Статья: Устойчивое водопользование в Арктике. Новые подходы и решения

Таблица 1. Динамика инвестиций в основной капитал организаций Мурманской области, направленных на охрану окружающей среды и некоторых показателей состояния и охраны окружающей среды

Источник: данные Федеральной службы государственной статистики, Комитета природных ресурсов по Мурманской области (за 1980 и 1990 гг.), отдела водных ресурсов по Мурманской области Двинско-Печорского бассейнового водного управления Федерального агентства водных ресурсов (2000 г. и далее).

Таблица 2. Забор, использование и сброс воды по некоторым водным объектам Севера в 2015 г., млн м³ [5]

Вода -- не только необходимый компонент существования любых биологических систем, но и важнейшее условие экономического роста, поскольку участвует в создании большинства продуктов, производимых обществом. При этом большая часть ис- пользуемой воды возвращается в окружающую среду в виде сточных вод (см. табл. 2). Согласно [22] по мере увеличения общего спроса на водные ресурсы количество производимых сточных вод и их общее загрязнение непрерывно растут по всему миру. В большинстве случаев сточные воды рассматриваются как ненужный, побочный продукт, от которого необходимо избавиться с минимальными затратами. Как правило, сточные воды в основном сбрасываются непосредственно в окружающую среду без соответствующей обработки или недостаточно очищенными. Результаты, включая деградацию водных экосистем, токсическое воздействие и заболевания, передающиеся через воду, имеют долгосрочные социальные и экономические последствия.

Таблица 3. Сброс основных загрязняющих веществ со сточными водами в водные объекты Российской Федерации [5]

Признание проблемы нехватки воды, роста спроса на воду, а также загрязнения водной среды определило в последнее десятилетие глобальный интерес к технологиям восстановления и утилизации сточных вод. Повторное использование сточных вод не только минимизирует объем и экологический риск их сброса, но и уменьшает давление на экосистемы, возникающее в результате изъятия пресной воды [23]. Однако на современном этапе процессы очистки сточных вод обычно энергоемки и требуют высоких инвестиционных и эксплуатационных затрат, а во время обработки значительные объемы парниковых газов и других летучих веществ выбрасываются в атмосферу, в больших количествах образуются осадки, требующие дальнейшего удаления и утилизации. Кроме того, многие ценные ресурсы, такие как соединения фосфора, азота, металлы, содержащиеся в сточных водах, не извлекаются и попадают в окружающую среду. Все это существенно снижает устойчивость и экономическую эффективность процесса [24].

Избыточное поступление в водоемы биогенных элементов (азота, фосфора и др.) в составе сточных вод приводит к проблемам эвтрофикации («цветение» вод, снижение их качества, ухудшение органолептических показателей, накопление цианотоксинов, снижение уровня растворенного кислорода и др.), вызывающим массовую гибель рыб и других гидробионтов, возрастание потенциальных угроз здоровью населения, деградацию экосистемных услуг. При этом сточные воды являются одним из важнейших источников компонентов и веществ циклического использования (табл. 3).

Повторное использование сточных вод и извлечение из них продуктов могут быть намного выгоднее, чем обращение к другим существующим источникам воды: поверхностным водам, подземным водам или опреснению [25--27]. Существующие системы водо- оборота на предприятиях АЗРФ не решают основных задач использования накапливающихся отходов и предотвращения загрязнения окружающей среды, поскольку существующие экономические модели не ставят таких задач. Образующаяся твердая фаза отходов складируется в хвостохранилищах и отстойниках, является источником загрязнения атмосферного воздуха, а растворимая фаза напрямую попадает в природные водоемы. Направляемые в производственный процесс оборотные воды требуют дополнительной обработки и разбавления чистыми водами. В целом это высокозатратный процесс.

Мировая практика показывает, что в условиях постоянно растущего спроса сточные воды все чаще становятся альтернативным устойчивым и экономически выгодным источником сырья, энергии, новых материалов, питательных и биологически активных веществ, новых типов удобрений и других полезных продуктов. Выгода от извлечения таких ресурсов из сточных вод и их повторного использования определяется не только улучшением состояния окружающей среды (и в конечном счете здоровья человека), но и возможностью решения задач продовольственной и энергетической безопасности, снижения негативных воздействий на климатические системы [15; 28]. Так, при производстве биотоплива, поскольку этот процесс является углеродотрицательным, рентабельность очистки сточных вод увеличивается посредством углеродных кредитов и программ торговли квотами выбросов (рис. 3). В контексте циркулярной экономики с циклическим использованием продукта, когда экономическое развитие сбалансировано с охраной природных ресурсов и экологической устойчивостью, сточные воды представляют собой широкодоступный и ценный ресурс [22]. В настоящее время в области оборота сточных вод вместо понятий «избавиться» и «очистка» все больше доминирует «использование» как необходимый элемент циркулярных экономических моделей, решающих противоречия между производственным процессом, окружающей средой и экономикой [29].

