Утилизация осадков сточных вод очистных сооружений посредством компостирования

УТИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ  СТОЧНЫХ ВОД ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПОСРЕДСТВОМ КОМПОСТИРОВАНИЯ

СОДЕРЖАНИЕ

1. Проблема утилизации  осадков сточных вод очистных  сооружений в России

Процессы самоочищения природы  из-за больших концентраций ксенобиотиков и высокой их устойчивости к разложению идут очень медленно. Поэтому актуальной экологической задачей является восстановление окружающей среды: рациональная переработка промышленных и сельскохозяйственных отходов; санация и восстановление плодородия земель, загрязненных токсичными химическими веществами и радионуклидами; утилизация осадков сточных вод очистных сооружений; очистка водных источников и т. д.

Одной из многочисленных экологических  проблем современной цивилизации  является утилизация отходов производства и потребления, в том числе осадков сточных вод (ОСВ) городских очистных сооружений. Действующее законодательство Европейского Союза в области утилизации ОСВ ужесточено, особенно в отношении содержания тяжелых металлов [1]. Применяемые на сегодняшний день способы захоронения, складирования, сжигания, компостирования, использования ОСВ в сельском хозяйстве не будут допускаться законодательством ЕС. Поэтому поиск новых технологий утилизации ОСВ крайне актуален.

Особо остро эта проблема стоит в России. В Российской Федерации за год образуется порядка 2 млн. тонн осадков по сухому весу (при исходной влажности 98% их масса составляет порядка 100 млн. тонн). Только по официальным данным, например, в Московской области накоплено более 120 млн. тонн неутилизированных ОСВ, ежегодно эта цифра увеличивается на 14-20 млн. тонн, суммарная площадь иловых полей превысила 700 га. По оценкам специалистов ГУПР МПР России по Московской области, суммарное годовое количество образования этих отходов – около 5 млн. тонн; по оценкам ПК «Реконт», одной из организаций, специализирующихся на переработке отходов Московского региона, – не менее 14 млн. тонн, а может быть, и все 20. Количество осадков, лежащих на иловых картах оценивают от 107 до 130 млн. тонн соответственно [2, 3].

Осадки городских очистных сооружений представляют собой органические (до 80%) и минеральные (около 20%) примеси, выделенные из воды в результате механической, биологической и физико-химической очистки. В состав ОСВ входят вещества, обладающие общетоксическим, токсикогенетическим, эмбриотоксическим, канцерогенным и другими негативными свойствами. В ОСВ могут содержаться тяжелые металлы Cr, Cd, Hg, Cu, Pb, Co, Zn, Mo, патогенные организмы (бактерии, простейшие, гельминты, вирусы), избыточное количество нитратов, токсические вещества, пестициды, полихлорированные бифенилы, алифатические соединения, эфиры, моно- и полициклические ароматические вещества, фенолы, нитрозамины. Хранящиеся на иловых картах и отвалах осадки очистных сооружений, как правило, относятся ко второму классу (высоко опасные) или третьему классу (опасные) отходов. Выделяемые ОСВ вредные газы могут превышать предельно допустимые концентрации в несколько раз, дурно пахнут. Их запах равен 4 – 5 баллам по шкале органолептических показателей.

Основная масса  осадков складируется на иловых площадках  и отвалах, создавая технологические  проблемы в процессе очистки стоков. Условия их хранения, как правило, приводят к загрязнению поверхностных и подземных вод, почв, растительности. Поступая в подземные и грунтовые воды, водная вытяжка из ОСВ придает им цветность, привкусы, что негативно отражается на качестве таких вод. Эта проблема с каждым годом обостряется и требует безотлагательного решения. В России ОСВ практически полностью хранятся на территориях очистных сооружений, что превращает их в очаг бактериологической и токсикологической опасности. Уровень использования отходов городов и осадка сточных вод в сельском хозяйстве стран СНГ пока невысок. В почву вносится не более 4-6% осадка сточных вод с очистных сооружений крупных городов. Большая часть отходов вывозится на свалки, создающие опасные очаги загрязнения окружающей среды. При этом безвозвратно теряются содержащиеся в отходах полезные компоненты.

В настоящее время развёрнута работа по инвентаризации всех объектов очистки сточных вод, начиная с эффективности работы самих очистных сооружений и заканчивая положением на иловых картах. Такое серьёзное значение придаётся проблеме не напрасно. В 99% случаев иловые карты расположены рядом с очистными сооружениями, имеющими сброс в реку, то есть, проще говоря, расположены на берегах рек. В последние 15-20 лет на большинстве очистных сооружений очистка карт не осуществлялась, и в настоящее время они переполнены. В результате этого: а) некуда сбрасывать вновь образующиеся осадки; б) при паводке очень вероятно разрушение обваловки и поступление содержимого карт в реки.

Выход из сложившейся экологической  ситуации связан с экологизацией  хозяйственной деятельности, внедрением малоотходных или безотходных технологий. Главным условием внедрения подобных технологий на данном этапе развития общества является не столько осознание необходимости реализации реализации экологических мероприятий, сколько их адаптированность к условиям рынка, коммерческая эффективность. В последние годы в зарубежных странах деятельность в области ресурсосберегающих и природоохранных технологий стала одной из перспективных и прибыльных. В США управление отходами занимает 4-е место среди отраслей промышленности по годовому обороту капитала. В странах ЕС темпы роста в этой сфере экономики ежегодно составляют 20%, их рост ожидается до 50%. Реализация концепции «разделения и утилизации» способствует не только решению экологических проблем, но и позволяет получать прибыль.

