Любое развитое государство пытается избежать ряда экологических проблем, разрабатывает для этого специальные методики, выделяет немало средств. Цель подобных мер — создание экологического баланса и обеспечение здоровой и безопасной среды для развития общества. Одна из проблемных ситуаций, требующих особого внимания, — утилизация иловых осадков очистных сооружений.
В статье детально рассмотрено, как сегодня решается этот вопрос, какие методы утилизации существуют и насколько они эффективны. Также важно узнать, какие вторичные продукты получают при переработке осадков, и какова от них польза.
Проблема очистных сооружений — избыточные иловые осадки
Вода — один из ценнейших на земле ресурсов, но самое печальное, что треть человечества испытывает в ней нехватку. А ведь она — жизненно важный элемент для каждого живого организма. Именно по этой причине внедрению рационального водопользования отводится немалая роль, как и усовершенствованию технологий очистки вод. Однако проблема защиты окружающей среды все же не ограничивается лишь очисткой воды. Более сложная и наименее разрешенная проблема — утилизация осадков сточных вод.
Очистные сооружения полностью выполняют свою функцию — очищают воду и позволяют вернуть ее в природу. Но, несмотря на их современное оборудование, постоянно накапливаются отходы — активный ил. Он, в свою очередь, делится на отработанный и избыточный. Подобные субстраты в совокупности называют осадками сточных вод, или ОСВ.
Поступающие для очистки стоки отстаиваются в аэротенке. В процессе стоки образуют осадок в виде активного ила. На каждый килограмм загрязненной массы образуется 350 грамм иловых отложений. Поскольку иловые массы задействованы в очистном процессе, возникает необходимость поддержания их баланса.
От этого показателя зависит, насколько эффективной окажется работа очистных сооружений. Качество водоочистки будет уменьшено как при недостатке ила, так и при его избытке. Именно по этой причине избыточные массы ила регулярно отводятся из аэротенков.
Подобные отходы хоть и причисляют к 4 классу опасности, но выраженная патогенность у них отсутствует.
Наличие в отходах органических (от 70 до 90 %) и неорганических веществ (от 10 до 30 %) и органического углерода (свыше 60 %) придает им ценность вторичного ресурса.
Накопление ОСВ — существенная проблема для городов:
- все еще не полностью внедрены технологии, которые позволили бы в полной мере нейтрализовать отходы для дальнейшей переработки их в полезную продукцию;
- масштабно расширяются площади для хранения отходов, заражается грунт, в воду попадают опасные бактерии. Кроме того, над такими площадками образуются газы, распространяемые по воздуху.
Подобные факторы пагубно влияют на здоровье граждан, становятся причинами возникновения эпидемий, генетических мутаций.
Утилизация ила очистных сооружений: преимущества и недостатки существующих методов
Утилизация иловых осадков очистных сооружений возможна несколькими способами:
- Депонирование.
- Биопереработка.
- Термическая обработка (инсинерация — путем сжигания или термодеструкция — методом пиролиза).
У каждого варианта есть плюсы и минусы, но все они выполняют свою основную функцию — переработать отходы. Перспективными считают методы с подготовкой сырья для вторичного применения. Рассмотрим эффективность каждого способа по отдельности.
Депонирование
Подразумевает вывоз на полигон избыточного активного ила с добавлением к нему опилок.
Полученная масса через пару лет должна превращаться в теории в полезный продукт, однако на практике не соответствует экологическим нормам. Связано это с тем, что законодательство не позволяет использовать полученный в итоге компост в качестве удобрения.
Всему виной недостаточная очистка — в осадках сохраняются тяжелые металлы и прочие загрязнители, не имеющие с органикой ничего общего. Попадая в грунт, такие осадки несут опасность загрязнения для водоемов и грунтовых вод. Опасны и испарения над площадками. Концентрация биогаза здесь превышает допустимые нормы, чем ухудшается состав воздуха.
В России этот метод практически исчерпал свой ресурс — большинство выделенных площадей уже переполнены. Особенно критична ситуация в крупных городах.
В Европе все же этот метод работает и до настоящего времени — переработка ила стабилизирована, а получаемые компосты активно применяются в сельском хозяйстве.
Биопереработка
При биопереработке ил поддается воздействию анаэробным способом, то есть без участия кислорода.
Разложение обеспечивает активность бактерий. Процесс приводит к брожению и выделению метана. Наиболее эффективен при значительных загрязнениях.
Преимущества метода:
- Отсутствие выделения энергии и стабильный температурный режим.
- Способен нейтрализовать 90 % загрязнений.
- Невысокая стоимость оборудования из-за отсутствия системы управления.
