По данным масштабного опроса, проведенного в 2020 году, пандемия в значительной степени повлияла на гигиенические привычки людей. Большинство респондентов отметили, что стали гораздо чаще мыть руки после общественных мест, транспорта и рукопожатий, что в совокупности с ростом населения и развитием промышленности неизбежно приводит к увеличению объёмов сточных вод и их осадков. Согласно данным Global Water Intelligence, на 2017 год в России на очистных сооружениях (ОС) было образовано 2 млн. тонн иловых осадков. В настоящее время задача по разработке новых технологий утилизации осадков сточных вод (ОСВ) является более чем актуальной. Особое внимание обращено на процессы термохимической переработки ОСВ (например пиролиза), т.е. разложение под действием высоких температур.
Что представляют собой осадки сточных вод (ОСВ)?
ОСВ выглядят как твердая тёмная масса, похожая на почву (рис.1). Она состоит из двух компонентов: сырой осадок, полученный после отстаивания, и избыточный активный ил, полученный в результате технологического процесса. Сырой осадок состоит из органических и минеральных веществ, а избыточный активный ил -это микроорганизмы, которые являются главными участниками биологической очистки сточных вод.
Рисунок 1. Осадок сточных вод
Прежде чем говорить о переработке ОСВ, важно отметить наличие в них потенциально опасных веществ, которые имеют негативное влияние на окружающую среду, здоровье человека, a также технологическое оборудование. Согласно исследованиям, в ОСВ часто присутствуют хлорсодержащие пестициды (яды для борьбы с насекомыми), такие как линдан (С6Cl6H6) и хлордан; а также токсичные металлы (Cu, Pb, Cr, Cdи др.). Несмотря на то, что удаление органических компонентов происходит путем термохимической утилизации, риск остаточного содержания некоторых компонентов, в частности углерода, который в различных формах попадает в окружающую среду и загрязняет атмосферу и почву, будет присутствовать всегда.
Как утилизируют осадки сточных вод?
Обычно процесс утилизации ОСВ происходит согласно приведенной схеме:
Кроме того, существует возможность использования осадков сточных вод в строительстве, рекультивации и в качестве удобрения (ГОСТ Р 54651-2011). Стабилизация в метантенках* выступает как часть технологической схемы на ОС, что позволяет осадку впоследствии быть утилизированным термохимическим путем.
Пиролиз ОСВ На сегодняшний день технология пиролиза ОСВ находится на стадии разработки. Компании ETIA/Biogreen и PYREG предлагают свои варианты видения процесса: утилизация ОСВ с получением жидких продуктов и биочара, пригодных для применения в сельском хозяйстве. Биочар – это уголь растительного происхождения, но получают его не только из древесины, но и при переработке осадков сточных вод. Его применяют в различных отраслях промышленности, а также используют в качестве удобрения (рис.2). Благодаря такому эффекту, пиролиз, направленный на получение биочара представляет собой особый интерес для сельскохозяйственной промышленности.
Рисунок 1. Увеличение роста урожая при использовании биочара с удобрениями по сравнению обычной землей
Параметры ведения пиролиза ОСВ
Касательно температуры пиролиза есть сведения, что при 600 оС токсичность биочара ниже, несмотря на более высокую концентрацию тяжелых металлов, чем при меньших температурах. Кроме того, при 600 оС металлы присутствуют преимущественно в оксидной форме и тем самым характеризуются пониженной биодоступностью.
Основные особенности получения биочара
Полное удаление летучей фракции достигается при температуре 600оС, при которой также происходит формирование твердого продукта (схожего с активированным углём);
Наиболее подходящее сырьё для получения биочара - обезвоженный стабилизированный осадок;
Для придания биочару требуемых свойств проводится физико-химическая активация ОСВ и самого получаемого биочара;
Также возможна утилизация ОСВ совместно с другими отходами с целью получения биочара с определенными заданными свойствами. Похожим направлением является добавление к ОСВ различных компонентов для обогащения получаемых биочаров NPK-элементами (азотом, фосфором и калием) и последующего использования в качестве удобрений.
Вывод
Таким образом, на сегодняшний день существует несколько способов утилизации остатков сточных вод. Особое место, без сомнения, занимают термохимические процессы, в частности, процесс пиролиза. Текущая экологическая обстановка ставит перед обществом новые задачи, которые влекут за собой необходимость развития технологий переработки ОСВ, введения особой технологической политики в области утилизации осадков сточных вод, а главное – привлечения внимания к существующей проблеме и ускорения принятия необходимых мер.
Компания «АРСКА ТЕК» провела аудит существующих технологий переработки ОСВ и осуществила подбор комплексных решений по утилизации осадков на очистных сооружениях одного из крупных городов-миллионников средней полосы России. Командой инженеров было проработано шесть вариантов обращения с осадками сточных вод, включая несколько технологий сушки, сжигания, стеклования и аэробной стабилизации. Технологи, зная специфику каждого из способов, оценили предложенные варианты на целостность, содержание и корректность, а также выявили необходимость учета дополнительных факторов для каждой технологии.
Если задача по переработке осадков сточных вод является для вас актуальной, мы будем рады помочь с подбором технологий под ваш конкретный случай. Для получения консультации обращайтесь на почту arska@arskatech.com и по телефону +7 (812) 649 94 39.
*Метантенк - железобетонный резервуар для биологической переработки органической части осадка сточных вод и других органических отходов с помощью бактерий и других микроорганизмов, в результате которой выделяется биогаз.
Источники: [1] https://reports.essity.com/2020-21/essentials-initiative-survey/results.html#filter=.s-recommended
[2] Wastewater treatment and reuse, Theory and design examples.
[3] S. Jellali et al, Renewable and Sustainable Energy Reviews 144 (2021) 111068
[4] A. Gopinath et al., Environmental Research 194 (2021) 110656