Раздел 6. Перспективные технологии

Раздел 6. Перспективные технологии

В соответствии с ПНСТ 21-2014 к перспективным относят "технологии, которые находятся на стадии научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ или опытно-промышленного внедрения, позволяющие повысить эффективность производства и сократить эмиссии в окружающую среду. Следует приводить сроки, в течение которых перспективные технологии могут стать коммерчески доступными". Вместе с тем в соответствии с требованиями Федерального закона Российской Федерации от 21 июля 2014 г. N 219-ФЗ "О внесении изменений в Федеральный закон "Об охране окружающей среды" и отдельные законодательные акты Российской Федерации" критерием доступности наилучшей технологии служит "промышленное внедрение этой технологии на двух и более объектах в Российской Федерации, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду". Таким образом, для целей настоящего справочника НДТ во избежание исключения из рассмотрения технологий, уже применяемых в промышленности в ограниченном масштабе, следует отнести и те технологии, рассмотрение которых невозможно в разделе наилучших доступных технологий вследствие недостаточно широкого применения в Российской Федерации.

Наряду с принципиально новыми подходами к перспективным технологиям (ПТ) в области очистки сточных вод следует отнести использование новых комбинаций существующих и активно применяемых технологических подходов, а также исследование новых сфер применения существующих технологических подходов, которые специально не описываются в настоящем разделе, поскольку их затруднительно выявить для всех или большинства областей применения настоящего справочника НДТ. К примеру, многие технологические подходы к очистке сточных вод, применяемые, согласно проанализированным анкетам, в нефтеперерабатывающей промышленности, до сих пор не применяются в других отраслях промышленности, где также имеется нереализованный потенциал их применения. Рассматривать такие технологии в качестве НДТ в настоящем справочнике НДТ методологического характера недопустимо, поскольку отсутствует опыт их внедрения в значительной части областей применения справочника НДТ. В то же время рассматривать их в качестве перспективных технологий не представляется возможным, поскольку они не подпадают под формальные критерии, установленные законодательством, будучи, как правило, внедренными более чем на двух промышленных предприятиях.

Таким образом, поскольку отбор технологий при разработке справочника НДТ осуществлялся на основе анализа анкет, во избежание неопределенности, ведущей к рассмотрению в качестве перспективных уже применяемых в промышленности технологий, в настоящем разделе рассмотрены только технологии, находящиеся (по данным авторов справочника НДТ) в Российской Федерации и за рубежом на стадии научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ или опытно-промышленного внедрения либо не внедренные в Российской Федерации.

ПТ-1. Фитотехнологии очистки сточных вод

Группа технологий предназначена для доочистки сточных вод от взвешенных веществ, азота, фосфора, органических соединений и др., а также для обеззараживания сточных вод. Хотя приоритетной сферой применения данной группы технологий является очистка городских сточных вод, проведенные в Российской Федерации НИОКР показали эффективность применения технологии для доочистки сточных вод предприятий по производству минеральных удобрений, свиноводческих комплексов и др., а опыт использования фитотехнологий за пределами Российской Федерации - и для доочистки ливневых, шахтных вод, промышленных (в основном пищевой отрасли) сточных вод, а также сточных вод животноводческих комплексов, элюатов свалок ТБО и др.

Технологии заключаются в использовании искусственно созданных очистных сооружений со специфическим составом микроорганизмов, развивающихся в корневой зоне растений и на иных субстратах, находящихся в водной среде. По сути, фитоочистные системы являются аналогом естественных водно-болотных объектов, которые, будучи дополнены рядом технических элементов и встроены в естественный ландшафт, способны эффективно выполнять роль водоочистных систем.

Опыт применения фитотехнологий в Дании (130 сооружений), Швеции и Норвегии (71), Канаде (67) и Северной Америке (600) показал, что они остаются эффективными даже при низких температурах; при этом зимнее снижение активности систем незначительно по сравнению с теплым летним периодом при наличии терморегулирующего слоя, защищающего сооружение от промерзания зимой.

Сравнение с капитальными затратами традиционного очистного сооружения (аэротенки с удалением биогенных элементов) показывает, что капитальные затраты при применении фитотехнологий на 20% - 30% ниже, чем для классических сооружений.

Достоинствами технологий являются очень низкие эксплуатационные затраты и затраты на техническое обслуживание, а также отсутствие необходимости вывоза осадка, малая численность персонала, отсутствие необходимости в реагентах.

Недостатками технологий являются сезонность, длительность процесса и относительно невысокая эффективность очистки.

В Российской Федерации технологии находятся на стадии ОКР.

ПТ-2. Биосорбционная доочистка сточных вод

Технология предназначена для глубокого удаления из сточных вод органических веществ, включая микрозагрязнения, и окисления аммонийного азота.

