Реальные пути решения проблем очистки сточных вод населенных пунктов и городов
В.П. Колесников1, Е.В. Вильсон2, Л.Ю. Черникова3
1 Ростовский Научно-Исследовательский Институт Коммунального Хозяйства, начальник отдела очистки сточных вод, Россия, г. Ростов-на-Дону, ул. Текучева, 207. (E-mail: ekosistema@rniiakh.com).
2 Ростовский государственный строительный университет, кандидат технических наук, Россия, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162. (E-mail: ekosistema@rniiakh.com).
3 Ростовский Научно-Исследовательский Институт Коммунального Хозяйства, научный сотрудник отдела очистки сточных вод, Россия, г. Ростов-на-Дону, ул. Текучева, 207. (E-mail: ekosistema@rniiakh.com).
Аннотация
Рассмотрено улучшение качественного состава сточных после их очистки в комбинированных сооружениях при энергетических затратах в 2–3 раза ниже существующих.
Ключевые слова
Очистные сооружения канализации, очистка сточных вод, комбинированные сооружения.
Более 80% очистных сооружений канализации в России не работает или не обеспечивает необходимое качество очистки из-за ненадежности в длительной эксплуатации аэрационного оборудования, ухудшения и полного прекращения процесса биологической очистки в холодное время года, быстрой гибели активного ила при перерывах в подаче электроэнергии и аварийного состояния. К указанному числу относятся почти все устаревшие сооружения с биологическими фильтрами. Ограниченные возможности Бюджетного финансирования не позволяют в полном объеме нормализовать работу систем водоотведения. Заказы на проектирование и строительство очистных сооружений выполняются в основном за счет бюджетных средств, миллиарды рублей уходят на строительство дорогостоящих, неэкономичных и недостаточно эффективных очистных сооружений канализации. Совершенствование известных сооружений может снизить энергозатраты не более чем на 15%.
Решить назревшую проблему этой отрасли коммунального хозяйства, казалось бы, можно с участием корпоративного, банковского и частного капитала. Однако при использовании традиционных отечественных и зарубежных технологий очистки сточных вод это невозможно из-за низкой рентабельности капитальных вложений, т.к. сроки окупаемости инвестиций составляют более 20 лет.
Стабилизировать ситуацию в экологии с учетом нынешних темпов строительства жилья можно только активным внедрением новых технологий очистки сточных вод, обеспечивающих снижение срока окупаемости инвестиций до 5 лет.
Начиная с 1982 года в Ростовском НИИ АКХ им. К.Д. Памфилова по заказу Минжилкомхоза РСФСР разрабатывалась система новых типов очистных сооружений канализации [1], которая обеспечивает надежность технологических режимов очистки, высокое и стабильное качество очистки в холодные периоды года, снижение капитальных и эксплуатационных затрат. Новые типы компактных и экологически чистых очистных сооружений можно устанавливать непосредственно в жилых кварталах. В 1988 году к разработке системы подключились Госстрой и Минсельхоз России.
В основу создания комбинированных сооружений (КС) была положена идея объединения положительных свойств биологических фильтров (высокие окислительные и массообменные свойства прикрепленной микрофлоры, жизнестойкость и низкие энергетические затраты на окисление загрязняющих веществ), аэротенков-отстойников (высокий эффект очистки, возможность глубокой минерализации избыточного ила и возможность создания высокой концентрации ила в реакционном объеме) и водоструйной аэрации.
В 1997 году Минстрой России рекомендовал субъектам Российской Федерации применение в строительстве и эксплуатации сооружений РНИИ АКХ (письмо № БЕ-23-184/28). В 2005 году книга «Современное развитие технологических процессов очистки сточных вод в комбинированных сооружениях» [2] была направлена РОССТРОЕМ письмами №№ 03-3/599, 03-3/600 от 30.05.2005 г. в территориальные управления ЖКХ и Водоканалы России.
В итоге разработана система новых типов сооружений для очистки сточных вод для городов, поселков и промышленных предприятий на диапазон производительностей 50–100000 м3/сут., в которых энергетические затраты в 2–3 раза ниже, чем в наиболее эффективных существующих типах очистных сооружений. Циркуляция иловой жидкости через биофильтр – аэротенк-отстойник (рис. 1) позволяет одновременно решать две задачи: первая - обеспечение достаточным количеством кислорода иловой смеси в реакционном объеме аэротенка-отстойника и вторая – разбавление исходных сточных вод, что в свою очередь позволяет сооружениям работать без первичных отстойников и обеспечивать равномерную нагрузку по органическим веществам на органоминеральный комплекс биофильтра.
Последнее способствует развитию процессов нитрификации (средний слой прикрепленной биомассы биофильтра) и денитрификации – нижний слой биомассы. Эмпирически было установлено, что в биофильтре протекают процессы биодеградации органических веществ, процессы трансформации азота (нитри- и денитрификация) и фосфора. В реакционном объеме аэротенка-отстойника осуществляется процесс продленной аэрации, в условиях малых нагрузок на ил по органическим веществам, что обеспечивает развитый процесс нитрификации. Важным элементом комбинированных сооружений является блокирование аэрационной и отстоянной зон, что позволяет поддерживать в аэрационной зоне высокие дозы активного ила (4–8 г/л по беззольному веществу). Активный ил обладает высокой минерализацией (зольность 35%) и имеет низкое удельное сопротивление фильтрованию (33…45)х10-10 см/г. Доочистка сточных вод реализуется в биореакторах, загруженных материалом с развитой поверхностью блоков биологической загрузки (ББЗ 45 и 65). Насыщение воды кислородом осуществляется в аэрационной зоне биореактора также с помощью водоструйной аэрации.
Компактность сооружений позволяет выпускать их в закрытом исполнении, что обеспечивает экологически чистый режим работы новых сооружений, что в свою очередь дает возможность размещать их непосредственно в жилых кварталах. Очищенную по основным показателям (БПК, взвешенные вещества, N и P) и обеззараженную воду возможно использовать на промпредприятиях, при поливе зеленых насаждений и для пополнения внутренних водоемов. Простота и надежность новых технологических процессов позволяет осуществить почти полную автоматизацию работы сооружений и снизить до минимума численность обслуживающего персонала (до 50%). В климатических условиях Северной части России наиболее стабильно могут работать только сооружения РНИИ АКХ, их конструктивное устройство позволяет уменьшать в 3–4 раза количество необходимого наружного холодного воздуха для биохимических процессов.
Главной задачей в настоящее время является нормализация работы существующих очистных сооружений. Их реконструкция по технологии РНИИ АКХ с полным использованием ранее построенных сооружений обеспечит качественную очистку сточных вод.
Стоимость очистки 1 м3 хоз-бытовых сточных вод на традиционных аэрационных сооружениях в зависимости от географического положения ОСК и местных условий колеблется в настоящее время в пределах от 7–18 руб. Строительство новых и реконструкция существующих очистных сооружений по предлагаемым нами технологиям позволяет снизить капитальные и эксплуатационные затраты, что при реальной себестоимости очистки 1 м3 сточных вод 2–3 руб. обеспечит получение чистой прибыли от 5 до 10 руб. ОСК становятся высокорентабельными предприятиями, гарантирующими получение значительных доходов при инвестировании в системы водоотведения.
На настоящее время построены и эксплуатируются более 20 очистных сооружений производительностью 50–1500 м3/сут. Одним из условий скорейшего внедрения в практику строительства очистных сооружений канализации является государственная поддержка, которая позволит нам завершить строительство показательных объектов. В качестве возможных показательных объектов очистных сооружений по технологии РНИИ АКХ станут после завершения строительства ОСК г. Аксая Ростовской области производительностью 12000 м3/сут, ОСК г. Калача Воронежской области производительностью 3000 м3/сут. Ведется строительство ОСК г. Вольска Саратовской области производительностью 25000 м3/сут. и ОСК п. Дарасун 1000 м3/сут. Читинской области. Необходимо построить ОСК г. Долинска 7000 м3/сут., п. Тымовское 4200 м3/сут Южный Сахалин, закончить реконструкцию по технологии РНИИ АКХ биофильтров очистных сооружений г. Стародуба Брянской области производительностью 5000м3/сут. и аэротенков-отстойников г. Кинешма производительностью 20000 м3/сут. Запущены в эксплуатацию показательные ОСК станицы Кущевская (2700 м3/сут.).
В настоящее время большинство муниципальных очистных сооружений канализации входят в состав поселковых и городских Водоканалов, где они находятся на роли пасынков, т.е. в первую очередь осуществляется финансирование и развитие сооружений питьевого водоснабжения и по остаточному принципу канализационных сооружений. В связи с этим многие системы водоотведения находятся в неудовлетворительном состоянии, заложенные в них технологические решения не позволяют получить качество очистки соответствующее современным требования. Нормализацию сложившегося положения очистки сточных вод в стране можно осуществить при организации в регионах фирм осуществляющих долгосрочною аренду с возможным последующим выкупом очистных сооружений средних, крупных поселков и городов.
Одним из источников дохода должна стать утилизация минерализованного осадка сточных вод в качестве удобрения почв. В соответствии с [3, 4] осадки могут быть использованы в качестве органических удобрений в сельском хозяйстве, в промышленном цветоводстве, зеленом строительстве, лесоразведении, а также для биологической рекультивации нарушенных земель и полигонов ТБО.
В осадках сточных вод в оптимальном соотношении находятся углерод, азот, фосфор и микроэлементы, так при внесении в почву высушенного ила на приусадебные участки п. Северино Краснодарского края резко возрастала урожайность овощных культур. Но возможность широкого внедрения осадков в качестве удобрения сдерживалась жизнестойкостью гельминтов. Применение установок СВЧ гарантирует 100% дегельминтизацию осадка. При высокой степени минерализации избыточного ила исчезают неприятные запахи. Осадок, минерализованный в аэробных условиях, не имеет дурнопахнущих веществ. В качестве основы для процесса утилизации осадка принята технология фирмы «Engineering & ecological technologies engineer» (Израиль). Технологический процесс переработки, представляет собой многоступенчатую систему обработки, в результате которой в окружающую среду выбрасываются атомарный азот, водяной пар и техническая вода, а твердые продукты переработки, представляют собой расфасованное в герметическую тару готовое к применению экологически чистое органическое удобрение.
Выводы: Для решения экологических проблем России предлагается:
- использовать технологические процессы очистки сточных вод, обеспечивающих высокую рентабельность инвестиции;
- организовать научно-исследовательские центры с современным экспериментальным и лабораторным оборудованием;
- осуществить переход систем водоотведения на арендную основу;
- утилизировать минерализованный ил в качестве удобрений.
[1] В.П. Колесников, Е.В. Вильсон, В.К. Гордеев-Гавриков Комбинированные сооружения с биофильтрами и аэротенками-отстойниками , ж-л «ЖКХ» № 12, Часть I., Москва, Россия, 2003.
[2] В.П. Колесников, Е.В. Вильсон Современное развитие технологических процессов очистки сточных вод в комбинированных сооружениях, из-во «Юг», Ростов-на-Дону, Россия, 2005.
[3] ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений, Госстандарт РФ, 2001.
[4] СанПиН 2.1.7.573-96 Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения, Москва, Россия, 1996.