Эколого-экономические аспекты обработки и использования осадков сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эколого-экономические аспекты обработки и использования осадков сточных вод

Проблема обработки и использования (утилизации) осадков сточных вод приобретает особый смысл, так как имеет не только экологические, но и экономическое значение, содействуя восполнению сырьевых и материальных ресурсов. Осадок сточных вод представляет собой водонасыщенную пластичную смесь, для хранения которой необходимо создание специальных мест. На территории Украины в отвалах и хранилищах накоплено 50 млн. т осадков по сухому веществу, что при естественной влажности составляет около 5 млрд. т коммунальных отходов [I]. Для их размещения из хозяйственного оборота изъято более 10 тыс. га земли (в Донецкой обл. - более 500 га. Харьковской - более 300 га). Суммарная площадь, занимаемая осадками всех сточных вод в 1996 году в городе Днепропетровске, составила 3484,22 га. Компенсация за отвод земель под хранение осадков для различных регионов Украины колеблется от 2,5 до 100 тыс. долларов США за 1 га. Из этого следует, что проблема накопления осадков имеет не только природоохранное, но и экономическое значение.

Анализом установлено, что аналогичная ситуация складывается и в странах СНГ. Например, на очистных сооружениях Москвы и Московской области образуется в среднем до 1,5% осадков сточных вод от количества поступающей сточной воды, что составляет в год свыше 650 тыс. м³. Подобная ситуация наблюдается и в других крупных городах. Так, в городе Сочи, с шести имеющихся станций полной биоочистки общей производительностью 200 тыс. м³/сутки, образуется 1,6 тыс. м³/сутки осадка средней влажности 97%.Время заполнения иловых площадок слоем осадка равным 30 см составляет от 20 до 143 суток.

Согласно норм, для подсушки 1 м³ осадка на иловых площадках требуется 1 м² площади, следовательно, для подсушки всех осадков очистных сооружений городских сточных вод Украины требуется около 25-30 тыс. га земли.

В странах ЕС количество осадков после очистки городских сточных вод достигает порядка 9-10,5 млн. т/год. Затраты на отделение, обработку и использование осадков составляют 50% от всей стоимости очистки сточных вод. Проблема осадков возникла в то время, когда их перестали считать полезными, и они превратились в отходы. Стоимость их захоронения довольно высока: в США размещение ила стоит 12 долларов за 1 т, в Испании (Астурия) размещение ила стоит от 6 до 10 долларов за 1 т. В Испании смесь сырого осадка и активного ила называют биосолидами (в переводе с испанского - биологическое солнце). Один из авторов данной статьи (Долина Л.Ф.) находясь в командировке в Испании, ознакомился с работой очистных сооружений ряда городов и промышленных предприятий.

Согласно директив Европейского сообщества (ЕС), до 2005 года должны очищаться все воды в населенных пунктах с числом жителей свыше 10000, при этом осадки должны перерабатываться. Больше всего осадков образуется в Германии - 2500 тыс. т, а меньше всего в Люксембурге - 15 тыс. т., при этом на свалку сбрасывается от 90% (Греция) до 19% (Великобритания) осадков, в море - от 61% (Португалия) - до 6% (Германия, Франция, Бельгия), утилизируется - от 45% (Великобритания) - до 10% (Испания, Греция), сжигается - от 28% (Дания) - до 0% (Италия, Греция, Ирландия, Португалия). Однако, сброс в море уже запрещен (2000 г.) и после 2000 г. в странах ЕС запрещено открывать новые свалки для складирования осадка. Осадок является хорошим органическим удобрением, а потому при жёстком химическом контроле может использо-ваться в сельском хозяйстве. В странах ЕС примерно 10% осадка используется в сельском хозяйстве в качестве удобрения. В сельском хозяйстве России и Украины используется всего 1,5% осадков [2, 3]. Причиной этого является то, что в составе большинства осадков содержится много солей тяжелых металлов (таблицы 1 и 2) и токсичных соединений (фенолов, бенз(а) пирена и др.).

Таблица 1. Характеристики ила (по сухому веществу) станций аэрации Днепропетровска и Донецка

В соответствии с СанПин 22.7.029-99 «Гигиенические требования, касающиеся обращения с промышленными отходами и определения класса их опасности для здоровья населения», канализационные осадки преимущественно имеют IV класс опасности, что предопределяет возможность их открытого хранения. Но высокие концентрации токсичных веществ в почвах при накапливании таких осадков способны сделать непригодными к употреблению сельскохозяйственные продукты, выращенные на таких почвах. Важным обстоятельством является также тот факт, что осадки в различных городах на очистных станциях имеют различный уровень химического загрязнения. Так, небольшие города Украины (Джанкой, Ялта, Купянск и др.), не имеющие развитой тяжелой промышленности, содержат либо минимальное количество токсичных веществ, либо их совсем не содержат. Поэтому такие осадки в полном составе могут использоваться как удобрение почв. В то же время осадки сточных вод крупных мегаполисов (Днепропетровск, Донецк, Харьков, Киев и др.), и небольших городов, которые имеют мощные промышленные предприятия (Макеевка, Кривой Рог, Алчевск) должны подвергаться дальнейшей обработке. Единственный в мире город, где все осадки в объеме 2100 тыс. м³/сут. утилизируются в сельском хозяйстве - это Париж.

