Раздел 4. Определение наилучших доступных технологий

4.1 Особенности методологии определения НДТ применительно к подотрасли

Выделенные в разделе 1 экологические проблемы (задачи) отрасли, с учетом анализа фактически применяемых технологий, проведенного в разделе 2, подразделяются на следующие:

1) Применительно к ОС ГСВ:

а) в области подпроцессов очистки сточных вод:

- очистка сточных вод от органических загрязнений, соединений азота, соединений фосфора;

- обеззараживание очищенных вод.

б) В области подпроцессов обработки осадков сточных вод с целью получения побочной продукции (биогаза, органического удобрения, почвогрунта, рекультиванта и т.п.), или практически неопасного или малоопасного отхода, предназначенного для размещения в окружающей среде:

- оптимальная стабилизация осадков;

- энергогенерация на базе органического вещества осадков;

- сокращение массы осадков;

- обеззараживание осадков.

Как показано в разделах 2-3, в сфере обработки осадка часть функций подпроцессов может пересекаться либо совпадать, четкое разграничение их невозможно.

2) Применительно к ОС ПСВ:

а) в области подпроцессов очистки сточных вод:

- очистка сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов;

- очистка сточных вод от БПК, соединений азота и фосфора, обеззараживание очищенных вод (при попадании в дождевую канализацию хозяйственно-бытовых сточных вод, либо ненадлежащем состоянии территорий водосбора);

б) в области подпроцессов обработки осадка: сокращение массы осадков.

Определение НДТ производилось с точки зрения полноты решения вышеперечисленных задач.

Все другие экологические задачи, возникающие в связи с образованием сточных вод поселений и их очисткой, не имеют на настоящий момент практических решений. Пути их решения изложены в разделе 7, посвященном перспективным технологиям.

С учетом проблем отрасли не менее важным, чем определение самих НДТ, является определение их применимости. Оно базируется на двух основных критериях:

- максимальная эколого-экономическая эффективность, направленная на предотвращение нерационального расходования инвестиционных ресурсов;

- комбинированный подход, с учетом как технологических возможностей на ОС, так и возможностей водного объекта.

Описанная в разделе 3 ситуация с развитием подотрасли требует обеспечения максимальной эколого-экономической эффективности. Для достижения этого определение НДТ необходимо осуществлять, в том числе (см.: подраздел 1.8), в увязке с оценкой состояния водного объекта, куда осуществляется сброс обрабатываемой сточной воды. Данная увязка должна обеспечить применение технологии, оптимально соответствующей экологическому состоянию водного объекта. Речь идет именно об определении уровня технологии, а не расчете качества сточной воды, допустимой к сбросу в водный объект. Подразумевается, что любая примененная технология должна эксплуатироваться в оптимальных, устойчивых условиях и при успешной реализации имеет ограниченный диапазон показателей качества очистки.

Важно понимать, что более 95 % всех ситуаций реконструкции существующих и строительства новых ОС реализуются в существующих населенных пунктах и относятся к уже существующим потокам сточных вод и массовым нагрузкам. Поэтому под оптимальным (с учетом состояния водного объекта) уровнем НДТ подразумевается только и исключительно разумное снижение нагрузки на водный объект от данных ОС в результате использования технологий этого уровня, а также сохранение существующего положения на хорошо работающих ОС, со сосредоточением инвестиций на худших объектах. Применение оптимального уровня НДТ никоим образом не может означать увеличения существующего уровня сброса загрязнений.

Поскольку законодательство подразумевает пересмотр справочников НДТ, если ситуация в среднем по отрасли сдвинется в сторону повышения уровня технологий и глубины очистки, в следующих редакциях будут предусмотрены другие, более высокие уровни технологий.

К моменту актуализации справочника, по отношению к редакции 2015 г., накоплен существенно больший опыт разработки проектов, включающих в себя решения по внедрению НДТ, в том числе в наиболее важной части процесса - собственно технологии биологической очистки. Важно отметить, что данный опыт:

- в полной мере подтвердил выбор технологий, относимых к НДТ (практически все решения в данных проектах соответствуют НДТ). При проектировании новых сооружений достижение технологических показателей НДТ для ГСВ не вызывает проблем;

- показал наличие существенных проблем во многих случаях, связанных с реконструкцией сооружений биологической очистки в условиях недостаточности существующих объемов.

Последний аспект во многих случаях оказывает очень существенное влияние на возможность применения НДТ и достижения технологических показателей по ряду ЗВ. Проблема заключается даже не в увеличении затрат на реконструкцию ОС в пределах 20-25 %. Во многих ситуациях на промышленных площадках ОС не имеется достаточного места для размещения новых сооружений, либо это сопряжено с очень дорогостоящими работами по прокладке новых каналов и других коммуникаций в условиях действующих сооружений (в отличие от многих промышленных предприятий, ОС ГСВ не могут быть остановлены на реконструкцию).

В практике технологического нормирования как ЕС и США, так и РФ (в многих других ИТС) активно применяется система двойного нормирования: более жесткие нормативы для вновь создаваемого объекта и менее жесткие - для существующих. Вышеуказанный накопленный опыт применения ИТС 10 показал, что нет оснований противопоставлять структуру технологических нормативов в нем данному опыту. Целесообразно использовать систему двойных нормативов и в ИТС 10. Однако, поскольку конкретные ситуации на реконструируемых ОС значительно различаются, следует использовать при установлении технологических показателей НДТ не одно значение, а диапазон, с указанием необходимости расчетного обоснования.

Основные технологии, которые могут рассматриваться как НДТ для ГСВ (в том числе удовлетворяющие критерию наличия 2 и более внедрений на территории Российской Федерации), обеспечивают качество очистки в трех диапазонах ИПКО:

- наименьшая величина ИПКО_цтп (4,5-7) обеспечивается группой технологий с удалением азота и фосфора: БНДФ, БНДФ-А, БНДХФ, БНДБХФ, дополненной доочисткой;

- ИПКО_цтп у этих же технологий, БНДФ, БНДФ-А, БНДХФ, БНДБХФ, но без доочистки, несколько больше - 7-10. При этом в данной группе показатели технологий с применением химических реагентов немного лучше (на 0,5 единиц), однако они имеют некоторые негативные последствия по количеству и составу образующегося осадка;

- по своим показателям следующая по росту значения ИПКО_цтп - технология БНД, которая может быть применена только в отсутствие требований к удалению фосфора. Для водных объектов, для которых по соображениям сохранения продуктивности экологической системы и сохранения базы для рыбного промысла, может быть востребована технология, не предусматривающая удаления как фосфора, так и азота.

Такими образом, возможная вариативность условий сброса в водные объекты вытекает из набора апробированных технологий (групп технологий), которыми располагает отрасль. Несмотря на большое разнообразие местных условий в водных объектах, возможности учета условий сброса для объектов производительностью свыше 20 тыс. м³/сут сводятся к четырем уровням экологической эффективности технологий, которые могут быть применены.

Для меньших расходов сточных вод (менее 20 тыс. м³/сут) в связи с их меньшей экологической опасностью, а также с условиями применения технологий выбор НДТ расширен, с отнесением к ним технологий БО, БН, технологий естественной и физико-химической очистки.

Для оптимизации расходования инвестиций на создание (реконструкцию) ОС для целей перехода подотрасли на НДТ в соответствии с Федеральным законом N 225-ФЗ от 29.07.2017 для установления технологических показателей НДТ для сбросов ЦСВП устанавливаются категории водных объектов.

Правила отнесения водных объектов к категориям водных объектов для целей установления технологических показателей наилучших доступных технологий в сфере очистки сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения утверждены постановлением Правительства РФ от 26 октября 2019 г. N 1379. Далее даны условные, упрощенные характеристики категорий, исключительно для понимания их смысла. Детальные указания по отнесению конкретных объектов приведены в указанных Правилах.

Категория А. Наиболее охраняемые или наиболее уязвимые водные объекты - группа, требующая самых эффективных технологий.

Категория Б. Основная группа водных объектов.

Категория В. Экологически благополучные водные объекты.

Категория Г. Объекты с особо низким содержанием азота и фосфора, допускающие применение биологической очистки без глубокого удаления азота и фосфора.

Основные технологии, которые могут рассматриваться как НДТ для ПСВ (в том числе удовлетворяющие критерию 2 и более внедрений), обеспечивают качество очистки в трех диапазонах ИПКО_цтп:

- наименьшая величина ИПКО_цтп (до 3,5) обеспечивается группой технологий, имеющих в своем составе узел доочистки на двухступенчатых фильтрах (фильтры для глубокого удаления взвеси и сорбционные фильтры). Эти дорогостоящие в создании и эксплуатации технологии должны применяться при сбросах в водные объекты категории А;

- выше ИПКО_цтп у технологических схем, включающих в себя отстойники (в том числе тонкослойные), с последующими фильтрами, либо флотационные сооружения, или габионные сооружения, дополненные биотехнологическими подпроцессами либо использованием реагентной обработки (ИПКО_цтп до 7), и иные сочетания поименованных подпроцессов. Эти технологии следует применять при сбросах в водные объекты категории Б;

- несколько худшее качество очистки обеспечивается у тонкослойных отстойников без применения биологической доочистки (ИПКО_цтп до 12). Эту технологию следует применять при сбросах в водные объекты категории В;

- отстойники (как наземного, так и подземного исполнения, аккумулирующие резервуары-отстойники, пруды-отстойники) обеспечивают существенно худшую очистку и могут применяться только для объектов категории Г.

4.2 Анализ технологий как возможных НДТ для очистки городских сточных вод

Ниже описаны технологии, используемые для решения указанных экологических задач и оказывающие непосредственное воздействие на окружающую среду, в соответствии с перечнем технологий, указанных в разделе 2. Кроме общего описания, проведена оценка технологий по степени воздействия на другие компоненты окружающей среды и потребления ресурсов. Оценены условия применения технологий и факторы, влияющие на их реализацию.

4.2.1.1 Очистка сточных вод от органических загрязнений, соединений азота и фосфора

На подавляющем числе объектов, подпадающих под обязательное внедрение НДТ, для решения данной проблемы в составе процесса очистки сточных вод используется подпроцесс биологической очистки в аэротенках, с использованием в качестве доочистки фильтров различных конструкций, либо без доочистки.

Каждый из нижеописанных вариантов технологий биологической очистки включает в себя целый ряд технологий, известных под индивидуальными названиями. Приведенное описание затрагивает основные характеристики этих групп технологий, общие для них всех, не углубляясь в отличия между данными технологиями.

4.2.1.2 Биологическая очистка от органических загрязнений, соединений азота и фосфора

4.2.1.2.1 Биологическая очистка в аэротенках

Все характеристики для биологической очистки в аэротенках ниже описаны применительно к илоразделению во вторичных отстойниках. Широко применяемые за рубежом циклические реакторы (также известные как SBR) отличаются от системы аэротенк-отстойник лишь конструктивными особенностями исполнения и более широкими возможностями автоматизации процесса. Однако их применение принципиально не меняет ни экологических, ни стоимостных показателей подпроцесса биологической очистки ГСВ, поэтому циклические реакторы отдельно в данном справочнике не рассматриваются.

Использование мембранного илоразделения существенно улучшает значения ряда технологических показателей (взвешенные вещества, БПК₅), а также повышает надежность достижения минимальных значений других показателей, прежде всего, фосфора фосфатов и азота нитритов. Однако техническая рабочая группа при разработке справочника не смогла получить достоверных данных по местонахождению в России и результатам эксплуатации ОС, использующих мембранное илоразделение при очистке сточных вод поселений. Поэтому мембранное илоразделение (в составе мембранных биореакторов) как отдельная НДТ в данном разделе не рассматривалось. Аналогичная ситуация с флотационным илоразделением. Согласно принципу технологического нормирования, все технологии, которые способны обеспечить показатели, не превышающие показатели НДТ, также относятся к НДТ.

4.2.1.2.1.1 Биологическая очистка в аэротенках от органических веществ

Общее техническое описание

Также известна как полная биологическая очистка, традиционная биологическая очистка. Далее сокращенно именуется БО. Осуществляется в сооружениях, как правило, прямоугольной формы, куда поступает сточная вода и возвратный активный ил, отделяемый в сооружениях илоотделения. Для поддержания биохимического процесса окисления аэротенки аэрируются с помощью самых разнообразных пневматических, механических или гидравлических систем. В результате процессов аэрации происходит растворение в иловой смеси кислорода воздуха и его потребление микроорганизмами ила. В результате технологического процесса происходит сорбция на иле и окисление (полное либо частичное) органических загрязнений, как растворенных, так и взвешенных. Окисляемые органические соединения трансформируются в углекислоту и воду. В результате питания и деления микроорганизмов активного ила, а также сорбции ими загрязняющих веществ, происходит прирост активного ила.

В подавляющем большинстве применений предусмотрена регенерация возвратного активного ила (его аэрация без подачи сточной воды), с возможностью изменения соотношения объемов регенераторов и самих аэротенков.

При обеспечении растворения достаточного количества воздуха и наличии достаточного времени пребывания в аэротенках развиваются также дополнительные процессы биологического окисления аммонийного азота - нитрификация.

Преимущества для окружающей среды

В настоящее время является базовым методом очистки ГСВ, позволяя удалять органические загрязнения с эффективностью до 95-97 % - до 8-15 мг/л по содержанию взвешенных веществ и БПК₅.

Наряду с удалением органических загрязнений, определяемых по БПК₅, удаляет, благодаря физико-химическим взаимодействиям, значительную часть тяжелых металлов. Также окисляет многие специфические техногенные загрязнители, такие как нефтепродукты, СПАВ, а также сероводород.

Частично (в количествах, необходимых для прироста активного ила) происходит удаление (поглощение) соединений азота и фосфора.

Неспособность технологии удалять азот и фосфор однозначно относит ее к устаревшим. Технология может рассматриваться как НДТ только для ОС с сверхмалой производительностью, как оказывающих малое негативное воздействие, и нуждающихся в простых и эффективных методах.

Межсредовые воздействия

Значительная часть органических соединений не окисляется, а трансформируется в прирост активного ила, увеличивая его концентрацию в сооружении. Соответственно, необходимо выводить избыточный активный ил (после сооружений илоотделения), обрабатывать его и размещать в окружающей среде.

Особенностью технологии является высокая энергоемкость процесса растворения кислорода воздуха в аэротенке. Энергия потребляется в виде электроэнергии и не может быть рекуперирована.

Применимость

Без негативного воздействия на окружающую среду по современным требованиям метод применим только в двух случаях: на сверхмалых очистных сооружениях, при использовании предварительного, либо последующего удаления фосфора с помощью реагентов, а также последующего удаления соединений азота с использованием дополнительного источника органики для процесса денитрификации (в России последнее не применяется).

Факторы, влияющие на возможность реализации

Один из наиболее простых методов очистки ГСВ, не требующий для своей реализации сложного оборудования и средств автоматики.

Потребность в площади для метода средняя.

При наличии в бассейне водоотведения мощных источников нерегулярной нагрузки либо залповых сбросов органических загрязнений (пищевые, химические, нефтехимические предприятия), приводящих к увеличению нагрузки по органическим загрязнениям более чем на 50 %, возможна хронически нестабильная работа метода с ухудшением качества очистки по БПК₅ до 20-40 мг/л и негативным влиянием на сооружения илоотделения.

На ряде объектов технология применяется с использованием загрузочного материала для иммобилизации биомассы в аэротенках.

При использовании загрузочного материала он может быть размещен в сооружении следующими основными способами: в виде самонесущих блоков (непосредственно на днище либо на поддерживающих каркасах), в виде полотнищ, волокнистых материалов и т.п., размещаемых на каркасах, в виде плавающей загрузки.

Такой вариант более стабилен в условиях залповых сбросов загрязняющих веществ, позволяет повысить производительность сооружений.

Недостатками являются существенные капитальные вложения на приобретение загрузочного материала и его размещение в аэротенке, а также сложности с его регенерацией (известны случаи обрушения под весом биопленки недостаточно прочной загрузки). Использование загрузки, кроме плоскостной (как в аэротенке, так и в затопленных биофильтрах), требует тщательного процеживания сточных вод.

Референц-объекты

Подавляющее большинство всех ОС ГСВ в стране.

4.2.1.2.1.2 Биологическая очистка в аэротенках от органических веществ и аммонийного азота

Общее техническое описание

Историческое название процесса - продленное окисление. Для отличия всей группы процессов биологической очистки, использующих нитрификацию, от полной биологической очистки (классической технологии) в настоящем справочнике они именуются как процессы глубокой биологической очистки. Далее по тексту сокращенно именуется БН.

Конструктивное исполнение и движение технологических потоков аналогично полной биологической очистке. Является сочетанием в одном сооружении двух микробиологических процессов:

- аэробное окисление органических загрязнений растворенным кислородом;

- аэробное окисление аммонийного азота до нитратов (нитрификация) и нитритов.

Процесс нитрификации развивается как продолжение полной биологической очистки, в том числе самопроизвольно, при необходимом увеличении времени пребывания сточной воды в аэротенках (в том числе при отказе от регенерации возвратного ила и задействовании этих объемов для очистки сточной воды) и достаточном количестве растворенного кислорода (не менее 1 мг/л в тех зонах, где происходит нитрификация). В подавляющем большинстве ситуаций данный процесс не был предусмотрен проектом, а развился по описанным причинам.

Несмотря на внешнюю идентичность с полной биологической очисткой, процесс нитрификации ГСВ существенно отличается от нее. Для его эффективного протекания необходимо поддержание заданного минимального возраста ила. При снижении ниже этой величины процесс нитрификации нарушается и затем практически прекращается.

Высокое потребление кислорода на нитрификацию существенно увеличивает необходимый расход воздуха, который необходимо подавать на аэротенк - до 50-100 %. Если этот расход не будет подаваться, процесс нитрификации будет происходить лишь частично, даже при необходимом возрасте ила. И, наоборот, при нарушении возраста ила даже при необходимом расходе воздуха процесс не будет происходить эффективно.

Поскольку процесс нитрификации приводит к выделению в воду ионов водорода, то при недостаточной буферности сточной воды возможно снижение pH и, в свою очередь, ингибирование процесса нитрификации.

Преимущества для окружающей среды

Позволяет удалять органические загрязнения с эффективностью до 96-98 % - до 5-8 мг/л.

Позволяет переводить соединения азота из более токсичной формы (аммонийный азот) в менее токсичную (нитратный азот). Азот нитратов, в отличие от аммонийного азота, не потребляет кислорода в водных объектах, т.е. не оказывает негативного влияния один из важнейших технологических параметров - концентрацию растворенного кислорода. Более того, в загрязненных водных объектах азот нитратов может служить источником связанного кислорода для протекания процессов самоочищения путем денитрификации. Остаточная концентрация аммонийного азота может составлять 0,3-1,0 мг/л.

Теоретически процесс продленного окисления не обеспечивает удаления азота сверх 20-35 %, потребляемых на прирост ила, т.е. в значительной степени оставляет без изменения негативное влияние азота в виде эвтрофикации водных объектов. Однако на практике на значительной части объектов (см.: раздел 3) отмечено существенное удаление азота на ОС, работающих по технологии БН - до 60 %, с получением общего азота в пределах 15 мг/л.

За счет неполного окисления могут присутствовать повышенные концентрации азота нитритов - на уровне 0,1-0,5 мг/л.

За счет большего времени контакта загрязнений с илом обеспечивает максимально глубокое удаление органических загрязнений, определяемых по БПК₅ (до 2-3 мг/л) и специфических техногенных веществ (нефтепродукты, СПАВ, фенолы), а также сероводород.

Все остальные преимущества для окружающей среды тождественны полной биологической очистке.

Экологические преимущества однозначно свидетельствуют в пользу применения данной технологии как временной меры до реконструкции ОС с внедрением НДТ. Не рекомендуется как технология, которая должна внедряться путем реконструкции аэротенков, кроме ситуаций, в которых удаление азота нецелесообразно с рыбохозяйственной точки зрения, а также при предъявлении соответствующих требований потребителем при использовании сточных вод для орошения. В остальных ситуациях для реконструкции ОС начиная с небольших следует использовать более экологически эффективные технологии.

На малых ОС технология может рассматриваться как НДТ, учитывая их незначительный вклад в загрязнение водных объектов и не столь существенное влияние фактора энергопотребления.

Межсредовые воздействия

Особенностью технологии относительно полной биологической очистки является наиболее высокая энергоемкость процесса растворения кислорода воздуха в аэротенке. Энергия потребляется в виде электроэнергии и в рамках данного процесса не может быть рекуперирована.

