Раздел 7. Перспективные технологии

Раздел 7. Перспективные технологии

Для характеристики и классификации развивающихся методов целесообразно выделить следующие понятия:

А. Инновационная технология:

А1. Развиваемая технология, находящаяся на стадии лабораторной или опытно-промышленной разработки в России либо за рубежом.

А2. Технология, не имеющая достаточного числа применений необходимого масштаба в России, чтобы отнести ее к НДТ.

А3. Не имеющая применений в России и используемая за рубежом на малом числе объектов (не более 3).

Б. Технология, освоенная в мировой и (или) отечественной практике, но не апробированная в данной отрасли в России:

Б1. Не имеющая достаточного числа применений в России, но используемая за рубежом (более 5 применений).

Б2. Смежная технология - применяемая в других отраслях, по близкому назначению, но в условиях, отличающихся от ОС ЦСВ.

Рассматривая перспективные технологии очистки ГСВ, следует различать статус технологий применительно к промышленным сточным водам и к ГСВ/ПСВ. Многие современные технологии, которые могут быть отнесены к НДТ для промышленных сточных вод, применительно к ГСВ и/или ПСВ следует рассматривать как перспективные (смежные) технологии. Однако данный подход следует в большей степени относить к специфическим загрязняющим веществам. При очистке от органических загрязнений (БПК, взвешенные вещества), соединений азота и фосфора данные, относящиеся к промышленным сточным водам, имеющим схожие с ГСВ характеристики загрязненности, следует рассматривать с технической точки зрения как относящиеся и к последней. Однако, при этом необходимо учитывать экономические обстоятельства, т.к. для многих отраслей промышленности допустимая себестоимость очистки сточных вод существенно выше.

Проблемы, прежде всего экологические, не решаемые технологиями, отнесенными к НДТ, можно разбить на следующие группы:

1) Недостаточно глубокое и нецеленаправленное удаление специфических органических загрязнений (нефтепродукты, СПАВ), биологически неокисляемых загрязнений, микрозагрязнений, тяжелых металлов.

2) Потеря ценных составляющих сточных вод в процессе из обработки.

3) Недостаточная эффективность НДТ в ряде ситуаций (например, неэффективное удаление азота при нитри- и денитрификации из ГСВ с низким соотношением БПК/общий азот). Техническая невозможность и ограничения применения технологий биологической очистки ГСВ в ряде случаев (места временного пребывания, низкая температура сточных вод и др.).

4) Значительные объемы осадка ГСВ как отхода при невозможности получения из него вторичной продукции либо ее сбыта.

5) Высокие экологические издержки, прежде всего расход электроэнергии и реагентов. Высокая стоимость реализации НДТ.

Учитывая состояние дел в подотрасли водоотведения, описанное в разделах 1 - 2, для отечественной практики наибольшее значение имеют группы проблем N 4 - 6. Первые три перечисленные группы проблем более актуальны в развитых странах Западной Европы и в США, а также в регионах с дефицитом пресной воды, где высок интерес к повторному использованию глубокоочищенных сточных вод.

Значительная часть проблем применяемых технологий связана не с их экологическим несовершенством, а со стоимостью их реализации, а также надежностью в различных ситуациях. Для снижения стоимости ОС разрабатывают новые технологические, технические и конструктивные решения, позволяющие достигать того же эффекта с меньшими затратами либо повысить устойчивость технологий.

Перспективные технологии изложены в данном разделе справочника в соответствии с приведенной выше классификацией. Необходимо обратить внимание, что данная классификация достаточно условна и ряд технологий может входит в различные ее группы.

7.1 Снижение загрязненности по ХПК, удаление специфических органических загрязнений (нефтепродукты, СПАВ), микрозагрязнений, тяжелых металлов

7.1.1 Биосорбционная очистка

Цель технологии

Глубокое удаление органических веществ, как в целом, так и отдельных микрозагрязнений. Также - глубокое окисление форм азота.

Общее техническое описание

Представляет собой комбинацию процесса с активным илом и использование порошкообразного активного угля (ПАУ). Может быть использована как в комбинации со вторичными отстойниками, так и с мембранным илоразделением. Порошкообразный активный уголь добавляется в аэротенк в количестве, соответствующем его выведению из системы с избыточным активным илом. На поверхности активного угля происходят процессы сорбции трудноокисляемых загрязнений с последующим окислением.

Процесс с мембранным илоразделением представляет собой более позднее развитие технологии, позволяющее увеличить концентрацию как ила, так и порошкообразного активного угля в реакторе и за счет снижения прироста ила уменьшить потребление угля.

Доза активного угля составляет 500 - 1000 мг/л реактора. Оптимальное значение возраста ила составляет около 15 сут. Это обуславливает необходимость добавления в биореактор 35 - 70 мг/л в сутки ПАУ.

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями

Не требует регенерации активного угля за счет использования процесса биорегенерации.

Преимущества для окружающей среды

Глубокая очистка от органических и азотных загрязнений. Удаление микрозагрязнений. В очищенной воде достигается: ХПК - менее 10 мг/л, - менее 3 мг/л, общий азот - менее 1 мг/л, аммонийный азот - менее 0,2 мг/л, тригалометаны - менее 0,1 мг/л.

Межсредовые воздействия

В пределах 10% увеличивается количество сухого вещества, выводимого из процесса осадка

Применимость

С технической точки зрения применим для сооружений любой производительности. На практике (США) применяется для очистки сложных промстоков.

Применительно к сточным водам поселений более перспективен для очистки высокозагрязненных ПСВ.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Единственным и важнейшим фактором, ограничивающим реализацию, являются затраты на активный уголь, неизбежно выводимый из реактора с избыточным активным илом. Стоимость ПАУ не позволяет использовать технологию для ГСВ, так как затраты на него превышают 12  воды.

Примерно на этом уровне затраты по технологии с использованием мембранного илоразделения, в которой потребность в угле ниже, однако оборудование сложнее и дороже.

