|
| | | | Проблемы современной экономики, N 2 (86), 2023 | | | | ЭКОНОМИКА И ЭКОЛОГИЯ | | | Игнатова Д. Ю.
аспирант, ассистент кафедры менеджмента и инноваций
Санкт-Петербургского государственного экономического университета
| |
| | | | | В статье проанализированы основные вопросы, связанные с утилизацией осадка сточных вод в России и мире, рассмотрены, исходя из иерархии обращения с отходами, наиболее предпочтительные подходы к этому процессу. Обобщен мировой опыт в использовании потенциала осадка сточных вод и возможность его применения в Российской Федерации. | | Ключевые слова: управление отходами, осадок сточных вод, эксплуатация полигонов, утилизация отходов, водопроводно-канализационное хозяйство | | УДК 330.15; ББК 65.28–21 Стр: 211 - 214 |
Актуальным вопросом сейчас является эффективное решение проблемы с утилизацией отходов производства и потребления, а также отходов, образующихся от деятельности очистных водопроводно-канализационных сооружений. В процессе деятельности человека образуются жидкие отходы в виде хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод [11]. Эффективный процесс очистки сточных вод имеет важное экологическое и экономическое значение, как для Российской Федерации, так и для других стран мира, и является одним из основных элементов стратегии устойчивого развития. В процессе биологической очистки городских сточных вод, которая на сегодняшний момент является наиболее передовой в мире, образуется достаточно большое количество осадка – основного отхода от деятельности очистных сооружений (рис. 1). Вследствие чего при обеспечении водоотведения города перед предприятиями водопроводно-канализационного хозяйства стоит задача в решении вопроса, связанного с обращением с осадком сточных вод. | | |  | | Рис.1. Схема бизнес-процесса обработки осадка сточных вод [7] |
Осадок сточных вод относится к группе отходов 4–5 класса опасности, образующихся на сооружениях механической, биологической и физико-химической очистки поверхностных и подземных вод, сточных вод поселений и близких к ним по составу производственных сточных вод [1].
Исходя из представленной иерархии обращения с отходами в Рамочной директиве, наиболее предпочтительным подходом обращения с осадком сточных вод будет предотвращение его образования (рис. 2). Переход к безотходной деятельности предприятий водопроводно-канализационного хозяйства в ближайшей перспективе невозможен, так как повлечет радикальную перестройку водопроводно-канализационных комплексов и очистных сооружений на промышленных предприятиях, как с технической стороны, так и с законодательной в отношении перестройки всех предприятий на новую схему очистки. На данный момент наиболее оптимальным методом очистки сточных вод в мире, является биологический, иногда его применяют в сочетании с предварительной механической очисткой, потому что стоит задача удаления из стоков фосфора и азота. Применение данного метода сопутствует образованию большого количества илового осадка. Таким образом, реализация данного подхода на предприятиях водопроводно-канализационного хозяйства на сегодняшний день невозможна. | | |  | | Рис. 2. Иерархия обращения с отходами в соответствии с Рамочной Директивой [15] |
Следующим по релевантности подходом является вторичное использование осадка, как ресурса, и эффективная его утилизация. После стадии обезвоживания в процессе обработки осадка сточных вод возможно использование разных методов его переработки.
Применение сжигания характеризуется снижением объема образовавшегося осадка в десятки раз, высокими экономическими затратами на стадию обезвоживания и очистку фильтров, выпускающих газы сжигания в атмосферу.
Одним из вариантов применения осадка, является использование его энергопотенциала от сжигания и пиролиза в выработке тепловой энергии и электроэнергии. Преимуществом данных методов будет также и экономический потенциал от утилизации вторичного отхода.
В процессе сжигания осадка образуется вторичный отход – зола, которую можно утилизировать разными способами, в зависимости от ее химического состава. Перспективным направлением его использования, является применение его в качестве сырья для производства строительных материалов или удобрений, так как при сжигании уменьшаются его вредные свойства.
Встречается и способ использования осадка сточных вод при изготовлении керамических материалов. Для повышения качественных свойств глиняного сырья вводят осадок сточных вод в качестве корректирующей добавки, способствующей улучшению сушильной и обжиговых свойств [12].