Применимость

Без негативного воздействия на окружающую среду по соединениям азота и фосфора метод применим в следующих условиях:

- на сверхмалых - небольших ОС, в зависимости от категории водного объекта;

- при проведении последующего удаления нитратов с использованием дополнительного источника органики для процесса денитрификации, что формирует существенные дополнительные финансовые затраты и экологическую нагрузку в виде потребления реагентов и увеличения количества твердых отходов (в России не применяется);

- при использовании предварительного либо последующего удаления фосфора с помощью реагентов.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Наряду с полной биологической очисткой, один из наиболее простых методов очистки коммунальных СВ, не требующий для своей реализации сложного оборудования и средств автоматики.

Может быть реализован на существующих сооружениях без реконструкции, при нагрузке на них не выше 2/3 от проектной и достаточной мощности аэрационной системы.

Высокая (наиболее высокая из всех технологий биологической очистки) потребность в электроэнергии при отсутствии удаления азота делает технологию БН, как вновь внедряемого процесса, экономически малоэффективной. Рациональнее использовать технологии БНД. Технология БН, как правило, реализована по факту, как следствие низкой нагрузки на сооружения БО, при достаточной аэрации.

Потребность в площади для метода - повышенная (по сравнению с БО).

При наличии в бассейне канализования мощных источников нерегулярной нагрузки, либо залповых сбросов органических загрязнений (пищевые, химические, нефтехимические предприятия), приводящих к увеличению нагрузки по органическим загрязнениям более, чем на 50 %, возможна хронически нестабильная работа метода с ухудшением качества очистки по БПК₅ до 20-40 мг/л и негативным влиянием на сооружения илоотделения. При сбросе определенных токсикантов, а также в результате перерывов в подаче электроэнергии более чем на 15 ч возможно ухудшение процесса нитрификации.

Аналогично технологии полной биологической очистки находит применение опция применения загрузочного материала для иммобилизации биомассы в аэротенках, повышающая стабильность процесса.

Его характеристики аналогичны. Для реализации в условиях нитрификации существенно, что неэффективная регенерация загрузки приводит к периодическим сбросам отмершей биопленки и вторичному загрязнению аммонийным азотом, что существенно снижает эффективность процесса.

Референц-объекты

Не менее 30 % сооружений полной биологической очистки в России в силу сложившихся обстоятельств работают по данной технологии.

4.2.1.2.1.3 Биологическая очистка в аэротенках от органических веществ и азота

Общее техническое описание

На практике реализована с помощью процессов биологической нитри-денитрификации (далее именуется БНД). Применяемые технологические схемы приведены на рисунке 4.1.

а) Модифицированный процесс Лудзака-Эттингера (МЛЭ), также называемый предвключенной денитрификацией

б) Ступенчатая нитри-денитрификация (могут использоваться 2 или 3 ступени с чередованием аноксидной и аэробной зон)

"Карусельная нитри-денитрификация". На примере демонстрационной линии на Курьяновских ОС (Москва), 1995-1998 годы, 40 тыс. м³/сут

1 - первичный отстойник;

2 - биореактор;

3 - вторичный отстойник;

а - поступающая сточная вода;

б - осветленная сточная вода;

в - возвратный ил;

г - очищенная сточная вода;

д - реагент (FеСl₃);

заштрихованная часть - зона переменной аэрации

в) "Карусельная" нитри-денитрификация

Вариант технологии симультанной нитри-денитрификации (Люберецкие ОС, Москва, 60 тыс. м³/сут)

1 - зона симультанного процесса (концентрация O₂ в пределах 0,3-0,8 мг/л);

2 - зона переменной аэрации;

3 - зона без аэрации;

а - поступающая сточная вода;

б - возвратный ил;

в - иловая смесь на вторичные отстойники

г) Попеременная или симультанная нитри-денитрификация

Рисунок 4.1 - Варианты технологического процесса нитри-денитрификации в аэротенках

Конструктивно осуществляется в аэротенках прямоугольной формы, куда поступает сточная вода и возвратный активный ил, отделяемый в сооружениях илоотделения. Может также быть реализован как циклический процесс, с осуществлением последовательно биохимических процессов и отставания ила в едином сооружении (в России имеются единичные объекты с циклическими реакторами.

Технология основана на использовании в одном сооружении трех микробиологических процессов:

- аэробное окисление органических загрязнений растворенным кислородом;

- аэробное окисление аммонийного азота до нитратов (нитрификация);

- аноксидное окисление органических загрязнений кислородом нитратов, с восстановлением нитратного азота до молекулярного (денитрификация).

Условием проведения денитрификации является отсутствие в иловой смеси в течение необходимого времени растворенного кислорода либо очень малая его концентрация (до 0,5 мг/л) при одновременном присутствии органических веществ. Для проведения двух групп процессов, характеризующихся разными потребностями в растворенном кислороде, используют следующие основные приемы:

- физическое разделение процессов путем выделения специальных зон нитрификации и денитрификации (зоны N и D);

- разделение процессов во времени в одном и том же объеме сооружения. Используется частичное разделение во времени, при этом фазы нитрификации и денитрификации повторяются многократно;

- комбинированное использование физического и временного разделения процессов;

- одновременное, когда весь процесс очистки проводится при невысоких значениях концентрации растворенного кислорода (до 1 мг/л).

Бактерии, осуществляющие нитрификацию и денитрификацию, существуют в единой иловой смеси, функционируя в соответствующих зонах (временных интервалах) либо в единой зоне с промежуточными условиями. Обязательным условием деятельности бактерий-денитрификаторов является наличие органического вещества, которое они могут потреблять в процессе восстановления нитратов, для которого необходимо окисление связанным кислородом углерода и водорода.

Для обеспечения такой возможности при использовании различных зон применяется такой технологический прием, как рециркуляция между зонами. Необходимость этого обусловлена тем, что процесс нитрификации происходит тогда, когда почти все органические загрязнения удалены.

В схемах с зональным разделением нитрификации и денитрификации производится рециркуляция иловой смеси, содержащей нитраты, из конца аэробной зоны в начало аноксидной. Эта рециркуляция осуществляется с помощью погружных насосов путем создания горизонтально ориентированными мешалками бесконечного потока ("карусель") иловой смеси между зонами, а также с помощью эрлифтов (рационально только на малых установках).

Способы аэрации - аналогично БО. Зоны денитрификации должны перемешиваться для предотвращения расслоения иловой смеси и для массообмена. Перемешивание на большинстве объектов - с помощью погружных мешалок (оптимальный метод), несколько объектов были выполнены с перемешиванием воздухом с минимизацией растворения кислорода (нерекомендуемый метод).

Возвратный активный ил подается в начало зоны денитрификации либо в единый объем аэротенка (при других рассмотренных решениях по проведению процесса).

Сравнение технологических схем нитри-денитрификации приведено в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Сравнение технологических схем нитри-денитрификации

Технологическая схема	Преимущества	Недостатки
Модифицированный процесс Лудзака-Эттингера (МЛЭ)	Глубокое удаление аммонийного азота. Не нуждается в автоматизации. Простота применения при реконструкции	Значительный рецикл из зоны нитрификации. Малые возможности для изменения соотношения зон N и D
Ступенчатый процесс	Не требуется внутренний рецикл. Минимальное время пребывания за счет повышенной концентрации активного ила. Возможно достигнуть более эффективного удаления азота и более глубокой нитрификации	Усложненная схема, содержащая 4-6 зон. Малые возможности для изменения соотношения зон N и D. В коридорной компоновке высокие затраты на перемешивание узких зон денитрификации. Сложно применять при реконструкции
"Карусельный" процесс	Широкие возможности для изменения соотношения зон N и D. Минимальные энергозатраты на перемешивание. Уменьшение на 10 % затрат на аэрацию	Увеличенные затраты на изменение строительных конструкций при реконструкции
Периодический процесс	Максимальная простота конструкции (может быть использован единый объем и схема циклического реактора (SBR-реактора). Максимальные возможности для управления процессом	Увеличенные затраты на аэрационную систему. Требует автоматизации. При небольшом времени обработки воды возможно повышенное содержание аммонийного азота в очищенной воде (реактор-смеситель)
Симультанный процесс	Те же. Минимальные затраты на аэрацию (работа при пониженной концентрации растворенного кислорода). Возможно глубокое удаление общего азота	Те же. Несколько увеличенный объем сооружения. Потенциальные проблемы со вспуханием ила

Преимущества для окружающей среды

Позволяет удалять органические загрязнения с эффективностью до 96-98 % - до 5-8 мг/л, а также соединения азота до 90 %. В мировой практике, как правило, не нормируют формы азота в составе общего азота. В Российской Федерации нормируются все 3 основные формы. Процесс биологического удаления азота позволяет получать остаточный общий азот преимущественно в наименее токсичной форме азота нитратов, минимизируя содержание аммонийной и нитритной форм. Метод полностью способен обеспечить требования ПДК по содержанию азота нитратов.

Достижение ПДК по аммонийному азоту не может быть гарантированно, по азоту нитритов - маловероятно.

Все остальные преимущества для окружающей среды тождественны процессу БН.

Межсредовые воздействия

Отличительной особенностью процесса БДН является сниженное потребление воздуха (и, соответственно, электроэнергии) по сравнению с БН, так как около 60 % энергии, пошедшей на нитрификацию, потом используется для окисления органических загрязнений в процессе денитрификации внутри данной технологии.

Применимость

Метод должен рассматриваться как основная и она же заключительная стадия очистки на очистных сооружениях соответствующего масштаба. Применение метода без реагентного удаления фосфора применимо на объектах до малых включительно.

Технология, как правило, не требует дополнительного источника органики для процесса денитрификации. Для ОС в России неизвестны случаи с применением внешнего источника органических веществ для денитрификации, тогда как за рубежом это встречается довольно часто.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Более сложный метод, как правило, требующий для своей реализации использования дополнительного оборудования (мешалки, насосы рециркуляции). Желательно также использование средств автоматики.

Потребность в площади для метода - повышенная по сравнению с БН на 20-30 % и до 50-60 % по сравнению с БО.

Проблемы с ингибированием нитрификации и проблемами с аэрацией - аналогичны БН.

Однако потребление электроэнергии все же существенно выше, чем при БО по следующим причинам:

- 40 % кислорода, пошедшего на нитрификацию, теряется безвозвратно;

- процесс требует более высокой концентрации растворенного кислорода (КРК), чем БО, соответственно, растворение кислорода протекает менее эффективно - заключительная стадия нитрификации (до 1 мг/л) проходит при весьма низкой потребности в кислороде, что приводит к росту КРК до 4-5 мг/л и еще большему снижению эффективности потребления кислорода.

Тем не менее при реконструкции существующих объектов, по проекту имеющих процесс БО, часто достигают снижение потребления электроэнергии по следующим причинам:

- как правило, на этих сооружениях по факту эксплуатируют процесс БН, а не БО;

- реконструкция с переводом на БНД сопровождается заменой старых неэффективных систем аэрации, что дает сокращение затрат воздуха до двух раз.

Референц-объекты по технологии БНД приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Референц-объекты по технологии БНД

Технология нитри- и денитрификации	Объекты	Проектная производительность/фактическая нагрузка, тыс. м³/сут (год, за который приведены данные)	Среднегодовое содержание загрязнений в очищенной воде, мг/л	Эффективность удаления, %
Модифицированный процесс Лудзака-Эттингера (МЛЭ)	ОС N 1	100/56 (2018 г)	N-NH₄ 0,33	N_общ - 70
			N-NO₃ 9,2
			N-NO₂ 0,05
			Р-РО₄ 3,45
"Карусельный" процесс	ОС N 2	160/88^* (2018 г.)	N-NH₄ 2,3	N_общ - 45-50
			N-NO₃ 13,1
			N-NO₂ 0,2
			Р-РО₄ 1,9
Примечание. Сбор анкет по ОС проводился Бюро НДТ на условиях анонимности. Названия ОС, указанных в настоящем справочнике здесь и далее, имеются в Бюро НДТ. Названия указаны в тех случаях, когда информация по ОС взята из открытых источников. ^* Фактическое время пребывания в аэротенках 12,5 ч.

4.2.1.2.1.4 Биологическая очистка в аэротенках от органических веществ и азота, с химическим удалением фосфора

Техническое описание

С точки зрения технологии биологической очистки очень близка к БНД.

Технологические схемы БНД и БНДХФ отличаются только добавлением реагента для улучшенного удаления фосфора. На ОС ГСВ в России реагент добавляют (применительно к биологической очистке):

- в конце аэротенка - перед вторичными отстойниками;

- в возвратный активный ил;

- в возвратные потоки от сооружений обработки осадка.

Также вне биологической очистки реагент добавляется перед первичными отстойниками, а также перед фильтрами доочистки.

Используются коагулянты, так как удаление фосфора происходит в основном путем сорбции фосфатов на хлопьях гидроксида железа или алюминия. Эти хлопья, в свою очередь, включаются в состав хлопьев активного ила.

Доза реагента пропорциональна количеству удаляемых фосфатов. Кроме того, она сильно зависит от местных условий и точек введения реагента. Необходимая доза существенно возрастает относительно обычных значений, когда нужно обеспечить максимальную глубину удаления. Оптимальная остаточная концентрация 0,5-0,7 мг/л, возможно достижение 0,2-0,4 мг/л, но при существенном увеличении расхода реагента.

Преимущества для окружающей среды

Весьма глубокое осаждение фосфора. Вместе с входящей в состав процесса технологией БНД обеспечивает настолько глубокую очистку ГСВ, насколько она может быть достигнута в одностадийном сооружении биологической очистки с гравитационным илоразделением.

Применимость

Использование метода с опцией реагентного удаления фосфора применимо при любых масштабах сооружений.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Реагентное удаление фосфора приводит к существенному увеличению эксплуатационных затрат (см.: раздел 6), и в первую очередь по следующим статьям:

- на приобретение реагентов;

- на обработку, перекачку, обезвоживание, вывозку и размещение дополнительного количества осадка (5-20 %, в зависимости от количества удаляемого фосфора и массы основного прироста избыточного активного ила), образующегося за счет включения гидроксида железа или алюминия в его сухое вещество;

- на эксплуатацию узла хранения реагента, приготовления и дозирования его раствора.

Химический осадок вытесняет часть активной биомассы из ила. Увеличение количества избыточного ила приводит к снижению возраста ила и требует для сохранения того же количества органического вещества ила (для гарантированного проведения нитрификации) увеличения объемов аэротенков пропорционально дополнительному приросту сухого вещества осадка (см. выше).

На ОС ГСВ с анаэробной стабилизацией осадка дополнительная нагрузка по бионеразлагаемому осадку на метантенки снижает их эффективность.

Также ухудшаются свойства осадка, получаемого при такой технологии, при использовании как удобрения.

Референц-объекты, на которых применены технологии БНДХФ, приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Референц-объекты, на которых применены технологии БНДХФ

Технология	Объекты	Проектная производительность/фактическая нагрузка (год, за который приведены данные), тыс. м³/сут	Вид/доза реагента, кг/1000 м³ по товарному реагенту	Среднегодовое содержание загрязнений в очищенной воде, мг/л	Эффективность удаления, %
Модифицированный процесс Лудзака-Эттингера (МЛЭ) - предвключенная денитрификация	ОС N 4	10,5/4,5	Нет данных	ВВ¹⁾ 7,9 БПК₅ 3,3 N-NH₄ 1,04 N-NO₃ 7,9 N-NO₂ 065 Р-РО₄ 0,94	N_общ - 80-85 Р_общ - н/д
Комбинация двух технологий на станции. 77 % очищается на сооружениях БНД, 23 - БНДФ (JHB)	ОС N	1050/852	14 кг/тыс. м³	ВВ - 5,1 БПК₅ - 2,43 N-NH₄ - 2,9 N-NO₃ - 4,9 P-PO₄ - 0,07 N_общ - 9,4	N_общ - 69 Р_общ - 96
¹⁾ Здесь и далее ВВ - сокращенное обозначение взвешенных веществ.

4.2.1.2.1.5 Биологическая очистка в аэротенках от органических веществ и азота, с биологическим удалением фосфора

Общее техническое описание

От БНД принципиально отличается наличием еще одной технологической зоны - так называемой анаэробной. Эта зона часто называется зоной биологического удаления фосфора, хотя сущность процессов в ней прямо противоположна. Данная зона конструктивно может быть расположена как часть прямоугольного аэротенка, либо выделена в отдельную емкость, называемую фосфорным бассейном. В циклических реакторах вместо анаэробной зоны используется анаэробная стадия процесса в едином объеме сооружения.

Некоторые применяемые на практике технологические схемы процесса, далее сокращенно именуемого БНДБФ, приведены на рисунке 4.2 [28]. Кроме схем, изображенных на рис. 4.2, находит применение также процесс Йоханнесбургского университета и ряд других решений. Приведенный в данном разделе перечень конкретных технологий БНДБФ (как и всех остальных) не ограничивает в использовании иных эффективных решений.

а) Процесс A²/O (Анаэробик-Аноксик-Оксик)

б) Процесс Кейптаунского университета (UCT)

в) Модифицированный процесс UCT (МUCT)

Рисунок 4.2 - Некоторые варианты процесса БНДБФ, применяемые в России

Большая часть схем удаления фосфора реализуют с выполнением стадий нитри- и денитрификации по предвключенной технологии, "карусельной" (циркуляционной) или симультанной технологии.

Благодаря наличию указанной зоны, согласно современным представлениям о процессе, технология реализуется благодаря сочетанию четырех микробиологических процессов, осуществляемых одним илом:

- аэробное окисление органических загрязнений растворенным кислородом. В данном процессе производится двумя различными функциональными группами микроорганизмов. Первая - обычные гетеротрофы, потребляющие различные органические соединения. Вторая - фосфораккумулирующие микроорганизмы (ФАО), способные потреблять только летучие жирные кислоты (ЛЖК), доступные им в анаэробной зоне. Их специфический механизм запасания энергии в клетках работает за счет накопления в ней полифосфатов в количествах до 20-30 % фосфора от сухого вещества клеток данных бактерий и до 5-7 % от сухого вещества ила в целом;

- анаэробное поглощение ФАО летучих жирных кислот с преобразованием их во внутриклеточное полимерное соединение, с выделением при этом в жидкую фазу фосфатов. Они выделяются в результате распада полифосфата, дающего клеткам ФАО энергию на поглощение и биохимическую трансформацию ЛЖК. Окисление органических соединений, образующихся в анаэробных условиях, производится позже, при попадании иловой смеси как аэробные условия, так и в зону денитрификации (денитрифицирующие ФАО)

- аэробное окисление аммонийного азота до нитратов (нитрификация);

- аноксидное окисление органических загрязнений кислородом нитратов, с восстановлением нитратного азота до молекулярного (денитрификация). Данный процесс может также производится денитрифицирующими ФАО.

В простейшем виде технология функционирует следующим образом: возвратный активный ил попадает в анаэробную зону, куда поступает сырая сточная вода, затем иловая смесь поступает в блок БНД, после чего на стадию илоразделения.

Важным условием эффективного биологического удаления фосфора является предотвращение попадания в анаэробную зону существенных концентраций азота нитратов, так как в их присутствии ЛЖК, находящиеся в сточной воде, будут потребляться не ФАО, а денитрификаторами. Особенностью процесса БНД является весьма существенное содержание азота нитратов в возвратном активном иле - до 6-9 мг/л. В условиях, как правило, невысокой концентрации БПК в сточных водах в России и, соответственно, невысокого содержания ЛЖК вышеописанная технология с подачей возвратного ила сразу в анаэробную зону работает плохо. Для обеспечения низкого содержания нитратов в подаваемом в нее иле его вначале подвергают денитрификации, либо внутри технологии БНД, либо в отдельной зоне.

В зависимости от используемой разновидности метода используется подача в анаэробную зону иловой смеси, прошедшей предварительную денитрификацию. С этой целью используют рециркуляционные насосы.

Присутствие растворенного кислорода в анаэробной зоне недопустимо.

Организация процесса БНД, аэрация и перемешивание производятся аналогично описанию для БНД. Анаэробную зону перемешивают только мешалками.

Группа технологий БНДБФ, несмотря на 40-летнюю историю применения, по-прежнему активно развивается. Это связано со сложностью микробиологических и биохимических процессов, протекающих при взаимодействии 4 вышеперечисленных групп микроорганизмов.

БНДБФ не могут быть эффективно применены на любой ГСВ. Необходимым условием является наличие минимально необходимого соотношения в этой ГСВ величин БПК и общего фосфора. При меньших значениях сточная вода не будет содержать достаточно органического вещества, чтобы его хватило и для денитрификации, и для роста ФАО. Важно также содержание ЛЖК, однако при достаточном количестве БПК на его увеличение можно влиять (см.: подраздел 4.1.1.6).

