bbk 000000

УДК 628.336.42

Рублевская О. Н., Краснопеев А. Л.

Опыт внедрения современных технологий и методов обработки осадка сточных вод

Аннотация

Для решения экологических проблем утилизации осадка, образующегося при очистке сточных вод, необходимы новые современные технологии. В Санкт-Петербурге до внедрения технологии сжигания весь осадок, предварительно обезвоженный на центрифугах, складировался на специальных полигонах. В течение последних четырех лет весь объем осадка городских канализационных очистных сооружений сжигается. Однако осадок, накопленный на полигонах за предыдущие годы, продолжает оказывать негативное влияние на окружающую среду. Для ликвидации этого воздействия принято решение о переработке складированного на полигонах осадка. С этой целью была выбрана передовая технология геотубирования осадка. С лета 2009 г. началось промышленное применение этой технологии на полигоне «Северный».

Ключевые слова

реагент , осадок сточных вод , флокулянт , полигон складирования осадка , геотуба , утилизация тепла

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Функционирование городских канализационных очистных сооружений не ограничивается очисткой сточных вод. Важной частью их работы является обработка и утилизация образующихся осадков. Несмотря на то что используемые во всем мире технологические процессы очистки сточных вод и обработки осадков схожи, проблема утилизации осадков индивидуальна для каждого крупного города. В мегаполисах с многомиллионным населением, таких, как Санкт-Петербург, ежедневный объем стоков, поступающих в городскую канализацию, исчисляется миллионами кубических метров. В процессе очистки сточных вод ежесуточно образуется около 1500 м³ осадков, состоящих из смеси осадка первичных отстойников и избыточного активного ила.

До начала 1990-х годов основные усилия специалистов были направлены на совершенствование технологии и оборудования по обезвоживанию осадка с целью уменьшения его объема. Для этого оптимизировались режимы работы первичных отстойников и илоуплотнителей, в цехах обезвоживания вводились в эксплуатацию новые виды оборудования. Испытывались и внедрялись более эффективные флокулянты. Все это позволило увеличить содержание сухих веществ складируемого осадка с 22–23 до 25–28%, что привело к снижению его объема.

К началу 1990-х годов один из трех полигонов ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» – «Волхонка-1» был полностью заполнен, а полигоны «Волхонка-2» (площадью 37 га) и «Северный» (83 га) были заполнены примерно на 70 и 50% соответственно. Таким образом, при сохранении темпов заполнения полигонов складирования осадка, а также с учетом строительства и запуска в эксплуатацию новых Юго-Западных очистных сооружений и выхода на проектную производительность Северной станции аэрации свободные площади полигонов могли быть заполнены уже к началу 2000-х годов.

Дальнейшее строительство полигонов было признано нецелесообразным по следующим причинам:

• экологические проблемы, связанные с эксплуатацией полигонов как потенциальных источников загрязнения атмосферы и подземных вод;
• большие затраты на строительство новых и рекультивацию старых полигонов;
• необходимость выделения значительных земельных площадей для строительства полигонов.

Оптимальным решением проблемы утилизации осадка, образующегося на городских канализационных очистных сооружениях, стало его сжигание после предварительного обезвоживания. В начале 1990-х годов специалисты Водоканала изучили мировой опыт, а также рынок технологий и оборудования для сжигания осадка. В результате было решено использовать технологию сжигания осадков в печах с «кипящим» слоем компании OTV SA (Франция). По этой технологии процесс горения может происходить автотермично, т. е. за счет теплотворной способности самого осадка. Главным преимуществом печей сжигания является отсутствие движущихся механических деталей в зоне высоких температур, что значительно увеличивает ресурс работы оборудования. С другой стороны, высокая термическая инертность слоя песка сглаживает постоянные колебания теплотворной способности осадка. Перечисленные преимущества позволили обеспечить высокую стабильность полностью автоматизированного технологического процесса.

Завод сжигания осадка на Центральной станции аэрации, введенный в эксплуатацию в 1997 г., является примером успешного решения сложных экологических проблем утилизации осадка на базе современной технологии. На основании положительного опыта эксплуатации этого завода в 2007 г. ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» были введены в эксплуатацию заводы на двух крупнейших объектах – Северной станции аэрации и Юго-Западных очистных сооружениях, где сжигается не только собственный осадок, но и осадок небольших канализационных очистных сооружений (рис. 1).

На всех заводах сжигания осадка очищенные газы полностью отвечают требованиям Директивы Европейской комиссии от 4 декабря 2000 г. № 2000/76/EC, регламентирующей условия сжигания и нормативы выбросов в атмосферу загрязняющих веществ от установок сжигания отходов. Наряду с этим, выполняются более жесткие требования российского санитарного и природоохранного законодательства – достижение концентрации загрязняющих веществ в приземном слое атмосферного воздуха на границе и за пределами санитарно-защитных зон очистных сооружений на уровне менее ПДК.

В проекты двух новых заводов были внесены технические модификации, которые позволили реализовать наиболее эффективные и рациональные решения как по сжиганию осадка, так и по использованию побочных энергоресурсов с учетом особенностей технологий очистных сооружений Северной станции аэрации и Юго-Западных очистных сооружений. Принципиальное отличие новых заводов от завода на Центральной станции аэрации заключается в том, что тепло от сжигания осадка идет не только на отопление здания и производственные нужды, но также используется для выработки электроэнергии благодаря наличию закрытого контура пара, турбины и генератора.

