения на количество содержащихся токсичных металлов и других загрязнителей в сточных водах, сбрасываемых с электростанций, а также рассматривает нулевой сброс в качестве предпочтительной технологии для очистки от загрязняющих веществ зольного уноса и золошлаковых отходов транспортных вод, сточных вод из систем контроля содержания ртути в отработанных газах.
Соблюдение этих более строгих стандартов регламентирует новые нормативы для установки ZLD на электростанциях США [4].
Принципы ZLD также могут использоваться в области опреснения соляных растворов на расположенных вдали от моря опреснительных установках. По сравнению с опреснением морской воды, опреснение концентрированных растворов солей требует гораздо меньше энергии и особенно подходит для засушливых районов внутри страны, где морская вода недоступна. Тем не менее, управление вышеуказанным процессом представляет собой одну из самых больших проблем для «внутреннего» опреснения.
Традиционные методы утилизации водных растворов солей, включая прямой сброс в поверхностные воды или использование городских очистных сооружений (POTW), а также закачка в глубинные скважины, могут быть исключены из-за потенциально неблагоприятного воздействия на поверхностные и подземные воды, недостаточной мощности очистных сооружений, геологических и правовых ограничений и увеличения затрат на утилизацию [5]. В результате внутреннее опреснение до сих пор не установлено в таких городах как Лас-Вегас, Феникс и Денвер, где вода критически необходима.
ZLD помогает преодолеть проблему сброса концентрированных растворов солей, тем самым обеспечивая опреснение внутренних территорий в районах, испытывающих нехватку воды. Несколько правительственных учреждений и организаций, включая Бюро мелиорации США и Калифорнийскую энергетическую комиссию, исследовали применение ZLD для внутреннего опреснения по гипотетическим сценариям в Аризоне, Калифорнии, Колорадо, Неваде и Техасе. Эти исследования, однако, не привели к созданию полномасштабных опреснительных установок ZLD в США, так как стоимость и потребление энергии явились основными препятствиями для внедрения данной технологии.
КИТАЙ
В Китае быстрое экономическое развитие и урбанизация привели к бесконтрольному загрязнению и растущему потреблению воды. В ответ на эту проблему Китай объявил о новом плане действий по борьбе с загрязнением воды. Данный план нацелен на улучшение качества местных водных ресурсов и экосистем.
Как и в США, энергетика является важной составляющей китайского рынка ZLD. Хотя угольные электростанции обеспечивают более 70% от общего объема электроэнергии в Китае, 65-84% водоемких тепловых электростанций, эксплуатируемых пятью крупнейшими государственными компаниями, расположены в регионах, которые страдают от дефицита водных ресурсов [6]. Это острое столкновение между спросом на энергию и дефицитом воды делает ZLD одним из немногих устойчивых решений на энергетическом рынке в Китае. Растущая тенденция введения систем ZLD подтверждается недавним строительством первой в мире системы ZLD на электростанции Changxing Cone, в провинции Чжэцзян.
Недавний бум угольно-химической промышленности в Китае генерирует еще одну перспективную нишу для создания системы ZLD. Угольно-химическая промышленность, использующая уголь, а не нефть или природный газ для производства сырья для химического производства, в настоящее время
находится под давлением. Заводы по переработке угля потребляют значительное количество пресной воды, но часто расположены в районах, испытывающих дефицит воды.
Кроме того, повышение осведомленности общественности о загрязнении воды может также способствовать реализации ZLD в Китае. Многочисленные проекты, в том числе несколько химических заводов по производству параксилола и трубопровод для сброса сточных вод для целлюлозно-бумажной промышленности, были недавно приостановлены или отменены в результате общественных протестов. Растущее влияние общественного беспокойства может заставить отрасли промышленности принять ZLD в качестве необходимого решения для получения общественного признания [7].