При дальнейшей обработке избыточного активного ила с повышенным содержанием фосфора не должно допускаться образование в нем анаэробных условий, и в особенности при наличии доступного органического вещества, так как в этом случае ФАО в соответствии со своим метаболизмом быстро выделят фосфор.

Преимущества для окружающей среды

Позволяет удалять органические загрязнения с эффективностью до 96-98 % - до 5-8 мг/л, соединения азота - до 90 %, общий фосфор - до 90 %, фосфор фосфатов - до 95 %.

Технология (с использованием технологий обработки и утилизации осадка) позволяет осуществить существенную рекуперацию фосфора из сточных вод. Это имеет важное значение в условиях конечности запасов фосфорных руд. Для извлечения фосфора используют технологические приемы, провоцирующие выделение фосфора из избыточного активного ила с последующим выделением его в виде соединений, имеющих агрохимическую ценность (см.: п. 7.2.1).

Межсредовые воздействия

Аналогичны описанным для БО и БНД, кроме повышенной эмиссии летучих веществ в воздушную среду из анаэробных зон.

Не требуя использования реагентов, метод минимизирует образование потенциальных отходов. Повышая удобрительную ценность осадка, технология увеличивает его привлекательность как удобрения.

Применимость

Метод применим как заключительная стадия очистки на очистных сооружениях от небольших и выше. Причиной ограничений является относительная сложность эксплуатации технологии.

Применение метода требует дополнительного объема на 1,5-2 ч пребывания сточной воды, что требует увеличения объема, необходимого для БНД, примерно на 20 %.

Затраты на электроэнергию не возрастают. Увеличение количества избыточного активного ила пренебрежимо мало.

Метод не может быть рассчитан на достижение концентрации общего фосфора менее 1 мг/л, что соответствует 0,6-0,8 мг/л фосфора фосфатов. На практике достижимы (в отдельные продолжительные периоды) концентрации до 0,2 мг/л. Таким образом, он позволяет достичь практически тех же результатов, что и БНДХФ, но без применения дорогостоящих реагентов. В развитых странах происходит постепенное вытеснение группой технологий БНДБФ методов с химическим осаждением фосфатов.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Один из наиболее сложных методов биологической очистки из находящих массовое распространение. Требует для своей реализации использования дополнительного оборудования (мешалки, насосы рециркуляции).

Корректная разработка технологической части проекта и наладка процесса во многих случаях представляют сложность и требуют привлечения квалифицированных специалистов.

В отдельные периоды из-за колебаний состава сточных вод, условий эксплуатации, а также субъективных факторов эффективность биоудаления фосфора может снижаться, в эти периоды фосфор фосфатов возрастает до 1,0-1,5 мг/л. Отказ от использования первичного осветления может повысить надежность метода, однако существенно увеличивает объем аэротенков и потребность в электроэнергии.

Способность фосфора, биологически поглощенного активным илом, очень быстро выделяться в жидкую фазу при попадании ила в анаэробные условия во избежание формирования на очистных сооружениях мощного рецикла фосфатов накладывает существенные ограничения на проведение процессов обработки осадка и требует применения специальных технологических приемов. По данным многих объектов в странах Западной и Восточной Европы, в процессе мезофильного анаэробного сбраживания, несмотря на наличие анаэробных условий, рецикл фосфора на ОС не превышает 15-20 %. По термофильному сбраживанию недостаточно данных о степени удержания фосфора в твердой фазе.

Сравнительная характеристика технологических схем нитри- и денитрификации с биологическим удалением азота и фосфора приведена в таблице 4.4.

Таблица 4.4 - Сравнительная характеристика технологических схем нитри- и денитрификации с биологическим удалением азота

Процесс	Преимущества	Недостатки
A²/O	Наиболее простая и хорошо проверенная технология. Низкие капитальные и эксплуатационные затраты, в том числе минимальные затраты электроэнергии на рециркуляцию	Возвратный ил содержит нитраты, поступающие в анаэробную зону, что на низкоконцентрированных стоках практически блокирует улучшенное удаление фосфора
UCT	Эффективное удаление фосфора и из низкоконцентрированных сточных вод может быть достигнуто хорошее удаление фосфора. Хорошее удаление азота	Требуется дополнительная система рециркуляции. Концентрация иловой смеси в анаэробной зоне снижена, что приводит к меньшей доле ФАО в иле
МUCT	Более адаптирована к работе при низком соотношении C/N и поэтому более надежна. Хороший опыт эксплуатации	Повышенная сложность процесса. Сложнее автоматизировать процесс N-D путем изменения соотношения аэрируемых и аноксидных зон

Референц-объекты, на которых применены технологии БНДБФ, приведены в таблице 4.5.

Таблица 4.5 - Референц-объекты, на которых применены технологии БНДБФ

Технология	Объекты	Проектная производительность/фактическая нагрузка, тыс. м³/сут (в скобках - год, за который приведены данные)	Качество очищенной воды, мг/л	Эффективность удаления, %
A²/O	ОС N 5	50/15	N-NH₄ 0,36 N-NO₃ 7,6 N-NO₂ 0,05 Р-РО₄ 0,6	N_общ - 60-65 Р_общ - 75-80
	ОС N 6	60/15,6	N-NH₄ 1,4 N-NO₃ 7,1 N-NO₂ 0,04 Р-РО₄ 0,64	N_общ - 70 Р_общ - 80
	ОС N 7¹⁾	24/12,6 (2016 г.)	N_общ 7,7 N-NH₄ 0,47 N-NO₃ 5,3 N-NO₂ нет данных Р-РО₄ 0,05 Р_общ 0,26	N_общ - 80 Р_общ - 95
UCT	ОС N 8	500/317 (2018 г.)	N-NH₄ 0,67 N-NO₃ 7,7 N-NO₂ 0,08 Р-РО₄ 0,71 Р_общ 0,95	N_общ - 77 Р_общ - 70
МUCT	ОС N 9	100/99 (2018 г.)	N-NH₄ 0,75²⁾ N-NO₃ 6,9 N-NO₂ 0,3 Р-РО₄ 0,23	N_общ - 85 Р_общ - 90
UCT	ОС N	1200/788³⁾ (2018 г.)	N-NH₄ 1,5 N-NO₃ 12,8 N-NO₂ 0,25 N_общ - 14,7 Р-РО₄ 1,25 Р_общ 2,1	N_общ - 75 Р_общ - 70 рассчитаны от поступающей сточной воды, включая осветление
UCT	ОС N
¹⁾ Использована технология "дозревания", с отключением части мешалок в анаэробной зоне. ²⁾ Применяется доочистка в виде окислительно-когезионных фильтров (с ершовой загрузкой). Однако она признана службой эксплуатации неэффективной. ³⁾ Не завершено строительство необходимых вторичных отстойников, а также ацидофикаторов.

4.2.1.2.1.6 Биологическая очистка в аэротенках от органических веществ и азота, с биологическим удалением фосфора, улучшенным с помощью ацидофикации

Общее техническое описание

Для возможности надежного осуществления биологического удаления фосфора в условиях недостаточной концентрации ЛЖК разработана группа технологий, которые при взаимодействии с БНДБФ существенно повышают ее эффективность и надежность.

Простейшее, но дорогостоящее решение (в Российской Федерации не применяется) - дозировать в анаэробную зону ЛЖК (уксусной кислоты). Этот реагент играет роль субстрата для ФАО, инициируя их рост.

Дешевым источником ЛЖК является выработка их из органического вещества поступающей сточной воды в результате процесса ацидофикации (обеспечения кислотами). Другая также актуальная задача, решаемая при ацидофикации, - увеличение соотношения БПК/азот для проведения денитрификации до необходимой глубины.

Для этого осуществляют дополнительные технологические процессы с осадком первичных отстойников. Используют следующие разновидности ацидофикации:

- рециркуляция осадка в первичных отстойниках, с подачей выведенного осадка снова в распредкамеру отстойников. При этом ЛЖК, образовавшиеся в результате биохимических процессов, поступают в воду и далее с осветленной водой - в анаэробную зону аэротенков;

- уплотнение осадка первичных отстойников с подачей сливной воды перед аэротенками;

- ферментация осадка в отдельных ацидофикаторах с последующим уплотнением и подачей сливной воды перед аэротенками (в Российской Федерации не применяется);

- ферментация иловой смеси в анаэробной зоне, в отсутствии перемешивания.

Далее эта группа процессов биологической очистки сокращенно названа БНДБФ-А.

Преимущества для окружающей среды

Повышает надежность удаления фосфора фосфатов на уровне 0,2-0,7 мг/л, а также поддержания азота нитратов на уровне ниже 9 мг/л.

Межсредовые воздействия

Приводит к некоторому пренебрежимо малому снижению твердой фазы осадка первичных отстойников.

Увеличивает эмиссии ЛЖК, сероводорода, других дурнопахнущих веществ в атмосферу.

Применимость

Начиная с небольших ОС.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Ввиду выделения дурнопахнущих веществ из сооружений ацидофикации осадка рекомендуется их перекрывать с очисткой отводимого воздуха.

Референц-объекты

- Технология хорошо изучена и применяется на многих объектах за рубежом. В России известен удачный опыт применения (в режиме длительных производственных испытаний) двух вариантов технологии на Люберецких очистных сооружениях для повышения эффективности технологии БНДБФ. В настоящее время первичные отстойники на этих сооружениях работают в режиме ацидофикации, что обеспечивает устойчивое удаление фосфора фосфатов, однако отдельные периоды срыва биологического удаления имеют место. Весьма положительные результаты получены по технологии ферментации иловой смеси в анаэробной зоне аэротенка на ОС г. Кириши. Однако этот процесс требует существенного запаса по объему сооружений, т.к. приводит к снижению возраста ила вследствие его дополнительного отмирания.

4.2.1.2.1.7 Биологическая очистка в аэротенках от органических веществ и азота, с химико-биологическим удалением фосфора

Техническое описание

Технологические схемы процесса, далее сокращенно именуемого БНДБХФ, отличаются от БНДБФ только добавлением реагента.

В дополнение к тому или иному варианту технологии БНДБФ для повышения глубины и надежности удаления фосфора в дополнение к биологической дефосфотации используются реагенты (коагулянты), аналогично БНДХФ. Данный процесс называется биолого-реагентным, или биолого-химическим удалением фосфора.

Возможны различные точки введения реагента (описаны выше для БНДХФ).

Применимость

Использование биолого-химического удаления фосфора применимо при любых масштабах сооружений, так как использование реагента позволяет компенсировать неоптимальное биологическое удаление фосфора.

Недостатки метода БНДХФ выражены в этом методе пропорционально доле химического процесса в удалении фосфора.

Если разновидность технологии биоудаления фосфора применена правильно и служба эксплуатации уделяет должное внимание биологической составляющей процесса удаления, то на долю химического удаления приходится от 0 % до 25 % общего удаления фосфора. При ошибках в выборе процесса и ненадлежащей эксплуатации доля реагентного удаления достигает 80 %.

Референц-объекты, на которых применены технологии БНДБХФ, приведены в таблице 4.6.

Таблица 4.6 - Референц-объекты, на которых применены технологии БНДБХФ

Технология	Объекты	Проектная производительность/фактическая нагрузка (в скобках - год, за который приведены данные), тыс. м³/сут	Вид/доза реагента, кг/1000 м³ по товарному реагенту	Качество очистки, мг/л	Эффективность удаления, %
A²/O¹⁾	ОС N 10	80/48,5 (2018 г.)	Хлорное железо, 38,3 % по FeCl₃ 11,0 кг кг/1000 м³	Взвешенные вещества (ВВ) 2,3 БПК₅ 1,1 N-NH₄ 0,3 N-NO₃ 3,1 N-NO₂ 0,02 N_общ 6 Р-РО₄ 0,65 Р_общ 1,22	N_общ - 92 Р_общ - 85
A²/O¹⁾	ОС N 11	140/78 (2018 г.)	Раствор хлорного железа (38,3 %) 26,7 кг кг/1000м³	ВВ 4 БПК₅ 2 N-NH₄ 0,09 N-NO₃ 4,8 N-NO₂ 0,05 Р-РО₄ 0,12	N_общ - 85 Р_общ - более 90
UCT	ОС N 12	35/10,3 (2104 г.) Общесплавная система водоотведения	PAX 9 % 32 кг/1000 м³	N-NH₄ 0,52 N-NO₃ 10,8 N-NO₂ 0,04 Р-РО₄ 0,33	N_общ - 65-70 Р_общ - 80-85
UCT	ОС N 13²⁾	290/171 (2018 г.) Частично раздельная система водоотведения	Алюминий сернокислый, концентрация 8,7 % по Al, 30 кг/1000 м³	ВВ - 3,4 БПК₅ - 2,1 N-NH₄ - 0,5 N-NO₃ - 4,6 P-PO₄ - 0,074 N_общ - 6,1	N_общ - 85 Р_общ - 97
UCT (62,5 % мощностей) и БНД - 37,5 %	ОС N²⁾	800/691 (2018 г.)	Алюминий сернокислый, концентрация 8,7 % по Al, 14 кг/тыс. м³	ВВ - 5,0 БПК₅ - 3,2 N-NH₄ - 2,8 N-NO₃ - 3,9 P-PO₄ - 0,074 N_общ - 8,9	N_общ - 74 Р_общ - 94
JHB	ОС N²⁾	28/16,5 (2018 г.)	Алюминий сернокислый, концентрация 8,7 % по Al 17,28 кг/тыс. м³	ВВ - 22,7 N-NH₄ - 0,5 N-NO₃ - 4,2 P-PO₄ - 0,09 N_общ - 5,5 БПК₅ - 1,5	N_общ - 79 Р_общ - 97
JHB	ОС N²⁾	72/25,37 (2018 г.)	Алюминий сернокислый, концентрация 8,7 % по Al 25,0 кг/тыс. м³	ВВ - 3,29 N-NH₄ - 0,52 N-NO₃ - 3,23 P-PO₄ - 0,086 N_общ - 4,41 БПК₅ - 2,37	N_общ - 85 Р_общ - 96
JHB	ОС N²⁾	71/45 (2018 г.)	Алюминий сернокислый, концентрация 8,7 % по Al 18,0 кг/тыс. м³	ВВ - 2,87 N-NH₄ - 0,26 N-NO₃ - 4,6 P-PO₄ - 0,056 N_общ - 5,72 БПК₅ - 1,81	N_общ - 84 Р_общ - 97
UCT	ОС N²⁾	17,1/17 (2018 г.)	Алюминий сернокислый, концентрация 8,7 % по Al 9,66 кг/тыс. м³	ВВ - 2,5 N-NH₄ - 0,62 N-NO₃ - 4,49 P-PO₄ - 0,058 N_общ - 6,0 БПК₅ - 3,2	N_общ - 79 Р_общ - 98
¹⁾ С нитри- и денитрификацией, близкой к симультанной - без выделения аноксидной зоны в "карусели", с регулированием концентрации кислорода путем изменения подачи воздуха в систему аэрации. Также используется доочистка на зернистых фильтрах. ²⁾ Осуществляют сброс в водный объект, регулируемый требованиями ХЕЛКОМ, обеспечивается норматив по общему азоту и общему фосфору.

4.2.1.2.2 Биологическая очистка в биофильтрах

Данная группа объединяет несколько значительно отличающихся друг от друга технологий. Основные из них:

- незатопленные биофильтры;

- затопленные (погружные) биофильтры;

- роторные биофильтры.

4.2.1.2.2.1 Биологическая очистка в незатопленных биофильтрах

Общее техническое описание

Осуществляется в сооружениях, как правило, прямоугольной или круглой формы, заполненных загрузочным материалом, в которые поступает и распределяется по поверхности сточная вода. На поверхности загрузочного материала формируется биопленка, осуществляющая процесс очистки. Аэрация биофильтров происходит, как правило, самопроизвольно, за счет подъема вверх в слое загрузки нагревающегося от сточной воды воздуха. В варианте аэрофильтров воздух подается вентиляторами.

В России в биофильтрах использовалась только засыпная минеральная загрузка (щебень) по технологии 1930-х годов. Главными недостатками этих сооружений являются высокая материалоемкость и постепенная кольматации загрузки (зарастание ее биопленкой).

Начиная с 1960-х годов прошлого века за рубежом созданы сотни установок с пластиковой загрузкой с высокой порозностью и удельной поверхностью. Как правило, это загрузка в виде самонесущих листовых или трубчатых блоков. Конструкция таких биофильтров обеспечивает стабильную работу.

В результате технологического процесса в незатопленных биофильтрах происходит сорбция на биопленке и окисление (полное либо частичное) органических загрязнений, как растворенных, так и большей части взвешенных. Окисляемые органические соединения трансформируются в углекислоту и воды. В результате питания и деления микроорганизмов активного ила, а также сорбции ими загрязняющих веществ происходит прирост биопленки.

В целях обеспечения более равномерного распределения загрязнений и обеспечения их оптимальной концентрации, как правило, осуществляется разбавление поступающих сточных вод очищенной водой (прошедшей биофильтр).

По мере нарастания слоя внутренняя часть биопленки отмирает, в результате чего данный фрагмент отслаивается и уносится из биофильтра с потоком очищенной воды, отводимой со дна сооружения.

При поддержании нагрузки на биофильтр, не превышающей определенные значения, наряду с окислением органических загрязнений происходит биологическое окисление аммонийного азота - нитрификация.

Преимущества для окружающей среды

Позволяет удалять органические загрязнения с эффективностью до 96-98 % - до 5-8 мг/л. Наряду с удалением органических загрязнений, определяемых по БПК₅, удаляет, благодаря физико-химическим взаимодействиям, значительную часть тяжелых металлов. Также окисляются многие специфические техногенные органические загрязнители, такие как нефтепродукты, СПАВ, а также сероводород.

Частично (в количествах, необходимых для прироста активного ила) происходит удаление соединений азота и фосфора.

Межсредовые воздействия

Значительная часть органических соединений не окисляется, а трансформируется в прирост биопленки. Отмершая биопленка отводится из биофильтра с потоком очищенной воды, поступающей в сооружения илоразделения. Соответственно, необходимо выводить после сооружений илоотделения биопленку, обрабатывать и размещать ее в окружающей среде. Преимуществом по сравнению с процессом активного ила в аэротенках является более высокая концентрация сухого вещества биопленки, что сокращает ее объем и затраты на обработку.

Использование естественной аэрации обеспечивает невысокую энергопотребление (только на подачу и рециркуляцию сточных вод). Энергия потребляется в виде электроэнергии и не может быть рекуперирована.

Возможны эмиссии летучих веществ в воздушную среду, однако за счет наличия растворенного кислорода во всем объеме сооружения выделение восстановленных соединений серы и ЛЖК невелико. При нарушении условий эксплуатации и возникновении частичной кольматации биофильтра возможно развитие гнилостных процессов и выделение дурнопахнущих соединений.

Применимость

- на сверхмалых очистных сооружениях;

- при проведении последующего удаления азота с использованием дополнительного источника органики для процесса денитрификации, что формирует существенные дополнительные финансовые затраты и экологическую нагрузку в виде потребления реагентов и увеличения количества твердых отходов;

- при использовании предварительного либо последующего удаления фосфора с помощью реагентов.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Один из наиболее простых методов очистки коммунальных СВ, не требующий для своей реализации сложного оборудования и средств автоматики.

Потребность в площади для реализации метода невысокая.

Достаточно устойчив к нерегулярной нагрузке. Сооружения с пластиковой загрузкой устойчивы к залповым сбросам органических загрязнений промышленных предприятий, щебеночные биофильтры в таких условиях могут быстро закольматироваться.

Референц-объекты

В России эксплуатируются, как минимум, несколько десятков биофильтров и аэрофильтров со щебеночной загрузкой. Данных об использовании в ЦСВ биофильтров с пластиковой загрузкой нет. Однако сотни таких объектов работают по этой технологии за рубежом (прежде всего в США). Работоспособность технологии на ГСВ при использовании пластиковых загрузок не вызывает сомнений.

4.2.1.2.2.2 Биологическая очистка в затопленных биофильтрах

Общее техническое описание

Используют в двух основных разновидностях:

- со стационарной загрузкой;

- с подвижной загрузкой.

Более детальное описание см.: раздел 4.2.1.8.

В России применительно к ОС ГСВ накоплен опыт реализации только затопленных биофильтров со стационарной загрузкой. Биофильтры с подвижной загрузкой описаны в разделе 7.

Чаще используют аэротенки-биофильтры (биотенки), сочетающие в себе конструкции аэротенка и биофильтра. В этих конструкциях используется как биопленка, так и плавающий ил. Однако возможно применение затопленных биофильтров без плавающего ила.

Используют пневматическую аэрацию.