Статус технологии

Б1 - Б2.

7.1.2 Сорбционная доочистка на активном угле

Цель технологии

Глубокое удаление органических веществ, как в целом, так и микрозагрязнений, глубокое удаление аммонийного азота.

Общее техническое описание

Осуществляется путем пропуска дочищаемой воды через фильтры различных конструкций с гранулированным активным углем (ГАУ). Время пребывания в фильтре 15 - 35 мин обеспечивает снижение ХПК до 5 - 20 мг/л. Органические загрязнения, а также аммонийный азот сорбируются на активном угле. По мере срабатывания сорбционной емкости активный уголь подлежит замене, либо термической регенерации.

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями

Удаление органических веществ и аммонийного азота при малом времени обработки и без энергозатрат.

Преимущества для окружающей среды

Очистка по ХПК до 5 - 15 мг/л, менее 3 мг/л, также по аммонийному азоту - менее 1 мг/л. Удаление микрозагрязнений.

Межсредовые воздействия

Образование отхода (отработанный активный уголь).

Применимость

С технической точки зрения применим для сооружений любой производительности, но, как любой метод фильтрования, проще реализуется на небольших и средних по расходу объектах. На практике применяется для очистки сложных и токсичных промышленных стоков.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Высокая стоимость гранулированного активного угля. Быстрое исчерпание его сорбционных свойств. Трудность и невысокая экономическая эффективность его регенерации.

Статус технологии

НДТ для очистки ПСВ (см. раздел 5).

Применительно к ОС ГСВ - перспективная технология Б2.

7.1.3 Сорбционная доочистка на минеральных сорбентах

Цель технологии

Глубокое удаление аммонийного азота, тяжелых металлов, специфических органических загрязнений.

Общее техническое описание

Осуществляется путем пропуска дочищаемой воды через фильтры различных конструкций с минеральным сорбентом нескольких типов. По мере срабатывания сорбционной емкости производится регенерация.

В качестве загрузки могут быть использованы:

- разновидности цеолитов, в том числе химически модифицированные;

- модифицированные глины.

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями.

Удаление органических веществ и аммонийного азота при малом времени обработки и без энергозатрат.

Преимущества для окружающей среды

Очистка по ХПК до 5 - 15 мг/л, менее 3 мг/л, также по аммонийному азоту - менее 1 мг/л. Удаление микрозагрязнений.

Межсредовые воздействия

Образование значительных количеств отхода (отработанные сорбенты).

Применимость

Применим для сооружений любой производительности, но, как любой метод фильтрования, проще реализуется на небольших и средних по расходу объектах. Находит применение на некоторых объектах очистки ПСВ.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Процесс БНД, осуществляемый на основной стадии, обеспечивает удаление азота, включая изначально находящийся в органической форме, тогда как сорбционный процесс, требующий отдельного сооружения, способен лишь концентрировать аммонийный азот. Обработка сточных вод от регенерации также представляет проблему.

Метод может найти применение совместно с физико-химической реагентной очисткой как подпроцесс для удаления аммонийного азота, при невозможности применить биологическую очистку, прежде всего для очистки сточных вод от объектов временного пребывания.

Статус технологии

А2.

7.1.4 Биосорбционная доочистка

Цель технологии

Глубокое удаление органических веществ, как в целом, так и микрозагрязнений. Окисление аммонийного азота.

Общее техническое описание

Дочищаемая вода обрабатывается в фильтре-биореакторе с псевдоожиженной загрузкой в виде ГАУ. Конструктивно обеспечивается удержание загрузки в сооружении. Рециркулирующая жидкость насыщается кислородом в эрлифтах. ГАУ находится в сооружении длительное время.

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями

Длительный срок службы ГАУ. Более высокая эффективность по сравнению с использованием инертных носителей биопленки.

Преимущества для окружающей среды

При достаточном времени пребывания - удаление ХПК на 40% - 60% - до 5 - 15 мг/л, - менее 3 мг/л, повышение удаления микрозагрязнений.

Межсредовые воздействия

Незначительное образование отхода (отработанный ГАУ).

Выбросы в воздух пренебрежимо малы.

Применимость

Ограничения по масштабу отсутствуют.

Сооружение разработано в 1980-е годы в СССР. Несмотря на выполненные научные проработки и использование в ряде проектов, нет информации о практическом применении на ОС ГСВ. Находит применение для промышленных сточных вод.

Применительно к сточным водам поселений более перспективен для очистки высокозагрязненных ПСВ.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Высокая стоимость ГАУ.

Риск слеживания биозагрузки в результате аварийных остановок насосов рециркуляции.

Статус технологии

А2/Б2.

7.1.5 Фотокаталитическая доочистка

Цель технологии

Удаление из сточных вод микрозагрязнений.

Общее техническое описание

Применительно к сточным водам может быть использована на стадии глубокой доочистки (так называемой четвертичной очистки). Вода пропускается через каталитическую загрузку (диоксид титана или иные), облучаемую УФ-лампами, либо естественным солнечным освещением.

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями.

Обеспечивает разложение микроконцентраций загрязняющих веществ, являющихся в большинстве своем бионеразлагаемыми.

Преимущества для окружающей среды

Удаление из сточных вод микрозагрязнений.

Межсредовые воздействия

Существенное энергопотребление на УФ-облучение.

Применимость

Метод вряд ли применим для больших расходов сточных вод. В связи с необходимостью УФ-облучения каталитической загрузки на расстоянии не более нескольких сантиметров конструкция реактора должна быть весьма сложной.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Метод находится на стадии разработки. На возможность реализации будут влиять эффективность удаления микрозагрязнений, энергозатраты, срок службы катализатора и единичная пропускная способность аппарата.

Статус технологии

А1.

7.1.6 Окисление ферратами

Цель технологии

Глубокая очистка и обеззараживание сточных вод.