Еще один способ – это производство удобрений и почвогрунтов из осадка сточных вод, в том числе, применение его для биологической рекультивации земель или в создании надземного ландшафтного покрытия. При этом из-за наличия высокой концентрации тяжелых металлов, содержащихся в промышленных сточных водах, которые вместе с остальными стоками попадают в очистные сооружения, применение данного осадка в сельском хозяйстве может быть затруднено [4]. Тяжелые металлы необходимо предварительно выделить или возникает риск перехода тяжелых металлов в другие природные среды.
Самым неподходящим методом, в соответствии с иерархией обращения с отходами, является захоронение осадка, размещение его на иловых площадях или полигонах ТБО. Данный метод характеризуется низкими экономическими затратами, в сравнении с остальными методами, и легкостью его использования. Однако, именно он сопровождается большим экологическим и материальным ущербом для регионов Российской Федерации.
К негативным факторам размещения осадка сточных вод на полигонах относятся:
– отрицательное воздействие на природную среду (загрязнение грунтовых вод, почвы и атмосферы) и здоровье населения;
– неэкономичное использование осадка сточных вод как ресурса;
– вывод больших площадей земель из оборота;
– жалобы жителей, проживающих вблизи к местам размещения отходов, на неприятные запахи.
В течение 5 лет в России идет снижение объема образования илового осадка, в 2020 г. в отношении к 2016 г. объем снизился на 6% (рис. 3). Данный показатель свидетельствует, что работы по сокращению образования и складирования осадка, в соответствии с рекомендациями Министерств, ведутся, но управление процессами обработки осадка в каждом регионе различаются и имеют собственную специфику, многие регионы по-прежнему только накапливают осадок на иловых площадях, другие применяют технологии сжигания или компостирования. | | |  | | Рис. 3. Динамика среднего объема образования осадка сточных вод, за период 2016–2020 гг. в России (по данным отчета SBS Consulting) [10] |
В развитых странах относятся к отходам как к стратегически важному ресурсу, и установлены ограничения на захоронение на полигонах, в том числе илового осадка (рис. 4) [14]. Россия сильно отстает от них в решении проблемы накопления осадка. Европейские компании нацелены на получение экономической выгоды от утилизации и переработки осадка сточных вод, в то время как в России только некоторые компании заинтересованы в инвестировании в данные проекты. Основным методом утилизации осадка в Российской Федерации является депонирование на иловых площадках. При сопоставлении с данными Европейского Союза процент сжигания осадка гораздо выше – 27% против 6% в России. | | |  | | Рис. 4. Методы утилизации илового осадка в РФ и ЕС по категориям (по данным отчета SBS Consulting) [10;14] |
Наиболее распространенными способами утилизации осадка в России и странах Европейского Союза являются: сжигание, размещение на полигонах, и использование в сельском хозяйстве [3]. Самым менее экономически затратным способом утилизации является захоронение осадка на полигонах. Поэтому до принятия Директивы 91/271/ЕС в странах Европейского Союза преобладающим был данный метод, теперь основным стал сжигание и применение прошедшего обработку осадка в качестве удобрения для внесения в почву, использование в качестве биогаза для ТЭС. Управление процессами обращения с осадком сточных вод в ЕС, регулируется Директивами 86/278 и 2008/98/ЕС. Сейчас данный метод все еще применяется в Эстонии, Венгрии, Кипре, Польше, Чехии, Латвии и Литве, но идет постепенный переход к внедрению более прогрессивных методов обработки и последующей утилизации осадка сточных вод [5;9].
В Нидерландах, Бельгии и Швейцарии, серьезно ограничено или запрещено на законодательном уровне использование осадка сточных вод в сельском хозяйстве, основным способом утилизации является сжигание. В Германии осадок в основном сжигается, во Франции полученный биогаз от сжигания используется в качестве энергетического ресурса для эксплуатации заводов по очистке канализационных стоков (отопление производственных помещений и нагрев метантенков). 60% от общего объема образовавшегося осадка, после биологической стабилизации, используется в качестве удобрений и компостов [9]. В Швеции осадок используется в качестве удобрений в сельском хозяйстве и для рекультивации старых горных выработок на севере страны.
В Австрии, в городе Вена, расположена главная станция очистки сточных вод города, которая включает в себя комплекс очистных сооружений, печей с температурой 8500С для сжигания осадка и оборудование для использования энергии от сжигания осадка в экоэлектростанциях [9].