Таблица 2. Содержание тяжелых металлов в осадках сточных вод

Эколого-экономическая целесообразность использования осадков сточных вод. Осадок сточных вод в качестве удобрения рационально транспортировать на поля, находящиеся на расстоянии до 50 км [3] всеми видами имеющегося в хозяйстве транспорта, а затраты на вывоз осадка должны являться неотъемлемой частью эксплуатационных затрат самой очистной станции, т.к. в настоящее время это не является необходимым условием ее эксплуатации.

По данным Запорожской государственной сельскохозяйственной опытной станции, внесение сухого осадка сточных вод в почву в количестве 30 т/га при выращивании зеленой массы люцерны дало прибавку к урожаю 27%, а навоза в количестве 50 т/га - 24%, что свидетельствует об эффективности использования осадка как удобрения. Осадки можно применять для выращивания рассады овощей, для удобрения в зелено-парковом хозяйстве, цветоводстве, садоводстве, питомниках при выращивании саженцев, в частных хозяйствах.

Отсутствие оплаты за осадок не способствует заинтересованности персонала очистных станций в их утилизации, а, следовательно, сдерживает его дальнейшее применение. Цену на обработанный осадок можно установить по его химическому составу (табл. 1) сравнивая с ценами на минеральные удобрения. Если предположить, что в удобрениях основную ценность представляют биогенные элементы - фосфор, азот, калий, можно вычислить стоимость осадка, которая колеблется в значительных пределах от 11,8 до 66,3 долларов, в среднем - порядка 20-22 доллара. Установлено [З], что в Украине не менее 30% накопленных осадков (17 млн. т) может быть использовано в сельском хозяйстве, а это может дать прибыль не менее 300-500 млн. долларов.

При использовании избыточного активного ила в сельском хозяйстве согласно норм в странах ЕС содержание тяжелых металлов в сухом веществе не должно превышать следующих значений, мг/кг: 100 N, 100 РЬ, 300 Сr, 600 Си, 1500 Zn, 1Нg и т.д.

Технологические особенности извлечения тяжёлых металлов из осадков. Учитывая, что большинство осадков в Украине содержат тяжелые металлы, то в случае их извлечения осадки можно использовать как ценное удобрение. В настоящее время существует три основных способа извлечения тяжелых металлов из концентрированных отходов:

- термический (автоклавный гидролиз, сжигание);

- ионообменный с последующей сильнокислотной обработкой;

- химическое выщелачивание концентрированными кислотами и щелочами.

Каждый из этих методов имеет достоинства и недостатки. Еще в 1990 г. были сделаны выводы о перспективности термического сжигания осадков городских сточных вод. Так, в Австрии в перспективе будет сжигаться до 60% осадков, в Швейцарии - до 40%, в Германии - 30%. Однако этот метод не является экологически безопасным, поскольку требуется очистка выбрасываемых газов, и при этом возникают трудности с дополнительной очисткой суспензий, образуемых в системе промывки газов. В то же время сжигание способствует уменьшению объема осадка на 80%, а массы по сухому веществу - на 70%. Конечный продукт по объёму в 25 раз меньше «мокрого». Так, из объема обезвоженного осадка порядка 1000 м³/сут. путем сжигания получается 90 м³/сут. объема золы, но сжигание осадка высокой влажности тоже нерентабельно.

Франция является одним из мировых лидеров в области сжигания осадка сточных вод. Начиная с 1966 года, по французской технологии в печах с псевдосжиженным слоем эксплуатируется более 30 установок. По французской технологии в Санкт-Петербурге производится сжигание осадков, но при этом происходит выделение токсичных веществ диоксинов и фуранов. Замеры концентрации диоксинов в отходящих газах (1999-2001 гг.) показали наличие их в пределах 13,2-17,6 пг/нм³ при нормативе 100 пг/нм³ [4].

Другим экологически приемлемым методом очистки осадка от тяжелых металлов является замещение в микроорганизмах ила одних элементов на другие [5]. При использовании замещения тяжелых металлов на щелочно-земельные, в первую очередь на кальций, степень уменьшения цинка составила 44-84%, меди 28-62%, никеля 58-92%, свинца 92-99%, хрома 57-77%. Был получен активный ил, отвечающий требованиям, предъявляемым в странах ЕС к активному илу, предназначенному для использования в сельском хозяйстве. К тому же после введения кальция ил становится более ценным органоминеральным удобрением для кислых почв. Однако, этот метод не вышел из лабораторных испытаний и требует промышленного внедрения.