Затопленные биофильтры могут позволить реализовать следующие разновидности технологий биологической очистки: БО, БН, БНД, БНДХФ. Денитрификацию производят с гидравлическим перемешиванием. Однако в варианте со стационарной загрузкой сложность массообмена при денитрификации затрудняет масштабирование на более крупных установках.

Преимущества для окружающей среды

Соответствуют используемым технологическим процессам.

Межсредовые воздействия

Как правило, образование твердого вещества (биопленки) ниже, чем прирост избыточного активного в аэротенках.

Применимость

Используют на объектах до небольших включительно.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Существенная стоимость загрузочных материалов, с одной стороны, и уменьшение объемов строительных конструкций - с другой.

Использованию способствует необходимость реконструкции в условиях дефицита объемов, а также наличие фактов залповых сбросов абонентов, приводящих к увеличению нагрузки по органическим загрязнениям.

Выбор типа загрузки и детали конструкции сооружения оказывают большое влияние на надежность работы. Существенную проблему представляет неконтролируемое обрастание загрузки биопленкой. Этот эффект может приводить к двум видам последствий:

- периодическое отмирание биопленки с выделением в очищенную воду продуктов ее разложения (аммонийный азот);

- полное зарастание загрузки с потерей ее площади поверхности и, практически, выходом ее из строя.

Для предотвращения зарастания загрузки проводят специальные регламентные процедуры, например, усиление интенсивности аэрации для удаления биопленки с поверхности загрузки. Также эффективна биорегенерация загрузки, за счет остановки подачи загрязненной воды в секцию сооружения, с продолжением подачи воздуха, в результате чего развиваются процессы самоокисления биопленки с уменьшением ее количества и очисткой поверхности загрузки.

Референц-объекты

При анкетировании данные по объектам с такими технологиями не получены, однако, по оценке экспертов - членов ТРГ, имеется не менее 10 ОС ГСВ, использующих данную технологию.

4.2.1.2.2.3 Биологическая очистка в роторных биофильтрах

Общее техническое описание

Биороторы представляют собой диски, либо барабаны с засыпной загрузкой, расположенные на горизонтальном, медленно вращающемся валу.

Диски (барабаны) погружаются меньшей частью диаметра в емкость соответствующей формы, по которой протекают сточные воды.

Основной биоценоз, ответственный за процесс очистки, формируется на поверхности дисков биоротора в виде прикрепленной биопленки. Активный ил, который находится в воде ванн в состоянии взвеси, играет небольшую долю в процессе очистки.

Требуемый для аэробного разложения кислород забирается из воздуха биопленкой во время вращения; при этом сточные воды интенсивно перемешиваются. При погружении дисков биоротора в сточные воды осуществляется питание и рост микроорганизмов биопленки на поверхностях дисков.

По соображениям защиты атмосферного воздуха, а также безопасности, установки выполняются с закрытыми кожухами, с принудительной вентиляцией, в том числе для аэрации.

Преимущества для окружающей среды

Надежная очистка от органических соединений и нитрификация, даже в условиях периодических перегрузок, неравномерной нагрузки и других факторов, способных нарушить работу аэротенков.

Частичное удаление азота (в пределах 50 %) достигают использованием рецикла жидкости, прошедшей биоротор, в регулирующую емкость. В результате удаление азота - около 50 %.

Фосфор может удаляться за счет добавления реагента перед отстойником.

Межсредовые воздействия

Аналогичны затопленным биофильтрам.

Применимость

До малых сооружений включительно

Факторы, влияющие на возможность реализации

Условия применения на объектах, где допустимо частичное удаление азота

Основными преимуществами данной технологии являются:

- простота и стабильность процесса;

- адаптация к изменениям нагрузки или гидравлическим колебаниям;

- эксплуатация не требует высокой квалификации персонала;

- незначительные энергозатраты.

Референц-объекты

Пос. Петровское (Ленинградская область, Приозерский р-н), Центральная усадьба о. Валаам (Республика Карелия).

4.2.1.3 Доочистка от органических соединений, азота и фосфора

4.2.1.3.1 Биологическая доочистка от органических соединений и соединений азота

Общее техническое описание

Вариант с незатопленными биофильтрами

Осуществляется в сооружениях, как правило, прямоугольной или круглой формы, заполненных плоскостным или трехмерным (каркасным) загрузочным материалом, в которые поступает и распределяется по поверхности доочищаемая вода. На поверхности загрузочного материала формируется биопленка, осуществляющая процесс очистки. Аэрация биофильтров происходит самопроизвольно.

В результате технологического процесса доочистки в незатопленных биофильтрах происходит сорбция на биопленке и окисление (полное либо частичное) органических загрязнений и аммонийного азота. Окисляемые органические соединения трансформируются в углекислоту и воду, аммонийный азот - в нитраты (и некоторое количество нитритов). В результате питания и деления микроорганизмов активного ила, а также сорбции ими загрязняющих веществ происходит прирост биопленки. Также биопленка сорбирует часть взвешенных частиц активного ила.

Вариант с затопленными биофильтрами

Осуществляется в заполненных сооружениях с загрузочным материалом, в которые поступает сточная вода. На поверхности загрузочного материала формируется биопленка, осуществляющая процесс очистки. Для поддержания биохимического процесса окисления биофильтры аэротенки аэрируются с помощью, как правило, пневматических систем. Загрузочный материал может быть размещен в сооружении следующими основными способами:

- в виде самонесущих блоков (непосредственно на днище либо на поддерживающих каркасах);

- в виде полотнищ, волокнистых материалов и т.п., размещаемых на каркасах;

- в виде плавающей загрузки (пока на ОС ГСВ в России применено только в проектах);

- мелкодисперсный материал, приводимый в состояние псевдоожижения при подаче рециркуляционного расхода (пока на ОС ГСВ в России не применяется).

При использовании свободноплавающей пластиковой загрузки, плотность которой близка к плотности воды, применяют стационарные сита для отделения ее от обработанной распределения воды.

Преимущества для окружающей среды

Позволяет осуществлять глубокое окисление аммонийного азота и органических загрязнений - до 2-3 мг/л по БПК₅, до 0,4 мг/л по аммонийному азоту, 0,05-0,1 мг/л по азоту нитритов.

Эффективность и глубина удаления взвешенных веществ зависят от особенностей применяемой загрузки и достигает 50-60 %.

Межсредовые воздействия

Прирост биопленки незначительный.

Эмиссии в воздушную среду незначительны ввиду высокой аэробности процесса и малой толщины биопленки.

Применимость

Универсальная.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Потребность в площади для реализации метода невысокая.

Референц-объекты

Биофильтры доочистки с ершовой загрузкой - ОС ГСВ г. Подольск. Общее количество объектов - не менее 10.

4.2.1.3.2 Доочистка от взвешенных веществ фильтрацией

Осуществляют, как правило, в зернистых, механических, ворсистых или мембранных фильтрах.

Общее техническое описание

а) Зернистые фильтры

Известно множество конструкций зернистых фильтров, объединяемых использованием насыпной зернистой фильтрационной загрузки. Их можно подразделить на следующие основные категории:

- по типу процесса:

1) чисто фильтрационные;

2) биолого-фильтрационные

- по типу загрузки:

1) с тяжелой минеральной загрузкой (песок и т.п.);

2) с плавающей загрузкой

- по режиму подачи воды:

1) напорные;

2) безнапорные

- по типу промывки:

1) периодическая;

2) непрерывная

- по положению загрузки во время фазы фильтрации:

1) стационарная;

2) движущаяся.

Для всех типов фильтров со стационарной загрузкой доочищаемая вода проходит через неподвижный (в фазе фильтрации) загрузочный слой. В фильтрах с движущейся загрузкой ее слой находится в постоянном движении, за счет того, что загрузка снизу подается эрлифтом в зону промывки, и после нее оседает сверху слоя, там, где начинается фильтрация воды.

Промывная вода периодически либо непрерывно отводится в качестве возвратного потока, как правило, в начало технологического процесса очистки сточных вод, либо в аэротенки.

б) Механические фильтры

- Безнапорные сетчатые фильтры

Очищенная сточная вода поступает самотеком на сетки, имеющие размер ячейки от 10 до 100 мкм, в зависимости от требований к эффективности и свойств сточной воды и загрязнений, профильтровывается через них и собирается сборными системами. Сетки по окончанию фазы фильтрации промываются обратной струей.

В наиболее распространенном типе оборудования, вращающихся (роторных) дисковых фильтрах, как правило, сетка закреплена на сегментах, собранных в полупогруженные диски, которые вращаются.

- Напорные пружинные и сетчатые фильтры

Очищенная сточная вода под напором подается в наружную полость(ти) фильтра, фильтруется либо через насечки на пружинах, либо через сетку во внутреннее пространство фильтра, после чего отводится в сборную систему.

По окончании цикла фильтрации следует цикл промывки. Сетчатые фильтры промываются потоком воды вдоль сетки. В пружинных конструкциях пружины разжимаются, пространство между их витками увеличивается, после чего происходит промывка обратным током воды.

Перед фильтрацией в доочищаемую воду перед различными конструкциями может подаваться раствор реагента (коагулянта, либо флокулянта, или обоих), преимущественно для осаждения фосфатов (чаще в трубопровод или канал, однако возможно и использование камер смешения и хлопьеобразования).

Преимущества для окружающей среды

Позволяет удалять взвешенные вещества до остаточных концентраций 2-8 мг/л, а также соответствующие взвешенным веществам БПК₅, органические соединения азота и фосфора. При использовании реагентов для дополнительного осаждения фосфора фильтры могут обеспечивать остаточные концентрации фосфора фосфатов менее 0,2 мг/л.

Межсредовые воздействия

Безнапорная фильтрация практически не образует каких-либо существенных межсредовых воздействий.

Напорная фильтрация требует более существенных энергозатрат.

Применимость

Применим до уровня крупнейших ОС включительно.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Удельные капитальные вложения при использовании дисковых сетчатых фильтров существенно снижаются по мере увеличения производительности установки. Метод применим при любых значениях ПП.

Применение пружинных и прочих корпусных механических фильтров в связи с невысокой единичной производительностью в значительной степени ограничено ОС до средних включительно.

Опыт эксплуатации зернистых фильтров, весьма противоречив. Конструкции, выполненные по проектам 1970-1980-х годов, показали низкую надежность. Напротив, весьма положительный опыт эксплуатации накоплен на ОС Южного Бутово и Зеленограда, запроектированных по немецким стандартам (хотя проектную загрузку пришлось заменить на более крупную). Напротив, отрицательный опыт получен на ряде объектов при использовании фильтров с непрерывной промывкой загрузки (см.: таблица 4.7).

Применение опции реагентного удаления фосфора приводит к существенному увеличению эксплуатационных затрат, и прежде всего, по следующим статьям:

- на приобретение реагентов;

- на эксплуатацию узла хранения реагента, приготовления и дозирования его раствора.

Однако реагентное удаление фосфатов на стадии доочистки (при ее наличии) может иметь преимущество по отношению к применению реагентов в аэротенках: отсутствует негативное влияние на активный ил (накопление в нем инертной биомассы). Введение реагента и на основной стадии очистки, и при доочистке снижает его расход.

Референц-объекты с использованием фильтров приведены в таблице 4.7.

Таблица 4.7 - Референц-объекты с использованием фильтров

Технология	Объекты	Проектная производительность/фактическая нагрузка (2104 г), тыс. м³/сут	Среднегодовое содержание взвешенных веществ в очищенной воде, мг/л
Зернистые фильтры с фильтрацией через неподвижный слой загрузки	ОС N 10	80/37	2,4
	ОС N 11	140/71	1,3
	ОС N 4	10,5/4,5	7,8
Фильтры с непрерывной промывкой	ОС N 15	10,5/5,5	Выведены из эксплуатации. Из-за неэффективной промывки загрузка кольматировалась (срасталась). Борьба с этим требовала частых промывок гипохлоритом натрия
Биолого-фильтрационные реакторы с ершовой загрузкой	ОС N 14	753/272	29,1
Биолого-фильтрационные реакторы с ершовой загрузкой	ОС N 9	106/100	16,5
Дисковые фильтры	ОС N	Нет данных	Удаление ВВ с 20 до 7 мг/л, БПК₅ с 9 до 4, ХПК с 54 до 38 мг/л

В безнапорных стационарных фильтрах с ворсистой тканью (ковровое плетение) биологически очищенная сточная вода самотеком поступает на полностью затопленные элементы, обтянутые с двух сторон ворсовой фильтрующей тканью, имеющей ворс наружу. Направление фильтрации - снаружи внутрь кассет (фильтроэлементов). При этом ворс формирует при фильтрации намывной слой. Осуществляется периодическая промывка ткани вакуумом с загрязненной стороны с использованием отфильтрованной воды, фильтрующейся противотоком из внутреннего объема фильтроэлементов.

Конструктивно ворсистые фильтры выполняются в двух вариантах:

- вращающиеся на валу полностью затопленные пакеты дисков, с неподвижным элементом вакуумной промывки,

- неподвижные элементы, промывка которых осуществляется движущимся ваккуумируемым промывным устройством.

Фильтрация по своей эффективности соответствует отверстиям 10 мкм (рейтинг фильтрации 10 мкм).

Имеется информация о наличии дисковых сетчатых фильтров на ОС Новочебоксарска и Череповца, однако данные по этим ОС в ходе анкетирования не получены.

Данные таблицы 4.7, таким образом, не позволяют однозначно рекомендовать использование зернистых фильтров с непрерывной промывкой и биолого-фильтрационных реакторов с ершовой загрузкой.

4.2.1.3.3 Доочистка в биопрудах

Общее техническое описание

Очищенная вода подвергается естественной биологической доочистке в земляных емкостях (могут быть гидроизолированы), рассчитанных на пребывание от нескольких суток до 1-2 нед, глубиной от 0,5 м до нескольких метров. Процесс очистки осуществляется в основном бактериями аналогично процессу в аэротенках, удаление биогенных элементов осуществляется также на прирост водорослей и других водных растений. Аэрация может быть естественной, либо искусственной (как пневматической, так и механической). При использовании мелких биопрудов с высшей водной растительностью большую роль в очистке играют также процессы фильтрации и биосорбции. Наряду с завершением биохимических процессов, в биопрудах происходит осаждение взвешенных веществ.

Качество очищенной воды после биопрудов во многом определяется качеством поступающей в них биологически очищенной сточной воды.

Влияние на окружающую среду

Позволяют контролировать содержание взвешенных веществ не более 10 мг/л, даже при залповом выносе ила из вторичных отстойников. Позволяют получить содержание аммонийного азота не более 2 мг/л и БПК₅ не более 5 мг/л (при надлежащем времени пребывания). При использовании прудов с высшей водной растительностью в большей степени происходит удаление азота и фосфора.

Осуществляется существенное удаление тяжелых металлов (нерасчетный процесс).

Межсредовые воздействия

Практически отсутствуют.

Применимость

От сверхмалых до средних ОС включительно.

Референц-объекты

По данным анкетирования информация не получена. По данным экспертов - членов ТРГ, количество объектов с биопрудами составляет не менее 10.

4.2.1.4 Мембранные биореакторы

Техническое описание

Данная технология по своему результату объединяет в себе биологическую очистку в аэротенках и глубокую доочистку на мембранах.

Мембранные илоотделители используют как сооружения илоразделения при работе с аэротенками, они представляют собой модули с ультра- или микрофильтрационными мембранами, через которые отфильтровывается от частичек ила очищенная вода.

По типу фильтрации мембранные илоотделители подразделяются на вакуумные, напорные и безнапорные. По типу используемых мембран 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 подключения модуля к вакууму (для вакуумных систем), либо закрытие клапана отвода фильтрата (для самотечных систем), обратный импульс очищенной воды или воздуха. Под мембранным модулем постоянно, либо периодически 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 биореактор.

Установки мембранного илоразделения, работающие вместе с аэротенками, практически составляют целостную инженерную систему, называемую мембранным биореактором (МБР). Хотя принципиальных изменений в технологии биологической очистки применение мембранного илоразделения не вносит, конструкция биореактора существенно трансформируется в связи с тем, что достижима концентрация ила до трехкратной по отношению к классической технологии, а также в связи с тем, что значительная часть аэробной зоны реализуется в хорошо аэрируемом отделении мембранных модулей. В частности, к специфике применения МБР относится то, что на многих объектах не используется первичное осветление.

В небольших установках илоразделитель может быть помещен непосредственно в аэротенк.

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 БПК₅ и содержит общий азот и фосфор, то работа мембранного илоразделителя оказывает существенное воздействие и на снижение значений этих показателей.

При надлежащей механической прочности мембран и квалифицированной эксплуатации установок обеспечивают 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.

Седиментационные свойства активного ила, формирующиеся в аэротенке, не оказывают принципиального влияния на эффективность работы мембранного илоразделения.

Выводимый избыточный активный ил имеет более существенно более высокую концентрацию относительно систем со вторичным отстойником, что снижает нагрузку на сооружения обезвоживания.

Межсредовые воздействия

Формируют существенное увеличение потребления электроэнергии по причине высокого расхода воздуха на обдув мембран. Большинство решений, присутствующих на рынке, также требует откачки всего расхода очищаемой воды вакуум-насосами (либо подачи иловой смеси в напорные модули). Однако есть хорошо апробированные решения, основанные на работе мембран только на разнице уровней жидкости в пределах 0,6-0,8 м.

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

Мембранные илоразделители уменьшают удельное количество образуемых отходов, т.к. прирост ила в них, как правило, ниже, чем в классических системах.

МБР позволяют получить очищенную воду, оптимальную для использования в качестве технической и поливной, т.е. вернуть сточную воду в оборот.

Применимость

В настоящее время можно с уверенностью говорить о применимости МБР в диапазонах мощности по крайней мере от сверхмалых до больших (за рубежом имеются объекты и в диапазоне крупных ОС).

Факторы, влияющие на возможность реализации

Сложное оборудование, работающее только при условии полной или частичной автоматизации. В случае частых нарушений регламента эксплуатации мембраны могут быть выведены из строя.

Обладают значительной стоимостью при приобретении для сверхмалых объектов в сравнении с классическими системами. Требуют дополнительных эксплуатационных затрат, как постоянных - на электроэнергию и реагенты, так и периодических (весьма высоких) - на замену мембран, по сравнению с классическими системами. Относительно систем, включающих этап доочистки, разница в затратах менее ощутимая, либо отсутствует.

МБР позволяют на одной стадии процесса очистки добиться как минимум 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 - МБР малочувствительны к залповым сбросам в составе поступающих сточных вод, так как вынос ила из сооружения невозможен.

Референц-объекты

По данным анкетирования информация не получена. По данным экспертов - членов ТРГ, количество объектов для ЦСВП, проектная производительность которых не превышает 5000 м³/сутки, составляет не менее 10.

4.2.2 Обеззараживание сточных вод

4.2.2.1 Обеззараживание очищенных вод хлором или хлорреагентами

Общее техническое описание

В очищенную воду дозируется раствор хлора в воде, приготавливаемый в хлораторе в результате испарения жидкого хлора, либо раствор гипохлорита натрия, после чего вода в течение не менее 0,5 ч должна находиться в контактном резервуаре. Концентрация остаточного хлора в очищенной воде после контакта должна составлять не менее 1,5 мг/л.

В качестве источника активного хлора может использоваться привозной или приготовленный на месте гипохлорит натрия. На малых объектах используется хлорная известь.

Влияние на окружающую среду

Метод обеспечивает соблюдение санитарно-гигиенических требований по обеззараживанию. Одновременно с этим метод наносит прямой и очевидный вред окружающей среде за счет сброса в водный объект обеззараженной воды с остаточным содержанием активного хлора, хлораминов, хлорорганических соединений. Это наносит ущерб всем гидробионтам, а также приводит к накоплению хлорорганических соединений в пищевой цепи и в донных отложениях.

Межсредовые воздействия

Постоянное воздействие на воздух и почвы, шумовое, тепловое и другие виды загрязнения отсутствуют.

Расход электроэнергии небольшой при использовании жидкого хлора, существенный - при получении гипохлорита электролизом.

Применимость

При любом масштабе сооружений. Жидкий хлор целесообразно применять только на средних и больших сооружениях, гипохлорит может применяться (получаться) на сооружениях любого масштаба.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Использование хлора создает существенные риски отравлений при авариях в системе приема, хранения и дозирования, а также при террористическом нападении.

Все хлорсодержащие обеззараживающие реагенты весьма коррозионны.

Очищенные сточные воды, в отличие от питьевой воды, характеризуются весьма высоким хлорпоглощением до достижения требуемой величины 1,5 мг/л остаточного хлора после контакта. Существенно, что данный параметр зависит от содержания аммонийного азота в воде (образующего хлорамины), которое может колебаться в широких пределах.