В Индии применяется для повышения прочности характеристик бетона смесь 5% раствора золы, от сжигания ОСВ, и дробленого асфальтового покрытия. В Китае также используется зола в качестве частичной замены цемента. [3]
Возможность использования осадка сточных вод в качестве топлива подтверждена множественными лабораторными исследованиями свойств осадка и является перспективным проектом для России, опираясь на опыт других стран, который мы могли бы внедрить во многих регионах страны. Например, в Дании запущены восемнадцать установок производства биогаза из ОСВ, полученный продукт используется в качестве топлива на ТЭС. Особенность данных установок заключается в том, что их мощностей хватает для переработки не только осадка, но и отходов животноводства, что можно было бы задействовать на предприятиях России и частично решить проблему с накоплением сельскохозяйственных отходов, и снизить затраты для предприятий на вывоз отходов. В Соединенных Штатах Америки действует примерно двести таких установок, которые работают на отходах сельского хозяйства. В Канаде и Австралии, Индии и Китае данный метод также зарекомендовал себя. Примерно 16 млрд м3 такого биогаза как топливо приходится в Китае на 50 миллионов человек, в среднем 1 м3 биогаза равен 1,5–2,2 кВтч электроэнергии и 2,8–4,1 кВтч тепла. В Польше полученный биогаз после мезофильного сбраживания применяется для производства электроэнергии на ТЭЦ, а также для обеспечения электроэнергией очистных сооружений [5;9].
В последние годы страны ЕС активно применяют в циркулярной экономике осадок сточных вод, их опыт уже частично используется в Российской Федерации, в применении технологий очистки городских сточных вод. Также возможно внедрение методик зарубежных стран в переработке осадка сточных вод в условиях перехода нашей страны к циркулярной экономике.
В России, несмотря на реформы в области экологической политики, преобладающим методом остается размещение осадка на полигонах. При этом многие из действующих полигонов, расположенных на территории регионов Российской Федерации были введены в эксплуатацию в 80–90-х годах прошлого века. С тех пор население районов значительно увеличилось. На сегодняшний день, полигоны, устроенные вдали от жилых районов, после застройки городов находятся на расстоянии 4–5 километров от жилых домов и являются существенной экологической проблемой.
Сжигание для Российской Федерации является действенным способом решения проблемы накопления осадка сточных вод [15]. В Санкт-Петербурге ГУП «Водоканал Санкт-Петербург» успешно использует три станции аэрации для сжигания всего образующегося осадка сточных вод. И впоследствии на полигоны уже вывозится зола, однако объем ее тоже очень большой и составляет примерно 50 тыс. т/год. Например, полигон «Северный», расположенный в Санкт-Петербурге, заполнен почти на 91% от проектной мощности. А второй полигон – «Волхонка-2» уже закрыт на ввоз отходов. Остановка ввоза золы осадка сточных вод и утилизация уже размещенных отходов на полигоне, позволили бы решить проблему с негативным воздействием на окружающую среду, дальнейшей коммерциализации переработки отходов, и более эффективного использования земельного ресурса, после освобождения части площадей полигона. В Москве реализуется план по строительству двух таких заводов, в которых также будут утилизировать осадок методом сжигания, а образованную золу направлять на цементные заводы, и производить биотопливо [13].
Перспективным методом утилизации золы, который внедряется в Санкт-Петербурге, является «метод плазменного сжигания золы», который будет полностью ее перерабатывать [2]. Но он не решит вопрос эффективного использования отхода. Стоит отметить, что несмотря на 4 класс опасности у золы, местные органы власти не рекомендуют ее использование в сельском хозяйстве без лабораторных исследований на валовое содержание тяжелых металлов в осадке.
Положительными примерами использования технологий сжигания для утилизации отходов в Российской Федерации, являются:
– станции аэрации ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» в городе Санкт-Петербург, которые сжигают полностью образовавшийся осадок сточных вод [13];
– комплексы термического обезвреживания отходов в Иркутской и Ярославской области;
– заводы по сжиганию отходов в Москве, Мурманске и Пятигорске.
Сжигание убирает вредные свойства осадка и при соответствии его валовых показателей тяжелых металлов требованиям ГОСТ, подходит для использования золы в сельском хозяйстве. Оптимальным вариантом будет применение его для закисленных почв, так как зола, насыщенная кальцием, снимет закисление. В России площадь кислых почв около 35 млн га, из-за нехватки в них калия, ежегодные потери зерна составляют около 12 млн т. [8]. Наиболее высокий процент кислых почв отмечается в Белгородской области, Липецкой, Курской и Тамбовской. Есть предложение дополнить действующие сельскохозяйственные региональные программы или создать новую, совместно с ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», по использованию золы от сжигания осадка сточных вод в изменении кислотности пахотных почв. В России данный метод регулируется законодательно, основные агрохимические характеристики осадка сточных вод, пригодного для применения в качестве удобрения, указаны в ГОСТ Р 17.4.3.07-2001.