Таким образом, в настоящее время Санкт-Петербург является единственным мегаполисом, в котором обезвоженный осадок канализационных очистных сооружений не складируется, а сжигается и вывозится в виде золы на полигоны. Внедрение технологии сжигания осадков является шагом на пути решения задачи по снижению негативного воздействия на окружающую среду.

В процессе транспортировки сточных вод по канализационным сетям и последующей их очистки на канализационных очистных сооружениях образуются различные отходы. В основном это осадок от очистки канализационных сетей и колодцев, отбросы с решеток, песок из песколовок, зола от сжигания кека.

В настоящее время в Санкт-Петербурге эксплуатируются два крупных полигона общей площадью 118,7 га – «Северный» и «Волхонка-2». За годы эксплуатации на полигонах складировано 4,9 млн. м³ осадка, и емкости сооружений заполнены до критических отметок.

В связи с тем, что полигоны являются источником запаха и потенциальным источником загрязнения атмосферы и грунтовых вод, поиск решения данной проблемы является одним из приоритетных направлений работы ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга».

Складированный на полигонах осадок представляет собой неоднородную массу, содержащую крупные включения. Концентрация сухого вещества в осадке составляет примерно 23–25%, минеральная часть – примерно 33–35%. Очевидно, что такой осадок не может использоваться в первоначальном состоянии, поэтому должен подвергаться предварительной обработке. Способы обработки осадка были предложены различными фирмами – «Умвельттехник ГМбХ», «Наус ГМбХ ЕкоКГ», «Хансареба», «Ашленд Евразия» и ООО «Литос». После проведения технико-экономического сравнения предложенных технологий был выбран метод статического обезвоживания складированного осадка в геотубах (рис. 2).

Основные преимущества данной технологии:

• отсутствие необходимости механического обезвоживания;
• свойства материала ткани позволяют быстро пропускать воду и задерживать твердые частицы;
• в ходе эксплуатации не требуются затраты на запчасти и фильтровальные ткани;
• легкость монтажа и пусконаладки;
• себестоимость обезвоживания в контейнерах – геотубах на 20–30% ниже, чем при аппаратурных процессах;
• передозировка или недостаток кондиционирующего реагента (флокулянта), сбои в подаче пульпы не оказывают существенного влияния на конечные показатели обезвоживания из-за достаточного времени пребывания осадка в контейнере;
• оперативный монтаж и демонтаж производственной инфраструктуры любой мощности;
• производственной площадкой служит любой спланированный участок без необходимости строительства капитальных сооружений;
• простота и эстетичность технологического процесса, отсутствие сложных элементов;
• возможность обезвоживания сырья или отхода на месте утилизации, временного складирования или постоянного захоронения. Контейнеры могут быть уложены многослойно, что позволяет существенно экономить площадь;
• безостановочный режим процесса обезвоживания – до полного схода свободной воды на фоне биостабилизации и геоконсолидации твердой фазы;
• защищенность обезвоживаемых отходов от ветровой и водной эрозии;
• низкое энергопотребление для технологического процесса.

Сущность метода заключается в статическом обезвоживании, т. е. фильтрации жидкой фазы осадка через стенки геотуб – контейнеров из полимерной фильтрующей ткани, которые расположены на специально подготовленной дренажной площадке (рис. 3). Перед подачей в геотубы осадок обрабатывается специальными добавками: полимерным флокулянтом – для повышения эффективности фильтрации; стабилизатором – для подавления процесса гниения органической части; дезинфектантом – для подавления запаха и микрофлоры осадка; специальным реагентом – для связывания солей тяжелых металлов.

В настоящее время разработан Технологический регламент переработки осадка сточных вод, складированного на полигоне «Северный». Работы по данному регламенту начались летом 2009 г.

Реализация комплекса работ в полном объеме позволит:

• ликвидировать угрозу возникновения аварийных ситуаций на полигоне с возможностью загрязнения почвы и воды;
• исключить вредное воздействие на окружающую среду;
• устранить неприятные запахи от складированного осадка;
• создать резервную систему обработки осадка на случай выхода из строя оборудования на комплексе обработки осадка канализационных очистных сооружений;
• перераспределить складированный на полигоне осадок, минимизировав территорию его хранения. Данная технология позволит разместить осадок после его обработки на территории площадью порядка 10–15% от участка, занимаемого в настоящее время;
• использовать обеззараженный, стабилизированный и обезвоженный грунт после геотуб для приготовления техногрунта.

Выводы

В настоящее время 7,9% осадка, складированного на полигоне «Северный» ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», обработано по технологии геотубирования. К 2016 г. весь складированный на полигоне осадок канализационных очистных сооружений города будет обработан таким способом и не будет представлять опасности для окружающей среды. При этом освободится территория, ранее занятая полигоном, для создания зеленой зоны, появятся резервные площадки для складирования осадков на период профилактических работ на заводе сжигания осадка (рис. 4). Применение геотуб на полигоне «Северный» является пилотным проектом для дальнейшего внедрения этого метода на крупнейшем полигоне города «Волхонка-2». Переработку складированного там осадка планируется начать в апреле 2012 г.