Действующие экологические и инженерные требования требуют проведения дехлорирования после хлорирования. Процесс дехлорирования осуществляется введением в хлорированную воду веществ, способных связывать избыточный хлор. В качестве таких веществ можно применять гипосульфит-натрия (серноватисто-кислый натрий Na₂S₂O₃), сернистый газ SO₂, сульфит натрия Na₂SO₃ и др. Для дехлорирования применяют также фильтрование через активированный уголь. На загрузке происходит восстановление активного (растворенного) хлора до аниона Cl^-, а также сорбируются токсичные продукты хлоролиза органических загрязнений.

Ресурс работы угля в таком режиме значительно выше, чем при сорбции органики. Однако так как поверхность зерен угля после некоторого времени его работы покрывается слоем сорбированных веществ, препятствующих работе фильтра, требуется его промывка водой. Также может потребоваться регенерация горячим щелочным раствором.

Сооружения хлорирования с дехлорированием достаточно сложны и требуют квалифицированной эксплуатации.

Референц-объекты

Сотни объектов, в том числе с использованием жидкого хлора (количество сокращается) и гипохлорита натрия (количество увеличивается).

Как по данным анкетирования, так и по данным экспертов - членов ТРГ, дехлорирование в России нигде не используется. Таким образом, на всех ОС ГСВ, где используется хлорирование, в большей или меньшей степени наносится ущерб водным объектам.

4.2.2.2 Обеззараживание очищенных вод УФ-облучением

Общее техническое описание

Очищенная вода подвергается облучению, проходя рядом с УФ лампами, помещенных в проницаемые для излучения чехлы. В результате воздействия УФ излучения (для обеззараживания очищенных сточных вод применяются только лампы низкого давления с длиной волны 254 нм) разрушаются участки ДНК бактерий и патогенных простейших, а также РНК вирусов, что препятствует их размножению.

Аппараты УФ обеззараживания могут быть корпусными (напорными) и канальными (открытыми). Первые применяют до уровня больших сооружений, вторые - на крупных и выше.

Преимущества для окружающей среды

Метод обеспечивает соблюдение санитарно-гигиенических требований по обеззараживанию без прямого негативного воздействия на окружающую среду.

Межсредовые воздействия

Воздействия на воздух и почвы, шумовое, тепловое и другие виды загрязнения отсутствуют.

Метод требует существенного расхода электроэнергии на работу УФ ламп (обычно 15-20 % от затрат на аэрацию в аэротенках и до 30 % - при полностью оптимизированных, сокращенных энергозатратах на биологическую очистку). Эти затраты не рекуперируемы.

Применимость

При любом масштабе сооружений.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Сооружения достаточно компактны.

Чем меньше содержание взвешенных веществ в очищенной воде, тем ниже энергозатраты на УФ обеззараживание и выше эффективность метода.

При длительной транспортировке обеззараженной воды по каналам (трубопроводам) длиной несколько километров возможен существенный эффект вторичного роста бактерий, в том числе и за счет бактериальных обрастаний на стенках, приводящий к увеличению их содержания свыше санитарных требований. Это обстоятельство должно учитываться при назначении мощности облучения, а также при определении необходимости и выборе метода третичной очистки в зависимости от условий отведения обеззараженной воды в водный объект. Вторичный рост индикаторных бактерий отнюдь не тождественен росту содержания патогенных организмов, подавляющее большинство которых не способно к размножению вне организма человека, однако данное обстоятельство применительно к УФ-обеззараживанию изучено не достаточно.

Референц-объекты

Десятки крупных крупнейших и сотни остальных объектов. Крупнейшие в мире ОС с УФ обеззараживанием - на Курьяновских и Люберецких ОС (Москва).

4.2.3 Подпроцессы обработки осадка

4.2.3.1 Подпроцессы стабилизации осадка

4.2.3.1.1 Анаэробная стабилизация жидких осадков (метановое сбраживание)

Общее техническое описание

Обрабатываемый осадок подается в закрытые перемешиваемые реакторы - метантенки, в которых происходит анаэробный (бескислородный) процесс распада части органического вещества осадка с получением смеси метана и углекислого газа. Процесс требует поддержания определенной температуры. Выделяют 2 диапазона температур - мезофильный (33-38 °C) и термофильный (50-55 °C). Время обработки составляет 12-30 сут в мезофильном и 6-12 сут в термофильном. Обработанный осадок самотеком выгружается из метантенка.

Сбраживанию подвергают, как правило, смесь осадков первичных отстойников и избыточного активного ила, реже - только осадок первичных отстойников (при использовании отдельной технологии для избыточного активного ила) либо только избыточный активный ил (при очистке сточных вод без первичного осветления).

В зарубежной практике все больше распространены методы повышения эффективности процесса сбраживания (тепловая обработка, УЗ-обработка и др.). В отечественной практике референц-объекты такого рода отсутствуют.

Преимущества для окружающей среды

Один из наиболее благоприятных для окружающей среды процессов, используемых в коммунальном водоотведении. Позволяет трансформировать в биогаз нестабильное органическое вещество осадка, которое в противном случае разлагается в окружающей среде, требуя большого количества кислорода (при окислении в почве) либо выделяя парниковые газы (при захоронении либо ином складировании). Выделенный в процессе сбраживания биогаз представляет собой ценное топливо, эффективная утилизация которого (наряду с другими инженерными решениями) позволяет не только обеспечить нужную температуру в метантенках, но и обеспечить выработку энергии, на 50-70 % (до 100 %) покрывающей затраты сооружений очистки сточных вод на аэрацию. При этом в результате сжигания биогаза экономится природное топливо и существенно сокращается выброс парниковых газов.

Уменьшение количества сухого вещества осадка приводит к сокращению его объема, размещаемого в окружающей среде.

Различные химические и физико-химические процессы, происходящие в анаэробных реакторах, приводят к связыванию большей части тяжелых металлов в нерастворимые или малорастворимые соединения, в том числе сульфиды.

При термофильном сбраживании при соблюдении необходимой температуры, не ниже 53 °C, обеспечивается необходимая для почвенной утилизации степень обеззараживания осадков, а также полная дегельминтизация. При мезофильном сбраживании обеззараживание существенно ниже, дегельминтизации не происходит.

При нарушениях эксплуатации, при отсутствии систем сбора и очистки газовых выбросов из сооружений, связанных с метантенками (загрузочно-выгрузочные камеры, уплотнители, резервуары) возможно загрязнение атмосферного воздуха, в том числе дурнопахнущими веществами. Сброс неутилизированного биогаза без сжигания на "свече" приводит к существенному распространению запахов и токсичных веществ и является полностью недопустимым.

Межсредовые воздействия

Метод трансформирует часть органического вещества твердой фазы осадка в газовую фазу в виде метана и углекислого газа. Меньшая часть органического вещества, а также выделяющиеся при распаде азот и фосфор переходят в жидкую фазу (в иловую воду). Газовая фаза утилизируется при сжигании. Таким образом, единственным массовым газообразным продуктом трансформации твердой фазы в результате является углекислый газ. Получение энергии из биогаза снижает нагрузку на окружающую среду в сфере энергетики.

Распад органического вещества в жидкую фазу невелик и не превышает 2-4 % от входящего потока вещества. Более существенно выделение в жидкую фазу азота (около 15 % от входящей нагрузки на очистные сооружения) и фосфора (около 10-15 %).

Применимость

Принципиальные ограничения по масштабу для ОС ГСВ, начиная со средних, отсутствуют (в животноводстве успешно эксплуатируются анаэробные реакторы объемом всего в сотни м³), однако целесообразность применения следует рассматривать начиная с больших очистных сооружений. Как экономичный метод стабилизации органического вещества рекомендуется, начиная с ЭЧЖ более 100 тысяч (при наличии в технологии первичного осветления), что соответствует ежесуточному объему поступления сточных вод около 30 тыс. куб. м в сутки. Отсутствие в технологии стадии осветления не отменяет целесообразности применения сбраживания, но увеличивает масштаб сооружений, при котором оно целесообразно, либо (в зарубежной практике) предполагает использование методов предобработки, увеличивающих степень распада органического вещества активного ила.

Метод требует существенной площади на территории очистных сооружений (но не более 10 % от площади сооружений очистки сточных вод).

Факторы, влияющие на возможность реализации

Требует значительных емкостей метантенков, создания газово-энергетического хозяйства (сооружения и оборудование по сбору, накоплению, очистке и утилизации биогаза). Метантенки сооружаются как наземные емкости, поэтому (в отличие от подземных емкостей) любая неплотность в бетоне либо в металлоконструкции приводит к утечке наружу.

Требует предварительной обработки осадка: желательно максимальное (но не выше 8-10 % по сухому веществу) сгущение осадков, процеживание осадка первичных отстойников. По современным подходам минимально необходимо сгущение избыточного активного ила. Для повышения энергоэффективности весьма желательно использование теплообменников для рекуперации тепла сброженного осадка. Оно позволяет снизить до 3-х раз энергозатраты для термофильного процесса и до 2-х раз - для мезофильного.

Сами метантенки и все элементы газового хозяйства потенциально взрывоопасны и требуют квалифицированной эксплуатации.

Российские нормы, направленные на безопасную эксплуатацию метантенков, значительно усложняют (по сравнению с зарубежной практикой) все стадии применения метода, начиная с проектирования. Они же предписывают значительные разрывы (20 м) между группой метантенков и газгольдерами, другими сооружениями либо проездами.

Периодически (даже при использовании эффективного перемешивания) необходима очистка метантенков от накапливающегося в них песка и корки. Даже с применением гидромеханизации это требует тяжелого ручного труда.

Использование более интенсивного термофильного сбраживания при времени обработки менее 10 сут возможно, но приводит к получению осадка с неудовлетворительными водоотдающими свойствами. Распространенным решением этой проблемы является проведение промывки сброженного осадка очищенной водой (т.е. смешение с этой водой с последующим разделением смеси в уплотнителях). Это требует дополнительных капитальных вложений, площади, а также может являться источником загрязнения атмосферы.

Существенное (особенно при термофильном сбраживании) выделение в иловую воду аммонийного азота и фосфора увеличивает нагрузку по ним на основные сооружения. Однако разработаны (но в России пока не применяются) эффективные и энергосберегающие методы локальной очистки от азота и фосфора. Применительно к фосфору за рубежом применяются технологии, достигающие рекуперацию этого ценного элемента в качестве удобрения.

Референц-объекты

Курьяновские и Люберецкие ОС (Москва), Ярославль, Новосибирск - термофильное сбраживание.

4.2.3.1.2 Аэробная стабилизация жидких осадков

Общее техническое описание

В используемой в отечественной практике технологии обрабатываемый осадок подается в аэрируемые тем или иным способом емкости (как правило, аналогичные аэротенкам, используемым для очистки сточных вод от органических загрязнений), в которых при температуре 14-25 °C (соответствует температуре сточных вод, с учетом процессов теплообмена зимой) происходит аэробный процесс окисления органического вещества осадка первичных отстойников (при совместной стабилизации осадков) биомассой активного ила и самоокисление этой биомассы.

Применима также аэробная стабилизация только ила (когда не используется первичное осветление либо осадок первичных отстойников обрабатывается по другой технологии).

Время стабилизации зависит от концентрации обрабатываемых осадков. Обработанный осадок самотеком выгружается из стабилизатора.

Преимущества для окружающей среды

Позволяет разложить (окислить) нестабильное органическое вещество осадка, которое в противном случае разлагается в окружающей среде, требуя большого количества кислорода при окислении в почве, либо выделяя парниковые газы при захоронении, либо ином складировании. Однако эффективность разложения органического вещества не превышает 60 % от показателей анаэробного сбраживания.

Аэробная стабилизация - очень энергоемкий процесс, требует высокого расхода электроэнергии. Энергозатраты не могут быть рекуперированы.

Метод не обеспечивает требуемой для почвенной утилизации степени обеззараживания осадков. Также не обеспечивается дегельминтизация.

Межсредовые воздействия

Метод трансформирует часть твердого вещества в углекислый газ (выделяется с воздухом, выходящим из сооружения), т.е. в газовую фазу. Часть органического вещества (водорода и кислорода) выделяется в жидкую фазу (иловую воду) в виде воды. Таким образом, единственным экологически значимым массовым продуктом трансформации твердой фазы является углекислый газ.

При достаточной аэрации выделение загрязняющих и дурнопахнущих веществ невелико, при недостатке кислорода развиваются гнилостные процессы и выделение дурнопахнущих веществ существенно возрастает.

Выделяющиеся при распаде азот и фосфор переходят в жидкую фазу (в иловую воду). Выделение в жидкую фазу азота не превышает 10 % от входящей нагрузки на очистные сооружения, фосфора - 5-10 %.

Применимость

Технически метод применим для сооружений любой производительности. Метод требует максимальной площади на территории очистных сооружений из всех технологий стабилизации осадка (кроме длительной стабилизации за счет вылеживания на площадках хранения).

Факторы, влияющие на возможность реализации

Требует значительных емкостей стабилизаторов, около половины объема аэротенков для БО.

Сооружения безопасны в эксплуатации и не требуют сложной эксплуатации.

Метод увеличивает затраты на электроэнергию на очистных сооружениях не менее чем на 30-60 % (большее значение - для совместной стабилизации осадка первичных отстойников и ила).

4.2.3.1.3 Компостирование обезвоженного осадка

Общее техническое описание

Компостирование является аэробным биотермическим процессом разложения органического вещества, в результате которого происходит обеззараживание, снижение влажности и улучшение физико-механических свойств компостируемой массы. Основными факторами, определяющими эффективность процесса, являются качество исходного материала, температура, воздушный режим и реакция среды.

Процесс компостирования происходит в две стадии:

- термофильная стадия, осуществляется термофильными микроорганизмами и характеризуется повышением температуры компостируемой массы до 50-60 °C. При этом достигается ее обеззараживание и минерализация, т.е. микробное разложение органического вещества и повышение зольности. За счет высокой температуры происходит значительное высушивание компостируемой массы. В зависимости от времени закладки компоста и в условиях достаточного доступа воздуха эта стадия протекает в течение 1-3 нед, после чего происходит постепенное снижение температуры с переходом ко второй стадии процесса;

- мезофильная стадия, осуществляется мезофильными микроорганизмами при температуре 35-30 °C. На этой стадии происходит дозревание компоста (продолжение стабилизации органического вещества) и сушка и улучшение его физико-механических свойств, дальнейшее отмирание патогенных микроорганизмов. Продолжается высушивание компоста, что достигается достаточной аэрацией или перемешиванием, что обеспечивает значительное удаление влаги и увеличение содержания сухого вещества.

Существуют различные варианты технологий приготовления компоста, в том числе технология приготовления буртовым (площадочным) способом в различных вариантах; приготовление компостной массы с помощью смесителя и дальнейшее компостирование приготовленной смеси на площадке компостирования; проведение первой (термофильной) стадии в контейнерах различной конструкции и дальнейшее созревание на площадках и др.

Для быстрого начала разложения и оптимального протекания процесса компостирования должны быть выполнены следующие требования к исходному сырью: влажность компостной массы - 70-75 %, отношение углерода к азоту - 25-40, pH - не менее 6,5, рыхлая укладка. Поскольку механически обезвоженные осадки, как правило, не соответствуют этим требованиям, то для снижения влажности, обогащения углеродом и повышения пористости осадки необходимо смешивать с наполнителем. В качестве наполнителей могут использоваться древесные опилки, торф, растительные отходы и др. Количество используемого наполнителя определяется рядом факторов, в том числе исходной влажностью осадка и наполнителя. Наполнителем может служить готовый компост. При этом используют как двухкомпонентные (осадок-наполнитель), так и трехкомпонентные (осадок - компост - наполнитель) смеси, что позволит снизить количество используемого наполнителя и, следовательно, эксплуатационные затраты.

Аэрация компостируемой смеси в буртах осуществляется либо подачей воздуха через слой (например, через щелеванное днище), либо путем периодического ворошения. При компостировании в реакторах аэрация производится либо также через днище, либо путем вращения барабана и пересыпания его содержимого.

Окончательное дозревание компоста можно проводить путем его дальнейшей выдержки (хранения) на открытых площадках при укрытии его влагоизолирующим материалом.

При созревании компоста в результате снижения влажности до 50-55 % и органического вещества на 20-30 % происходит уменьшение массы компостируемого материала на 30-35 %.

Преимущества для окружающей среды

Позволяет разложить (окислить) нестабильное органическое вещество осадка, которое в противном случае разлагается в окружающей среде, требуя большого количества кислорода (при окислении в почве) либо выделяя парниковые газы (при захоронении, либо ином складировании). Однако эффективность разложения органического вещества не превышает 70 % от анаэробного сбраживания.

Уменьшение количества сухого вещества осадка приводит к сокращению его объема, размещаемого в окружающей среде. Компостированный осадок обладает хорошими мелиорационными и удобрительными свойствами, внешним видом, сыпучестью, высокопроницаем для воздуха, имеет сформировавшуюся почвенную микрофлору.

Метод обеспечивает требуемую для почвенной утилизации степень обеззараживания осадков.

Хорошо стабилизированный компост может храниться неограниченно долго и имеет минимум запаха даже при его увлажнении.

Межсредовые воздействия

Компостирование - энергоемкий процесс. Он требует либо энергозатрат для подачи большого количества воздуха, либо расхода электроэнергии на вращение компостного барабана, либо расхода моторного топлива. Энергозатраты не могут быть рекуперированы.

Выделяющийся при распаде органического вещества аммонийный азот может попадать в воздух.

Возвратные потоки жидкости практически отсутствуют (за исключением невпитавшихся и подлежащих отведению атмосферных осадков - при компостировании вне здания).

Применимость

Технически метод применим для сооружений любой производительности. Не следует рассматривать компостирование только как метод подготовки осадка к почвенной утилизации. Определенные модификации технологии в зарубежной практике используют для получения из осадка низкокалорийного топлива (так называемый процесс биосушки).

Промышленное проведение процесса имеет ограничения по минимуму производительности (ориентировочно около 50-100 м³ в сутки по исходному осадку), так как для оптимального проведения процесса в промышленных масштабах необходимо использование комплекта специальной техники: измельчителей, смесителей, буртоукладчиков, виброгрохотов и т.п. Данное оборудование является специализированным и весьма дорогостоящим. Его целесообразно использовать при достаточной его загрузке.

Метод требует максимальной площади из всех технологий стабилизации осадка (кроме длительной стабилизации за счет вылеживания на площадках хранения). Однако площадки компостирования могут быть размещены вне основной промплощадки очистных сооружений, в том числе вблизи мест образования материалов-наполнителей или мест утилизации.

Факторы, влияющие на возможность реализации

В условиях России площадочное компостирование требует существенного времени. При компостировании на открытых площадках на процесс влияют как атмосферные осадки, так и температура. При использовании навесов - только температура. В средней полосе России зимой процесс на открытых площадках замедляется не менее чем в 2 раза.

Для северо-западного региона при закладке в весенне-летний период компост созревает в течение 3-4 месяцев, при осенне-зимней закладке - в течение 5-6 месяцев. Сокращение сроков компостирования до 2 месяцев может быть достигнуто за счет использования биопрепаратов.

Сооружения безопасны в эксплуатации и не требуют сложной эксплуатации.

При аэрации воздухом на площадках метод увеличивает затраты на электроэнергию на очистных сооружениях до 30 %. Однако есть способы снижения энергозатрат за счет более полного использованию кислорода воздуха путем последовательного его пропускания через несколько зон компостирования (при тоннельном компостировании). При ворошении с помощью техники требуется расход моторного топлива, но это также более рациональный способ.

При размещении осадка на полигонах захоронения отходов компостирование нецелесообразно.

Референц-объекты

ОС Твери, Дубны, Орла, Протвино, Петропавловска-Камчатского.

4.2.3.2 Сокращение объема осадков

4.2.3.2.1 Обезвоживание осадков

4.2.3.2.1.1 Механическое обезвоживание осадков

Общее техническое описание

Для обезвоживания жидких осадков используют два основных физических принципа:

- фильтрация жидкой фазы через фильтрующий элемент под давлением;

- отделение жидкой фазы под действием центробежных сил, в тысячи раз превышающих гравитационное поле.

Технологии обезвоживания в большой степени отождествляются с используемым обезвоживающим оборудованием.