В среднем золу можно использовать и для замены, до 10% от общей массы цемента, в цементно-песчаной смеси, для производства легкого бетона [12]. Данная информация представлена и в информационно-техническом справочнике 9–2015 по наилучшим доступным технологиям. Продукция на основе золы может быть использована в производстве силикатного кирпича, бетона для тротуарной плитки, бордюров, панельных ж/д ограждений, километровых и пикетных столбов, строительных блоков для энергетических и производственных зданий. Такая продукция будет востребована у железнодорожных организаций, строительных компаний, занимающихся дорожным строительством и благоустройством территорий.
Легкий бетон из золы достаточно востребованная продукция, в том числе и на территории Российской Федерации. Например, компанией ОАО «Российские железные дороги» была заказана научная работа на проведение исследования об утилизации отходов водоотведения с объектов железнодорожной инфраструктуры и получения из них готовой строительной продукции, с возможностью реализации непосредственно на объектах компании. Данный проект позволит не только уменьшить затраты на логистику, связанные с вывозом осадка, но и частично обеспечит предприятие строительной продукцией [6].
Аналогично вопрос с золой от сжигания осадка городских сточных вод сможет решить и ГУП «Водоканал Санкт-Петербург», занимаясь производством бетона и силикатного кирпича для сторонних организаций, строительных предприятий города, занимающихся ремонтом дорог или для производства недостающей строительной продукции ОАО «РЖД». Например, при поддержке Комитета по благоустройству и Комитета развития транспортной инфраструктуры за счет средств федерального бюджета можно было бы реализовать программу ремонта дорог Санкт-Петербурга из материалов, изготовленных из золы ОСВ. Исходя из имеющихся данных, можно сделать вывод, что применение данной технологии поможет предприятию частично решить проблему с образующейся золой и получить дополнительную прибыль от производства строительных материалов.
Использование биотоплива из осадка сточных вод положительно зарекомендовало себя в применении в других странах. Сейчас в России, в Люберцах, запущены в эксплуатацию очистные сооружения, которые будут использовать обеззараженный, обезвоженный осадок сточных вод в производстве твердого биотоплива, для цементных заводов. В настоящее время в странах Европейского Союза и Китае используется биотопливо не только в производстве строительных смесей, но и как топливо для производства тепловой и электроэнергии. В России много действующих ТЭС, которые работают на угольном топливе. Основываясь на опыте других стран, в перспективе, после проведения дополнительных исследований, наименьшие из станций можно было бы переоборудовать под использование тепловой энергии от сжигания осадка сточных вод для выработки электроэнергии для работы самих станций [2].
Эколого-экономическим эффектом от реализации технологии сжигания осадка сточных вод на станциях аэрации с последующим использованием золы, является решение ряда задач:
– сокращение объема осадка сточных вод и золы, направленных на складирование на полигонах;
– сокращение негативного воздействия на природную среду и здоровье людей;
– полезная утилизация отходов [6];
– снижение региональных затрат на отдельные статьи расходов;
– снижение себестоимости бетонной продукции за счет сырья из золы, которое частично знаменит цемент в производстве строительных материалов и при ремонте дорожных покрытий.
В настоящее время во многих регионах России не решена проблема накопления осадка сточных вод. Также остается открытой проблема утилизации золы от сжигания осадка. Использование сжигания, как метода утилизации, привело к реализации проектов по разработке инновационных технологий обработки осадка, для более действенного предотвращения токсических выбросов в атмосферу, устранению специфических запахов. Вышеуказанные методы утилизации, применяемые в других странах, являются оптимальными для внедрения в Российской Федерации, но требуют совершенствования управленческого, экономического и технологического подхода к их реализации. Решение вопроса с накоплением осадка сточных вод и золы, позволило бы частично решить острый для нашей страны вопрос с накоплением отходов производства и потребления. Возможное использование золы и осадка, как продукта, является шагом к переходу к экономике замкнутого цикла.
Таким образом, процесс борьбы с накоплением и утилизацией осадка сточных вод является ведущей задачей, которую совместно должны решать государственные правительственные структуры, промышленные предприятия, население городов и предприятия водопроводно-канализационного хозяйства. |
| |
|
|
