Гпава 2 ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ НА РЕЧНОЙ СТОК ОТДЕЛЬНЫХ ВИДОВ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Промышленное водопотребление

Развитие промышленности и рост городского населения оказывают весьма многообразное, комплексное влияние на водные ресурсы, гидрологический режим и особенно на качество природных вод. Оно проявляется в непосредственных изъятиях воды из гидрографической сети и из подземных горизонтов и последующих сбросах использованных вод в реки и водоемы. Изъятая из водных источников вода используется для различных отраслей промышленности. Для водоснабжения промышленности и городского населения нередко сооружаются специальные пруды и водохранилища и системы каналов протяженностью в десятки и сотни километров, которые сами по себе оказывают немалое воздействие на гидрологические процессы.

Вода в промышленности применяется для охлаждения нагревающихся в процессе производства агрегатов, механизмов, инструментов, используется как растворитель, входит в состав готовой продукции. Значительное количество воды в промышленности используется для поддержания в производственных помещениях и на территории предприятий необходимых санитарно-гигиенических условий.

Объемы промышленного водопотребления (общее количество изъятой воды) весьма различны не только для отдельных отраслей промышленности, но даже для выпуска одной и той же продукции в зависимости от технологии производственного процесса. Зависят они и от климатических условий. Главными потребителями воды в промышленности являются теплоэнергетика, химическая промышленность, черная и цветная металлургия, целлюлозно-бумажная промышленность и машиностроение. В СССР в 1980 г. из 107 км³ воды, потребленной промышленностью, на долю теплоэнергетики приходилось 66%, а на долю всех пяти перечисленных выше отраслей — 89% всего промышленного водопотребления. В целом эффективность использования воды в России в последние годы соответствует уровню начала — середины 1970;х годов. Это связано с увеличением водоемкости производства отдельных отраслей, вызванным ухудшением технологии, свертыванием высокоэффективных производств, ростом доли водоемких производств в промышленности. К 1997 г. удельный вес электроэнергетики увеличился по сравнению с 1990 г. на 3,5%, цветной металлургии — на 0,3%. Удельный вес остальных наиболее водоемких производств снизился на 0,3−2,3% [14].

Для характеристики водоемкости отраслей промышленности часто используют показатель расхода свежей воды на 1 т готовой продукции. Так, в черной металлургии на добычу и обогащение 1 т руды расходуется в среднем 2−4 м³ свежей воды, на производство 1 т чугуна — 40−50 м³ воды, меди — 500 м³, никеля — до 4000 м³. Особенно большой расход свежей воды требуется для предприятий целлюлозно-бумажной и нефтехимической промышленности: на производство 1 т целлюлозы требуется обычно 400−500 м³ воды, вискозного шелка — 1000−1100 м³, химического волокна — 2000;3000 м³, синтетической резины — до 2800 м³, конденсаторной бумаги — до 6000 м³ и т. д. Большое количество воды требуется для работы атомных электростанций. Основные характеристики промышленного водопотребления — объемы забора свежей воды, безвозвратного водопотребления, водоотведения — в очень большой степени зависят от принятой схемы водоснабжения.

Существуют две основные схемы — прямоточная и оборотная. При прямоточной системе водоснабжения забираемая из источника вода после использования (с очисткой или без очистки) сбрасывается в водотоки; при оборотной системе использованная вода охлаждается, очищается и снова поступает в систему водоснабжения. Таким образом, система оборотного водоснабжения исключает сброс отработанных вод обратно в водоемы или водотоки и предусматривает их многократное использование в производстве. Безвозвратное водопотребление в промышленности, как правило, составляет незначительную долю от водозабора, но очень сильно колеблется в зависимости от отраслей промышленности, характера водоснабжения, технологического процесса, климатических условий, составляя в теплоэнергетике всего 0,5−4% от водозабора, в большинстве отраслей промышленности — 5−20%, а в отдельных отраслях — до 30−40% и более. Безвозвратное водопотребление в промышленности и теплоэнергетике принято делить на три вида:

• • потери на дополнительное испарение вследствие воздействия солнечной энергии — при подаче воды от источника до предприятия, при нагревании воды внутри технологического цикла и в результате сбросов использованной воды (часто подогретой) в гидрографическую сеть;
• • потери воды на испарение внутри предприятий в результате влияния энергии, выделяемой в ходе технологического процесса;
• • потери воды вследствие участия ее в составе готовой продукции.

Вторая и третья группа потерь практически не зависят от климатических условий и целиком определяются характером производства.

Развитие промышленного водопотребления является одной из главных причин загрязнения природных вод. Это объясняется:

• • очень быстрым ростом промышленности, особенно наиболее водоемких производств (производство искусственных волокон, нефтехимия, целлюлозно-бумажная промышленность и т. д.);
• • бурным развитием теплоэнергетики и строительства атомных электростанций;
• • очень малым безвозвратным потреблением воды в промышленности, когда абсолютно большая часть забранной на нужды промышленности воды после использования сбрасывается в виде сточных вод, очень часто неочищенных, которые загрязняют водные объекты.

Интенсивное использование воды тепловыми и атомными электростанциями связано со сбросом в реки и озера большого количества подогретых на 8−12°С отработанных вод, что нарушает естественный термический режим водных объектов, существенно изменяя многие природные процессы и приводя к проблеме так называемого «теплового загрязнения».

Для оценки влияния промышленности на количественные характеристики водных ресурсов и качество природных вод особенно важно знать структуру и тенденции изменения промышленного водопотреблен ия.

Влияние современного промышленно-коммунального водоснабжения на годовой и сезонный сток больших и средних рек невелико и обычно находится в пределах точности определения гидрологических характеристик, поэтому выявить роль указанных факторов путем анализа данных фактических наблюдений за гидрометеорологическими элементами в пределах речных бассейнов обычно невозможно. Для ориентировочной оценки влияния промышленного и коммунального водопотребления на годовой сток рек в основном ориентируются на данные по полному водопотреблению, переходя от них к безвозвратным потерям путем введения коэффициентов, которые зависят от различного рода характеристик водопотребления и климатических условий. Современные значения безвозвратных потерь, выраженные в процентах от водозабора, принимаются равными в промышленности от 8−10% (северные районы) до 15−20% (южные районы), в теплоэнергетике — соответственно от 1−2 до 3−5%. Аналогичным образом оцениваются объемы современных относительных значений безвозвратного водопотребления на нужды коммунального хозяйства: от 10−15 до 25−30%, соответственно, для северных и южных районов. Расчеты, проведенные в ГГИ по указанной схеме, показали, что суммарное уменьшение стока р. Волги за счет промышленно-коммунального водопотребления составляло примерно 1,3% к уровню 1980 г. Основное воздействие данный вид хозяйственной деятельности оказывает не на количественные характеристики водных ресурсов, а на качество природных вод, являясь основным загрязнителем водотоков и водоемов суши, а также Мирового океана.

В промышленности существуют большие потенциальные возможности экономии и более эффективного использования воды. Здесь есть два пути: создание замкнутых систем оборотного водоснабжения и разработка безотходной и «сухой» технологии. В случае замкнутой системы водоснабжения все загрязненные воды очищаются раздельно по группам загрязняющих веществ, что обеспечивает и в дальнейшем их многократное использование. Подпитка свежей водой такой «замкнутой» системы остается, но она снижается до 2−3% общего водопотребления. Другой путь — «сухие» технологии, которые позволяют резко снижать потребность в воде для производства единицы конечного продукта. Так, в нефтеперерабатывающей промышленности применение «сухих» технологий позволило снизить потребление воды в 100 раз.