Общее техническое описание

Ферраты - соли высокоокисленного железа (Fe (VI)), содержащие феррат-анион . Соответствуют железной кислоте , которая в свободном виде не существует. Они представляют собой сильный окислитель, превосходящий по своей окислительной способности озон и перекись водорода (самые сильные из остальных окислителей). Восстанавливаются при окислении органических соединений до , после чего работают как коагулянт и реагент для осаждения фосфатов.

Для применения в ВКХ используются, например, устройства электрохимического синтеза ферратов на месте применения путем растворения из стального анода в концентрированном гидроксиде калия.

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями

Универсальное действие, малое время обработки.

Преимущества для окружающей среды

Как дезинфектант (по сравнению с хлором) - обеспечивает более глубокое и надежное обеззараживание, не формируя токсичных соединений. Вода после обработки не токсична.

Удаление общего органического углерода (аналог ХПК) от начальной величины 12 мг/л составляет 30% - 35%, от начальной величины 13 мг/л - 90% - 95%, при дозах по феррату калия 4 - 6 мг/л. При дозах 10 - 15 мг/л сообщается об удалении ХПК ниже 10 мг/л.

Способен эффективно окислять микрозагрязнения, однако значимое удаление (до 70% по трихлоэтилену) достигается при дозе 30 мг/л и времени контакта 40 мин.

Сообщается также об удалении катионов токсичных металлов (кроме хрома и мышьяка, а также цинка) с помощью ферратов.

Межсредовые воздействия

Непосредственные - отсутствуют. Высокая энергоемкость получения феррата.

Применимость

Предлагаемые на рынке аппараты имеют единичную производительность до 230 тыс.  из расчета дозы феррата 2 мг/л (для питьевой воды), что эквивалентно 70 - 100 тыс.  по сточной воде.

Таким образом, метод применим на очистных сооружениях любой производительности.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Стоимость реагента даже при производстве на месте пока весьма высока - около 300 руб./кг (в ценах 2014 года). Обработка сточной воды дозой 5 мг/л обойдется около 1,5 , что существенно для решения только задачи доочистки по и обеззараживания.

Статус технологии

Б1.

7.1.7 Доочистка озонированием

Цель технологии

Глубокая очистка и обеззараживание сточных вод.

Общее техническое описание

В сточную воду через барботеры (имеющие необходимую химическую стойкость) подается озон, полученный на специальных установках. Типовая технологическая схема озонирования в максимальном варианте может состоять из следующих основных блоков:

- подготовки воздуха, в состав которого входят компрессор для забора и сжатия воздуха, фильтры, адсорберы, холодильники и ресиверы для очистки, осушки воздуха и стабилизации его давления;

- синтеза озона в газоразрядном генераторе с источником электропитания и системой отвода выделяющейся теплоты;

- смешения озоно-воздушной смеси с обрабатываемой водой из системы подачи и отвода газовой и жидкой фаз и системы разложения неиспользованного озона.

Доочистка озоном может использоваться в виде озонофлотации, для дополнительного удаления взвешенных веществ, когда контактный резервуар снабжен системой отведения образующейся флотопены. Однако с точки зрения расхода озона взвешенные вещества более эффективно удалять фильтрацией на предшествующей стадии доочистки.

Доза озона для доочистки/обеззараживания сточных вод очень высока и составляет 5 - 15 мг/л.

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями

Универсальное действие, малое время обработки. Отсутствие потребности в реагентах.

Преимущества для окружающей среды

Озонирование широко распространено и является эффективным методом окислительной деструкции следующих веществ, содержащихся в сточных водах: фенол и его производные (хлор-, нитро-, амино-, алкилфенолы), полифенолы, сложные соединения фенольного характера, СПАВ (алкилбензосульфонаты и др.), красители и др.

Окисление СПАВ в сточных водах позволяет снизить концентрации содержащихся в них алкилбензолсульфонатов и алкифенолов до ПДК.

Окисление сложных соединений завершается частичной деструкцией полимакромолекул с образованием фрагментов с низкомолекулярной массой. В связи с этим проблемой может быть наличие в обработанной воде остаточных продуктов озонолиза, в результате чего может увеличиваться токсичность. В практике очистки питьевой воды после применения озона используют сорбционную доочистку.

При дозах, обеспечивающих окислительную доочистку, происходит глубокое обеззараживание сточной воды.

За вычетом проблемы продуктов озонолиза озонирование является наиболее экологически чистым методом окислительной обработки, поскольку при использовании (приготовлении) его не применяют химические реагенты (как перманганат калия, хлор и др.), которые приводят к так называемому вторичному загрязнению воды.

Межсредовые воздействия

Высокий расход электроэнергии. Риск выброса в окружающую среду продуктов озонолиза.

Применимость

Метод хорошо отработан на производственных сточных водах и питьевой воде, в доступе большое количество озонаторов различной производительности. Может быть применен при любом масштабе.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Высокая стоимость обработки (применительно к доочистке сточных вод) препятствует применению озонирования как метода обеззараживания. При реализации требований по глубокой доочистке до качества воды водоисточников питьевого водоснабжения (четвертичная очистка) является (по зарубежному опыту) одним из базовых методов.

Статус технологии

Б1/Б2

7.1.8 Доочистка на мембранах

Цель технологии

Глубокое удаление взвешенных веществ и высокомолекулярных органических соединений

Общее техническое описание

Основана на пропускании воды под давлением через полупроницаемую мембрану и разделении воды на два потока: фильтрат (очищенная вода) и концентрат (концентрированный раствор примесей). Для доочистки сточных вод используются ультрафильтрационные мембраны, которые с размером пор от 0,01 до 0,1 мкм удаляют крупные органические молекулы (молекулярный вес больше 10 000), коллоидные частицы, бактерии и вирусы, не задерживая при этом растворенные соли.

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями

Высокая надежность, компактность.

Преимущества для окружающей среды

Глубокое удаление взвешенных веществ, возможность глубокого удаления фосфатов при использовании реагентов

Межсредовые воздействия

Отсутствуют, за исключением существенного энергопотребления.

