Повторным использованием сточных вод называют процесс преобразования сточных вод в воду, которая может быть повторно использована для других целей. Таковые могут включать в себя орошение садов и сельскохозяйственных угодий или пополнение поверхностных и подземных вод. Повторно используемую воду можно направить на удовлетворение определенных потребностей в жилых помещениях (например, смывание воды в туалетах), на предприятиях и в промышленности, и даже может быть обработана с достижением стандартов питьевой воды. Последний вариант называется либо «прямым повторным использованием питьевой воды», либо «косвенным повторным использованием питьевой воды», в зависимости от используемого подхода.
Восстановление воды для повторного использования служит экономии, поскольку многие местности и регионы испытывают недостаток пресной воды. Когда использованная вода в итоге сбрасывается обратно в природные водные источники, она все еще может приносить пользу, увеличивая речной сток, питая растительность и пополняя водоносные горизонты в ходе водного цикла.
Повторное использование сточных вод — устоявшаяся практика, используемая для орошения, особенно в засушливых странах. Это уменьшает дефицит и снижает нагрузку, оказываемую деятельностью человека на природные водоемы. Потенциально положительным аспектом является в ряде случаев содержание питательных веществ в сточных водах, что может снизить потребность в других удобрениях.
Возможной опасностью является наличие в стоках вредных компонентов, таких как бактерии, тяжелые металлы или органические загрязнители (включая фармацевтические препараты, средства личной гигиены и пестициды). Орошение сточными водами может оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на почву и растения, в зависимости от состава сточных вод и особенностей почвы или растений.
Цели Управления санитарией сточных вода требует уделения внимания, но окупается положительными моментами, связанными с сокращением затрат на утилизацию продуктов человеческой жизнедеятельности. Достижения в области технологии очистки сточных вод позволяют повторно использовать воду для разных целей. Вода обрабатывается по-разному в зависимости от источника и использования воды, а также от того, как она доставляется.
Многократно циркулируя по планетарной гидросфере, вся вода на Земле является оборотной водой, но термины «оборотная вода» или «рекультивированная вода» обычно означают сточные воды, отправляемые из дома или предприятия через канализационную систему на очистные сооружения, где они очищаются до уровня, соответствующего их целевому назначению.
Всемирная организация здравоохранения признала следующие основные движущие силы повторного использования сточных вод:
увеличение дефицита воды и давления на экосистему; увеличение численности населения и связанные с этим проблемы продовольственной безопасности; увеличение загрязнения окружающей среды из-за неправильного слива сточных вод; растущее признание ресурсной ценности сточных вод, экскрементов и серой воды. Повторное использование воды приобретают все большее значение не только в засушливых регионах, но и в городах и загрязненной окружающей среде.
Уже сейчас подземные водоносные горизонты, которые используются более чем половиной населения мира, находятся в состоянии перерасхода. Повторное использование будет продолжать увеличиваться по мере того, как население мира становится все более урбанизированным и концентрируется вблизи береговых линий, где местные запасы пресной воды ограничены или доступны только при больших капитальных затратах. Много пресной воды может быть сэкономлено за счет повторного использования и переработки сточных вод, снижения загрязнения окружающей среды. В документах ООН ставится задача «Сокращение вдвое доли неочищенных сточных вод и существенное увеличение рециркуляции и безопасного повторного использования во всем мире к 2030 году».
Выгоды Повторное использование воды/сточных вод в качестве альтернативного источника воды может обеспечить значительные экономические, социальные и экологические выгоды для реализации таких программ. В сельском хозяйстве орошение сточными водами может способствовать повышению урожайности продукции, сокращению экологического следа и повышению социально-экономических выгод. Преимущества включают в себя:
Повышение доступности воды; Замена питьевой воды — оставить питьевую воду для питья и мелиорированную воду для непитьевого использования (например, промышленность, очистка, орошение, бытовое использование, промывка унитазов и т. д.); Снижение избыточного забора поверхностных и подземных вод; Снижение энергопотребления, связанного с добычей, очисткой и распределением воды, по сравнению с использованием глубоководных ресурсов подземных вод, импортом воды или опреснением; Снижение биогенной нагрузки на принимающие воды (например, реки, каналы и другие поверхностные водные ресурсы); Снижение производственных затрат при использовании высококачественной мелиорированной воды; Увеличение сельскохозяйственного производства (то есть урожайности сельскохозяйственных культур) Снижение внесения удобрений (то есть сохранение питательных веществ, снижение потребности в искусственных удобрениях (например, питание почвы питательными веществами, существующими в очищенных сточных водах)); Улучшение охраны окружающей среды путем восстановления ручьев, водно-болотных угодий и прудов.
Конструктивные соображения
Распределение Непитьевая мелиорированная вода часто распределяется с помощью двойной трубопроводной сети, которая полностью отделяет мелиорированные водопроводные трубы от труб питьевой воды.
Во многих городах, использующих мелиорированную воду, она сейчас пользуется таким спросом, что потребителям разрешается пользоваться ею только в назначенные дни. Некоторые города, которые ранее предлагали неограниченное количество мелиорированной воды по фиксированной ставке, теперь начинают взимать плату с граждан по количеству, которое они используют.