ИНДИЯ
Столкнувшись с ситуацией, подобной той, что сложилась в Китае, Индия предпринимает активные действия по ограничению сброса сточных вод в реку Ганг. Индийское правительство в 2014 году объявило о плане "Возрождения реки Ганг". Планом предусмотрено введение более строгих правил сброса сточных вод. В 2015 году правительство выпустило требование к текстильным заводам, производящих более 25 м3 сточных вод в день, установить системы ZLD. Заводы в округе Тируппур уже реализовали «нулевой сброс» в 2008 году. Это помогло восстановилось не только воду, но и ценные соли из сточных вод для повторного использования.
ВЫВОДЫ
Применение систем нулевого сброса сточных вод (ZLD) стало важным направлением в области водоочистки и экологической безопасности. Анализ опыта России, США, Китая и Индии показывает, что ZLD технологии имеют значительный потенциал для решения проблем, связанных с дефицитом водных ресурсов и загрязнением окружающей среды.
В России первые системы ZLD были успешно внедрены в 1970-х годах и продемонстрировали высокую эффективность, однако после распада СССР их использование было практически прекращено. В США развитие ZLD
технологий началось в ответ на повышенную минерализацию реки Колорадо и показало свою эффективность в энергетическом секторе. Китай, сталкиваясь с быстрым экономическим ростом и урбанизацией, активно внедряет ZLD для борьбы с дефицитом водных ресурсов, особенно на угольных электростанциях. Индия также активно развивает ZLD технологии, особенно в контексте охраны реки Ганг и текстильной промышленности.
Современные технологии ZLD доказали свою эффективность в различных отраслях промышленности и регионах мира. Введение систем ZLD позволяет не только улучшить качество водных ресурсов, но и способствует экономии воды и восстановлению ценных веществ из сточных вод. Опыт различных стран показывает, что дальнейшее развитие и внедрение ZLD технологий являются перспективным направлением для обеспечения устойчивого использования водных ресурсов и защиты окружающей среды.
ЛИТЕРАТУРА
1. Харламова, М. Д. Ресурсосбережение и рециклинг отходов производства и потребления / М. Д. Харламова, А. А. Абдыжапарова, Д. О. Капралова. - Москва : Российский университет дружбы народов (РУДН), 2019. - 132 с. - ISBN 978-5-209-08901-8. - EDN AIEGZF.
2. Золотов А.В. Основные способы очистки нефтепродуктосодержащих производственных сточных вод / А.В. Золотов, В.А. Лисовский, И.С. Багреева, Е.В. Слепова// SCIENCE TIME. 2016. №8. С.42 -54.
3. Aksenov V. Implementation of Zern Liquid Discharge Systems in Russian Industry [Electronic resourse]. 2020. URL: https://www.researchgate.net/publication/347098118_Implementation_of_Z ero_Liquid_Discharge_Systems_in_Russian_Industry (дата обращения 13.12.2023)
4. Tiezheng Tong and Menachem Elimelech. The Global Rise of Zero Liquid Discharge for Wastewater Management: Drivers, Technologies, and Future Directions [Electronic resourse]. 2016. URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.6b01000 (дата обращения 13.12.2023)
5. Карманов А.П. Технология очистки сточных вод [Электронный ресурс]: учебное пособие: самост. учеб. электрон. изд. / А.П. Карманов, И.Н. Полина - Сыктывкар: СЛИ, 2015. URL: http://lib.sfi.komi.com (дата обращения 13.12.2023)
6. Toray Industries, Inc.Toray's Membrane Technologies Achieve Zero Liquid Discharge In India's Special Economic Zone. 2019. URL: https://www.water.toray/knowledge/casestudy/pdf/CaseStudies_WWT_RONFMBRC HEM_AhmedabadIND.pdf (дата обращения 13.12.2023)
7. Muhammad Yaqub,Wontae Lee. Zero-liquid discharge (ZLD) technology for resource recovery from wastewater: A review. [Electronic resourse]. 2019. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969719320741 (дата обращения 13.12.2023)
