реконструкция очистных сооружений МУП Лиса

Каждый год в России образуется порядка 2 млн. тонн осадков по сухому весу (при исходной влажности 98% их масса составляет порядка 100 млн. тонн). Основная масса осадков складируется на иловых площадках, очистка которых на большинстве очистных сооружений не осуществлялась последние 15 – 20 лет.

Ухудшение экологической обстановки и проблемы, связанные с выделением все новых территорий под иловые карты, ведут к необходимости поиска безопасных и экономически оправданных технологий утилизации осадков.

Среди возможных методов обработки обезвоженных осадков основными являются термические методы (термическая сушка, сжигание, пиролиз, термолиз и др.), биотермические (компостирование, вермикомпостирование и др.), использование в ландшафтном планировании территорий, строительной индустрии и прочие.

Метод утилизации осадков подбирается индивидуально для каждого предприятия с учетом состава осадков и местных условий (наличия территорий, экологической ситуации, заинтересованности предприятий региона в продуктах утилизации и др.)

Подобная работа проводилась на базе очистных сооружений «Липецкой станции аэрации» (МУП «ЛиСА») с привлечением специалистов проектно-технологического центра компании «ЭКОТОН».

По существующей технологической схеме обработки осадков ОСК г. Липецка предварительно аэробно стабилизированная и гравитационно уплотненная смесь сырого осадка из первичных отстойников и избыточный активный ил (ИАИ), подаются в цех механического обезвоживания. Обезвоженный на ленточных фильтр-прессах осадок автотранспортом вывозится на иловые площадки-накопители, расположенные в 30 км от ОСК г. Липецка.

На осадки получен экологический сертификат соответствия № СЕР (1808)-В-158/ОС-26 от 12.08.2011г. Согласно сертификату, обезвоженные осадки, подсушенные на площадках-накопителях, отнесены к 5 классу опасности, т.е. представляют собой практически неопасный отход. В экспертном заключении указано, что в соответствии с ГОСТ 17.4.3.07.2001 и СанПиН 2.1.7.573-96 осадки могут быть использованы в качестве местных органических удобрений в сельском хозяйстве, зеленом строительстве, лесоразведении, придорожном озеленении, при благоустройстве территорий, для биологической рекультивации нарушенных земель, рекультивации полигонов твердых бытовых отходов (ТБО) и полигонов промышленных отходов и т.п.

Между тем, согласно СанПиН 2.1.7.573 – 96(п.6.6), осадок может быть использован в качестве удобрения только после 3-х лет выдерживания на иловых площадках. Такой длительный период подготовки осадка к утилизации не решает проблему отведения площадей под иловые карты, а это влечет за собой значительные капитальные (строительство новых площадок-накопителей) и эксплуатационные (транспортировка) затраты.

Кроме того, нет никаких гарантий, что в дальнейшем этот осадок будет интересен потенциальным потребителям, готовым его приобретать. Захоронение же является очень дорогостоящим мероприятием, и требует проведения мониторинга загрязнений в почве и грунтовых водах.

Для решения проблем, связанных с накоплением осадка, руководство МУП «ЛиСА» принято решение рассчитать технико-экономическую целесообразность реализации технологии компостирования, основываясь на экспертном сертификационном заключении, а также рассмотреть альтернативные технологии утилизации обезвоженных осадков.

Для сравнения были выбраны наиболее распространенные технологии:

  • сжигание осадков;
  • компостирование;
  • анаэробное сбраживание;
  • термическая сушка;
  • сушка солнечной энергией.

В ходе рассмотрения возможности применения той или иной технологии с технологической точки зрения несостоятельными оказались следующие технологические направления:

  • анаэробное сбраживание. Соотношение сырого осадка к избыточному активному илу в смеси осадков, подаваемых на сбраживание, а также большой возраст активного ила, обуславливают низкий выход биогаза.

Из опыта зарубежных компаний, при сбраживании смеси сырого осадка и ИАИ, достаточный для экономического обоснования проекта выход биогаза достигается при соотношении сырого осадка к ИАИ (по сухому веществу) не менее 40%/60%. В Липецке же это соотношение составляет 15%/80%.

Еще одной причиной низкого выхода биогаза является большой возраст ила – в среднем 15 сут., что свидетельствует о частичной предварительной минерализации осадка в аэротенках.

  • термическая сушка. Необходимость внедрения дорогостоящей системы гранулирования и охлаждения высушенных осадков.