- Переработанный ил становится безопасным для окружающей среды.
Недостаток — выделение значительного количества биогаза (метана). По этой причине оборудование должно размещаться на открытой местности, обеспечивающей обдувание ветрами. Требуются датчики для измерения концентрации газа.
Инсинерация
Такой метод позволяет сжигать осадки. Для этого используется специальное оборудование, где температура доходит до 700 градусов.
Перед сжиганием осадок подлежит обезвоживанию путем нагрева. В процессе выделяются нетоксичные газы и остается зола (ее используют вторично). Газ отводится и очищается, а зола дополнительно прокаливается для полного расщепления углерода.
Отдельно следует рассматривать моносжигание. Для него применяется специальная печь с кипящим слоем из песка, через которую пропускается жидкость с осадками.
Преимущества:
- Полное сжигание осадочных масс.
- Вред для экологии сведен к минимуму.
Недостатки:
- Трудоемкость обслуживания оборудования.
- Дорогостоящие детали.
- Необходимость постоянно обновлять расходные материалы.
- Требуется дополнительный дорогостоящий узел для очистки газа.
Пиролиз
Наиболее перспективный и развивающийся метод. Процесс подразумевает разложение органики в осадке под термическим воздействием без процесса горения. Для этого используется среда без кислорода. От прямого сжигания отличается отсутствием вредных выбросов.
При разложении образуются:
- Газ.
- Полукокс.
- Жидкая органика (улетучивается с газом).
При дальнейшей обработке полукокса получают горючий газ. После этого остаются оксиды различных металлов (шлаки). Их успешно вторично используют: в тротуарных плитках, при ремонте дорог, для заполнения отвалов.
Пирокарбон — один из продуктов пиролиза, применяется при изготовлении красок и резины.
Преимущества:
- Не образуются опасные выбросы.
- Вторично используются практически все элементы разложения.
- Оборудование не требует сложного обслуживания.
- Полное уничтожение патогенных микроорганизмов.
- Вырабатываемый газ вторично используется как топливо для выработки энергии и поддержания процесса.
Недостаток — высокая стоимость оборудования.
Производство биопочв из осадка очистных сооружений
Осадок на очистных сооружениях в виде накопленного ила прекрасно подходит для создания биопочвы. Такой вариант применения избыточного ила наиболее экономически выгоден.
Исходный материал должен пройти специальную подготовку. Сначала иловую массу обезвоживают. Для этого применяют центрифуги и фильтры. Затем полученную массу просушивают и собирают в больших объемах.
Благодаря такой перспективе, есть возможность разрешить несколько городских проблем с:
- Утилизацией осадков очистных сооружений.
- Созданием кондиционных почв для нужд города.
В последнем случае искусственно формируется почва, содержащая в себе комплекс минеральных удобрений, насыщенная азотом и фосфором.
Такой метод утилизации особо ценен для загрязненных городов, поскольку полученная в процессе плодородная почва — идеальное подспорье для озеленения городских ландшафтов.
Задача усложняется только тем, что процесс подготовки грунта требует тщательной проверки исходного сырья. Без такого контроля пострадает качество конечного продукта.
Основу для почвы, в которой при проверке будут обнаружены вредные составляющие, придется утилизировать иным способом. Такое бывает, если при проверке в основе будут выявлены соли тяжелых металлов или яйца паразитов.
Существуют методы последующей детоксикации, при которой полностью или частично извлекаются ионы выявленных тяжелых металлов. К сожалению, на практике они малоэффективны.
Польза азота и фосфора для растений
В осадках, образованных из сточных вод, присутствует значительное количество органики, а значит, они идеально подходят для создания гумуса (плодородного слоя).
Почва из иловых осадков имеет высокую агрохимическую ценность. В ней накапливается масса элементов, необходимых для оптимального роста растений. Она богата фосфором, азотом, калием и микроэлементами, что позволяет приравнять плодородность такой почвы к навозу.
Первые два элемента особенно важны для растений:
- Фосфор положительно влияет на развитие корневой системы, позволяет повысить урожайность растений. При дефиците рост растения существенно замедляется, угнетается листовой аппарат.
- Азот. Без него невозможно образование белковых молекул, то есть клеточной основы. Также он важен для нормального процесса фотосинтеза. Нехватка вызывает угнетение развития листвы и нарушает процесс плодоношения. Для роста зеленой массы растений он незаменим.
Калий хоть и не входит в основную группу, но также полезен. Он повышает устойчивость иммунитета растений. При нехватке растения становятся подвержены грибкам, из-за чего отмирают побеги. Наблюдается угнетение цветения, отсутствие завязей.