По принципу фильтрации работают следующие методы обезвоживания:

- ленточные фильтр-прессы, в которых давление на осадок формируется протягиванием сдвоенной фильтровальной ленты, внутри которой находится осадок, через последовательность специальных валков;

- камерные фильтр-прессы, в которых давление формируется высоконапорным насосом, закачивающим жидкий осадок в совокупность камер, внутри которых имеются фильтрующие элементы;

- шнековые прессы (дегидраторы, обезвоживатели), в которых давление формируется шнеком, а в роли фильтрующего элемента выступает цилиндрическая сетка (стационарная, либо подвижная наборная);

- одноразовые фильтрующие мешки и фильтрующие трубы (геотубы), в которых осадок обезвоживается под собственным весом. Последние обладают существенными особенностями. Поскольку опыт применения их для вновь образующихся осадков пока отсутствует, они описаны как отдельная технология в разделе 7.

Центробежное поле используется в одном типе аппаратов - центрифугах (центробежных декантерах). Важным аспектом механического обезвоживания является кондиционирование осадка для придания ему оптимальных водоотдающих свойств. Для кондиционирования практически повсеместно используют органические полимерные флокулянты. Только на одном известном рабочей группе объекте (ОС Южного Бутова, Москва) применяют неорганические минеральные реагенты - хлорное железо и известь. Использование минеральных реагентов является устаревшим методом, который практически повсеместно заменен на практически безальтернативный в настоящее время метод кондиционирования органическими флокулянтами.

Преимущества для окружающей среды

Уменьшение количества сухого вещества осадка приводит к многократному сокращению его объема, размещаемого в окружающей среде. Удаляется в качестве возвратных потоков около 80-90 % всех растворенных соединений.

Хорошо обезвоженный осадок имеет консистенцию влажной почвы и может транспортироваться автотранспортом к месту утилизации.

Межсредовые воздействия

Метод разделяет единую среду на потоки твердого (вернее, пластичного) и жидкого. Использование органических флокулянтов практически не увеличивает количество сухого вещества осадка.

В зависимости от количества открытых поверхностей осадка присутствует выделение дурнопахнущих и загрязняющих воздух веществ (за счет улетучивания их из жидкого и обезвоженного осадка).

Устаревший метод обезвоживания с минеральными реагентами привносил в окружающую среду много дополнительных веществ - гидроксидов железа и извести.

Применимость

Технически метод (в одной из разновидностей) применим для любых сооружений. Для минимальных расходов осадка применимы мешочные фильтры, для небольших расходов (до 200 м³ осадка/сут) - шнековые обезвоживатели и декантерные центрифуги. На средних и больших расходах осадка (до 5000 м³ осадка/сут) применимы центрифуги, ленточные и камерные фильтр-прессы. Для сверхбольших расходов в настоящее время, как правило, применяют центрифуги, единичная производительность которых может превышать 4000 м³/сут.

Метод весьма компактен. Требует использования сложного оборудования и системы автоматизации процесса.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Наиболее компактным оборудованием являются центрифуги, наибольшее пространство требуется для камерных фильтр-прессов.

С точки зрения безопасности труда все производственные установки механического обезвоживания имеют свои потенциально опасные факторы:

- ленточные фильтр-прессы - движущиеся полуоткрытые детали;

- камерные фильтр-прессы - движущиеся открытые детали (плиты), высокое давление во время цикла фильтрации;

- центрифуги - высокие обороты.

Единственным типом оборудования, требующим на осадках городских сточных вод применения физического труда персонала, являются камерные фильтр-прессы.

Референц-объекты

Каждая из разновидностей технологии используется на десятках объектов в России.

4.2.3.2.1.2 Обезвоживание осадков на иловых площадках

Общее техническое описание

Осадок наливается в заданном количестве по отдельным площадкам (картам), где последовательно происходят процессы отделения части иловой воды (с ее сливом), подсушка в результате испарения влаги, промораживание и оттаивание с дополнительным отделением воды.

Для интенсификации подсушки осадок, как правило, подвергают ворошению и буртованию.

Преимущества для окружающей среды

При надлежащем проведении процесса обеспечивает достаточно эффективное сокращение объема и массы осадка, размещаемого в окружающей среде. Удаляется в качестве возвратных потоков около 50 % всех растворенных соединений, что существенно меньше, чем при механическом обезвоживании.

Хорошо подсушенный осадок имеет консистенцию почвы и может транспортироваться автотранспортом к месту утилизации.

Межсредовые воздействия

Метод разделяет единую среду на потоки твердого (вернее, пластичного) и жидкого.

Очень большая открытая поверхность осадка способствует выделению из него дурнопахнущих и загрязняющих воздух веществ. В особенности это проявляется при направлении на иловые площадки нестабизированных осадков, которые перегнивают в ходе подсушки.

Применение иловых площадок неизбежно приводит к загрязнению грунтовых вод и атмосферного воздуха.

Применимость

Технически метод применим для сооружений практически любой производительности. Однако в современных условиях он должен ограничиваться небольшими существующими очистными сооружениями (до 4 тыс. м³/сутки), при условии, что он не создает экологических и санитарно-гигиенических проблем. Для сооружений более высокой производительности метод должен применяться лишь в качестве резервного по отношению к механическому обезвоживанию. Однако это не является обязательным при наличии дополнительного резервирования и других технических решений.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Метод требует чрезвычайно больших площадей, многократно превышающих промплощадку очистных сооружений, на которых образуется подсушиваемый осадок. При перегрузке по объему наливаемого осадка, либо при использовании во влажном прохладном климате (северо-западные регионы) почти полностью теряет эффективность.

В сухое жаркое время года глубоко подсушенный осадок может загораться подобно торфу.

Референц-объекты

Традиционный метод.

4.2.3.2.1.3 Обезвоживание осадков на иловых площадках с использованием флокулянта

Метод аналогичен обезвоживанию осадка на иловых площадках за исключением следующих отличий, выделяющих его в отдельную технологию. Перед наливом осадка на площадки в него добавляется флокулянт (оптимально - специально разработанный для этой цели). В результате флокуляции твердой и коллоидной фаз происходит интенсивное отделение иловой воды. Ее отведение осуществляется через щелевые колодцы.

Благодаря рыхлой порозной структуре сфлокулированного осадка поверхность испарения существенно возрастает, что ускоряет дальнейшую сушку. Структуры сфлокулированного осадка стойки при выпадении атмосферных осадков.

Нагрузка на иловые площадки может быть увеличена на 500 % и более, по сравнению с традиционной технологией использования иловых площадок.

Высокая порозность приводит к проникновению кислорода воздуха вглубь слоя подсыхающего осадка, что благодаря химическим и биохимическим процессам окисления ведет к существенному снижению эмиссий в атмосферу восстановленных соединений, отвечающих за неприятные запахи.

Референц-объекты

ОC Новосибирска, ОС Волжского.

4.2.3.2.2 Термическая сушка осадка

Общее техническое описание

Ранее обезвоженный осадок нагревают до температуры, способствующей ускоренному испарению влаги.

По физическому принципу разделяют:

- прямую сушку, когда нагрев осадка производят дымовыми газами от сжигания топлива;

- непрямую (контактную) сушку, когда нагрев осадка производят через поверхность теплообмена.

Одной из главных решаемых задач является обеспечение максимального теплообмена. В системах прямой сушки это решается, в частности, одним из следующих технических приемов:

- поды, по которым распределяется и движется осадок;

- сетки, на которые распределяется осадок, и затем движется вместе с ними;

- использование псевдоожиженного слоя;

- вращающиеся коаксиальные барабаны.

В системах непрямой сушки для интенсификации теплообмена, в частности, используют:

- вращающиеся в слое осадка теплопередающие конструкции;

- нагревающий трубный змеевик в псевдоожиженном слое осадка.

Перечисленные приемы не являются исчерпывающими.

Высушенный осадок может гранулироваться в виде пеллет для оптимизации его последующего применения.

Преимущества для окружающей среды

Дальнейшее (после обезвоживания) уменьшение количества осадка: сокращение его массы до 3 раз и объема до 4 раз. Высушенный осадок имеет сыпучую консистенцию и может транспортироваться автотранспортом к месту утилизации. Высушенный при температуре свыше 100 °C осадок обеззаражен и дегельминтизирован.

Межсредовые воздействия

Сушка осадка приводит к испарению из него большинства летучих органических и неорганических веществ, а также (в зависимости от используемой температуры процесса) частичному низкотемпературному пиролизу органического вещества с выделением в выпар летучих органических соединений.

Как правило, технология термической сушки предусматривает:

- конденсацию выпара, при этом в него переходят многие летучие вещества, такие как аммонийный азот, летучие жирные кислоты. Выпар, как правило, направляется на очистку в голову сооружений;

- после конденсации выпара - осуществление необходимой очистки отходящих газов.

Однако некоторое выделение дурнопахнущих и загрязняющих воздух веществ от сооружений сушки все же происходит.

Термическая сушка - весьма энергоемкий процесс. На испарение влаги расходуется около 2250 кДж/кг (эквивалентно примерно 75 м³ природного газа на 1 т испаренной влаги). Источник этой энергии и возможность ее рекуперации существенно варьируют в зависимости от применяемых технологий обработки осадка. Рекуперация значительной части тепла, пошедшего на сушку, возможна путем конденсации выпара (при этом можно перевести в нагрев воды значительную часть разницы между высшей и низшей теплотой парообразования), а также с использованием тепловых насосов.

Наиболее высокая энергетическая эффективность - у технологической схемы, включающей в себя мезофильное сбраживание, когенерацию на биогазе, сушку отходящими газами газовых двигателей, обогрев метантенков конденсатом выпара осадка.

Применимость

Метод целесообразно применять для сооружений, начиная с больших.

Установки достаточно компактны. Необходимо использовать сложное оборудование, системы автоматизации процесса, квалифицированный персонал.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Наличие (отсутствие) альтернативного источника энергии и тепла (биогаз, выхлопные газы от сжигания биогаза в газовых двигателях, тепло от процесса сжигания осадка) и наличие (отсутствие) потребителя низкопотенциального рекуперированного тепла очень существенно влияют на себестоимость процесса. Сушка осадка товарным топливом без рекуперации тепла - весьма дорогой процесс.

Метод характеризуется рядом потенциальных опасностей:

- пылевоздушная смесь (высушенного осадка и воздуха) взрывоопасна. Для того чтобы предотвратить возникновение таких условий, в системах сушки контролируют содержание кислорода в газовой смеси внутри аппаратов не выше определенного значения, а также не допускают выделения пыли наружу;

- высушенный осадок способен самовозгораться в местах его хранения. С этой целью не допускают хранения больших его количеств;

- использование высокопотенциальных источников теплоты (топливо, отходящие газы от сжигания).

Референц-объекты

ОС Уфы, Чебоксар, Люберецкие ОС Москвы.

4.2.3.2.3 Сжигание осадка

Общее техническое описание

Ранее обезвоженный или высушенный осадок подают в разожженную печь, где он сгорает с образованием золы и дымовых газов. В печь с помощью дутьевых вентиляторов вдувается воздух. Смесь отходящих газов с золой-уносом подвергается очистке с удалением твердых частиц (золы) и токсичных газов и веществ, образовавшихся при сжигании. Дымовые газы используют для генерации энергии (пар, электроэнергия), а также для нагрева дутьевого воздуха. Не унесенные из печи продукты сжигания (шлаки) выгружают из нижней части.

Если процесс сжигания не требует подачи в печь дополнительного топлива, его называют автотермичным.

Известно несколько конструкций печей, из которых в России для сжигания осадка нашли применение только конструкции с псевдоожиженным слоем.

Преимущества для окружающей среды

Обеспечивает практически полное уничтожение органического вещества осадка, что имеет положительное экологическое значение при невозможности почвенной утилизации осадка. Количество сухого вещества сокращается в 3-4 раза, объем (относительно обезвоженного осадка) - до 15 раз.

Зола после сжигания осадка ГСВ относится к отходам 4-го класса опасности (опыт установок в Санкт-Петербурге).

Межсредовые воздействия

Сжигание приводит к полному переводу органического вещества осадка в газообразную фазу, т.е. в углекислый газ и водяные пары. Присутствующий в осадке азот переходит в окислы азота (также они образуются и из атмосферного азота), фосфор остается в золе. Существенны также образование двуокиси серы из сульфидов, содержавшихся в осадке, улетучивание ртути и кадмия. Остальные компоненты минеральной фазы осадка в основном окисляются до оксидов и остаются в золе.

Зола удерживается (до заданных концентраций пыли) с помощью циклонных установок и фильтров, оксиды серы и (частично) оксиды азота удаляются с помощью щелочной промывки отходящих газов (мокрой или сухой).

Органические вещества удаляются с использованием активированного угля. Для снижения концентраций окислов азота применяют специальные методы (добавление мочевины, использование катализаторов).

Эксплуатация установок сжигания требует значительного расхода электроэнергии и реагентов (щелочных). При оснащении установки системой энергогенерации вырабатываемая ею электроэнергия покрывает собственные нужды и позволяет поставлять энергию для других нужд.

Экономайзер на отходящих газах позволяет получать значительное количество тепла, существенно превосходящее потребности очистных сооружений.

Применимость

Установки сжигания достаточно компактны, однако очень насыщенны сложным оборудованием, требуют полной автоматизации процесса, высококвалифицированного персонала.

В связи с этим сжигание в мировой практике применяют, как правило, на ОС, начиная с крупных.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Один из наиболее дорогостоящих методов обработки осадка. В частности, это связано с тем, что оборудование для его реализации выпускается очень немногими компаниями, что способствует поддержанию высоких цен.

Метод характеризуется рядом потенциальных опасностей (взрыво- и пожароопасность).

Установки сжигания отходов находятся в потенциальной опасности стать объектом протестов населения, либо требований по закрытию со стороны местных органов исполнительной власти (при развитии городской застройки в направлении очистных сооружений).

Референц-объекты

В России на ОС ЦСВП работают только три установки-завода по сжиганию осадка (ЗСО) в Санкт-Петербурге: ЦСА, ССА, ЮЗОС. За период эксплуатации ЗСО было утилизировано свыше 5 000 000 м³ обезвоженного осадка.

На ЗСО в Санкт-Петербурге используются многоступенчатые системы газоочистки, исключающие попадание токсичных веществ в атмосферу. По результатам контроля, в том числе рядом независимых лабораторий, за время эксплуатации ЗСО превышений концентраций загрязняющих веществ в очищенных дымовых газах зафиксировано не было (российские нормативы более жесткие, чем европейские).

Для оценки степени биологической опасности на данных объектах применяется биоэлектронная система контроля качества газовых выбросов завода. В качестве тест-объектов используются легочные моллюски - африканские улитки. Данная система позволяет не только отслеживать потенциальные риски как случайных залповых выбросов токсикантов (при аварийной ситуации), так и риски от длительного воздействия на живые организмы даже очень малых концентраций различных продуктов неполного сгорания ила. Информация от системы биомониторинга подтверждает данные химического контроля.

За рубежом сжигание достаточно широко представлено на ОС ГСВ мегаполисов (Берлин, Мюнхен, Франкфурт-на-Майне, Штутгарт, Париж, Вена, Лондон, Манчестер и т.д.) и не только.

4.2.3.3 Производство почвогрунтов (искусственных грунтов)

Общее техническое описание

Почвогрунты (искусственные грунты) - смеси компонентов, приближающиеся по свойствам и составу к естественным плодородным грунтам. С этой целью в их состав должны входить минеральные компоненты (глина, песок), в качестве основных составляющих, а также органические компоненты, отвечающие за плодородие. Доля органических компонентов не должна превышать 20-30 %.

Почвогрунты изготавливают, в том числе с использованием компоста из осадков сточных вод в качестве органического компонента. Обязательным условием является состав осадка, обеспечивающий соответствие почвогрунта действующим требованиям [3].

Технологический процесс сводится к завозу, складированию, дозированию, перемешиванию компонентов, просеиванию грунта, хранению запаса и отгрузке.

Основной нишей для использования почвогрунтов является территории, нарушенные при строительстве, а также рекультивируемые.

Преимущества для окружающей среды

Использование почвогрунтов позволяет осуществлять эффективную рекультивацию нарушенных грунтов с соблюдением экологических требований. Используются удобрительные свойства осадка, что позволяет сокращать применение минеральных удобрений. Одновременно использование мелиоративных свойств осадка позволяет сокращать разработку торфа, а также плодородных природных грунтов. При этом не отчуждаются территории для захоронения осадка как отхода. Кроме того, известно, что торф мало подходит для рекультивации, он неплодороден и смывается дождями.

Межсредовые воздействия

Гарантирует отсутствие образования отходов.

Применимость

Универсальный метод.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Осадок должен предварительно пройти компостирование, что обеспечивает его стабильность, обеззараживание и товарный вид, подобный перегною.

Важнейшим фактором является соблюдение всех требований к содержанию токсичных веществ как в исходном осадке, компосте, так и в почвогрунте.

Почвогрунты реализуются заинтересованным организациям-застройщикам, дорожным строителям, компаниям, занимающимся озеленением и благоустройством. Спрос на почвогрунты выше в крупных населенных пунктах, вокруг которых снижена доля сельскохозяйственных полей в составе земельных угодий. В этой ситуации направление использования осадка в почвогрунтах позволяет компенсировать недостаток возможностей для почвенного применения.

Использование осадков для приготовления почвогрунтов тормозится неэффективной запретительной системой регулирования использования осадков, действие которой приводит к тому, что организации ЦСВ проще вывозить осадки на полигоны захоронения отходов.

4.3 Анализ технологий как возможных НДТ для ОС ПСВ

4.3.1 Сооружения предварительной механической очистки перед аккумулированием ПСВ:

4.3.1.1 Сооружения процеживания:

Общее техническое описание

На ОС ПСВ, принимающих до л/с: решетки (сита), мусоросборные корзины (контейнеры) прозором до 10 мм. При большей производительности - двухступенчатая система с механизированными решетками.

Преимущества для окружающей среды

Удаление из ПСВ крупных механических примесей и плавающего мусора соответствующего размера на 100 %.

Межсредовые воздействия

Образование осадка и всплывших веществ (нефтепродуктов) как отходов (неизбежно для всех технологий очистки ПСВ).

Применимость

Как обязательный элемент любой технологии очистки на ОС указанной мощности.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Устройство сооружений для процеживания не требует наличия значительных площадей.

4.3.1.2. Сооружения по удалению грубодисперсных оседающих механических примесей

Общее техническое описание

Песколовки, рассчитанные на эффективность удаления песка крупностью 0,25 мм и более не менее 85 % (емкостные сооружения либо комплектное оборудование), оборудованные системами откачки песчаной пульпы из приямков на обезвоживание, либо, для ОС, начиная со средних - скребковым оборудованием, либо системой гидросмыва для транспортировки песка к приямкам, с системами взмучивания осадка в приямках.

Преимущества для окружающей среды

Удаление из ПСВ песка крупностью 0,25 мм является необходимым подпроцессом для ОС ПСВ.

Межсредовые воздействия

Применимость

Как обязательный элемент любой технологии очистки на ОС указанной мощности.

ГАРАНТ:

Нумерация пунктов приводится в соответствии с источником

4.3.1.2 Аккумулирование сточных вод

Общее техническое описание

Осуществляется с целью регулирования расхода и усреднения состава. Является обязательным подпроцессом для ОС ПСВ накопительного типа.

В зависимости от производительности ОС используются:

- аккумулирующий резервуар-отстойник. Он должен быть оснащен эффективным оборудованием для удаления образующегося осадка (насосами или гидроэлеватором), скребковым оборудованием или системой гидросмыва, а также гидроразмыва осадка в приямках. Резервуар должен состоять из нескольких секций (минимум 2);

- аккумулирующий резервуар-усреднитель. Он должен быть оборудован системой перемешивания/взмучивания для максимального предотвращения оседания взвешенных частиц.

4.3.2 Сооружения механической и физико-химической очистки

4.3.2.1 Пруды-отстойники

Общее техническое описание

Представляют собой сооружения для механической очистки, предназначенные для удаления из ПСВ крупных механических примесей, мусора, нерастворимых грубодисперсных примесей минерального и органического происхождения - взвешенных веществ, а также и нефтепродуктов. Конструктивно могут выполняться из сборных железобетонных (бетонных) конструкций, габионов, а также в виде земляных сооружений. Таким образом, под этим традиционным для данной сферы термином могут подразумеваться как отстойники, так и пруды. В основе их работы - гравитационное осаждение или всплытие под действием силы тяжести загрязняющих веществ, имеющих плотность, отличную от плотности воды. При этом тяжелые минеральные загрязнения под действием силы тяжести осаждаются, легкие (нефтепродукты) - всплывают на поверхность.

В приемной части прудов-отстойников, как правило, располагается зона улавливания песка, который в виде влажного осадка периодически (1-2 раза в сезон) выгружается с помощью строительной техники. В современных конструкциях прудов-отстойников, обслуживающих большие площади водосбора (до 100 га и более), удаление крупного мусора может осуществляться с помощью стрежневых решеток (с ручной или автоматизированной системой очистки), пескоулавливание - в отдельных проточных песколовках, аналогичных описанным в разделе 2 (таблица 2.4).

