Климатические изменения, и загрязнения воды, земли и воздуха происходят значительно более стремительными темпами, чем реализация природоохранных и энергосберегающих проектов, а также принятие соответствующих решений, даже наиболее развитыми государствами. А значит, инициативы и проекты, реализуемые сегодня организациями и частными компаниями в сфере повышения экологической ответственности и охраны окружающей среды – это то, что может стать едва ли не главной движущей силой в построении экологически безопасной экономики и внедрении «зеленого» стиля жизни в государствах, где на первых местах пока другие приоритеты.
Очистка сточных вод является одной из актуальных проблем современного этапа развития человечества. В общей проблеме очистки наиболее остро стоит вопрос утилизации осадков, образующихся на различных стадиях работы очистных сооружений. Канализационные осадки обладают неблагоприятными в санитарно-эпидемиологическом и токсикологическом отношении свойствами, и являются одними из наиболее значимых источников загрязнения окружающей среды. Характеристика осадков и методы их обработки, а также применяемые для этого сооружения рассмотрены в [1].
В связи с ужесточением экологических требований к утилизации осадков и ростом цен на энергоносители все более актуальной задачей является совершенствование существующих и поиск новых энергосберегающих решений, направленных на снижение потребления ресурсов и минимизацию негативного воздействия на окружающую среду. Для того что бы разрабатывать для Вас действительно удачные решения в компании «ЭКОТОН» действует проектно-технологический центр, располагающий всеми необходимыми ресурсами для оперативного и качественного выполнения работ по выбору технологической схемы и проектированию. Наличие в компании собственных заводов на территории России и Украины, на которых производится широкий ассортимент обезвоживающего и другого оборудования, а также сотрудничество с ведущими европейскими компаниями в данной отрасли, позволяет осуществлять полный комплекс работ от выбора технологии до запуска современных энергоэффективных очистных сооружений.
Повышение энергоэффективности очистных сооружений
Не смотря на достаточно большое количество различных методов утилизации осадков, и наличия научно-технических достижений в этой области уровень их использования в России составляет лишь 1-1,5% [2]. Комплексный анализ возможных путей повышения энергоэффективности городских очистных сооружений канализации с использованием возобновляемых энергоресурсов сточных вод проведен в работе [3]. Автором было показано, что энергопотребление очистных сооружений может различаться в 6 раз в зависимости от применяемых технологических решений, а общий энергетический баланс очистных сооружений может быть как отрицательным, так и положительным.
Так например, при расходе сточных вод 100 000 м3/сутки расчет экономической эффективности, проведенный в работе [3], показал, что энергетический баланс сооружений очистки городских сточных вод лежит в пределах от чистого потребления — 4 МВтч электрической энергии до производства + 8 МВтч энергии в зависимости от выбранных технологических решений.
Анаэробная стабилизация осадков с выработкой биогаза
С экономической точки зрения одной из наиболее перспективных технологий обработки органического сухого вещества на очистных сооружениях является технология анаэробного сбраживания. Речь идет о микробиологической технологии обработки осадков в биогазовых установках, основой которых является герметизированный реактор-смеситель (метантенк), предназначенный для стабилизации осадков и генерации биогаза. Интенсивное развитие данной технологии в странах ЕС, США и др. обусловлено гарантированным достижением положительного энергетического баланса за счет утилизации биогаза, полученного в процессе анаэробной стабилизации осадков [4].
В России данная технология внедрена и эффективно используется на канализационных очистных сооружениях МГУП «Мосводоканала» [5], где выработка биогаза достигает 250 000 м3/сутки. Биогаз на Курьяновских очистных сооружениях используется в качестве топлива для теплоэлектростанции когенерационного типа – комбинированная выработка электрической и тепловой энергии. Теплоэлектростанция и вспомогательные инженерные системы компактно размещены на площади 0,16 га, специально выделенной под эти цели на промышленной площадке. Здание теплоэлектростанции занимает площадку 20×70 м2. Выработка электрической энергии теплоэлектростанцией составляет свыше 10 МВтч, что обеспечивает 50-70% собственной потребности Курьяновской станции аэрации, тепловая энергия в количестве 8,6 Гкал обеспечивает 30-50% собственных нужд [5,6].
Несмотря на имеющиеся недостатки данной технологии: высокие капиталовложения и ухудшение влагоотдающих свойств осадка, она является рентабельной, и позволяет стабилизировать осадок для дальнейшей его обработки.
Термическая утилизация осадков сточных вод
Для значительного уменьшения количества органических отходов, а в ряде случаев единственно возможным и экономически целесообразным методом, является термическая обработка осадков [1].
Основным преимуществом термической сушки является сохранение органического вещества в высушенном осадке как ценного компонента удобрений. При сжигании осадков органические вещества превращаются в газообразные продукты сгорания, что приводит к значительному сокращению общего объема отходов процесса очистки сточных вод. Экологические требования к термической обработке органического сухого вещества осадков сточных вод описаны, в принятой 4 декабря 2000 года в Брюсселе, в директиве 2000/76/ЕС «О сжигании отходов».
Для сжигания осадков применяют главным образом печи с кипящим слоем, а также многоподовые и циклонные печи. При сжигании в печах осадки подают в псевдоожиженный слой инертного материала (песок с размером частиц 1-5 мм), нагретый до температуры, обеспечивающей воспламенение отходов.
Первый в России и Восточной Европе современный завод по сжиганию осадков с использованием печи «КС» был сдан в эксплуатацию на центральной станции аэрации г. Санкт-Петербурга в 1997 г. Производительность завода составляет 2,5-2,8 тонн/ч по сухому веществу. Технология предусматривает использование вторичных ресурсов, образующихся при сгорании осадка — золы.
