Секции Экспертного клуба

Стажировка
Архив сайта

Форсайт на тему водных ресурсов

Интервью Афанасьева Г.Э. Российскому водному обществу 23 декабря 2010 года 

Суть нашего проекта – понимание того, что будет с водой в 2050 году. Мы конкретно занимаемся вопросами технологических инноваций в этой сфере – все, что касается воды. Первый наш вопрос. Вы можете сами обозначить ваши экспертные области?

По воде. Я был участником саммита по водному технологическому форсайту в Венгрии в сентябре 2007 года “Water Productivity in Industry”. С этого периода мы поддерживаем контакты с европейцами по технологиям «zero discharge[i]».  Наша организация так же является производителем стратегий и форсайтов. Поэтому, работая в других областях – в химии, в отрасли продуктов питания,  в здравоохранении, – мы постоянно выходили на тему, связанную  с водой в разных обстоятельствах. Это вторая зона, откуда можно было бы взять данные и знания. Это область компетенций, которую я могу использовать. 

Если говорить о форсайтах, обозначьте критические технологии, которые в корне поменяют отношение к водной сфере, воде. Например, в китайской дорожной карте к 2050 году запланировано сделать генномодифицированные овощи, которые можно будет поливать морской водой без дополнительной очистки. Многие эксперты считают, что это критически поменяет технологию и отношение к воде, так как морская вода станет водным ресурсом, который можно использовать.

У вас форсайт сосредоточен только на технологической части? 

У нас есть технологическая, экономическая, правовая группы. Мы занимаемся технологиями, и сейчас на том этапе, когда проанализировали западные материалы и составили представление, в какие периоды до 2050 года произойдут технологические прорывы с точки зрения различных мировых игроков.

Я связываю будущее с комплексными действиями, так же, как и в энергетике. Если бы углеводородные квоты не принимались, то альтернативная энергетика не развивалась бы. Бессмысленно обсуждать отдельно технологические прорывы.  И вот так исключительно в области технологий не смогу выделить, конкретную технологию, которые радикально изменят отношение. 

Тогда, скажите, какие в совокупности?

Один из ключевых моментов – это принятие "Водного протокола", который, по своей сути, становится рядом или на место углеводородного протокола. Смысл его состоит в том, должны быть нулевые выбросы в воду, после любого ее использования. Даже если вы взяли грязную воду, вы должны сбросить чистую. Начинает слеживаться «водный след» в каждой продукции. Будь то продукты питания или промышленные товары. Известно, что на тонну произведенной говядины  нужно потратить до 50 000 литров воды, если посчитать совокупно водный след и всех кормов для выращивания животных. Водный след есть у бумаги на которой мы пишем, алюминия, и практически каждой вещи. Водный протокол предполагает учитывать этот водный след и стремиться к тому, что бы он был оплачен. Так как разработчики этого нормативного акта считают, что в ином случае – оплата перекладывается на будущие поколения. 

Это будет касаться только промышленности?

Нет, любых водопользователей. Это приведет к тому (возвращаемся к водному протоколу), что любой пользователь становится очистным сооружением. Эта сдвижка, которая происходит сегодня, кардинальная. Раньше любой пользователь что-либо добавлял, теперь он должен в любом случае из воды все загрязнения извлечь. Это обуславливается тем, что водные ресурсы в европейских городах с плотной застройкой используются уже несколько раз, простой замер водоносности реки, которая, протекает по нескольким государствам, и водозабора из нее, показывает, что реку «выпивают» 3 раза. Это значит, что все ниже по течению, пьют уже однажды выпитую воду. Неизбежность развития «zero discharge» диктуется особенностью развития европейской линии. 

Правильно ли я понимаю, что введение такого протокола просто вынудит пользователей начать применять у себя разного рода очистные системы и технологии и по хранению осадка, который не будет выделяться?

Экологические штрафы рассчитываются по ПДК, а в «zero discharge» нет ПДК, идеология другая. Задача не рассчитать при какой концентрации люди еще не умирают, а установить замкнутые циклы водопользования, с отсутствием выбросов. Поэтому если вы не перешли на замкнутый цикл водопользования, у вас любой минимальный выброс будет облагаться штрафами.

Тенденция в том, что идет сильное усиление и расширение экологической полиции, она будет напоминать налоговую полицию. То есть это силовой орган, который может приостанавливать действие предприятий в критических случаях, поскольку это связано с жизнью других людей. 

Это что касается Европы, а как обстоит ситуация в России, у нас будет подписан такой протокол? И что это будет для нас значить? По мнению экспертов, в России экологическая ситуация одна из самых худших.