Рис. 3. Цикл углерода при синтезе биодизеля микроводорослями и его использовании

Fig. 3. The carbon cycle in the processes of biodiesel synthesis by microalgae and its use

Сточные воды больше не считаются отходами, потенциально наносящими ущерб окружающей среде, а скорее дополнительным ресурсом, который можно использовать для обеспечения устойчивости водопользования. Согласно оценкам глобальный рынок технологий «Zero liquid discharge» достигнет ежегодных инвестиций в размере не менее 100-- 200 млн долл., которые быстро распространяются из развитых стран Северной Америки и Европы в страны с развивающейся экономикой, такие как Китай и Индия [23]. Извлечение и повторное использование ресурсов из сточных вод прежде всего распространяются на сточные воды «биологического» происхождения (коммунальные стоки, сельское хозяйство, аквакультура, пищевая промышленность и т. д.), позволяющие использовать природоподобные технологии извлечения ценных компонентов [30].

Большим препятствием для реализации принципов использования сточных вод в качестве источника сырья являются организационно-правовые аспекты. Часто в рамках парадигмы линейной экономики компании, сосредоточенные на эффективном распределении ресурсов на рынке и не учитывающие ограниченный и исчерпывающий характер природных ресурсов, достаточно узкоспециализированы и не заинтересованы в производстве непрофильных товаров путем переработки собственных отходов, предпочитая их складировать или сбрасывать в окружающую среду. Переход к принципам циркулярной экономики путем использования сточных вод потребует межотраслевого и междисциплинарного подхода, решения организационноправовых вопросов собственности, ответственности и т. д. Проблема рентабельности ресурсов минерально-сырьевой базы Арктики, усиленная повышенными требованиями к соблюдению экологичности производства, обуславливает необходимость существенных функциональных изменений минерально-сырьевого комплекса. Он должен рассматриваться не только как основной источник экономической динамики арктических регионов и основа доходов местных бюджетов с одновременной фиксацией снижения ресурсного потенциала, но и как источник долгосрочных изменений, затрагивающих динамику и структуру всего регионального производства. В основе этих изменений -- ориентация на комплексное использование ресурсов и услуг биосферы. Устойчивое развитие требует сбалансированного и одновременного рассмотрения экономических, экологических, технологических, правовых и социальных аспектов этих процессов и их взаимодействия [31; 32]. Создание таких промышленных систем подразумевает так называемый промышленный симбиоз с целью достижения экономических и экологических выгод путем использования побочных продуктов при одновременном сокращении отходов или эффективной их переработке [4].

Низкотемпературные биотехнологии как основа устойчивого водопользования в Арктике

Считается, что наиболее перспективными в ближайшем будущем станут природоподобные биомиметические технологии, повторяющие принципы функционирования биологических систем различного уровня, способные перерабатывать низкоконцентрированное сырье с невысокими энерго- и ресурсозатратами, приносящие экономическую выгоду и успешно конкурирующие с традиционными подходами в экономике («Стратегия научно-технологического развития Российской Федерации», п. 22). Именно в экосистемах природой реализованы циклические принципы движения вещества и энергии, повторение которых в производственных процессах, потреблении и утилизации позволяет минимизировать негативные воздействия человека на окружающую его природу и получать прибыль. По оценкам Всемирного экономического форума, в основе четвертой технологической революции лежит слияние технологий, размывающее границы между физической, цифровой и биологической сферами. Она может радикально повысить глобальные уровни дохода и улучшить качество жизни населения во всем мире [33]. Причем скорость современных прорывов не имеет исторического прецедента, и биотехнологии, позволяющие использовать биологические организмы для получения потребительских материалов, -- ключевое звено этих процессов. Важнейшим фактором, определяющим бурный рост биотехнологий, является снижение затрат на секвенирование ДНК [34]. Наибольшую выгоду от этого получат те, кто имеет доступ к новым технологиям, делающим возможным создание новых продуктов и услуг, повышающим эффективность и уровень жизни [35]. Все чаще появляются биотехнологии, которые являются альтернативой существующим технологическим процессам. Однако сегодня развитие биотехнологий в России явно недостаточно. Как отмечается в [36], доля России на рынке биотехнологий составляет сегодня менее 0,1%, а по ряду сегментов (биоразлагаемые материалы, биотопливо) практически равна нулю. Эта проблема особенно актуальна для АЗРФ, хотя именно здесь имеются огромные потребности и возможности.

Большое внимание в мире уделяется развитию биоэнергетики, сочетающей улавливание/консер- вацию углерода в возобновляемой биомассе и получение возобновляемой энергии, результирующие в отрицательные выбросы углекислого газа. Эта концепция основана на использовании солнечной энергии для преобразования CO₂ в нужные биохимические соединения или биотопливо, интеграции фотосинтезирующих культур в производственные циклы с целью использования полученной биомассы в перерабатывающих отраслях или энергоустановках [37]. Получаемые эфиры жирных кислот являются альтернативным биодизелем и могут быть непосредственно получены из атмосферного углекислого газа без дополнительных стадий [38; 39].