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