В месте выпуска очищенных ПСВ располагаются нефтесборные устройства - полупогружные конструкции, требующие периодического удаления слоя задержанных нефтепродуктов или сорбирующие боновые заграждения. В условиях значительного загрязнения ПСВ нефтепродуктами и колебания уровня воды удаление нефтепродуктов осуществляют специальными нефтесборными устройствами - скиммерами.

Функцию отстойных сооружений также могут выполнять резервуары - накопители ПСВ или аккумулирующие резервуары.

Преимущества для окружающей среды

Удаление из ПСВ крупных механических примесей и плавающего мусора на 100 %.

Эффект задержания взвешенных веществ в проточных отстойных сооружениях сильно колеблется в пределах 15-75 % и зависит от гидравлической крупности примесей, высоты зоны отстаивания и времени пребывания сточных вод.

Межсредовые воздействия

Образование минерального осадка и всплывших веществ (нефтепродуктов) как отходов (неизбежно для всех технологий очистки ПСВ).

Применимость

При сбросе в водные объекты категории Г - как НДТ и как временное решение - в объекты категорий Б, В.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Устройство прудов-отстойников требует наличия значительных площадей в месте выпуска дождевой канализации в водный объект.

С увеличением расхода поверхностного стока, которое имеет место при выпадении интенсивных ливневых дождей, скорость движения воды существенно возрастает, в результате чего происходит вынос ранее выделенных загрязнений.

4.3.2.2 Щитовые сооружения

Общее техническое описание

Простейшие очистные сооружения, располагаемые непосредственно в акватории водного объекта, в который осуществляется сброс ПСВ. Конструктивно выполняются из бетонных и металлических конструкций, предусматривают заход катера-мусоросборника для очистки. Также может выполняться из плавающих боновых загрязнений.

Преимущества для окружающей среды

Минимальны из всех ОС ПСВ. Происходит удаление до 90 % всего плавающего мусора, большей части всплывающих свободных нефтепродуктов и некоторой части взвешенных веществ.

Межсредовые воздействия

Образование осадка как отхода (неизбежно для всех технологий).

Применимость

При сбросе в водные объекты категории Г - как НДТ и как временное решение - в объекты категории Б, В.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Большое преимущество: могут быть использованы там, где отсутствует площадь земельного участка. Нет необходимости проводить работы на коллекторах.

Возможность применения ограничена шириной русла реки и невысоким эффектом очистки ПСВ от основных загрязняющих компонентов - взвешенных веществ и нефтепродуктов.

4.3.2.3 Реагентные тонкослойные отстойники

Общее техническое описание

Сооружения для механической, либо физико-химической (при обработке реагентами) очистки сточных вод, в которых процесс выделения примесей многократно интенсифицирован использованием тонкослойных модулей (плоскостных, трубчатых, сотовых). Как правило, они располагаются в прямоугольных сооружениях (горизонтальных отстойниках). Под модулями располагается коническое (многоконусное) днище с системой удаления осадка (как правило, откачка шламовыми насосами).

Отстаивание в тонкослойных модулях производится с обязательной предварительной обработкой ПСВ растворами реагентов (коагулянтов и (или) флокулянтов).

Наиболее эффективными являются отстойники комбинированного типа, имеющие, как правило, в едином корпусе секции безреагентного отстаивания камеры смешения и хлопьеобразования, секции обычного и тонкослойного реагентного отстаивания. В таких сооружениях обеспечивается наиболее благоприятный гидродинамический режим движения вод, позволяющий достигнуть максимального эффекта очистки.

Преимущества для окружающей среды

Эффективная технология очистки ПСВ, способная достичь снижение содержания взвешенных веществ до 10-30 мг/л, нефтепродуктов - до 2-5 мг/л, показателей ХПК и БПК - до 40-80 и 10-15 мг/л соответственно.

Межсредовые воздействия

Аналогичны "прудам-отстойникам", за исключением потребления реагентов. При использовании минеральных реагентов масса образующегося осадка существенно увеличивается, также затрудняются условия их утилизации. При применении только флокулянта этот фактор не существенен.

Применимость

Универсальная. В качестве единственной основной стадии очистки - везде, кроме нового строительства для сброса в водные объекты категории А.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Требуемая площадь для собственно тонкослойных отстойников (модулей) небольшая, так как нагрузка на них составляет до 120 м³/м² в сутки. Возможна установка готовых модулей в действующие горизонтальные отстойники при проведении реконструкции ОС.

4.3.2.4 Реагентная флотационная очистка

Общее техническое описание

Процесс основан на всплытии вверх комплексов пузырек воздуха-частица загрязнения, образующихся в результате формирования данных пузырьков в обрабатываемой жидкости. Накапливающаяся на поверхности флотопена, представляющая собой концентрат выделенных загрязнений, отводится, как правило, скребками, для дальнейшей обработки.

Процесс наиболее эффективен для загрязнений, имеющих низкую смачиваемость водой: нефтепродуктов, большой части взвешенных веществ.

По способу формирования воздушных пузырьков флотацию подразделяют на ряд технологий, из которых для очистки ПСВ наиболее значимы:

- напорная флотация, при которой вода перед подачей в открытый резервуар (флотокамеру) насыщается воздухом под давлением в отдельной емкости (сатураторе). во флотокамере, вследствие снижения давления воздух выделяется из воды в виде микропузырьков;

- импеллерная флотация, при которой дисперсная воздушная фаза производится за счет подсасывания воздуха в воздушную воронку, образующуюся благодаря вращению ротора (мешалки) внутри неподвижного перфорированного статора.

Для повышения эффективности метода используют предварительную коагуляцию и флоккуляцию загрязнений с добавлением солей железа (или алюминия) и/или полиэлектролитов (флокулянтов), в зависимости от местных условий.

Преимущества для окружающей среды

Эффективная технология очистки ПСВ, способная обеспечить снижение содержания взвешенных веществ до 10 мг/л, нефтепродуктов - до 2-3 мг/л.

Межсредовые воздействия

При использовании минеральных реагентов масса образующегося осадка существенно увеличивается, также затрудняются условия его утилизации. При применении только флокулянта этот фактор не существенен.

Применимость

Метод применим для сооружений средней и большой производительности.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Наиболее компактный процесс. Ограничением технологической эффективности применения является обязательное условие отсутствия в исходном стоке грубодисперсных и тяжелых минеральных примесей. Существенные затраты на реагенты и электроэнергию. Значительная стоимость оборудования.

4.3.3 Гидробиологические методы

4.3.3.1 Применение эйхорнии в прудах-отстойниках

Общее техническое описание

В летнее время в средней полосе и южных районах страны процесс отстаивания может быть совмещен с биологической очисткой ПСВ с помощью высшей водной растительности путем засева в пруды-отстойники культуры плавающего растения эйхорнии, обладающей свойством поглощать большие количества загрязнений развитой корневой системой. В результате контакта с корнями эйхорнии происходит очистка ПСВ практически от всех загрязняющих веществ, включая частичное удаление минеральных солей.

Эйхорния может работать в теплый период года с наступлением осенних холодов, когда отмирает биомасса. В зимний период часть культуры эхйорнии должна быть сохранена в специальных сооружениях до следующего теплого сезона.

Преимущества для окружающей среды

Значительно повышается эффективность работы прудов-отстойников (отстойников) по всем загрязняющим веществам. Эффективность зависит от времени контакта и температуры сточных вод, поступающих на очистку.

Межсредовые воздействия

Значительно возрастает количество твердой фазы (отмершей биомассы эйхорнии), удаляемой из ОС ПСВ по окончании сезона применения эйхорнии. Она может быть использована как компонент для компостирования. При отсутствии такой возможности объем отходов возрастет.

Применимость

Может быть использована в существующих очистных сооружениях (прудах-отстойниках) в зоне относительно теплого климата для повышения эффективности процесса очистки ПСВ от растворимых минеральных и органических соединений.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Применение эйхорнии возможно исключительно при температуре воды выше 20 °C, что для средней полосы России ограничивает период ее использования 2-3 мес, для юга России - 4 мес. В северных и северо-западных регионах процесс не применим.

Для запуска культуры эйхорнии часть растений нужно сохранять в зимний период при поддержании необходимой температуры, освещенности и питания.

4.3.3.2 Фитоочистные системы

Общее техническое описание

Фитоочистные системы (ФОС) делятся на четыре основных типа: ФОС со свободной водной поверхностью; ФОС с горизонтальным подповерхностным потоком; ФОС с вертикальным подповерхностным потоком; комбинированные ФОС.

ФОС с открытой водной поверхностью - это биопруды с высшей водной растительностью (ВВР).

ФОС с подповерхностным потоком - биоплато (закрытое сооружение гидропонного типа).

Очищаемая, предварительно отстоянная вода проходит через загрузку дренажного слоя биоплато, состоящую из инертного материала (например, щебня). В слой высаживаются ВВР (камыш, рогоз, тростник и др.). Дренажный слой покрывается утеплителем, который не препятствует прорастанию высших водных растений. Утеплитель покрывается защитным слоем. Покрытие сооружения инертным термоизоляционным материалом предотвращает его промерзание в зимний период и обеспечивает работоспособность. Сооружение может быть как с естественной аэрацией, так и с искусственной.

Органические соединения разлагаются в ФОС как в аэробных, так и в анаэробных условиях бактериями, развивающимися на подземных/подводных частях растений и на поверхности минеральной загрузки. Кислород, необходимый для аэробного разложения, поступает непосредственно из атмосферы за счет диффузии из корней и корневищ растений и (или) в результате работы аэрационных систем (в случае применения принудительной аэрации). Роль высших растений чрезвычайно велика: каждый корень формирует своеобразное сообщество бактерий, подпитывая его кислородом, ферментами и биодоступным органическим веществом.

Азот удаляется за счет комплекса процессов: нитрификации/денитрификации, ассимиляции растениями (в период роста биомассы) и др. Фосфор удаляется в первую очередь за счет обменно-сорбционных реакций на поверхности минеральной загрузки путем образования нерастворимых и малорастворимых солей.

Преимущества для окружающей среды

ФОС способны обеспечить глубокую очистку сточных вод, с использованием естественного метода, не требующего ни электроэнергии, ни реагентов; минимум оборудования.

Межсредовые воздействия

Отходы и выбросы отсутствуют.

Применимость

Универсальная. ФОС применимы как для очистки ПСВ, так и для ГСВ. Для последних пока опыт практического применения в России отсутствует.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Все ФОС требуют значительной площади (время пребывания СВ - не менее суток при небольшой глубине).

В период весеннего снеготаяния биоплато, работающее на очистку ПСВ, неработоспособно до его оттаивания при устойчивой плюсовой температуре воздуха, так как, в отличие от работы на очистку ГСВ, зимой оно не обогревается теплыми сточными водами и замерзает. Также существенно и то, что при температуре воды порядка 3-5 °C биологические процессы протекают крайне медленно. В этой ситуации биоплато будет работать с меньшей эффективностью, как фильтровально-сорбционное сооружение.

4.3.4 Фильтрационная очистка и доочистка

4.3.4.1 Фильтрация на зернистых загрузках

Используют конструкции, которые можно подразделить на следующие основные категории:

1. По типу загрузки:

- с минеральной зернистой загрузкой (кварцевый песок, гидроантрацит и т.п.);

- с легкой плавающей загрузкой (пенополистирольной и т.д.).

2. По режиму подачи воды:

- напорные;

- безнапорные.

3. По типу режима промывки:

- периодическая;

- непрерывная.

4. По положению загрузки во время фазы фильтрации:

- стационарная;

- движущаяся.

Для всех типов фильтров со стационарной загрузкой доочищаемая вода проходит через неподвижный (в фазе фильтрации) загрузочный слой. В фильтрах с постоянной промывкой загрузки ее слой находится в постоянном движении, за счет того, что загрузка снизу подается эрлифтом в зону промывки, и после нее оседает сверху слоя, там, где начинается фильтрация воды.

Перед фильтрацией в дочищаемую воду могут подаваться растворы реагентов (коагулянтов и (или) флокулянтов) для повышения эффективности очистки сточных вод. Как правило, используют контактную фильтрацию, при которой растворы реагентов подаются в статический смеситель или в напорный трубопровод, подающий сточные воды в фильтры. Процесс коагуляции происходит непосредственно в слое фильтрующей загрузки.

Преимущества для окружающей среды

Позволяет удалять взвешенные вещества до остаточных концентраций 2-5 мг/л, нефтепродукты - до 1 мг/л.

Межсредовые воздействия

Безнапорная фильтрация практически не образует каких-либо существенных межсредовых воздействий.

Напорная фильтрация требует более существенных энергозатрат.

Применимость

Технически - универсальны.

Факторы, влияющие на возможность реализации

Существенно увеличивают стоимость создания и эксплуатации очистных сооружений.

4.3.4.2 Сорбционные фильтры

Общее техническое описание

Конструктивно аналогичны механическим зернистым фильтрам.

В качестве сорбента могут использоваться загрузки как плотностью меньше, чем плотность воды, (активированные угольные загрузки различных марок), так и большей плотности (цеолиты, сорбент МИУ-С и др.).

Как правило, регенерация сорбентов не производится.

Преимущества для окружающей среды

Позволяют осуществлять удаление нефтепродуктов до 0,05-0,1 мг/л.

Межсредовые воздействия

Периодически, 1-2 раза в год, образуется значительный объем отходов (отработанный сорбент, загрязненный нефтепродуктами), подлежащих размещению.

Применимость

Целесообразно использовать для очистки ПСВ на сооружениях, осуществляющих сброс сточных вод в наиболее уязвимые водные объекты (категория А).

Факторы, влияющие на возможность реализации

Для достижения требуемого эффекта очистки содержание взвешенных веществ в сточных водах, подаваемых на сорбционные фильтры, не должно превышать 2 мг/л, нефтепродуктов - 0,5-1 мг/л.

Высокая стоимость сорбентов - активированных углей, а также практическая невозможность регенерации последних в производственных условиях. Из этого вытекает необходимость частой (примерно 1-2 раза в год) замены большого количества загрузки, а также размещения отработанной загрузки как отхода.

4.3.5 Обеззараживание

Находит применение исключительно УФ-обеззараживание. Технология, оборудование и условия применения аналогичны используемым при обеззараживании ГСВ (см.: подраздел 4.2.2.2).

4.3.6 Обезвоживание осадка

В целом аналогично обезвоживанию осадка ГСВ (см.: подраздел 4.2.3.2.1), за исключением того, что в силу минерального состава, осадок ПСВ обладает гораздо лучшими водоотдающими свойствами, а также не выделяет дурнопахнущих веществ.

После вылеживания осадок может быть использован как почвогрунт при условии соответствия требованиям. При несоответствии требованиям должен вывозиться как отход.

4.4 Определение НДТ

Все проанализированные в данном разделе технологии соответствуют критерию определения НДТ о внедрении на двух и более объектах.

Все проанализированные технологии имеют период внедрения 1-3 года от момента утверждения проекта. Исключение составляют ситуации, описанные в разделе 1.7, связанные с поэтапной реконструкцией сооружений (в основном крупнейших и сверхкрупных) в условиях приема сточных вод из населенных пунктов.

Понятие окупаемости технологий для данной области деятельности практически неприменимо, так как углубление очистки не только требует инвестиций, но и влечет за собой рост эксплуатационных затрат. Противопоставление этим затратам платы за сброс загрязняющих веществ в водные объекты неприемлемо:

- с юридической точки зрения. Очистка сточных вод - это не вопрос экономического выбора, проводимого хозяйствующим субъектом, а нормативное требование;

- ставки платы по таким ТП БОСВ, как азот и фосфор, на период работы над справочников были существенно ниже даже затрат на электроэнергию и реагенты для их удаления. В то же время большая часть платы может взиматься за техногенные загрязнения, концентрации которых существенно не изменятся после перехода на технологии удаления азота и фосфора.

Понятие окупаемости может использоваться только применительно к НДТ по энергосбережению (энергогенерации) и ресурсосбережению (рекуперации ресурсов).

4.4.1 НДТ для ОС ГСВ

В таблицах 4.8-4.11 приведен сравнительный анализ соответствия технологий очистки ГСВ остальным критериям НДТ. Оценка эколого-экономической эффективности технологий очистки ГСВ приведена в разделе 6.

Таблица 4.8 - Анализ технологий подпроцессов очистки и доочистки ГСВ на предмет соответствия критериям определения НДТ

Технологии	Соответствие основным критериям определения НДТ¹⁾
Технологии	Эффективность решения экологических проблем. Уровень негативного воздействия на окружающую среду	Экономическая эффективность ее внедрения и эксплуатации	Применение ресурсо- и энергосберегающих методов
Полная биологическая очистка (БО) в аэротенках либо в биофильтрах	Не решает задачу удаления азота и фосфора (удаление 20-35 %), в значительной степени сохраняет негативное воздействие по аммонийному азоту, азоту нитритов, фосфору фосфатов	Наименьшие капитальные вложения (за счет минимального времени обработки), минимальные эксплуатационные затраты	Минимальное потребление электроэнергии среди технологий биологической очистки (как следствие того, что не решается задача удаления азота). Не требуются реагенты (но не реализуется процесс удаления фосфора)
Полная биологическая очистка с нитрификацией (БН) в аэротенках либо в биофильтрах	Устраняет токсичное воздействие аммонийного азота, достигает глубокого снижения БПК¹⁾. Не решает проблему удаления азота и фосфора, что сохраняет негативное воздействие по азоту нитратов и фосфору фосфатов	Капитальные затраты выше, чем при БО (необходимый объем выше примерно на 50 %). Эксплуатационные затраты высокие	Максимальный среди всех технологий биологической очистки расход электроэнергии за счет окисления аммонийного азота до нитратов (выше, чем при БО на 50-100 %). Реагенты не потребляются (но не реализуется процесс удаления фосфора)
Биологическая очистка с удалением азота (БНД)	Решает задачу удаления азота. Не решает проблему фосфора, что сохраняет негативное воздействие по фосфору фосфатов. Однако данная проблема в полном объеме может быть решена на стадии доочистки. Не решает проблему глубокого (ниже 1,0-1,5 мг/л) удаления аммонийного азота	Капитальные затраты выше, чем при БН (необходимый объем выше примерно на 75 % по отношению к БО). Эксплуатационные затраты ниже, чем при БН, за счет сниженных затрат на электроэнергию	Расход электроэнергии ниже, чем при БН, но выше чем при БО, на 20-40 % электроэнергии за счет окисления аммонийного азота до нитратов. Реагенты не потребляются (но не реализуется процесс удаления фосфора)
Биологическая очистка с удалением азота и химическим удалением фосфора (БНДХФ)	Решает задачу удаления азота и фосфора. Однако сохраняет небольшое негативное воздействие по фосфору фосфатов (обеспечиваемые концентрации 0,5-0,7 мг/л). Не решает проблему глубокого (ниже 1,0-1,5 мг/л) удаления аммонийного азота	Капитальные затраты выше, чем при БНД: - больше необходимый объем аэротенков на 10-15 % (на 80-90 % к БО); - требуется создание узла хранения и дозирования реагента. Эксплуатационные затраты существенно выше, чем при БНД, за счет применения реагентов (как за счет прямых затрат на них, так и за счет косвенных затрат - на вывоз и размещение их массы в составе осадка. Требуется частый контроль фосфатов для управления подачи реагента	Расход электроэнергии аналогичен БНД. Максимальный расход реагентов среди всех технологий, обеспечивающих удаление фосфора
Очистка с биологическим удалением азота и фосфора (БНДБФ)	Решает задачу удаления азота и фосфора. Однако в меньшей степени гарантирует снижение негативного воздействия по фосфору фосфатов (обеспечиваемые концентрации 0,5-1,0 мг/л, с возможным периодическим увеличением до 1,0-1,5 мг/л). Проблема гарантированного удаления фосфора может быть решена на стадии доочистки	Капитальные затраты выше, чем при БНД (на 80-90 % к БО). Эксплуатационные затраты аналогичны БНД и существенно ниже, чем при БНДХФ. Существенное усложнение технологии обработки осадка для предотвращения обратного выделения фосфора	Расход электроэнергии аналогичен БНД. Реагенты не потребляются, при том что задача удаления фосфора в значительной степени решается
Очистка с биологическим удалением азота и биолого-химическим удалением фосфора (БНДБХФ)	Гарантированно решает задачу удаления азота и фосфора, аналогично БНДХФ	Максимальные капитальные затраты для всех технологий с удалением фосфора в аэротенках: больше необходимый объем аэротенков на 10-15 %, требуется узел хранения и дозирования реагента. Эксплуатационные затраты выше, чем при БНДБФ, но ниже, чем при БНДХФ	Расход электроэнергии аналогичен БНДБФ. Реагенты для удаления фосфора потребляются, однако в меньшем количестве (в 2-3 раза)
Доочистка в биофильтрах (БФ)	Обеспечивают окисление аммонийного азота до величин менее 0,5 мг/л, БПК₅ - менее 2,0 мг/л. Удаление нитритов не гарантировано, так как наряду с их окислением в нитраты происходит генерация из аммонийного азота. Часть конструкций способна задерживать взвешенные вещества до 3-5 мг/л, однако это может противоречить окислительной функции	Необходимое время пребывания около 1-2 ч (зависит от загрязненности входящей воды). Существенная стоимость загрузочного материала. Увеличение общего расхода воздуха на аэрацию на 15-30 %. Стоимость удаления 1 кг БПК или аммонийного азота многократно выше, чем на стадии биологической очистки	Существенное увеличение расхода электроэнергии на процесс очистки - до 30 %. Реагенты не используются
Доочистка на фильтрах, в том числе с использованием реагента (Ф/ФР)	Обеспечивают удаление взвешенных веществ до 3-5 мг/л, а также снижение БПК около 0,3-0,5 мг/мг удаленной взвеси и тяжелых металлов на 15-30 % за счет их удаления вместе со взвесью. При использовании реагентов (ФР) обеспечивает очистку (доочистку) от фосфатов	Значительные капитальные вложения на установки фильтрации. Существенные эксплуатационные затраты. Стоимость удаления 1 кг загрязнений многократно выше, чем на стадии биологической очистки	Для зернистых фильтров - значительные затраты электроэнергии на промывку. При реализации удаления фосфора - значительный расход реагентов
Совместное применение доочистки в биофильтре и в фильтрах (БФ + Ф/ФР)	Совместное применение позволяет получить как глубокое окисление, обеспечиваемое БФ, так и снижение содержания взвешенных веществ как при использовании Ф	Суммарные затраты по стадиям БФ и Ф	Суммарное потребление энергии и ресурсов по стадиям БФ и Ф
¹⁾ Все технологии биологической очистки ниже по таблице обеспечивают аналогичную эффективность по БПК.