Давайте рассмотрим вопрос частями. Во-первых, надо оценить долю «вклада» разных секторов в загрязнение воды. Промышленность не является лидером по количеству загрязнений, самую большую долю вносит сельское хозяйство, а на втором месте стоят города. По разным оценкам, доля промышленности в загрязнении окружающей среды составляет максимум 11 процентов. Можно последовательно рассмотреть эти сектора. Практически вся промышленность уже перешла на замкнутую систему использования воды. 

В России тоже предприятия работают по принципу рециклинга?

Все более или менее разумные собственники это сделали, и это не сложно. В нефтехимической промышленности, например, замкнутый цикл, там не сбрасывают отходы. 

Это наши технологии или западные?

Когда покупается проект нефтезавода, покупается и часть, связанная с очисткой. На любом современном заводе есть поставка всех основных модулей систем управления и систем очистки и фильтрации.

В промышленности нет альтернативы системам замкнутого цикла водопользования.

Для больших промышленных регионов, где старые предприятия и большое водопользование и сбросы, принятие такого протокола критично. Для современных, новых производств, которые уже перешли на рециклинг, принятие новой норы не критично.

Кроме того в системах очистки активно применяются и биологические технологии, создаются так называемые «биоплато» - специальные территории с микроорганизмами, и подобранными растениями – которые выполняют функцию очистки гораздо лучше чем механические или химические системы. Многие микроорганизмы нарабатывают ферменты – расщепляющие сложно 

перерабатываемые вещества, более того часть они используют на построение своего тела, то есть переводят загрязняющие вещества в биологически связанные неопасные вещества. 

По Вашему мнению, технологически это уже решенная задача на данном этапе?

Да. Там можно только улучшать. Это задача проектировщика, а не разработчика и не исследователя. 

Мы когда подготавливали материалы, столкнулись с тем, что обсуждается следующая проблема: где-то нужно хранить осадок, который остается после очистки, и при массовом введении рециклинговых систем, это станет критично.

Это вопрос безграмотности в области утилизации. Есть два типа осадков: органический и неорганический. Например, при технологии плазменного сжигания все расщепляется на атомы. Эта технология выработана в Росатоме, сейчас она комерционализируется и применяется. 

У нас есть эта технологии плазменного сжигания?

Да, она была разработана в Росатоме, сейчас коммерциализирована. В ней можно сжигать даже радиоактивные отходы, после чего остается остекленный минимальный осадок, который инертен. Но это совершенно другой весовой объем. Поэтому это вопрос выстраивания цепочки.

Больше этого, такие вещи не должны работать только на предприятии, они должны быть макрорегиональными и региональными. Такие технологии, как плазменное сжигание экономически могут быть эффективные, при определенных объемах, которые им обеспечить могут, только несколько поставщиков отходов. Как продукт вырабатывается тепло, электричество. Можно использовать как теплостанции. 

Если говорить о рециклинге в промышленности, сейчас обсуждаются технологии, которые будут заменять воду в производственных процессах на другие материалы? Мы это встречали в китайской дорожной карте, в американской дорожной карте.  

Это следствие замкнутой системы. Когда вы ее выстраиваете, вам уже все равно, что будет туда залито. Понятно, что это должно соответствовать техническому процессу и химически обоснованно. Уже сейчас в основном в технологических процессах, например, на простой теплостанции,  используется не вода, а специально подготовленные водные растворы.

Давайте пройдем по всей цепочке. Если в  промышленности такая тенденция, и как только восстановится цикл, нужно менять носитель – это следствие замкнутого цикла. Даже в системах отопления вода – не лучший теплоноситель, ее используют из за дешевизны.

Сельское хозяйство вносит самый большой вклад в загрязнение в силу использования удобрений, экстенсивной формы полива. Поэтому загрязнение грунтовых вод и в итоге рек глобальное.

Тут перспективы изменений тоже существуют. Какие возможны направления? Нужно  координироваться с прогнозами в сельском хозяйстве. Все способы внепочвенного выращивания решают эту проблему.  Культура на искусственных субстратах, например. Наши производители из города Апатиты, Мурманской области готовят блоки для выращивания растений, в них нет семян сорняков, в них водопотребление падает в 10 раз. Это  продукт многоступенчатого специального обжига вермикулита. В результате он приобретает легкость, стерильность, уникальную влагоёмкость и долговечность использования.  В такой искусственной почве не заводятся насекомые, грызуны, болезнетворные микробы. Для растений с небольшой корневой системой, это более идеальная почва, которая используется 15 лет, а потом ее можно высыпать на поля и использовать как удобрение. В сельском хозяйстве постоянно пытаются найти замену гумусной почве. Вопрос всех способов в долговечности –  при современном поливе почву надо менять раз в полтора года. А если растянуть этот цикл на 15 лет, понятна выгода – это до 10 раз сокращение использования воды.