Процессы обработки Для многих видов повторного использования сточные воды должны пройти через многочисленные этапы процесса очистки сточных вод, прежде чем их можно будет использовать. Этапы могут включать в себя скрининг, первичное осаждение, биологическую очистку, третичную очистку (например, обратный осмос) и дезинфекцию. Можно получать азот из сточных вод и производить аммиачную селитру. Это приносит доход и производит полезные удобрения для фермеров. Существует несколько технологий, используемых для очистки сточных вод для повторного использования. Сочетание этих технологий может соответствовать строгим стандартам очистки и гарантировать, что обработанная вода гигиенически безопасна, то есть свободна от бактерий и вирусов. Ниже приведены некоторые из типичных технологий: озонирование, ультрафильтрация, аэробная обработка (мембранный биореактор), прямой осмос, обратный осмос, расширенное окисление.
Сточные воды, как правило, обрабатываются только на вторичном уровне очистки, когда они используются для орошения. Сочетание этих технологий может соответствовать строгим стандартам очистки и гарантировать, что обработанная вода гигиенически безопасна, то есть свободна от бактерий и вирусов. Ниже приведены некоторые из типичных технологий: озонирование, ультрафильтрация, аэробная обработка (мембранный биореактор), прямой осмос, обратный осмос, расширенное окисление.
Насосная станция распределяет мелиорированную воду среди потребителей по всему городу. Это может включать в себя поля для гольфа, сельскохозяйственное использование, градирни или заливку земли.
Альтернативные варианты Вместо того чтобы обрабатывать сточные воды для повторного использования, другие варианты могут достичь аналогичного эффекта экономии пресной воды:
Системы повторного использования серой воды — на бытовом уровне очищенная или неочищенная серая вода может использоваться для смыва туалетов или для полива сада.
Системы городского проектирования, которые включают сбор дождевой воды и сокращение стока, известны как Water-sensitive urban design (WSUD) в Австралии, Low-impact development (LID) в США и Sustainable drainage system (SUDS) в Великобритании.
Опреснение морской воды — энергоемкий процесс, при котором соль и другие минералы удаляются из морской воды для получения питьевой воды для питья и орошения, как правило, путем мембранной фильтрации (обратного осмоса) и паровой дистилляции.
Расходы Стоимость мелиорированной воды превышает стоимость питьевой воды во многих регионах мира, где пресная вода имеется в изобилии. Однако мелиорированная вода обычно продается гражданам по более низкой цене, чтобы стимулировать ее использование. По мере того как запасы пресной воды становятся ограниченными из-за издержек распределения, возросшего спроса населения или сокращения источников изменения климата, соотношение затрат также будет меняться. При оценке мелиорированной воды необходимо учитывать всю систему водоснабжения, так как это может привнести важную ценность гибкости в общую систему.
Системы мелиорированной воды обычно требуют двойной трубопроводной сети, часто с дополнительными резервуарами для хранения, что увеличивает стоимость системы.
Барьеры на пути реализации Полномасштабное внедрение и функционирование схем повторного использования воды по-прежнему сталкивается с нормативными, экономическими, социальными и институциональными проблемами.
Экономическая целесообразность схем повторного использования воды. Затраты на мониторинг качества воды и выявление загрязняющих веществ. Трудности в идентификации загрязняющих веществ могут включать разделение неорганических и органических загрязнителей, микроорганизмов, коллоидов и других. Полное возмещение затрат от схем повторного использования воды — отсутствие финансовых систем ценообразования на воду, сопоставимых с уже субсидируемыми обычными очистными сооружениями. Психологические барьеры, иногда называемые «фактором гадости», также могут быть препятствием для реализации, особенно для прямых планов повторного использования питьевой воды. Эти психологические факторы, по-видимому, тесно связаны с отвращением, особенно с избеганием патогенов.
Аспекты здравоохранения Мелиорированная вода считается безопасной при надлежащем использовании. Мелиорированная вода, планируемая для использования в подпитке водоносных горизонтов или пополнении поверхностных вод, получает адекватную и надежную очистку перед смешиванием с природной водой и проходит естественные восстановительные процессы. Часть этой воды со временем становится частью питьевого водоснабжения.
В исследовании качества воды, опубликованном в 2009 году, сравнивались различия в качестве мелиорированной/оборотной воды, поверхностных и подземных вод. Результаты показывают, что мелиорированные воды, поверхностные воды и подземные воды более похожи, чем различны в отношении составляющих. Исследователи протестировали 244 репрезентативных компонента, обычно встречающихся в воде. При обнаружении большинство компонентов находились в диапазоне частей на миллиард и частей на триллион. ДИТ (средство от насекомых) и кофеин были обнаружены во всех типах воды и практически во всех образцах. Триклозан (в антибактериальном мыле и зубной пасте) был обнаружен во всех типах воды, но обнаружен в более высоких концентрациях (частей на триллион) в мелиорированной воде, чем в поверхностных или подземных водах. Очень мало гормонов/стероидов было обнаружено в образцах, и когда они были обнаружены, их уровень был очень низким. Галоуксусные кислоты (побочный продукт дезинфекции) были обнаружены во всех типах проб, даже в подземных водах. Самое большое различие между мелиорированной водой и другими водами, по-видимому, заключается в том, что мелиорированная вода была обеззаражена и, следовательно, имеет побочные продукты обеззараживания (из-за использования хлора).