Высушенный осадок без последующей его грануляции будет поглощать и накапливать влагу из окружающей среды. Необходимость охлаждения обусловлена возможностью самовоспламенения высушенного осадка (по теплофизическим характеристикам высушенный осадок влажностью 30-40% близок к бурому углю и торфу) вследствие возникающих в процессе сушки и последующей транспортировки сил трения и статического напряжения.

Энергоемкость процесса высокотемпературной сушки – 2100-2500 кВт/ч, низкотемпературной сушки – 800-1000 кВт/ч.

  • сушка солнечной энергией. Необходимость отведения значительных территорий – до 50 000 м2 (осуществляется в своего рода теплицах).

С учетом требований МУП «ЛиСА» к срокам окупаемости проекта и сокращению территорий; местных условий; а также объемов и состава осадка, нуждающегося в утилизации, наиболее интересными являются технологии сжигания осадков и компостирование.

Также был проведен расчет капитальных и эксплуатационных затрат на реализацию каждой из рассмотренных технологий. Обобщенные данные приведены в Табл. 1:

Таблица 1. Сравнение капитальных и эксплуатационных затрат при реализации различных технологических решений по утилизации осадков.

ТехнологияКапитальные затраты, тыс.евроЭксплуатационные затраты, евро/м3 осадков
Сжигание осадков18 12545
Компостирование19507
Анаэробное сбраживание765525
Термическая сушка787520
Сушка солнечной энергией577510

Наименее затратным, согласно расчетам, является метод компостирования обезвоженных осадков.

Основным препятствием использования осадков в качестве удобрений и аргументом в пользу более радикальных и капиталоемких технологических решений его утилизации, таких как сжигание или захоронение, является присутствие в осадках тяжелых металлов. При этом содержание тяжелых металлов в осадках сточных вод г. Липецка находится в приделах норм, предъявляемых к осадкам при внесении их в почву и использовании в качестве удобрений.

Окупаемость технологии компостирования обеспечивается за счет продажи компоста, являющегося дешевой альтернативой другим органическим и минеральным удобрениям. Предварительное общение с предприятиями агросектора выявило реальную заинтересованность в образующемся продукте и его конкурентоспособность на этом рынке.

Кроме того в отличие от других технологий обработки обезвоженных осадков, при компостировании используется 100% осадка, и не образуется побочных продуктов, требующих дальнейшей утилизации. Так, например, при сжигании образуется зола, 98% которой относится к IV классу опасности, и может быть направлена на полигоны ТБО, а оставшиеся 2% относятся к III классу, и требуют обращения соответствующего токсичным отходам.

Дополнительным аргументом в пользу производства удобрений является состояние земельных ресурсов в регионе. В Липецкой области в составе почвенного покрова доминируют ценнейшие для сельского хозяйства черноземные и лугово-черноземные почвы, обладающие благоприятными агрофизическими, физико-химическими и агро-химическими свойствами. Почвы обладают высоким уровнем плодородия, и способны давать большие урожаи зерновых, сахарной свеклы и др. культур.

Часть территории области покрыта серыми лесными почвами, на которых наряду с полевыми культурами можно выращивать сады. Частично это территория занята лесами, выполняющими важную почвозащитную, водоохранную, рекреационную роль.

Такое сочетание почв позволяет развивать в области полеводство, садоводство и лесное хозяйство. В то же время, отмечается повсеместное сокращение пашни и ухудшение качества почв, вызванное дегумификацией, эрозией, засолением, подтоплением и другими негативными процессами, ухудшающими свойства почв. По данным Государственного центра агрохимической службы «Липецкий», каждые 3 – 4 года содержание гумуса в почвах области снижается на 0,1%. В значительной степени такая ситуация связана с сокращением объемов применения минеральных и органических удобрений: в почву вносится 0,8 – 1,0 т/га удобрений при норме – 6,3 т/га.

Таким образом, биотермическая утилизация осадка (компостирование) позволит решить сразу две проблемы: избавиться от практики накопления осадков, и оказать содействие в повышении плодородности почв за счет внесения компоста.

Для реализации технологии утилизации осадка путем компостирования в буртах, предложенной для МУП «ЛиСА», понадобится площадка-накопитель площадью 2 га, а также крытая площадка для хранения и дозревания компоста размером 115 х 45 м. Полный цикл занимает 10 недель, из которых 7 недель (50 суток) отводится на компостирование и 3 недели на дозревание. Предполагается, что комплекс по компостированию осадка будет работать в круглогодичном режиме.