Проблема переработки золы в экологически безопастные материалы является актуальной для Водоканала. Согласно принятой технологии первоначально зола в количестве 30 тонн/сут. применяется при производстве кирпича на НПО «Керамика»[2]. Однако, сейчас по различным причинам, зола складируется на полигоне для обезвоживания осадка и вопрос утилизации образующейся при сжигании золы остается до конца нерешенным.
Одной из важнейших задач, которая стоит перед технологами в области обращения отходов является обеспечение протекания процесса сжигания осадков в печах без использования дополнительных ископаемых видов топлива т.е. в автотермическом режиме. Это позволяет улучшить экономические и энергоэффективные показатели проекта по обработке осадков на очистных сооружениях.
Выбор оптимальной технологии обработки и утилизации осадков
Ведущие российские Водоканалы следуют различными из вышеописанных путей. В Санкт-Петербурге успешно реализовано сжигание почти всех образующихся сырых осадков. По такому же пути движется водоканал Ростова-на-Дону [7]. На Курьяновских и Люберецких очистных сооружениях МГУП «Мосводоканала» планируется сочетание метанового сбраживания и последующего сжигания осадка[8].
Экономическая эффективность изложенных методов требует расчетного обоснования для местных условий, прежде всего соотношения стоимостей электрической и тепловой энергии, а также потребляемых ископаемых топливных ресурсов.
Практическая реализация приведенных выше технологий требует серьезных капиталовложений, между тем правильно выбранное технологическое решение и продуманная программа реализации проекта позволит существенно повысить энергоэффективность предприятия и вывести его на необходимый уровень рентабельности. Первым шагом к получению инвестиций является проведение на предприятии обследования. Данная работа необходима для разработки технического решения, учитывающего все особенности предприятия. Проведение инжинирингового обследования на предприятии позволит дать экономическую и экологическую оценку проекта и будет основой инвестиционного бизнес-плана, направленного на привлечение финансовых средств.
Перспективы внедрения технологии утилизации осадков сточных вод на очистных станциях
На прошедшем в южноамериканском Дурбане 12 декабря 2011г. Климатическом саммите было принято «дорожную карту» для разработки нового глобального договора о защите климата, который впервые будет юридически обязывающим для всех государств. Новый глобальный договор будет разработан к 2015 году, и после его ратификации вступит в силу в момент окончания Киотского протокола. Киотский протокол было решено продлить до 2020 года. Это позволит дать зеленый свет природоохранным и энергосберегающим проектам в странах, которые развиваются. К таким проектам относится и утилизация осадков сточных вод биологических очистных сооружений. Реализация такого проекта позволит значительно снизить вредные выбросы в атмосферу парниковых газов на очистных сооружениях, обеспечить предприятие дешевой и качественной электрической и тепловой энергией. Такие проекты входят в национальные энергетические программы большинства индустриально развитых стран и стран, которые развиваются.
В России, которая сейчас выходит на уровень развитых стран Европы, назрела необходимость комплексных изменений базовых законодательных принципов технического регулирования в частности переработка СНиП: исключение единых безальтернативных расчетных систем. В работе [10] приводятся основные изменения в СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения», в частности касательно анаэробной и термической обработки осадков предложен ряд допускаемых новых технологических процессов, дополнений и рекомендаций, которые позволяют оптимизировать работу очистных сооружений и сделать ее более энергоэффективной.
Выводы
Внедрение на очистных станциях современных энергоэффективных технологий утилизации осадков – анаэробной и термической, позволит:
- стабилизировать и минимизировать количество отходов — снизить экологическую нагрузку на окружающую среду;
- ввести осадки в энергетический баланс предприятия;
- достичь положительного энергетического эффекта — и стать, таким образом, энергетически независимым предприятием.
Список литературы
- Яковлев С.В., Карелин Я.А., Жуков А.И., Колобанов С.К. Канализация // М.: Стройиздат, 1976. – 632.
- Лотош, В.Е. Утилизация канализационных стоков и осадков // Науч.- итехн. аспекты охраны окружающей среды: Обзор, информ / ВИНИТИ. 2002. №6.
- Данилович Д.А. Энергосбережение и альтернативная энергетика на очистных сооружениях канализации // Водоснабжение и сан. Техника. 2011. №1 .
- Абрамович І.О., Марченко Ю.Г., Абрамович С.І., Тітов А.І., Бондар І.Л. // Сучасні методи отримання і утилізації біогазу з виробленням електричної енергії // Научно-технический сборник. Коммунальное хозяйство городов – Харьков: 2007. Вып. 74
- Храменков С.В., Пахомов А.Н., Хренов К.Е., Стрельцов С.А., Хамидов М.Г., Белов Н.А. Утилизация биогаза и создание автономных источников энергоснабжения на очистных сооружениях // Водоснабжение и сан. Техника. 2010. №10 .
- Скляров Е. Энергетическая стратегия мегаполиса/ Е.Скляров //Журнал «Энергополис». 2009. №9 (25)
- Пресс служба ОАО «ПО Водоканал». Инвестиционный проект «ЧИСТЫЙ ДОН» /Пресс служба ОАО «ПО Водоканал» /Вестник водоканала. 2009. № 6
- Храменков С. В.Энергоэффективные проекты водного хозяйства Москвы // Энергосбережение. 2010. №1.
- Березовская Ю. Колонка редактора // CleanTech. 2011. №9(4)
- Данилович Д.А. Основные изменения, предлагаемые для внесения в раздел «Очистные сооружения» актуализированной версии СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения» / / Водоснабжение и сан. Техника. 2011. №3 .