2. Способы утилизации  ОСВ

Осадки очистных сооружений с учетом уровня их загрязнения могут быть утилизированы следующими способами: термофильным сбраживанием в метантенках, высушиванием [4], пастеризацией, обработкой гашеной известью и в радиационных установках, сжиганием [5, 6], пиролизом, электролизом, получением активированных углей (сорбентов), захоронением, выдерживанием на иловых площадках, использованием как добавки при производстве керамзита, обработкой специальными реагентами с последующей утилизацией, компостированием [7-9], вермикомпостированием.

Проблема безопасной утилизации осадков  сточных вод (ОСВ) возникла с образованием крупных городов и связана с их большими объемами, необходимостью длительной сушки (исходно влаги 98 % от всей массы), наличием патогенной микрофлоры, яиц гельминтов, загрязнением тяжелыми металлами (ТМ), хлорорганическими соединениями, нефтепродуктами.

Наиболее широко распространенные способы утилизации осадков в  различных странах приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Методы утилизации осадков сточных вод очистных сооружений в европейских странах.

Примечание: 1. В  скобках – распределение методов утилизации в перспективе (+ – увеличение, - – уменьшение).

        2. * – сбрасывается в море.

        3. ** – большая часть осадка используется для различных целей на свалках.

Как следует из таблицы 1, в мировой  практике основными направлениями  утилизации загрязненных ОСВ являются затратные методы – захоронение на свалках и сжигание. Почва остается средой, наиболее широко используемой в определенных местах для размещения больших объемов ОСВ или же использования их в качестве органического удобрения, модификатора почв. Такие способы как пиролиз, добавки в производстве керамических изделий и др. ограничены по экономическим и техническим причинам (затраты энергии, отсутствие заинтересованных в данном сырье производств), а также с изъятием из биогеохимического оборота органического вещества. При использовании этих методов происходит вторичное загрязнение окружающей среды продуктами разложения ксенобиотиков. Предложенные методы также несовершенны из-за высокой энерго- или трудоемкости, стоимости. 
Таблица 2.

Возможные способы утилизации осадков  городских очистных сооружений

в зависимости от уровня их загрязнения.

Традиционная утилизация осадков сточных вод производится химическими, физическими и механическими методами.

2.1. Переработка ОСВ

Образующиеся в процессе очистки  канализационных стоков полупродукты вследствие высокого содержания тех или иных компонентов могут представлять интерес для различных отраслей промышленности: металлургии, сельского хозяйства, стройиндустрии и др. Например, технология Diakat (Германия) позволяет полностью извлекать и повторно использовать Cr⁶⁺, Cr³⁺, Cd, Zn, Cu, Ni, Ag, Pb, Sn. Освобожденный от тяжелых металлов продукт применяется в качестве кормовой добавки в животноводстве или в качестве удобрения. Фирма “Air Products and Chemicals” разработала способ обработки ОСВ с использованием образующегося продукта в качестве исходного сырья для производства кирпичей, температура обжига которых, а значит, и энергозатраты, значительно ниже традиционных. В Великобритании запатентован способ производства из ОСВ в смеси с торфом и древесными опилками материала в виде досок или пластин, которые могут использоваться в качестве опалубки в строительных целях [10]. В Луганске (Украина) разработаны технологии утилизации по выпуску керамического кирпича из отходов углеобогащения и ОСВ, асфальтобетонных смесей с наполнителями из ОСВ. Разрабатываются технологии получения керамзита, дегтебетонов, гипсобетонов с ОСВ в качестве наполнителя [11].

В системе Минжилкомхоза Беларуси разработаны способы утилизации ОСВ в технологиях различных асфальтобетонных смесей [12]. Осадок сточных вод применялся в качестве минерального порошка, а также технологической добавки, обеспечивающей неслеживаемость холодных битумоминеральных смесей, и активирующей добавки, повышающей физико-механические свойства асфальтобетона. Разработаны новые дорожно-строительные материалы с использованием ОСВ (холодная асфальтобетонная смесь, горячая асфальтобетонная смесь и холодная эмульсионно-минеральная смесь). Эти материалы были применены при строительстве экспериментальных участков дорог и улиц. Новизна работы состоит в использовании ОСВ в натуральном виде в технологии приготовления битумоминеральных смесей (впервые в мировой практике). Исследованиями было установлено, что асфальтобетонные смеси, содержащие ОСВ, обладают лучшими технологическими свойствами и лучше уплотняются, чем обычные асфальтобетонные смеси. Плотность и прочность образцов асфальтобетона с ОСВ, изготовленных при температуре 112-115°С, не уступают аналогичным показателям обычных асфальтобетонных образцов, уплотненных при температуре 140-160°С. Экологический эффект от утилизации ОСВ в асфальтобетонных смесях достигается за счет того, что не требуется сжигания ОСВ на специальном заводе и выделения новых земельных участков для захоронения ОСВ. Кроме того, производство и укладка холодных асфальтобетонных смесей за счет применения ОСВ позволяет снизить технологические температуры на 35-45%.