Следующим методом переработки и утилизации осадка является компостирование, заключаются в смешивании их с грубоизмельченными целлюлозосодержащими материалами (древесными опилками, растительными и древесными отходами, бытовым мусором и пр.).

Представляют интерес методы использования осадка городских сточных вод и поверхностных стоков. Эти методы применяются в новой обжиговой технологии получения экологически чистого суперлегкого керамзита, что в свою очередь позволяет использовать низкосортные некондиционные мало- и среднепластичные глины.

Активный ил предприятий нефтехимии может быть рекомендован в смеси с землей для рекультивации нарушенных земель, при отсыпке карьеров с последующим выращиванием лесонасаждений и газонных трав, для удобрения земель, отводимых под посадки древесно-кустарниковых насаждений, питомников, парков. Большая часть сухого вещества активного ила нефтехимии составляют вещества белкового происхождения (до 50%), жиры (до 20%) и углеводы (до 8%). Осадок, получаемый после биологической очистки аналогичных сточных вод, обычно имеет водородный показатель рН порядка 6,58. Конечным продуктом трансформации нефтяных загрязнителей сточных вод под действием микроорганизмов является гумус.

Экологическая опасность при использовании ила возникает только в случае бесконтрольного его использования. К наиболее часто встречающимся нарушениям относится систематическое внесение ила без соблюдения существующих регламентов. Как правило, учёт металлов проводится по их валовому содержанию в почве и осадке, в то время как растения используют только подвижные формы тяжелых металлов, поэтому необходимо проверять концентрацию металлов в растительной продукции. Теоретически допустимая норма внесения ила по содержанию общего азота для стоков предприятий нефтехимии - 24-29 т/га абсолютно сухого ила. Считается, что большинство органических загрязнителей в таких осадках разлагается в почве за 1-4 недели, а в растениях они обезвреживаются примерно в течение двух недель [6]. При этом процесс детоксикации интенсивнее протекает в наземной части растений. Кроме того, в илах нефтехимии присутствуют бенз(а) пирен от 26 до 350 мг/кг и СПАВ 173 мг/кг. Учитывая фоновое содержание бенз(а) пирена в почве чистых районов (0,005 мг/кг), при его ПДК в почве - 0,02 мг/кг допустимо вносить в почву не более 5,7-0,5 т/га воздушно-сухого ила. Бенз(а) пирен интенсивно разлагается в почве в весенне-летнее время, следовательно можно предположить, что большее количество ила допустимо вносить именно в этот период.

В Украине эксплуатируется 18 станций для очистки бытовых сточных вод, но только на четырех из них в Харькове, Одессе, Киеве, Кривом Роге имеются установки для получения биогаза из осадка. С 1 кг сухих органических веществ, что имеются в осадках, метановые микроорганизмы вырабатывают 0,2-0,6 м³ биогаза, в котором подержится 65-80% метана.

Используя органические осадки животноводческих предприятий, мясомолочной промышленности, а также осадки станций очистки бытовых сточных вод в Украине можно вырабатывать 54 млн. м³ биогаза ежегодно, что позволит заменить 24 тыс. т бензина.

Вопросы утилизации осадков сточных вод городских очистных сооружений чрезвычайно актуальны для Украины, как с экологической точки зрения, так и с позиций рационального использования земель, ранее отводимых под захоронение осадков. Продукты переработки осадка можно использовать в качестве: удобрений, источника энергии (выработка биогаза), сырья для производства керамзита и др.

Поэтому в настоящее время необходимость дальнейших исследований в этом направлении представляет несомненную ценность.

Перечень ссылок

сточный вода осадок токсичный

1. Дрозд Г.Я., Зотов Н.И., Маслак В.Н. Технико-экономические записки по проблеме утилизации осадков городских и промышленных сточных вод. - Донецк, 2001.

2. Музыченко В.Е., Павлинова Н.И., Королева Е.А. Использование осадков сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. - 2000. - №6. - С. 17-19.

3. Дрозд ГЛ., Зотов Н.И., Маслак В.Н. Осадки сточных вод как удобрение для сельского хозяйства // Водоснабжение и санитарная техника. - 2001. - №12. - С. 33-35.

4. Кармазинов Ф.В., Пробирский М.Д. Технологический комплекс по обработке и утилизации осадков сточных вод на ЦСА Санкт-Петербурга // Водоснабжение и санитарная техника. - 2001, - №8. - С. 2-7.

5. Зыкова И.В., Панов В.П. Утилизация избыточных активных илов. // Экология и промышленность России. - 2001. - Декабрь. - С. 29-30.

6. Трубникова Л.И. Утилизация избыточного активного ила предприятий нефтехимии. // Экология и промышленность России. - 2001. - Август. - С. 9-11.

Размещено на Allbest.ru