Технологии доочистки применимы после всех описанных разновидностей биологической очистки. Использование фильтров доочистки не оказывает существенного влияния на удаление соединений азота, а также фосфора (если перед ними не применяются реагенты).

Эффективность, как минимум равная совместному применению БНДХФ и доочистки, обеспечивается путем применения мембранных биореакторов.

Таблица 4.9 - Анализ технологий подпроцесса обеззараживания ГСВ на предмет соответствия критериям определения НДТ

Технологии	Соответствие основным критериям определения НДТ
Технологии	Эффективность решения экологических проблем. Уровень негативного воздействия на окружающую среду	Экономическая эффективность ее внедрения и эксплуатации	Применение ресурсо- и энергосберегающих методов
Хлорирование с использованием жидкого хлора (ЖХ)	Эффективно решает проблему обеззараживания от бактерий. Недостаточно эффективен по отношению к вирусам и цистам патогенных простейших. Наносит прямой и очевидный вред окружающей среде за счет сброса в водный объект обеззараженной воды с остаточным содержанием активного хлора, хлораминов, хлорорганических соединений. Это наносит ущерб всем гидробионтам, а также приводит к накоплению хлорорганических соединений в пищевой цепи и в донных отложениях	Традиционный метод, бывший до недавнего времени также и самым дешевым. В настоящее время его стоимость уже не ниже УФ-обеззараживания. Невысокие капитальные вложения, существенные эксплуатационные затраты на хлор. Существенный градостроительный недостаток - отчуждение территорий СЗЗ вокруг хлораторных установок по требованиям хлорбезопасности	Энергопотребление низкое. Ресурсопотребление существенное, однако хлор получают как неизбежный продукт при производстве гидроксида натрия электролизом хлорида натрия
Хлорирование с использованием гипохлорита натрия (ГХ)	Эффективность - не превышает таковую для хлора	Эксплуатационные затраты значительно выше, чем при использовании хлора. Отсутствие проблем с хлорбезопасностью
Хлорирование любым методом с дехлорированием (Х/ГХ + ДХ)	Эффективность - аналогична Х/ХГ. Устраняется негативное влияние активного хлора. Негативное влияние хлорогранических соединений, аналогичное Х/ХГ	Эксплуатационные затраты (при надлежащем дехлорировании) максимальны из всех методов обеззараживания	В дополнение к потреблению хлорреагентов, для обеспечения экологически безопасного использования также требуется применение восстанавливающего реагента (сульфит натрия)
Обеззараживание УФ облучением (УФ)	Полная эффективность обеззараживания по всем микробиологическим загрязнениям, которые необходимо удалить в данном подпроцессе. Отсутствие каких-либо побочных негативных последствий для окружающей среды	Существенные капитальные вложения на оборудование. Однако в сравнении с Х/ГХ не требуется контактный резервуар, склады реагента. Также существенные эксплуатационные затраты: - на электроэнергию на работу УФ-ламп; - на периодическую замену УФ-ламп	Существенное потребление электроэнергии. Потребление реагентов (на очистку ламп) минимально либо отсутствует

Таблица 4.10 - Анализ технологий подпроцесса стабилизации осадка ГСВ на предмет соответствия критериям определения НДТ

Технологии	Соответствие основным критериям определения НДТ
Технологии	Эффективность решения экологических проблем. Уровень негативного воздействия на окружающую среду	Экономическая эффективность ее внедрения и эксплуатации	Применение ресурсо- и энергосберегающих методов
Метановое сбраживание (МС)	Высокий распад органического вещества осадка (до 50 %). Значительная стабильность сброженного осадка. Значительное замещение энергоресурсов при утилизации образующегося биогаза. Обработка в термофильном режиме при соблюдении регламента обеспечивает обеззараживание. Закрытый процесс, не влияет на атмосферный воздух	Значительный объем сооружений. Высокая стоимость строительства метантенков, оборудования для утилизации биогаза. Окупаемость внедрения - не менее 6 лет	Энергогенерирующий метод, позволяет довести самообеспечение ОС ГСВ энергией до 50-100 %. Не потребляет реагентов. В совокупности с другими технологиями может обеспечивать рекуперацию части фосфора, входящего в число загрязнений сточной воды
Аэробная стабилизация (АС)	Невысокий распад органического вещества осадка (20-25 %). Относительная стабильность обработанного осадка. Не обеспечивает обеззараживания. Выделение эмиссий в атмосферу	Значительный объем сооружений (сопоставим с объемом для БО), однако простой конструкции. Высокие эксплуатационные затраты (на аэрацию)	Очень высокий расход воздуха на аэрацию (при расчете на высокую степень стабилизации не менее 1/2 расхода на БО)
Компостирование (КО)	Стабилизация и гумификация органических веществ, уменьшение массы, снижение влажности, обеззараживание, исчезновение неприятного запаха, улучшение физико-механических свойств, обеспечение товарного вида, подготовка к дальнейшему использованию в качестве удобрения или компонента для приготовления почвогрунтов	Завоз наполнителя, значительные площади (либо объемы сооружений), однако чрезвычайно простой конструкции, длительность процесса 2-6 мес). Высокие эксплуатационные затраты (на аэрацию либо на моторное топливо), однако ниже, чем при АС	Возможно использование готового компоста для сокращения объема наполнителя - до 30 %. Использование биопрепаратов для интенсификации процесса и сокращения сроков. Возможно проведение процесса только с помощью специальной техники, без электроэнергии. С большими трудозатратами возможно проведение процесса с помощью стандартной строительной техники.

Таблица 4.11 - Анализ технологий подпроцессов сокращения объема осадка ГСВ на предмет соответствия критериям определения НДТ

Технологии	Соответствие основным критериям определения НДТ
Технологии	Эффективность решения экологических проблем. Уровень негативного воздействия на окружающую среду	Экономическая эффективность ее внедрения и эксплуатации	Применение ресурсо- и энергосберегающих методов
Механическое обезвоживание (МО)	Уменьшает массу осадка быстро и эффективно. Негативные воздействия на окружающую среду отсутствуют	Наиболее дорогостоящий метод. Высокая стоимость оборудования, его текущей эксплуатации, необходимость размещения в здании. Потребление реагента (флокулянта) - максимальное среди методов обезвоживания	В группе технологий МО есть как очень энергосберегающие (шнековые и ленточные прессы), так и энергоемкие технологии (центрифуги). Потребление реагента невелико по массе, однако существенно по стоимости
Подсушка и выдержка осадков на иловых площадках в естественных условиях (ИП)	Длительный процесс. Эффективность зависит от соблюдения регламента и климатических условий. Существенные эмиссии в атмосферу. В случае возгорания высушенного осадка очень большие эмиссии. Уровень загрязнения грунтовых вод зависит от конструкции и геологических условий	При наличии достаточной для работы по регламенту площади иловых площадок эксплуатационные затраты минимальные. На вновь создаваемых объектах затраты на создание площадок очень большие	Потребление электроэнергии определяется дальностью расположения иловых площадок (затраты на перекачку осадка и сливной воды). Дополнительные затраты моторного топлива на работы по ворошению и сгребанию осадка. Реагенты не используются
Сгущение, подсушка и выдержка осадков, обработанных флокулянтами, на иловых площадках в естественных условиях (ИПФ)	Аналогично ИП. Эмиссии в атмосферу и в грунтовые воды также сокращены	Потребность в площадях ниже в несколько раз	Электроэнергия и моторное топливо - аналогично ИП. Расход реагента - минимальный из всех технологий, где он применяется
Термическая сушка (ТС)	Сокращение массы осадка примерно в 4 раза, объема - в 3 раза. Свойства осадка оптимальны для разнообразных видов его использования: как удобрение, топливо, изолирующий слой на полигоне. Негативное воздействие на атмосферу (неприятные запахи) может быть предотвращено системами очистки	Удельные капиталовложения на 1 кг удаленной влаги существенно выше, чем при МО. То же и для эксплуатационных затрат. Использование ТС без МС, которое могло бы обеспечивать тепловой энергией, резко повышает эксплуатационные затраты	Высокое потребление электрической и тепловой энергии. Реагенты почти не используются
Сжигание (термическая утилизация) (СЖ)	Сокращение массы осадка более чем в 10 раз. Перевод всего органического вещества осадка, который не может найти применения, из формы отхода в форму выбросов в атмосферу. Выбросы могут быть очищены от двуокиси серы, окислов азота, пыли, токсичных органических веществ. Выброс углекислоты неизбежен. Зола от сжигания осадка является отходом 4-го класса опасности (данные по установкам в Санкт-Петербурге)	Удельные капиталовложения на 1 кг удаленной влаги существенно выше, чем при МО. То же и для эксплуатационных затрат. Существенно дороже размещение осадка как отхода. Тщательная очистка выбросов значительно удорожает процесс	Высокие затраты электроэнергии. Без предварительной сушки требует использования топлива. Высокие затраты реагентов на очистку выбросов

По результатам сравнительного анализа применительно к объектам ОС ГСВ, относимым к 1-й категории в соответствии с Федеральным законом от 21.07.2014 N 219-ФЗ [32] (начиная со средних), выделены следующие технологии, в полной мере обеспечивающие возложенные на них функции:

1. Группа подпроцессов очистки и доочистки от органических соединений, соединений азота и фосфора: снижение сбросов всех целевых для данной группы загрязняющих веществ (см.: таблица 4.12).

Отобранные технологии отнесены к определенным условным группам водным объектов, исходя из соображений эколого-экономической эффективности инвестиций во избежание нерациональных затрат и потребления ресурсов.

Таблица 4.12 - Перечень НДТ очистки и доочистки от органических соединений, соединений азота и фосфора

Технологии	Экологические условия в водном объекте¹⁾	Обозначение категории водного объекта по экологическим условиям
БН, БНД (в зависимости от производительности ОС)	Очень низкое содержание азота и фосфора в водном объекте	Г
БНДБФ	Экологически устойчивые водные объекты, с низким содержанием азота и фосфора	В
БНДБХФ, БНДБФ-А, БНДХФ	Основная группа водных объектов	Б
БНДБХФ + Ф/ФР БНД + ФР МБР с БНДХФ	Наиболее охраняемые водные объекты, включая их охранные зоны	А
¹⁾ Приведены примерное описание принципа отнесения к категориям водных объектов. Подробно - см. постановление Правительства РФ от 26.10.2019 N 1379.

Таким образом, технология БО не соответствует критериям НДТ для объектов, относимых к I-й категории природопользователей.

2. Подпроцесс обеззараживания. Целевой функции - полной дезинфекции от всех микробиологических загрязнений - удовлетворяет УФ-обеззараживание. Оно же обеспечивает экологическую безопасность данного подпроцесса. Все критерии НДТ выполняются.

Обеззараживание хлором и хлорреагентами не соответствуют критериям НДТ для вновь создаваемых сооружений, кроме обеззараживания гипохлоритом натрия на малых и сверхмалых объектах. Кроме того, эти методы не обеспечивают в полной мере их санитарно-гигиеническую цель: не достаточно эффективны по отношению к вирусам и цистам патогенных простейших. Обеззараживание хлором, несмотря на соблюдение мер хлорбезопасности, было и останется процессом, потенциально опасным с точки зрения реализации террористических угроз.

3. Подпроцесс стабилизации осадка.

Критериям НДТ соответствуют анаэробная стабилизация жидких осадков (метановое сбраживание), компостирование обезвоженного осадка.

Кроме того, функция стабилизации выполняется при использовании технологий сушки и сжигания.

Аэробная стабилизация жидких осадков не удовлетворяет критериям НДТ, как малоэффективный и энергоемкий процесс.

4. Подпроцессы уменьшения массы осадка.

Критериям НДТ соответствуют механическое обезвоживание, а также подсушка и выдержка осадков, обработанных флокулянтами, на иловых площадках в естественных условиях.

Подсушка и выдержка осадков на иловых площадках в естественных условиях (без применения реагентов) не удовлетворяет критериям НДТ для всех новых объектов и для всех объектов, начиная с крупных.

Технологические показатели технологий термической сушки и сжигания существенно превосходят таковые для процессов обезвоживания. Однако с учетом экологоэкономической эффективности (по снижению массы осадка на единицу затрат) они многократно уступают методам обезвоживания. Тем более, что при использовании осадка (удобрении, почвогрунты) снижение массы не является самоцелью.

4.4.2 Определение НДТ для ПСВ

В таблице 4.13 приведен сравнительный анализ соответствия технологий очистки ПСВ критериям НДТ, кроме тех, о соответствии которым сказано в начале раздела 4.4.

Таблица 4.13 - Сравнительный анализ соответствия технологий очистки ПСВ критериям НДТ

Технологии	Соответствие основным критериям определения НДТ^*
Технологии	Эффективность решения экологических проблем. Уровень негативного воздействия на окружающую среду	Экономическая эффективность ее внедрения и эксплуатации	Применение ресурсо- и энергосберегающих методов
Отделение крупных включений в дождеприемных решетках	Решает только проблему удаления крупного плавающего мусора (минимум на 90 %). Минимальная эффективность улавливания всплывающих и оседающих примесей	Небольшие капитальные вложения и эксплуатационные затраты	Не требуют энергии и ресурсов
Отделение крупных включений в щитовых заграждениях (ЩЗ)	Решает только проблему удаления грубых всплывающих и оседающих примесей (на 90 %). Минимальная эффективность удаления нефтепродуктов	Небольшие капитальные вложения и эксплуатационные затраты	Не требуют энергии и ресурсов
Отстаивание в емкостных сооружениях (пруды-отстойники, аккумулирующие резервуары-отстойники - ПО, АРО)	Радикально решает только проблему удаления грубодисперсных примесей. Низкая эффективность удаления взвешенных веществ¹⁾. Удаление нефтепродуктов минимально	Значительные капитальные вложения. Невысокие эксплуатационные затраты	Не требуют энергии и ресурсов
Тонкослойное отстаивание (ТО)	Средняя эффективность удаления взвешенных веществ и нефтепродуктов	Значительные капитальные вложения. Невысокие эксплуатационные затраты	Не требуют энергии и ресурсов
Фильтрование отстоянной воды через кассетные фильтры (КФ)	Низкая и кратковременная эффективность удаления взвешенных веществ и нефтепродуктов, низкая надежность работы фильтров	Невысокие капитальные вложения. Средние эксплуатационные затраты	Не требуют энергии. Замена загрузки в кассетах
Физико-химическая очистка методами тонкослойного отстаивания, флотации или контактной фильтрации с предварительной реагентной обработкой (ФХО)	Значительная эффективность удаления взвешенных веществ и нефтепродуктов	Значительные капитальные вложения. Высокие эксплуатационные затраты	Существенный расход энергии и реагентов
Фитоочистные системы (ФОС)	Значительная эффективность удаления взвешенных веществ и нефтепродуктов в период устойчивых положительных температур. Неэффективны для очистки талых ПСВ	Значительные капитальные вложения. Требуют значительных территорий. Невысокие эксплуатационные затраты	Не требуют энергии и ресурсов
Применение эйхорнии в прудах-отстойниках (ПО-Э)	Значительная эффективность удаления взвешенных веществ и нефтепродуктов. Период применения ограничен 2-5 мес, в зависимости от климатической зоны	Значительные капитальные вложения. Невысокие эксплуатационные затраты	Энергопотребление для сохранения культуры эйхорнии
Фильтрация на зернистых загрузках, с реагентами или без (Ф/ФР)	Высокая эффективность удаления взвешенных веществ. Самостоятельно и как промежуточная стадия очистки после отстаивания перед сорбционными фильтрами	Значительные капитальные вложения и эксплуатационные затраты	Существенный расход электроэнергии (также и реагентов - при их применении)
Сорбционные фильтры (СФ)	Высокая эффективность удаления нефтепродуктов. Образование отработанного сорбента	Высокие капитальные вложения. Очень высокие эксплуатационные затраты	Существенный расход электроэнергии. Высокий расход сорбента
¹⁾ Может быть выше, в зависимости от размеров поселения, состояния и типов городских почв.

По результатам сравнительного анализа применительно к объектам ОС ПСВ выделены следующие уровни технологий по соотношению эффективности и затрат:

1. Группа подпроцессов очистки от взвешенных веществ и нефтепродуктов

Отобранные технологии отнесены к определенным в таблице 4.14 условным группам водным объектов исходя из соображений эколого-экономической эффективности инвестиций во избежание нерациональных затрат и потребления ресурсов.

Таблица 4.14 - Перечень НДТ очистки ПСВ применительно к условиям сброса

Технологии	Категория водного объекта
ФХО^*	Г
ФХО^*	В
ФХО + Ф, либо ФОС	Б
ФХО + Ф + СФ	А

------------------------------

^*_{водные объекты категорий В и Г различаются друг от друга по экологическому состоянию в части концентрации биогенных элементов, а также по кислородному режиму. В связи с этим нет необходимости дифференцировать их для решения задач очистки ПСВ.}

------------------------------

Относительно других проанализированных технологий можно констатировать следующее:

- ЩЗ - недорогие сооружения, но имеющие более эстетический, чем экологический эффект;

- ПО - достаточно дорогостоящие сооружения, обладающие невысоким эффектом;

- ТО - стоимость выше, но эффективность недостаточна высока;

- ПО+Э - ограниченная климатическая зона применения;

- КФ - недостаточная эффективность.

2. Подпроцесс обеззараживания

Всем критериям НДТ соответствует только УФ-обеззараживание. Оно же единственный применяемый процесс.

3. Подпроцесс обезвоживания осадка

Учитывая небольшие масштабы ОС ПСВ, стабильность образующегося в ПО и ТО осадка, высокое содержание в нем сухого вещества, хорошие водоотдающие свойства, песковые площадки, используемые для подсушки выгружаемого осадка, вполне удовлетворяют критериям НДТ, не оказывая выраженного негативного воздействия на окружающую среду.

Осадок от процессов физико-химической очистки в силу условий своего образования менее концентрирован, его водоотдающие свойства хуже, а количество как по объему, так и по сухому веществу существенно больше. С учетом этого, критериям НДТ удовлетворяет технология механического обезвоживания осадка, полученного при физико-химической обработке, либо его обезвоживания в геоконтейнерах.

<< Раздел 3. Текущие уровни эмиссии в окружающую среду		Раздел 5. >> Наилучшие доступные технологии
	Содержание Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 10-2019 "Очистка сточных вод с использованием...

Раздел 4. Определение наилучших доступных технологий

ГАРАНТ:

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас