ОБРАБОТКА ОСАДКА ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД В КРУПНЕЙШИХ ГОРОДАХ ЕВРОПЫ
Обзор информации компаний, ответственных за эксплуатацию заводов по очистке сточных вод
Обработка осадка городских сточных вод в крупнейших городах Европы
В Европе и в странах региона Балтийского моря существуют различные стратегии утилизации осадка. В таких странах, как Нидерланды, Бельгия и Швейцария, сельскохозяйственное использование осадка сточных вод запрещено или ограничено, поэтому осадок сжигают. В других странах (например, в Финляндии, Эстонии и Норвегии) компостированный осадок применяется для благоустройства зеленых зон. В некоторых странах, например, в Исландии, Мальте и Греции, весь осадок вывозится на полигоны ТБО. В России и Беларуси распространен сбор осадка в илонакопителях.
Методы утилизации осадка городских сточных вод по типу его обработки, 2009 г.* (% от общей массы). Источник: Eurostat
*Бельгия, Германия, Люксембург, Нидерланды и Австрия, 2008 г.; Чешская Республика, Ирландия, Латвия и Словакия, 2007 г.; Греция и Швейцария, 2006 г.; Италия, Кипр и Великобритания, 2005 г.; Франция и Венгрия, 2004 г.; Исландия, 2003 г.; Швеция, 2002 г.; Финляндия, 2000 г.; Дания и Португалия – данные отсутствуют.
Использование осадков сточных вод в сельском хозяйстве
Осадки городских сточных вод в сельском хозяйстве используются в регионе Балтийского моря уже более 40 лет. В разных странах Европы и регионах Балтийского моря проявляют различную степень интереса к сельскохозяйственному применению осадка. Даже подходы в пределах одной и той же страны, например, Германии, могут сильно отличаться: в северной части Германии доля сельскохозяйственного использования осадка составляет более 60%, в то время как на юге страны – менее 20%. Представители сельскохозяйственного сектора, политики и общественность высказывают серьезные сомнения по поводу допустимости применения осадка в сельском хозяйстве, учитывая наличие загрязнителей и вероятность микробиологического заражения. Ожидается, что в ближайшем будущем новые технологии позволят восстанавливать биогенные элементы из осадка для использования в сельском хозяйстве.
Вывоз осадков сточных вод на полигоны ТБО
В Европейском Союзе широко применяется практика вывоза на полигоны ТБО осадка, который не может быть использован в сельском хозяйстве и озеленении. После достижения определенной высоты полигоны требуют рекультивации, и осадок подходит для этой цели. При использовании осадка для рекультивации полигонов ТБО к его качеству не предъявляются особые требования, за исключением того, что он не может быть в жидкой форме, что соответствует общему ограничению сброса любых других жидких отходов на полигоны. Недавно введенные в странах ЕС ограничения и запреты на вывоз биоразлагаемых материалов на полигоны ТБО в конечном итоге также ограничат вывоз осадка на полигоны и использование компостированного осадка для рекультивации полигонов. Это ограничение не распространяется на страны вне ЕС.
Утилизация золы, полученной при моносжигании осадка
При сжигании осадков сточных вод образуется зола. Для дальнейшей переработки и повторного использования пригодна лишь зола, полученная при моносжигании осадка, или зола в смеси с другими золами с высоким содержанием фосфора и других биогенных элементов. Зола, полученная в результате совместного сжигания, имеет очень низкую концентрацию фосфора и иногда слишком высокий уровень загрязнения, например, если осадок сжигается вместе с твердыми бытовыми отходами, поэтому ее сбрасывают на полигоны ТБО. Проблемы утилизации осадка, сжигаемого на цементных заводах, не существует в связи с тем, что зола используется для производства продукта.
Методы утилизации осадка: краткий обзор
Существует несколько способов утилизации осадка; стратегии утилизации осадка в регионе Балтийского моря не являются единообразными.
Сельскохозяйственное использование осадка или его сжигание с утилизацией золы позволяет использовать потенциал осадка в качестве материала или энергетического ресурса. Данные методы утилизации являются достаточно распространенными в регионе. Компостированный или обеззараженный другими методами осадок в некоторых странах региона применяется для создания зеленых зон (например, при озеленении парков). Биодоступность биогенных элементов в осадке зависит от процесса очистки сточных вод.
Загрязняющие вещества, присутствующие в осадке, ограничивают возможность его использования в сельскохозяйственных целях: хотя концентрации тяжелых металлов в осадке во многих странах снижаются, появился ряд новых проблем. В сельском хозяйстве может быть использована зола от моносжигания осадка с высоким содержанием фосфора и при отсутствии других загрязняющих веществ. Концентрация биогенных элементов в золе является низкой, и для их извлечения требуется дополнительная обработка, методы которой еще находятся на стадии разработки. В некоторых частях региона до сих пор применяются илонакопители, что препятствует устойчивому управлению осадком, так как в этом случае его невозможно использовать в качестве материала, источника биогенных элементов и энергетического ресурса, а утечки из илонакопителей представляют потенциальную опасность для водной среды. Сброс осадка на полигоны ТБО в ЕС в ближайшие годы уменьшится в связи с введением новых нормативных требований и возрастающего интереса к восстановлению биогенных элементов из осадка.
Общий объем осадка в тоннах сухого вещества в год, образующегося в различных странах региона Балтийского моря (в соответствии с отчетами, переданными в Комиссию ЕС, и прогнозами соответствующих государств-членов ЕС) (Milieu, WRc и RPA 2008 г.).
Для стран, не входящих в ЕС, данные в отчете Milieu et al. 2008 г. отсутствуют. Количество осадка приблизительно определено Pöyry Finland Oy для PURE на основании количества населения городов в регионе Балтийского моря, имеющих коммунальные очистные сооружения.
Обработка осадка в крупных городах Европы
В настоящем обзоре рассмотрены следующие города Европы: Лондон, Париж, Вена, Франкфурт-на-Майне, Стокгольм, Копенгаген, Хельсинки, Санкт-Петербург, Москва.
Лондон
В настоящее время системой канализации и водной инфраструктурой Лондона в целом занимается организация THAMES WATER (в Лондоне обслуживает магистральные водоводы Темзенского водопроводного кольца, завод по опреснению воды и городские канализационные очистные сооружения).
Во время штормов высокие уровни осадков (6мм в час) в течение короткого периода времени могут перегрузить систему канализации. Коллекторы и очистные сооружения не в состоянии справиться с большими объемами дождевой воды, попадающих в систему. Дождевая вода смешивается со сточными водами и избыток смешанной воды сбрасывается в Темзу. Если этого не происходит достаточно быстро, в некоторых местах происходит затопление. Такое затопление может означать то, что улицы становятся залиты смесью воды и сточных вод, в результате чего может возникнуть риск для здоровья.
В Лондоне имеются две канализационные очистные станции - Северная канализационная очистная станция в Бектоне и южная в Пламстеде.
Поскольку официальные данные по обработке осадка сточных вод отсутствуют, ниже приводится ориентировочный расчет по осадку сточных вод Лондона на основе данных по количеству сточных вод всей Великобритании и численности населения страны и Лондона.
Расчетные данные по осадку сточных вод Лондона
Количество сточных вод по Великобритании в целом – 11 000 000 м3/сут. (Очистка сточных вод в Великобритании – 2012. Реализация Европейского Союза по очистке городских сточных вод. Директива – 91/271/ЕЕС, стр. 4).
Численность населения Великобритании – 65 102 385 чел. (данные 2016 г.).
Средняя норма водоотведения 11000000/65102385=0,169 м3/чел*сут или 169 л/чел*сут.
Численность населения Лондона – 8 538 689 чел. (данные 2016 г.).
Количество сточных вод Лондона – 0,169*8 538 689 = 1 442 736 м3/сут.
Смесь осадка первичных отстойников и уплотненного избыточного активного ила влажностью 96,2% составляет 0,5- 1% от общего количества сточных вод (И.С. Туровский «Обработка осадка сточных вод», СИ 1982 г., стр 7), принимаем 1%, т.е. количество смеси осадка первичных отстойников и уплотненного избыточного активного ила влажностью 96,2% составит 14 427 м/сут.
Обезвоженный осадок в среднем имеет влажность 80% с содержанием сухого вещества (СВ) 20%. В исходном осадке содержание СВ составляет 3,8%. Таким образом, количество обезвоженного осадка будет:
Количество осадка по СВ при этом составит в 5 раз меньше, т.е. 548 т/сут.
Париж
Завод по очистке канализационных стоков «Сена Аваль» был построен в 1940 году для удовлетворения потребностей быстро расширяющегося района Парижа. Он состоял из двух блоков: один для очистки сточных вод и один для осадков, полученных в процессе очистки сточных вод. Сооружения считаются крупнейшими в Европе. Количество обработанных на Сене Аваль сточных вод составляет 1 700 000 кубических метров в день (м 3/сут) при сухой погоде.
Сброженный осадок используется в сельском хозяйстве в качестве удобрения и компостов (60% объема). В случае невозможности использования осадка в сельском хозяйстве по санитарным соображениям, осадок направляется в центр отходов (полигоны). Частично осадок сжигается. Биогаз, полученный в метантенках, покрывает 60% энергетических потребностей завода: отопление помещений, производственных площадок, нагрева метантенков.
Вена
Основная станция очистки сточных вод города Вена Ebswien расположена в районе Вены Зиммеринг, топографически самой низкой точке Вены, недалеко от устья канала Дунай. Здесь собираются все городские сточные воды Вены, ориентировочно более 500 000 м³/сут при сухой погоде.
В 2016 году Ebswien обработал 200 035 593 м3 сточных вод, что составляет 546 545 м3 в сутки и выработали 70 667 тонн (около 193 тонн в сутки) осадка по сухому веществу. Осадок первичных отстойников и избыточный активный ил направляется в уплотнители, где содержание сухого вещества повышается до 4%. Затем смесь осадка перекачивается к блоку обработки осадка на Simmeringer Haide (оператор Wien Energie). После обезвоживания в центрифуге осадок сжигается при температуре 850ᵒС в печах с псевдосжиженным слоем.
В настоящее время завод трансформируется в экоэлектростанции.
Франкфурт-на-Майне
Во Франкфурте-на-Майне работают два крупнейших сооружения очистки сточных вод в Гессене - cтанция очистки сточных вод в Niederrad/Griesheim и cтанция очистки сточных вод в Sindlingen. Обработка осадка производится на станции Seva. На очистные сооружения поступают стоки из столичного района Франкфурта и нескольких соседних муниципальных образований.
Среднее количество стоков для ARA Niederrad/Griesheim составляет около 220 000 м3/сут и для ARA Sindlingen около 50 000 м3/сут.
Очищенная сточная вода cбрасывается в Дунай. Осадок после обработки сжигается.
Гистограмма, приведенная ниже, показывает годовой объем осадков по сухому веществу (СВ) в сточных водах за период 2003-2015 г.г., которые получают на двух станциях очистки сточных вод. Общее количество составляет 35 000 – 42 000 тонн. Количество отходов в виде неорганической золы после сжигания осадка варьируется примерно от 7000 до 8000 тонн.
http://stadtentwaesserung-frankfurt.de/
Стокгольм
В Стокгольме есть два завода по очистке сточных вод - Бромме и Хенриксдал.
Завод Бромма обслуживает приблизительно 351 000 человек и обрабатывает 145 000 м3/сут сточных вод.
Хенриксдал обслуживает приблизительно 826 000 человек и обрабатывает 288 000 м3/сут сточных вод. Осадки с завода обрабатывают на соседнем объекте в Sickla.
Количество осадка сточных вод составляет 59 800 тонн сырого осадка на Хенриксдал (15 200 тонн сухого вещества) и 17 400 тонн (5 500 тонн СВ) в Бромма в течение 2015 года.
Из Броммы осадок используется на сельскохозяйственных землях (хорошее качество в отношении тяжелых металлов и других загрязняющих веществ). Из Хенриксдал осадок используется для рекультивации старых горных выработок на севере Швеции. Осадок транспортируется по железной дороге.
Копенгаген
Первый завод по очистке сточных вод был построен в 1910 году в Вальбю, а второй в 1933г. у озера Damhus, позже перестроен и переименован в завод Damhusåen. Станция очистки Линеттене была введена в эксплуатацию в 1972 г. Она является сегодня основной станцией очистки сточных вод Копенгагена. Количество переработанной сточной воды через станцию очистки Линеттене составляет 220 000 м3/сутки, через станцию водоочистки Дамхусаен - 100 000 м3/сутки.
Хельсинки
Станция очистки сточных вод Викинмяки находится в Хельсинки и является крупнейшей в Финляндии и странах Северной Европы. Станция Викинмяки обрабатывает сточные воды жителей Хельсинки, средней и восточной Вантaa, Кераве, Туусула, Ярвенпаа и Сипоо. В общей сложности она обрабатывает сточные воды примерно от 800 000 жителей, а также сточные воды промышленности региона. Станция была принята в эксплуатацию в 1994 году. Производительность очистной станции составляет около 270 000 кубических метров в сутки, а ежегодно на станции очищается в среднем 100 миллионов кубических метров сточных вод. Сброс очищенных сточных вод осуществляется через туннель в море, в восьми километрах от южной оконечности Хельсинки на глубину 20 метров. Около 85 процентов сточных вод составляют бытовые сточные воды, а остальные 15 процентов промышленные сточные воды.
Станция производит около 60 000 тонн сухого осадка сточных вод в год. Осадок обрабатывается далее в Сиппо для компостирования в районе Метсапирти. После этого компост готов к использованию в зеленом строительстве.
Санкт-Петербург
В Санкт-Петербурге работают три станции очистки сточных вод:
- Центральная станция аэрации (ЦСА) производительностью 1 500 000 м3/сут;
- Северная станция аэрации (ССА) производительностью 1 250 000 м3/сут;
- Юго-Западные очистные сооружения (ЮЗОС) производительностью 330 000 м3/сут.
В процессе очистки сточных вод на станциях образуются осадки в следующих количествах:
- ЦСА около 1000 тонн обезвоженного осадка или около 200 тонн по сухому веществу;
- ССА соответственно 562 тонны и 112,4 тонны;
- ЮЗОС 340 тонн и 68 тонн соответственно.
Обезвоженный осадок сжигается в печах по технологии Pyrofluid.
Утилизация золы
Зола является отходом IV класса опасности, а ее годовые объемы составляют для трёх заводов около 120 тыс. тонн в год.
Наиболее реальным и перспективным направлением утилизации золы является использование ее в производстве пенобетона, так как содержание золы в этом материале может составлять 20-25%.
Другим направлением использования золы является дорожное строительство. Возможно использование золы в приготовлении строительных смесей, где зола может заменять часть цемента и песка.
Москва
Курьяновские очистные сооружения АО «Мосводоканал»
Очистные сооружения являются крупнейшим в Европе комплексом по очистке сточных вод. Проектная производительность Курьяновских очистных сооружений – 3 125 тыс. м³/сут., из них почти 2/3 составляют хозяйственно-бытовые и 1/3 промышленные сточные воды. Станция обрабатывает сточные воды, поступающие с северо-западной, западной, юго-западной, южной, юго-восточной частей Москвы и прилегающей территории Подмосковья (около 60%), где проживает около 6 млн человек.
Численность работающих на станции 1060 человек.
Курьяновские очистные сооружения обеспечивают полную биологическую очистку по классической технологической схеме.
В результате механической и биологической очистки городских сточных вод образуются различного вида осадки, содержащие органические и минеральные вещества. Общий объем осадка - порядка 15–17 тыс. м³ осадка с влажностью ~97%. Этот осадок перекачивается на 2 завода - иловые площадки № 8 (д. Андреевское), № 19 (д. Вишняково), расположенные в Ленинском районе Московской области, где происходит его полимерное кондиционирование и механическое обезвоживание, после чего обезвоженный осадок размещается на полигоне депонирования при заводах, либо вывозится на полигоны депонирования Московской области.
Из общего объёма выбросов и сбросов в окружающую среду от станций аэрации 98% составляет очищенная вода, 1,5% – осадки сточных вод и 0,5 % – выбросы в атмосферный воздух.
Ниже приводится таблица с обобщенными данными по обработке осадка сточных вод в девяти крупных городах Европы.
Город, страна |
Обслуживаемое население, чел | Производительность завода по сточным водам, м3/сут |
Количество обезвоженного осадка, т/сут |
Количество осадка по сухому веществу,
т/сут |
Использование осадка |
Примечание |
Лондон,
Великобритания |
Источник
информации: https://en.wikipedia.org/wiki/London sewerage system | |||||
Северная
канализационная очистная станция в Бектоне и южная в Пламстеде |
8 538 689 |
1 442 736* |
2740* |
548* |
Cельхозугодья – 80% Полигоны ТБО, сжигание, другое – 20% |
Ввиду
отсутствия информации непосредственно от компании «Thames Water»,
обслуживающей станции очистки сточных вод, в таблице приведены ориентировочные
расчетные показатели. |
Париж,
Франция: |
Источник
информации: http://www.waterworld.com/articles/wwi/print/volume-22/issue-4/features/seine-aval-europersquos-larg.... | |||||
Завод
Сена Аваль |
2 196 936 |
1700 000 в сухую погоду |
1616* |
323* |
Сельское
хозяйство в качестве удобрения и компостов (60%), складирование на полигонах
(21,5%), сжигание (18,5%) |
*
- расчетные данные Данные по использованию осадка относятся ко всей стране. |
Вена,
Австрия |
Источник
информации: https://www.ebswien.at/e_os/en/ | |||||
Станция
очистки сточных вод Ebswien – главная станция Блок обработки осадка Simmeringer Heide |
1 863 881 |
546 545 |
965* |
193 |
Сушка
и сжигание при температуре 850 С в печах с псевдосжиженным слоем |
*
- расчетные данные К 2020 году весь осадок станции очистки сточных вод Ebswien планируется переработать в электроэнергию. |
Франкфурт-на-Майне,
Германия: |
Источник
информации: http://stadtentwaesserung-frankfurt.de/ | |||||
Станция
очистки сточных вод в Niederrad/Griesheim |
1 350 000 |
220 000 |
2200* |
115 т осадок +19 т зола |
Обезвоживание и сжигание |
* - расчетные данные |
Станция
очистки сточных вод в Sindlingen |
470 000 |
50 000 |
500* | |||
Стокгольм,
Швеция: |
Источник информации: Stokholm Vatten. Wastewater department. 106 36 Stokholm, Sweden, Phone +46 8 522 120 00 | |||||
Завод
по очистке сточных вод Бромма |
351 000 |
145 000 |
48 |
15 |
Сельхозугодья |
|
Завод
по очистке сточных вод Хенриксдаль | 826 000 |
288 000 |
164 |
42 |
Рекультивация
старых горных выработок |
|
Копенгаген,
Дания: |
Источник
информации: http://www.helsinki.fi/envirohist/seaandcities/articles/CopRig.pdf Книга PURE «Обработка осадка cточных вод: полезный опыт и практические советы» |
| ||||
Станция
очистки Линеттене |
500 000 |
220 000 |
440* |
128* |
Термическая сушка, сжигание |
** * - расчетные данные |
Станция
очистки Дамхусаен |
226 000 |
100 000 |
200* | |||
Хельсинки,
Финляндия |
Источник информации :https:
//www.hsy.fi/en/experts/water-services/wastewater-treatment-plants/viikinmaki/Pages/default.aspx | |||||
Станция
очистки сточных вод Виикинмяки |
800 000 |
270 000 |
- |
165 |
Компостирование
с последующим использованием в зеленом хозяйстве. |
Станция
обслуживает также среднюю и восточную части Вантаа, Кераве, Туусула, Ярвенпаа,
Сипоо. По составу 85% составляют бытовые стоки, 15% - промышленные. |
Санкт-Петербург,
Россия: |
Источник информации: Обработка и утилизация
осадка в Санкт-Петербурге. Кармазинов Ф. В., Васильев Б. В., Григорьева Ж. Л. ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», Санкт-Петербург, Россия |
| ||||
Центральная
станция аэрации (ЦСА) |
|
1 500 000 |
1000* |
200 |
Сжигание в печах по технологии Pyrofluid |
* - расчетные данные |
Cеверная станция аэрации (ССА) |
|
1 250 000 |
562* |
112,4 |
Сжигание |
* - расчетные данные |
Юго-Западные очистные сооружения (ЮЗОС) |
|
330 000 |
340* |
68 |
Сжигание |
* - расчетные данные |
Москва, Россия |
Источник информации: http://ru.wikipedia.org/wiki/Курьяновская_станция_аэрации | |||||
Курьяновские очистные сооружения АО «Мосводоканал» |
6 000 000 |
3 125 000 |
2550 | 510 |
Полигоны депонирования |