Применимость

Ограничения по производительности практически отсутствуют, реально применимость ограничена 200 - 300 тыс..

Факторы, влияющие на возможность реализации

В связи с высокой стоимостью обработки целесообразность использования определяется утилизацией обработанной воды как технической с высокими требованиями к ней либо сбросом непосредственно в источник водоснабжения.

Статус технологии

А2/Б1. Реализована на одном объекте (ОС ГСВ "Красная поляна"), данные об эффективности, а также о целесообразности применения отсутствуют.

7.2 Извлечение ценных составляющих сточных вод

7.2.1 Кристаллизация фосфатов из возвратных потоков сооружений обработки осадка

Цель технологии

Очистка возвратных потоков от фосфатов, с получением сырья для производства удобрения.

Общее техническое описание

Возвратный поток (как правило, фильтрат или фугат от обезвоживания сброженного осадка) обрабатывается в реакторе с псевдоожиженным слоем песка с добавлением реагента (соль магния). В результате взаимодействия магния, фосфатов и аммонийного азота образуют нерастворимое вещество струвит (магний - аммоний - фосфат). В условиях псевдоожиженного слоя частицы песка выступают центрами кристаллизации струвита, в результате чего на их основе образуются гранулы этого вещества диаметром несколько миллиметров.

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями

Принципиально иная технология по сравнению с осаждением фосфатов коагулянтами при локальной очистке возвратных потоков. При использовании последних образующийся осадок содержит много железа или алюминия, рыхлый, плохо обезвоживается. Струвит по описываемой технологии представляет собой практически готовое фосфорно-азотное удобрение, нуждающееся лишь в сушке и фасовке.

Одна из двух технологий, позволяющих получать фосфорное удобрение из сточных вод.

Преимущества для окружающей среды

Снижение сброса фосфатов с очищенной водой. Рекуперация ценного (и конечного в природе) вещества.

Межсредовые воздействия

Потребление магниевого реагента (как правило, бишофит, добываемый на некоторых соленых озерах). Однако потребность в нем не слишком высока (соотношение магния к фосфору - не более 1:1).

Существенные затраты электроэнергии на поддержание взвешенного слоя.

Применимость

Применительно к ГСВ - только на возвратных потоках от обезвоживания сброженного осадка.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Экономически эффективен, начиная с высоких концентраций фосфора фосфатов в фильтрате (от 50 - 70 мг/л, лучше от 100 мг/л). Такие концентрации соответствуют сбраживанию предварительно сгущенного избыточного активного ила из процесса с биоудалением фосфора.

Статус технологии

Б1.

7.3 Снятие ограничений по применению НДТ в ряде неблагоприятных ситуаций

7.3.1 Денитрификация нитратного азота с добавлением субстрата

Цель технологии

Реализовать удаление азота при недостаточном соотношении БПК/азот в очищаемой воде. Также - снижение концентрации азота нитритов на стадии доочистки.

Общее техническое описание

В биореактор, в котором реализован процесс нитри- и денитрификации, подается дополнительный органический субстрат. За рубежом используются этанол, метанол, уксусная кислота.

Может использоваться как на стадии биологической очистки, так и доочистки.

Технологическая эффективность

Позволяет удалять соединения азота с эффективностью до 90% (при необходимости - и выше). Процесс биологического удаления азота позволяет получать остаточный общий азот преимущественно в наименее токсичной форме азотанитратов, минимизируя содержание аммонийной и нитритной форм.

Применимость

На сооружениях любого масштаба

Факторы, влияющие на возможность реализации

Использование дополнительного органического субстрата очень значительно увеличивает эксплуатационные затраты. Кроме того, оно формирует существенные потенциальные риски для здоровья персонала:

- метанол - смертельный яд;

- этанол - опасность хищений и употребления персоналом, в результате - нарушение работы персонала, тяжелые отравления;

- уксусная кислота - опасное химическое вещество.

Статус технологии

Б1.

7.3.2 Мембранное илоразделение

Цель технологии

Обеспечить глубокую и надежную очистку ГСВ в условиях очень малой площади под ОС и резких колебаний состава поступающих сточных вод. Получить очищенную воду, оптимальную для использования в качестве технической и поливной.

Техническое описание

Мембранные илоотделители используют как сооружения илоразделения при работе с аэротенками.

Представляют собой модули с ультрафильтрационными мембранами, через которые отфильтровывается от частичек ила очищенная вода.

По типу фильтрации мембранные илоотделители подразделяются на вакуумные и напорные. По типу используемых мембран вакуумные системы подразделяются на половолокнистые и пластинчатые. Мембраны собираются в модули таким образом, что их внутренняя полость, в которую фильтруется очищенная вода, герметично соединяется с отводящими коллекторами.

Мембранное илоразделение работает циклами. После цикла фильтрации следуют процедуры, приводящие к очистке пор в мембранах. Это может быть прекращение подачи вакуума в модуль, обратный импульс очищенной воды или воздуха. Под мембранным модулем постоянно работает мощная аэрация, обеспечивающая обдув мембран. Периодически мембранные модули подвергаются химической промывке от возникающих биологических и химических отложений.

Отделенный на мембранах возвратный ил направляется обратно в аэротенк.

Установки мембранного илоразделения, работающие вместе с аэротенками, практически составляют целостную инженерную систему, называемую мембранным биореактором (МБР). Хотя принципиальных изменений в технологии биологической очистки применения мембранного илоразделения не вносит. В небольших установках илоразделитель может быть помещен непосредственно в аэротенк. Свойства активного ила, формирующиеся в аэротенке, не оказывают принципиального влияния на эффективность работы мембранного илоразделения.

Технологическая эффективность

Высокая эффективность отделения ила, практически вне зависимости от его седиментационных свойств, позволяет обеспечить близкое к нулевому содержание взвеси (на практике обычно указывается - менее 3 мг/л). Поскольку взвесь активного ила (биопленки) также характеризуется и содержит общий азот и фосфор, то работа мембранного илоразделителя оказывает существенное воздействие и на эти показатели.

При надлежащей механической прочности мембран определяют очень высокую надежность и эффективность всей стадии биологической очистки практически в любых эксплуатационных ситуациях, связанных с залповыми сбросами загрязнений, ухудшением свойств ила и т.д.

Межсредовые воздействия

Формируют существенное увеличение потребления электроэнергии по двум причинам:

- откачка всего расхода очищаемой воды вакуум-насосами (либо подача иловой смеси в напорные модули);

- расход воздуха на обдув мембран.

Потребляют некоторое количество реагентов для химической промывки, однако их массовый расход невелик.

Мембранные илоразделители не оказывают самостоятельного воздействия на образование твердых отходов. Однако на их поверхности часто скапливается выраженный слой пены активного ила. Как правило, данную пену гасят с помощью пеногасящих реагентов.

Применимость

Полностью универсальное сооружение, как для коммунальных, так и для промышленных очистных сооружений, в диапазоне производительности от нескольких м/сут до нескольких сотен тысяч .

Факторы, влияющие на возможность реализации

Весьма сложное оборудование, работающее только при условии полной автоматизации. Обслуживание требует высококвалифицированного обслуживающего персонала. В случае частых нарушений регламента эксплуатации мембраны могут быть выведены из строя.

Обладают значительной стоимостью при приобретении. Требуют больших дополнительных эксплуатационных затрат, как постоянных - на электроэнергию и реагенты, так и периодических (особенно высоких) - на замену мембран.

МБР позволяют на одной стадии процесса очистки добиться тех же результатов, что и глубокая биологическая очистка с доочисткой. Данные по сопоставлению стоимости владения для двух технологий в российских условиях у технической рабочей группы отсутствуют.

За счет увеличения дозы ила позволяют уменьшить объем и площадь аэротенков в 2 - 4 раза, объем сооружений илоразделений - не менее, чем в 2 раза. Таким образом, площадь всей системы биологической очистки может быть сокращена в 2 - 3 раза, а объем - в 3 - 4 раза по сравнению с использованием вторичных отстойников.

Другое серьезное преимущество - малочувствительны к залповым сбросам в составе поступающих сточных вод, так как вынос ила из сооружения невозможен.

Последние два фактора позволяет рассматривать МБР как перспективную технологию прежде всего для применения на очень стесненных площадках ОС, а также в условиях приема на них большой доли сточных вод от производственных предприятий.

Статус технологии

А2/Б1/Б2.

7.4 Расширение возможности получения вторичной продукции из осадка ГСВ

7.4.1 Аэробная термофильная автотермичная стабилизация жидких осадков

Общее техническое описание

По биологическим основам процесс не отличается от обычной аэробной стабилизации, однако осуществляется другими группами аэробных гетеротрофных микроорганизмов - термофильными. По конструктивному оформлению и эффективности отличия процесса весьма существенны.

Обрабатываемый осадок подается в аэрируемые (как правило, с подачей сжатого воздуха в механические диспергаторы) закрытые реакторы, в которых происходит аэробный процесс биологического окисления органического вещества осадков. В процессе окисления концентрированных осадков (избыточный активный ил подлежит предварительному сгущению, оптимальная концентрация подаваемой смеси осадка - 45 - 60 г СВ/л) выделяющаяся теплота нагревает теплоизолированный реактор до температур термофильного процесса - свыше 50°C (аналогично процессу компостирования обезвоженных осадков). Такие условия позволяют не только в несколько раз ускорить проведение процесса по сравнению с обычной аэробной стабилизацией, но и до 1,5 - 1,8 раз повысить глубину распада органического вещества осадка.

Благодаря результатам процесса и схожему конструктивному оформлению данный метод часто называют аэробным термофильным автотермичным сбраживанием (хотя процесс с биохимической точки зрения сбраживанием не является).

Технологическая эффективность

Распад ОВ до 50% - 60%. Метод обеспечивает любую требуемую для почвенной утилизации степень обеззараживания осадков.

Термофильная аэробная стабилизация - наиболее энергоемкий процесс, требует наиболее высокого расхода электроэнергии. Это объясняется пониженной эффективностью растворения кислорода воздуха (низкое значение так называемого альфа-фактора). Энергозатраты не могут быть рекуперированы.

Межсредовые воздействия

Аналогичны классической аэробной стабилизации.

Как правило, отходящий воздух из стабилизаторов требует очистки от загрязняющих веществ, а в холодное время - также и охлаждения с каплеулавливанием.

Выделяющиеся при распаде азот и фосфор переходят в жидкую фазу (в иловую воду). Выделение в жидкую фазу азота не превышает 15% от входящей нагрузки на очистные сооружения, фосфора - 10% - 15%.

Применимость

Технически метод применим для сооружений любой производительности. Метод достаточно компактен. Требует использования специальных реакторов, систем аэрации и системы автоматизации процесса.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Сооружения безопасны в эксплуатации.

Метод увеличивает затраты на электроэнергию на очистных сооружениях не менее чем на 30% - 50% (большее значение - для совместной стабилизации осадка первичных отстойников и ила).

Обработанный методом аэробного термофильного сбраживания осадок обладает наилучшими водоотдающими свойствами, а также оптимален для использования (после обезвоживания) в качестве удобрения для любых целей и культур (при соблюдении требований по содержанию токсичных веществ).

Статус технологии

Б1.

7.4.2 Вермикомпостирование осадка

Цель технологии

Получение из осадков высококачественного удобрения

Общее техническое описание

Обезвоженные осадки (лучше - предварительно подвергнутые аэробной стабилизации) добавляются в качестве питания к биомассе красных калифорнийских червей, культивируемой в процессе. Черви поедают вещество осадка, выделяя биоудобрение. Процесс осуществляется в тонкослойных поддонах, полупериодически. По окончании процесса черви вновь отделяются от обработанного осадка и используются в следующем цикле.

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями

Получение особо высококачественного удобрения, которое может быть реализовано с получением дохода.

Преимущества для окружающей среды

Вовлечение органического вещества осадка в кругооборот в природе. Сокращение применения минеральных удобрений.

Межсредовые воздействия

Практически отсутствуют.

Применимость

На сооружениях небольшой производительности. Масштабы применения также определяются рынком сбыта вермикомпоста.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Технология требует ручного труда, ответственного контроля за процессом, значительных площадей зданий, где она реализуется. Характеризуется высокой материалоемкостью (стеллажи, поддоны).

Статус технологии

А2.

7.4.3 Пиролитическая газификация осадка

Цель технологии

Уменьшение объема осадка с получением из него горючего газа с последующей утилизацией его для выработки электроэнергии.

Общее техническое описание

Обезвоженный и высушенный осадок нагревается в замкнутом объеме, в результате чего происходит процесс пиролиза, выделяется пиролитический газ (смесь летучих органических веществ) и образуется кокс. На второй стадии процесса происходит частичное сжигание кокса (с ограниченным доступом кислорода), в результате чего выделяется синтез-газ (смесь водорода и окиси углерода). Смесь пиролитического газа и синтез-газ используются в качестве топлива. В результате процесса образуется зольно-угольный остаток.

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями

Высокая степень конверсии органического вещества осадка в полезную энергию при минимальном объеме газовых выбросов.

Преимущества для окружающей среды

Минимальный объем газовых выбросов.

Межсредовые воздействия

За счет многократно меньшего объема выбросов и иной аэродинамики реактора значительно меньше выброс пылевидных частиц по сравнению со сжиганием.

Применимость

Средние и крупные установки.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Требуется предварительная сушка осадка. Синтез-газ токсичен и взрывоопасен (однако применялся в качестве топлива для газовых фонарей с начала XIX века). Процесс пиролиза твердых топлив весьма хорошо известен.

Статус технологии

А3/Б2.

7.4.4 Остеклование осадка

Цель технологии

Термическая переработка осадка с получением из минеральной части товарного экологически и санитарно безопасного материала, который может использоваться в строительстве и производстве.

Общее техническое описание

Предварительно обезвоженный и глубоковысушенный осадок сжигается с подачей воздуха (предпочтительно обогащенного кислородом) в топке, позволяющей достигать температуры 1100°C - 1200°C, при которой минеральная часть осадка расплавляется. Расплав отводится вниз топки и попадает в зону остывания, формируя стеклоподобные частицы заданной формы и свойств. Отходящие газы охлаждаются, в том числе в системах рекуперации и получения энергии, и после очистки выбрасываются в атмосферу.

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями

Получение из минеральной части осадка вместо отхода (золы) товарного продукта.

Существенное сокращение массы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Исключение выброса органических соединений (диоксины, фураны) по причине повышенной температуры сжигания.

Применимость

На ОС начиная с крупнейших.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Необходимость предварительной сушки осадка, а также обогащения воздуха кислородом. Работа с минеральными расплавами. Высокая стоимость оборудования. Необходимость квалифицированного персонала.

Статус технологии

А3.

7.4.5 Получение жидкого топлива из осадка

Цель технологии

Получение из осадка коммерческого нефтеподобного продукта. Так называемый процесс "нефть из осадка".

Общее техническое описание

Обезвоженный высушенный осадок подвергается пиролизу. Благодаря специально подобранному давлению и использованию катализаторов происходит ожижение органического вещества с получением нефтеподобного продукта. Твердый остаток подлежит захоронению либо может быть сожжен.

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями

Высокая эффективность преобразования органического вещества осадка в энергоноситель. Получаемое жидкое топливо может утилизироваться за пределами очистных сооружений.

Минимальные выбросы отходящих газов.

Применимость

На ОС начиная с крупнейших.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Состав получаемого жидкого топлива должен удовлетворять требованиям для использования в качестве моторного либо котельного топлива. Сложное оборудование, потенциально опасный производственный процесс, близкий к нефтепереработке.

Статус технологии

А3.

7.4.6 Суперкритическое жидкофазное окисление

Цель технологии

Значительно сократить объем осадка, не используя сжигание, с целью минимизации воздействия на атмосферный воздух.

Общее техническое описание

Другие названия метода - гидротермальное окисление, "мокрое" сжигание.

Глубокосгущенный осадок нагревается в реакторе сверх так называемой критической точки (374°C), и, при соответствующем давлении подвергается химическому окислению кислородом, подаваемому компрессором. Оставшееся трудноокисляемое вещество может быть использовано как удобрение высшего класса (класс A по зарубежной терминологии).

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями

Эффект сокращения объема обработанного осадка близок к достигаемому путем сжигания, однако вредные выбросы в атмосферу практически отсутствуют.

Отсутствие вредных выбросов в атмосферу. Глубокое окисление органических веществ в осадке.

Применимость

ОС ГСВ, начиная с крупных.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Высокая степень потенциальной опасности при работе со сверхвысокими давлениями, высокой температурой, техническим кислородом. Высокая стоимость как оборудования, так и эксплуатационных затрат.

Статус технологии

А3.

7.5 Получение экологического эффекта, не уступающего НДТ, при существенно меньших затратах

7.5.1 Удаление азота через нитрит

Цель технологии

Сокращение энергопотребления процесса очистки сточных вод, увеличение возможностей для энергогенерации. Расширение возможности применения биологического удаления азота.

Общее техническое описание

Отличием от нитри- и денитрификации в данном процессе является проведение нитрификации до нитрит-иона и денитрификации нитрита до атмосферного азота. Процесс требует тонкого управления аэрацией по pH процесса.

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями

До 50% снижается потребность в кислороде на удаление азота (и, соответственно, снижается энергопотребление), увеличиваются возможности для энергогенерации.

Межсредовые воздействия

Аналогичны биологической очистке с удалением азота. Меньшие затраты электроэнергии.

Применимость

В любом масштабе.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Неоптимальное соотношение углерода и азота в сточных водах, а также направленность на энергогенерацию на очистных сооружениях способствуют интересу к данной технологии.

Необходимы высококвалифицированный персонал и эффективная система автоматизации.

Статус технологии

Б1.

7.5.2 Группа технологий с улучшенной нитрификацией

Цель технологии

Призвана сократить время обработки сточных вод в процессах биологического удаления азота и фосфора, лимитируемое в настоящее время необходимостью поддержания возраста ила, обеспечивающего устойчивую нитрификацию. В особенности это проявляется в холодное время года при снижении температуры сточных вод.

Общее техническое описание

Развивается целый ряд технологических решений с улучшенной нитрификацией (так называемая биоаугментация). Их можно разделить на две основные группы:

А. Наружное улучшение нитрификации.

К этой группе, в свою очередь, относятся следующие основные группы:

- комбинирование взвешенной и прикрепленной микрофлоры (при котором примерно половина сточной воды подается на капельный биофильтр, а обработанная вода оттуда, содержащая биопленку, подается в обычные аэротенки);

- выращивание нитрификаторов на возвратных потоках от обработки сброженного осадка с подачей обработанной жидкости либо избыточного активного ила в аэротенки. Преимущество в этих технологиях дает возможность проводить нитрификацию возвратных потоков при существенно более высокой температуре (свыше 25°C).

Б. Внутреннее улучшение нитрификации.

К этой группе относится процесс удаления азота и фосфора, названный DEPHANOX (денитрификация и фосфатаккумуляция в аноксидном процессе). Процесс включает в себя комбинацию взвешенного и прикрепленного ила в многостадийной системе, основанную на явлении фосфатаккумуляции в аноксидной зоне, происходящей в процессе денитрификации. Процесс включает в себя выделение нитрификации в отдельную зону, работающую без взвешенного ила, только с прикрепленной микрофлорой. С этой целью после анаэробной зоны, куда подается сточная вода и возвратный ил, производится отделение активного ила в отстойнике, осветленная частично обработанная сточная вода поступает в биофильтр-нитрификатор, а затем вместе с илом из отстойника в денитрификатор, с последующей постаэрацией и илоотделением.

Еще один процесс (BAR-процесс) предусматривает подачу азотсодержащего возвратного потока в отдельную зону аэротенка (регенератор), куда также поступает возвратный ил.

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями

Уменьшение объема сооружений биологической очистки без ухудшения качества очищенной воды.

Технологический эффект

Соответствуют преимуществам для технологий с биологическим удалением азота и фосфора. Также за счет более надежной нитрификации снижается содержание аммонийного азота в очищенной воде.

Требуется меньшая площадь для размещения аэротенков (биореакторов).

Применимость

Практически не ограничена.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Для процесса DEPHANOX необходимо тщательное выделение грубодисперсных включений из сточных вод.

Процессы с внешним улучшением нитрификации требуют наличия возвратного потока от сооружений обработки сброженного осадка.

7.5.3 Аноксидное окисление аммония (АНАММОКС-технологии)

Цель технологии

Повышение эффективности и снижение себестоимости удаления азота из сточных вод (в настоящее время - как правило, путем удаления азота из высококонцентрированных по аммонию возвратных потоков от обработки сброженного осадка).

Общее техническое описание

Около половины аммония в очищаемой воде окисляется в процессе биологической нитритации до нитрита в отдельном (первом) реакторе или в ходе симультанного (совместного) процесса, при этом вторая половина аммония окисляется образовавшимся нитритом с образованием молекулярного азота. Эта часть процесса осуществляется в бескислородных условиях.

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями

Процесс характеризуется низким энергопотреблением, малым образованием осадка и высокой энергоэффективностью, независимостью от источников органического вещества для денитрификации.

Преимущества для окружающей среды

Повышение глубины удаления азота из сточных вод минимизирует риск эвтрофикации водоемов-приемников. Снижение парникового эффекта (потребление, а не выделение в ходе процесса).

Межсредовые воздействия

Практически отсутствуют.

Применимость

На сооружениях любой мощности, где имеются потоки, концентрированные по аммонию (возвратные потоки от обработки осадков сточных вод при реализации метанового сбраживания).

Факторы, влияющие на возможность реализации

Технология требует наличия персонала высокой квалификации.

Статус технологии

А1/Б1. Применяется на десятках объектов за рубежом. В России выполнен большой объем исследований, разработаны новые конфигурации процесса.

Есть информация об использовании элементов процесса АНАММОКС при очистке ГСВ в затопленных биофильтрах на ряде объектов небольшой производительности [30]. Однако имеющийся объем информации пока не позволяет рекомендовать эту технологию как НДТ для ОС большей производительности.

7.5.4 Фитотехнологии очистки ГСВ

Цель технологии

Обеспечение необходимого качества очистки ГСВ при уменьшении затрат.

Описание технологии

См. подраздел 4.3.2.2. Для ПСВ ФОС являются НДТ.

Применительно к ГСВ биоплато является перспективной технологией со статусом А2/В2.

7.5.5 Обезвоживание осадков в геоконтейнерах

Цель технологии

Обеспечить глубокое обезвоживание осадка при сокращенных затратах и минимуме капитальных затрат.

Общее техническое описание

Метод занимает промежуточное положение между механическим обезвоживанием и иловыми площадками.

Аналогично механическому обезвоживанию осадок обрабатывается флокулянтом и подается насосом в геотекстильный контейнер (геотубу), сшитый из прочного фильтрующего материала, с объемом до 1500 . Свободная вода выходит через стенки контейнера сквозь мелкие поры геотекстиля. В результате этого происходит обезвоживание осадка, фильтрат, выходящий из контейнера, получается чистым и не содержит механических взвесей. Контейнеры размещаются на площадке с твердым покрытием и системой отвода фильтрата на ОС. Наливы сфлокулированного осадка в геоконтейнер повторяются несколько раз, до финального заполнения емкости.

После завершения активной стадии водоотдачи осадок, закачанный в геотекстильные контейнеры, продолжает обезвоживаться благодаря хорошей светопоглощающей способности геотекстиля и испарению через большую площадь поверхности контейнера. Кроме того, контейнер не впитывает атмосферные осадки и шлам не подвергается повторному обводнению. Положительно на процесс обезвоживания влияет зимнее промораживание, в результате чего при оттаивании высвобождается дополнительное количество остаточной влаги. Благодаря обезвоживанию в контейнере обезвоженный осадок (шлам) становится материалом, удобным для погрузки и транспортировки. Контейнер может быть вскрыт (не используется повторно для этих же целей), и его содержимое вывозится. Может быть применено решение по захоронению обезвоженного осадка на месте обезвоживания, в этом случае геоконтейнеры укладываются в несколько слоев друг на друга.

Преимущества для окружающей среды

Аналогичны механическому обезвоживанию.

Применимость

Универсальный метод.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Метод позволяет оперативно и с минимальными капитальными вложениями реализовать эффективное обезвоживание осадка. Требуется минимальная площадь для размещения узла приготовления и дозирования раствора флокулянта (возможен контейнер, размещаемый рядом с площадкой обезвоживания).

Затраты на обезвоживание, по данным поставщиков процесса, ниже на 20% - 30%.

Статус технологии

Для ГСВ - А2/Б2. Имеется один референц-объект: рекультивация накопителей осадка (Санкт-Петербург), однако, данный нестабилизированный осадок хранился в накопителях много лет, а до этого был уже обезвожен в центрифугах.

Для ПСВ является НДТ, так как для донных отложений водоемов, близких по составу, накоплен достаточный опыт.

7.5.6 Биосушка осадка

Цель технологии

Обеспечить сушку обезвоженного осадка с минимальными затратами энергии.

Общее техническое описание

Представляет собой высокоинтенсивное компостирование осадка, направленное на получение подсушенного биотоплива. Проводится в туннелях с продувкой буртов компостируемой смеси через каналы в днище. Компостируемая смесь представляет собой обезвоженный осадок с добавлением готового компоста крупностью выше заданной, а также древесной щепы (оборотной с добавлением свежей).

При компостировании (окислении ОВ осадка) выделяется тепло, позволяющее разогревать осадок до 60°C и выше. Подача воздуха в технологии биосушки осуществляется противотоком через несколько туннелей, находящихся в разных фазах процесса. Свежий воздух подается в дозревающий туннель (и охлаждает его), затем проходит туннель в активной фазе и, максимально нагретый, быстро поднимает температуру во вновь уложенном туннеле. Это обеспечивает быстрый процесс при высоком использовании кислорода воздуха.

Отходящий воздух очищается от аммиака (с его утилизацией в виде сульфата аммония), охлаждается (с отводом тепла на утилизацию), осушается, дочищается и выбрасывается в атмосферу.

Технологическая эффективность

Осадок высушивается до 4 раз по объему, до содержания СВ 25% - 30%. Нагрузка по осадку на общую площадь сооружения - 5 - 7 в год.

Межсредовые взаимодействия

С учетом очистки выбросов загрязнение воздуха находится под контролем.

Биосушка осадка - один из немногих процессов, позволяющих рекуперировать часть аммонийного азота, содержащегося в осадке.

Возвратные потоки на ОСК небольшие.

Применимость

Для потока осадка, соответствующего крупным ОС и выше. Может использоваться как групповое сооружение, получающее осадок от более мелких объектов.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Практически универсальный метод, не требующий сложных установок и высококвалифицированного персонала.

Свойства высушенного осадка, даже несмотря на потерю части органического вещества, позволяют использовать его как низкокалорийное топливо (аналог торфа). Он также может быть вывезен на полигон, использован как удобрение и т.п.

Метод нуждается в древесной щепе, однако ее потребление не превышает 1,5% по весу от обрабатываемого осадка, так как щепа используется многократно.

Статус технологии

Б1. Известны два объекта в Нидерландах, работающие уже свыше 10 лет.

7.5.7 Электроосмотическое обезвоживание

Цель технологии

Повысить содержание сухого вещества в обезвоженном осадке с небольшими дополнительными затратами энергии.

Общее техническое описание

Метод применяется в дополнение к устоявшимся технологиям и направлен на отделение части связанной с сухим веществом осадка воды, которая не отделяется с помощью флокулянтов и давления.

Используется эффект электрофореза, когда осадок (ранее уже обезвоженный) попадает в пространство между электродами, через которые пропускается постоянный ток. В направлении возникающего электрофоретического потока воды может размещаться фильтрационная мембрана.

Поскольку процесс идет с выделением тепла за счет сопротивления току, происходит разогрев обрабатываемого осадка до 55°C - 65°C.

Технические и экономические преимущества по сравнению с устоявшимися технологиями.

Содержание сухого вещества в обезвоженном осадке на 8 - 10 абс. % выше, чем при обычном обезвоживании, что соответствует 25 - 40 отн. %. Достигаемое значение содержания сухого вещества (55% - 60%) недостижимо на осадках городских сточных вод с помощью обычного обезвоживания. Побочный эффект разогрева осадка обеспечивает его обеззараживание.

Преимущества для окружающей среды

Уменьшение объема перевозимого и размещаемого в окружающей среде осадка. Обеззараживание осадка.

Межсредовые воздействия

Уменьшение образования твердой фазы осадка. Нагрев осадка приводит к выделению летучих веществ в газовую фазу, что может потребовать их сбора и очистки.

Применимость

Практически в любых условиях.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Существенный расход электроэнергии. Необходимость использования выпрямителей тока. Потенциальная электроопасность для персонала, связанная в том числе с применением постоянного тока. Может потребоваться сбор и очистка образующихся дурнопахнущих выбросов.

Статус технологии

Б1.