Технология заключается в следующем: дочищаемую воду обрабатывают в фильтре-биореакторе с псевдоожиженной загрузкой в виде гранулированного активного угля. Конструктивно обеспечивается удержание загрузки в сооружении. Рециркулирующая жидкость насыщается кислородом в эрлифтах.

При достаточном времени обработки достигают снижения ХПК на 40% - 60%, до 5 - 15 мг/л, - до менее чем 3 мг/л.

Достоинствами технологии являются длительный срок службы гранулированного угля и высокая эффективность по сравнению с использованием инертных носителей биопленки.

Технология разработана в 1980-е годы в СССР. Несмотря на выполненные научные работы и опытно-промышленное использование в ряде проектов, широкого практического распространения не получила.

ПТ-3. Окисление сточных вод ферратами

Технология предназначена для глубокой очистки и обеззараживания сточных вод, удаления взвешенных веществ, фосфатов, снижения ХПК и БПК даже при очень низкой дозировке в пределах 0,005-0,04 мг/л в пересчете на железо (VI). Сообщается также об удалении катионов токсичных металлов (кроме хрома и мышьяка, а также цинка) с помощью ферратов, превосходящих по своей окислительной способности озон и перекись водорода.

Технология заключается в использовании в качестве окислителя ферратов, представляющих собой двухвалентные соли высокоокисленного железа () с анионом и восстанавливающихся при окислении органических соединений до . Продуктом разложения в растворе самих ферратов является гидроксид железа, выделяющийся в виде коллоидных агрегатов, имеющих очень развитую поверхность, что обеспечивает дополнительную очистку посредством коагуляции. В качестве дезинфектанта ферраты обеспечивают более глубокое и надежное обеззараживание (по сравнению с хлором), не формируя токсичных соединений. Вода после обработки нетоксична.

Удаление общего органического углерода (зарубежный 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 .

Ферраты способны эффективно окислять микрозагрязнения; значимое удаление (до 70% по трихлорэтилену) достигается при дозе 30 мг/л и времени контакта 40 мин.

Проведены опыты по очистке сточных вод после вторичной обработки от стойких органических веществ (лекарственных препаратов). При этом расход ферратов составлял 2,5 мг (Fe)/л, степень деградации различных препаратов находилась в пределах 67% - 88%.

Используется за рубежом (более 5 применений) для глубокой очистки и обеззараживания производственных сточных вод. В Российской Федерации не применяется.

ПТ-4. Озонирование сточных вод в сочетании с использованием пероксида водорода

Технология предназначена для обезвреживания содержащихся в сточных водах органических соединений.

Технология базируется на использовании обычного реактора для озонирования и дозатора пероксида водорода. После проведения озонирования добавляют пероксид водорода; при этом более эффективным считается ступенчатое дозирование.

В лабораторных условиях получены хорошие результаты очистки сточных вод предприятий фармацевтической и текстильной промышленности, а также фильтрата полигонов для хранения твердых бытовых отходов.

Используется за рубежом (более 5 применений) для глубокой очистки и обеззараживания производственных сточных вод. В Российской Федерации не применяется.

ПТ-5. Электроосмотическое обезвоживание осадка сточных вод

Технология предназначена для обезвоживания осадка сточных вод и повышения содержания сухого вещества в обезвоженном осадке.

Технология базируется на использовании эффекта электрофореза, при котором ранее обезвоженный осадок попадает в пространство между электродами, через которые пропускают 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°С - 65°С.

Содержание сухого вещества в обезвоженном осадке на 8% - 10% (абсолютных) выше, чем при обычном обезвоживании, что соответствует 25% - 40% (относительным). Побочный эффект разогрева осадка обеспечивает его обеззараживание.

Используется за рубежом (более 5 применений) для отделения воды, связанной с сухим веществом осадка, которая не отделяется с помощью флокулянтов и под давлением. В Российской Федерации не применяется.

ПТ-6. Удаление азота из сточных вод посредством окисления аммония нитритом

Технология предназначена для удаления азота из высококонцентрированных (по аммонийному азоту) сточных вод, включая возвратные потоки от обезвоживания сброженного осадка.

Технология анаэробного окисления аммония базируется на использовании автотрофных бактерий (планктомицетов) и проводится в две стадии: на первой проводится частичная нитрификация для получения нитрита (), на второй - собственно реакция окисления аммония нитритом (), используемым в качестве акцептора электронов. С учетом роста бактерий и потребления нитрита на другие процессы в целом молярное соотношение общего аммонийного азота к нитриту составляет 1:1,32.

Технология не является самостоятельным процессом, а протекает только в комбинации с частичной нитрификацией, которая обеспечивает достаточное количество нитрита.

Применение процессов частичной нитрификации и данной технологии приводит к существенной экономии энергии на аэрацию (свыше 1 кВтч/кг азота) по сравнению с традиционным процессом нитрификации-денитрификации. Эксплуатационные и капитальные затраты снижаются благодаря компактности реакторов: при прочих равных условиях площадь, занимаемая сооружениями, при применении данной технологии в 3 раза меньше, чем при нитрификации-денитрификации.