Вторая линия – это гидрогель. Был создан полимер, который легко вбирает влагу и увеличивается до 300-х раз в объеме, удерживая воду внутри. Это синтетический материал, который легко производится. Он может использоваться и как среда для выращивания, и как добавка в почву. Таким образом, уменьшаются требования к поливу. Если говорить о характеристиках, то он уменьшает потребность в поливе в 6 раз. Он также выполняет функцию абсорбента лишней влаги для предотвращения переувлажнения почвы в периоды обильных дождей. А как мы знаем у всех растений есть свой коридор влага – засуха, в котором они живут и переувлажнение так же вредно, как и недополив. 

У нас применяется этот гидрогель?

Это направление, которое в свое время было ориентировано на сельское хозяйство, в России стало использоваться в цветоводстве, декоративном выращивании. Насколько я знаю, в России гидрогель не производится, он завозится, и именно для декоративного цветоводства и ландшафтного дизайна.

Для сельского хозяйства, применение возможно,  если произойдет резкое снижение цены гидрогеля, а это определяется вопросом массового производства и систематизации производства.

Гидрогель для сельского хозяйства так же является хорошим способом снижения водопотребления, даже если его просто добавлять в почву. Его цикл использования 5 лет, потом тоже возможно его использовать в качестве удобрения (азотистые соединения). Гидрогель можно использовать на засоленных, глинистых почвах. Правда, применение гидрогеля ограничено, так как он подходит только растениям с мочковатой корневой системой, но не со стержневидной.

Далее есть также линия капельного орошения, и здесь современные системы автоматизации дают возможность широкого его использования. Замечательные успехи в растениводстве с поставками на мировой рынок дают сегодня засушливые страны, за счет подвода воды капельницами под каждое отдельное растений. Но тут опять вопрос культуры земледелия, нужен квалифицированный персонал.

Третье направление – мульчирование (поверхностное покрытие почвы мульчей, опилками, пленкой). Для сельского хозяйства открытая земля – не совсем эффективно, потому что увеличивается водопотребление, так как с поверхности земли происходит большее испарение влаги. При мульчировании участок земли покрывается специальной полупрозрачной и полупроницаемой пленкой, которая выполняет множество функций, защищает растения от сорняков, удерживает влагу, за счет конденсации влаги на собственной поверхности. В пленке делаются отверстия, через которые сажается рассада в землю. Частота и время полива таких мульчированных пространств резко уменьшается.

В первом, втором и третьем случаях химия и органическая химия интегрируются в сельское хозяйство не в части удобрений, а в части предоставления покрытий, средств для выращивания и так далее. 

Надо отметить, что следующей системой автоматизации после таймера полива будут датчики влажности земли. Их сегодня никто их не ставит, но они легко могут быть использованы при капельном орошении.

Для растений важен не только объем воды, но ещё и температура. Урожайность резко растёт, если идёт полив водой определенной температуры — от 15 до 25 градусов. В климате, в котором коридор этих температур наступает часто, у растений идет быстрый рост. В средней полосе России и на севере должна проводиться температурная подготовка воды. Если вы колодезной водой польете растения — оно замрет на время, может быть даже сутки, не будет расти.  При нормальном температурном режиме, выясняется, что воды нужно меньше. На масштабе огромных полей эти тонкости имеют значение. Отсюда появляется необходимость введения солнечных коллекторов, площадных мелководных водоемов для прогрева воды и т.п.

Далее города - загрязнители воды. Это отдельная большая тема, потому что в городе идет использование воды, для самых разных целей начиная с полива улиц. Самое важное — это использование воды как питьевой.

Самое главное и кардинальное — это тематика здоровья. Здоровье связано напрямую с водой, потому что вода является вторым фактором по влиянию на человека, после воздуха. Если не ошибаюсь, человек «прокачивает» через свои легкие в среднем 16 кг воздуха в сутки. А из воды мы состоим. Все процессы окисления осуществляются в водной среде. Поэтому качество воды впрямую создает весь тот спектр заболеваний, который потом лечится. Поэтому если взяться за воду и выравнивание её параметров не по СанПиНам, это какой-то параллельный мир получиться по уровню здоровья людей. 

А есть где-то понимание того, как вода нужна для жизни?

Я радикалист, я считаю, что вода должна быть индивидуальной для каждого человека. Если говорить про технологии водоиспользования будущего, то это «подготовка» воды для конкретного пользователя. С учетом его статуса окислительно-востановительных реакций, с учетом его возраста, здоровья рода занятий.  Для человека повысится ценность дома, потому что вода под него будет готовиться. 

А когда это станет возможным?

Технически всё готово уже. Все компоненты существуют, они не собраны до конца. У нас пока в ближайшее время будет расти рынок устройств производства воды у пользователя. Вы берёте сырье — воду с хлором, примесями и производите на дому такую воду, которая вам нужна. Это делают сегодня миллионы людей, ставя системы фильтрации у себя в квартире.

Единственное, сейчас там разброс большой — от бессмысленных технологий, то как кувшины-фильтры,  которые достаточно быстро вырабатываются и более того, как пористая структура являются место для поселения микроорганизмов. И могут заражать воду своей микрофлорой. До осмысленных технологий на основе мембранной фильтрации и обратного осмоса, с постоянным сливанием рапы (соляного раствора, осадков) в канализацию. Вы часть воды сбрасываете, поскольку это солевой раствор. 

А что дальше делать с солевым раствором? Канализация сливает его опять в реку, откуда происходит водозабор, и мы получаем воду с прежними солями. Опять возникает тема управления концентратами.

Да, это так. 

Когда мы изучали этот вопрос, мы столкнулись с проблемой управления концентратами. Есть био- и наноразработки.

Есть же закон сохранения материи и энергии. Ничего нельзя очистить. Само по себе очищение от чего-либо — это концентрация этого чего-либо на другом полюсе. Даже если это будут делать бактерии, они лишь изменят химическую формулу (превратят в оксид или в сульфид и т.д.). Никуда ничего не исчезнет, просто, может, перейдет в более безопасную форму, инертную. Но массовый состав всё равно никуда не исчезнет, будут сбросы. Всё равно придётся решать вопрос со всеми соединениями, которые образуются в результате работы фильтров. Проблема может быть решена не на уровне отдельного фильтра а на уровне построения биоценоза, нужно найти потребителей на то что вы считает по незнанию отбросами, осадком.

Если вернуться к этапу подготовки воды для человека, то после фильтрации, получив молекулы воды, близкие к дистилляту воду, эта вода должна использоваться уже в приготовлении. Варите, готовите растворы. Например, на Востоке изначально кофе делался на воде, где варились яйца до этого, так как кальция в местной воде не хватает. У нас другая проблема — много кальция в воде, и фильтр будет выполнять функцию изъятия кальция из воды.

Если вернуться к проблеме здоровья, понятно, что биохимическая и химическая основы сердечно-сосудистых заболеваний – это вода. Конечно, есть такие факторы, как тип поведения, гормоны, стрессы –  на биохимию все социальные, гуманитарные концепции накладываются. Но вот мой приятель-паталагоанатом говорит, что при вскрытии у людей сосуды хрустят – оттого, что они закальцинированы и это показатель качества воды в кране. 

А как скоро это может попасть в массовое потребление?

Как только вы передаете пользователю возможность заниматься самому производством воды. При чем тут тогда СанПиНы – они нужны только при заборе воды. С таким устройством (по очистке и обогащению воды) мы можем обсуждать и нецентрализованное водоснабжение. Это уже становится вопросом доступности энергии. Если при достаточному энергообеспечении я могу воду качать и фильтровать ее под свои нужды. Есть в России город Саранск – с очень большой долей воды в городе поступающей из скважин.

В следующем шаге будущего для домашнего использования тоже идёт речь о рециклинге воды, только более мягком. Первое — это энергопотенциал воды. Например, в больших зданиях вода, когда летит с 50-го этажа по канализационной трубе с большой скоростью, она может что-нибудь вращать. Есть специальные вертушки, при помощи которых вода отдает часть своего потенциала. Второе: крупные здания-комплексы с мини-сельско-хозяйственными комплексами, где вторичная вода после простой бактериальной очистки идет на полив растений и используется для выращивания деревьев, цветов в оранжереях и парниках встроенных в дом.

Но самая важная тема другая линия, которая связана с будущим городов. Города будущего — это ресурсопроизводящие города, а не ресурсопотребляющие города. Концепция ресурсопотребляющего города выглядит так: из реки мы берем воду, портим  ее и возвращаем обратно. Ресурсопроизводящие города — это города без мусора, где любая вещь имеет вторичное, третичное использование, и найдена такая система деятельности, где этот мусор — это ресурс. То есть будущее за как минимум рециклингом и тогда  это города с нулевым балансом, а максимум  это производящие ресурсы города. Так называемые креативные территории.

 Из чего будут они производить ресурсы?

Например, есть технология абсорбции воды из воздуха. Вообще-то крупное здание с площадью несколько тысяч квадратных метров  может собирать не только дождевую воду (что сегодня не делаеться, но так же росу собирать. А куда она девается? Мы просто не умеем брать то, что есть вокруг. Эту влагу можно брать — и из влажного воздуха.

Крупное здание должно само «запитывать» влагой соседние здания. Может быть, я немного утрирую, но в этом есть правда. Концепция современных мегазданий состоит в создании в них целых комплексов. Например, устраивается небольшая птицефабрика, помет из которой идет на зимний сад, он же на гидропонное выращивание овощей, канализационные сбросы после переработки становятся гумусом и т.д. То есть в рамках здания выстраивается цикл биоценоза. Понятно, что в маленьком доме это трудно сделать, только если расширить площадь на прилегающий земельный участкок. Но если вы рассмотрите крупное здание, то понятно, что это может быть крупным производителем множества ресурсов. А сегодня большое здание – крупный потребитель ресурсов.

Мы предвидим будущее, где ресурсопорождающие города будут производить кислород, и давать в кондиционную систему не захваченный в городе воздух, а выработанный собственными растениями (как деревьями так и бассейнами с микроводорослями) внутри зданий. Идеология биоценоза здесь адекватна. Например, возможна такая цепочка: измельчитель мусора, а потом компостер домашнего типа, с вшитыми внутрь штаммами бактерий, которые перерабатывают мусор в землю, и вместо многомесячного процесса за 10 дней у вас чистая земля. Например, в Торонто компостеры промышленного типа поставляются во дворы домов,  в рамках городской программы. Опять же технически все понятно,  но почему это не встраивается в саму идеологию проектирования и строительства зданий. Потому что технически здания могут производить из пищевых отходов – гумус, а это более 50 % отходов. Поэтому в перспективе 2050-го года вопрос с производством большими зданиями воды будет решенным. Это так же, как сегодня начинаю распространяться здания «Энерго+». И небольшие по размеру здания производят энергию больше чем потребляют.  А если вы произвели больше энергии,  вы ее можете «конвертировать» в другие ресурсы – в производство воздуха, воды и так далее. 

То есть с технологической точки зрения вопрос в технологиях конвертации одних ресурсов в другие?

Конечно. Вода — это самый универсальный участник всех процессов. Без неё ничего не происходит, у нас всё в водных растворах. Я бы сказал, что в перспективе предприятия в масштабности изменений в водопользовании и технологий обращения с водой даже будут проигрывать городам. 

И вот у нас ещё есть карта прогнозов, можете потом посмотреть и оценить, что реально, что нет?

Рециклинг в промышленности — где-то есть уже. В нефтехимии они просто не могут быть сертифицированы, если у них там не замкнутый цикл. А металлурги обычно имеют какое-то лобби или закладывают экологические штрафы в себестоимость. Поэтому это слишком общий вопрос, его надо дробить по отраслям. 

Возможно, что город будет сам себя обеспечивать всем необходимым, и промышленные производства будут не нужны?

Я так не думаю. Я думаю, что изменится состав цепочки производства продукции. Потому что сегодня у нас есть только крупный производитель, а сразу за ним — сверхмелкий: дилер по сравнению с производителем просто не заметен. Это недостаток, потому что у нас нет среднего производителя. Если в городе есть большое количество рециклинговых и мелких продакшн-центров, это возможно. Есть сегодня дешевые – можно купить металлообрабатывающие, пластикообрабатывающие производства, принтерные технологии. Они будут ориентированы на картриджах, произведенных на гигантских приятиях. То есть всё равно остаётся крупное производство. Но это уже другая тема – будущее производства вещей.

 


 

[i] zero discharge отсутствие сброса (напр. сточных вод). zero waste water discharge  бессточный технологический процесс,  полное прекращение сброса сточных вод 

Статью вы можете скачать отдельным файлом.

Файлы для загрузки:
Water_foresight.pdf (*.pdf) (2.42 Мб)

Форма для отправки комментариев

Вход

После добавления Вашего комментария будет произведена регистрация на сайте. Вам на e-mail будет отправлено письмо с паролем.