Что бы создать необходимое для осуществления процесса компостирования соотношение углерода к азоту (20:1), в компостируемую смесь вносится наполнитель. Обычно в качестве наполнителя используют солому, опилки, торф или другие простые материалы.

Поскольку в Липецкой области имеется достаточное количество доступной соломы, она была выбрана в качестве наполнителя. К тому же солома наиболее эффективна как связывающий элемент в бурте, не позволяющий ему разваливаться. Повышение температуры, свойственное буртам с соломой, будет компенсироваться частичным внесением опилок в летний период.

За 50 суток, необходимых на процесс компостирования, на площадке будет накапливаться 10 000 м3 осадков. С учетом внесения соломы (приблизительно 30% от объема осадка) и резерва площади на осенне-зимний период, когда процесс компостирования идет в 1,3 – 1,5 раз дольше, под накопитель отводится 5 площадок размером 40 х 100 м, для чего можно использовать имеющиеся накопители. Полезная площадь каждой площадки составит 2 916 м2, соответственно общая полезная площадь – 14 580 м2.

Для поступления в компостируемую смесь кислорода воздуха, необходимого для планового протекания процесса, два раза в неделю понадобится осуществлять перемешивание бурта. Для взрыхления компостируемой смеси планируется использование механизированных ворошителей буртов.

После 7-недельного процесса компостирования готовый компост направляется на дозревание и складирование. Для организации площадки для дозревания и хранения компоста, размером 115 х 45 м, можно использовать часть иловых карт 1-й технологической линии. Для защиты компоста от дождевой влаги, над площадкой необходимо установить навес. Рядом с площадкой дозревания и складирования компоста под общим навесом будет организована зона хранения наполнителя, рассчитанная на размещение 15-ти суточного запаса соломы.

После 3-х недельного хранения и дозревания компост представляет собой высокоэффективное органическое удобрение, содержащее в своем составе удобрительные макро и микроэлементы. Выглядит готовый компост как твердый сыпучий продукт, не имеющий запаха.

Схема комплекса по компостированию осадков ОСК г. Липецк представлена на рис. 1.

Общая схема комплекса по компостированию осадков ОСК г. Липецк

Рис 1 . Общая схема комплекса по компостированию осадков ОСК г. Липецк

Почвенный путь утилизации осадков сточных вод наиболее перспективный вариант для России, Украины и других стран с существенной долей аграрного сектора в экономике. Интенсивное развитие земледелия на их территориях и недостаточное внесение в почву органического вещества приводят к излишней минерализации гумуса – основного носителя плодородия. Внедрение технологии компостирования осадков позволит устранить дефицит органических удобрений, ведущий к деградации почв, ограничит загрязнение окружающей среды, обеспечит безотходность производства и повысит рентабельность очистных сооружений за счет востребованности их продукции.

Описанный метод может успешно внедрятся на очистных сооружениях небольших населенных пунктов, удаленных от промышленных центров, каких в России и в Украине большинство. В частности для Черноморского региона, на который возлагают большие надежды мировые эксперты аграрного сектора, это реальный шаг по пути повышения эффективности сельского хозяйства и обеспечения безопасности продукции.

Осадки сточных вод, образующиеся на очистных сооружениях малых и средних населенных пунктов, по составу и характеру загрязнений значительно отличаются от осадков крупных промышленных городов. Химический состав таких осадков представлен в основном органическим веществом, и содержит в значительном количестве азот, фосфор и калий. По концентрации этих элементов осадки сточных вод не уступают традиционным органическим удобрениям, а иногда превосходят их.

На сегодняшний день выделенные осадки сточных вод без соответствующей обработки складируются в непосредственной близости от сельскохозяйственных угодий или в пойме водоёмов, что создаёт предпосылки для их несанкционированного использования в качестве удобрений, и может привести к заражению и отчуждению пахотных почв. Внедрение технологии компостирования осадков с последующим использованием их в качестве органических удобрений повысит плодородность почв, и решит проблему выделения новых площадей под размещение осадков без негативных последствий для человека и окружающей его природной среды.

Стоит заметить, что ни один из существующих сегодня методов утилизации осадков не является универсальным. Осадки сточных вод индивидуальны по своему химическому составу, и имеют различные технологические свойства. Возможность их переработки в компост для внесения в почву в качестве удобрений определяется отдельно для каждого предприятия. При этом основным лимитирующим показателем является содержание в них тяжелых металлов.