Широкое внедрение технологии сдерживается фактором медленного роста бактерий.

Недостатком большинства технологий данной группы является необходимость включения дополнительной сложно контролируемой стадии для получения нитрита, токсичного уже при концентрации 100 мг/л и оказывающего значительный ингибирующий эффект на микроорганизмы.

В настоящее время технология применяется в промышленных масштабах лишь на нескольких объектах за пределами Российской Федерации (Нидерланды, Япония, Австрия). В Российской Федерации технология не применялась.

ПТ-7. Биологическая очистка сточных вод с применением гранулированных илов

Технология предназначена для удаления из сточных вод биогенных элементов и ориентирована на получение активных илов с пониженным иловым индексом и высокими седиментационными способностями.

Технология базируется на применении принципов получения аэробных гранул, объединяющих в себе четыре основные группы микроорганизмов, обеспечивающих анаэробные процессы. Согласно исследованиям, основой для формирования гранулированной биомассы является общая теория образования биопленок, согласно которой гранула зонально стратифицирована, т.е. во внешних слоях располагаются аэробные гетеротрофы и нитрификаторы, а денитрификаторы и фосфатаккумулирующие денитрифицирующие бактерии находятся внутри гранулы. Такая структура гранулы обусловлена глубиной проникновения субстратов и кислорода в биопленку.

Основными условиями для реализации технологии являются циклический процесс, восходящий поток сточной воды, ограниченное время для седиментации, а также регулирование кислородных условий.

Достоинством технологии является отсутствие химических реагентов, четырехкратное снижение затрат на оборудование (по сравнению с мембранным биореактором) и значительное сокращение энергопотребления.

В настоящее время технология изучена в лабораторных и реализована в опытно-промышленных условиях для высококонцентрированных промышленных или синтетических сточных вод, характеризующихся концентрацией ХПК более 300 .

ПТ-8. Ускоренная коагуляция/флокуляция и тонкослойное отстаивание сточных вод

Технология предназначена для удаления взвесей и цветности, тяжелых металлов и золы из стоков ТЭЦ и сталеплавильных предприятий, доочистки с целью удаления взвеси и связанных с ней загрязнений, известково-содового умягчения для производства деминерализованной воды.

Технология базируется на использовании микропеска (песка с размером зерен 45 - 100 мкм) в качестве затравочных зерен для хлопьеобразования. Микропесок обеспечивает развитую поверхность, которая усиливает флокуляцию и одновременно является балластом или весом, ускоряющим осаждение. Хлопья, утяжеленные микропеском, имеют уникальные характеристики осаждения, позволяющие использовать отстойники с очень высокими расходами на водосливах и коротким временем пребывания отстаиваемой воды. Площадь, требуемая для размещения установки, в 5 раз меньше площади классического полочного отстойника или флотатора с растворенным воздухом и примерно в 20 раз меньше традиционной системы осветления.

Технология позволяет достичь эффективного снижения концентраций по взвеси, коллоидному веществу, фосфору, тяжелым металлам и фекальным колиформам (более 90%), по БПК и ХПК (около 60%) даже при изменчивых показателях исходных стоков.

Достоинствами технологии являются высокая эффективность очистки (снижение показателя мутности более 90%); компактность (площадь, требуемая для размещения установки, в 5 раз меньше площади традиционного полочного отстойника или флотатора с растворенным воздухом и примерно в 20 раз меньше традиционной системы осветления); возможность простой модернизации действующих очистных сооружений; очень короткое время выхода на режим (менее 10 мин); возможность полной автоматизации с дистанционным управлением.

В качестве замены микропеска также используется магнетит (), позволяющий увеличить массу и осаждаемость хлопьев, обеспечивая при этом более высокую степень осветления и почти полное удаление твердых частиц размером более 10 мкм.

Более 300 установок эксплуатируются более 15 лет в разных странах мира. В Российской Федерации не применяется.

ПТ-9. Кристаллизация фосфатов из возвратных потоков сооружений обработки осадка

Технология предназначена для очистки возвратных потоков от фосфатов с получением сырья для производства удобрений.

Технология базируется на обработке возвратного потока (как правило, фильтрата или фугата от обезвоживания сброженного осадка) в реакторе с псевдоожиженным слоем песка с добавлением реагента (соль магния). В результате взаимодействия магния, фосфатов и аммонийного азота образуется нерастворимое вещество струвит (магний-аммонийфосфат), центрами кристаллизации которого в условиях псевдоожиженного слоя выступают частицы песка. Струвит по описываемой технологии представляет собой практически готовое фосфорно-азотное удобрение, нуждающееся лишь в сушке и фасовке.

Используется за рубежом (более 5 применений). В Российской Федерации не применяется.