Опыт ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»
А.И. Клоков, заместитель директора департамента анализа и технологического развития систем водоснабжения и водоотведения
А.П. Спиридонова, ведущий специалист (1-я категория) департамента анализа и технологического развития систем водоснабжения и водоотведения
Е.Г. Колоскова, начальник службы главного технолога филиала «Водоотведения Санкт-Петербурга»
Ю.Е. Оленин, начальник производственного управления обработки и утилизации осадка филиала «Водоотведения Санкт-Петербурга»
Одной из ключевых задач современной экологической политики является формирование эффективной системы обращения с отходами, образующимися в процессе жизнедеятельности крупных городов. Особое место в данной системе занимают осадки сточных вод (ОСВ), образующиеся при очистке хозяйственно-бытовых сточных вод. Для мегаполисов проблема обращения с ОСВ имеет особое значение из-за значительных объемов образования отходов, санитарных рисков и ограниченности земельных ресурсов.
В статье рассматривается опыт ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» по термическому обезвреживанию осадков сточных вод на специализированных заводах сжигания осадков. Анализируются технологические особенности процесса, экологические результаты и соответствие современным требованиям в области обращения с отходами.
Технология сжигания осадков является наиболее эффективным решением в условиях Санкт-Петербурга, позволяющим значительно сократить объемы отходов, исключить необходимость расширения полигонов и обеспечить высокий уровень экологической и санитарной безопасности. Отдельно рассматривается место данной технологии в контексте экономики замкнутого цикла, а также ограничения ее дальнейшего развития.
Ресурсам – комплексное управление
Совершенствование системы обращения с отходами – важное направление изменения экологической политики и экономики использования ресурсов. Вместо того чтобы просто захоранивать отходы, сегодня делают упор на комплексное управление ресурсами, что позволяет сократить вред для экосистем и эффективнее использовать материалы. При таком подходе отходы воспринимают как возможный источник ресурсов. Это дает одновременно пользу для окружающей среды и экономическую выгоду.
В рамках экономики замкнутого цикла приоритетными направлениями являются:
- сокращение образования отходов,
- развитие переработки,
- повторное использование ресурсов,
- снижение объемов захоронения.
Это закреплено в международных и национальных документах, акцент смещается с «управления отходами» на «управление ресурсами» и предполагает системный подход на всех этапах жизненного цикла продукции.
Не все отходы целесообразно вовлекать в повторное использование. Для ряда категорий первоочередной задачей является безопасное обезвреживание и сокращение объема остатка для захоронения. Приэтом, несмотря на существенный потенциал использования ОСВ в качестве «ресурса» для изготовления ряда материалов (грунты, техно-грунты, компост), обращение с ним осложнено большими объемами, высокой влажностью, содержанием органики, а также рисками из-за патогенных микроорганизмов и наличием тяжелых металлов при высоком уровне развития тяжелой промышленности в городе.
Существуют ГОСТы по использованию осадка сточных вод в качестве удобрения. В Российской Федерации возможность применения ОСВ в качестве удобрения регламентирована ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 «Охрана природы (ССОП). Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений» и ГОСТ Р 54651-2011 «Удобрения органические на основе осадков сточных вод. Технические условия». Согласно этим нормативным документам использование ОСВ возможно при условии их соответствия установленным требованиям по химическим, санитарно-гигиеническим и экологическим показателям. При этом лимитирующим фактором использования ОСВ в качестве такого ресурса является содержание тяжелых металлов, включая валовые содержания, а также необходимость предварительной санитарной обработки ОСВ до безопасного состояния. Оба этих фактора поднимают вопрос не только выбора технологических решений, но и дальнейшей себестоимости процесса утилизации ОСВ, которая в условиях тарифной политики государства является практически ключевым вопросом.
Для крупных городов выбор технологии обращения с ОСВ – это стратегическая задача, где ошибки ведут к росту нагрузки на полигоны, увеличению потребности в земельных ресурсах и социальным проблемам (запахи, санитарно-гигиенические риски, снижение качества жизни). Из-за нехватки земель и более строгих экологических требований может усилиться экологическая нагрузка, а для ее снижения потребуются затратные меры. Поэтому актуален поиск технологий, сокращающих объем ОСВ и обеспечивающих их экологически безопасное обращение. Решения должны минимизировать массу и объем остатка, соответствовать нормативам, быть экономически целесообразными и интегрируемыми в существующую инфраструктуру. Разработка оптимальных подходов к управлению ОСВ – важная научно-практическая задача, требующая учета технических, экологических, экономических и социальных факторов.
Город решает проблемы осадков сточных вод
Санкт-Петербург – один из крупнейших городов России и важный социально-экономический центр Северо-Западного федерального округа, характеризуется высокоразвитой инженерной инфраструктурой, в том числе разветвленной и технологически оснащенной системой централизованного водоотведения. Масштабы агломерации напрямую влияют на объемы образующихся сточных вод: высокая концентрация жилых, промышленных и коммунальных объектов влечет к образованию внушительных потоков сточных вод, которые нельзя сбрасывать без эффективной очистки в соответствии с требованиями российского природоохранного законодательства. Действующие экологические и санитарные нормы строго регулируют данный процесс.
Однако очистка сточных вод – это не только удаление загрязнений, но и образование отходов. Главный из них – обезвоженные осадки сточных вод, которые сами по себе становятся серьезной экологической проблемой. В городе ежегодно образуется около 295 тыс. т таких осадков.Их специфика заключается в высокой влажности (от 72 до 78%), сложном и неоднородном составе, а также в бактериологическом загрязнении: при неправильном хранении они способны годами загрязнять почву, проникать в грунтовые воды и даже влиять на качество воздуха. Поэтому безопасное обезвреживание этих объектов – это не просто техническая задача, а проблема, для решения которой нужны надежные и экологически устойчивые подходы.
В ответ на эту задачу ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» реализовало масштабную инфраструктурную инициативу. Предприятие пошло дальше отдельных мер и создало единую систему обращения с ОСВ. Ключевым элементом этой системы стали заводы по термическому обезвреживанию ОСВ. Благодаря им осадки больше не складируют на полигонах и не захоранивают, а своевременно и безопасно утилизируют. Такой системный подход существенно уменьшает негативное воздействие на окружающую среду и сводит к минимуму вероятность вторичного загрязнения природных экосистем.
Каждый из заводов выполняет определенную функциональную роль. Характеристика заводов сжигания осадков ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» представлена в табл. 1.
Термическая утилизация осадков сточных вод на объектах ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»
В Санкт-Петербурге действует комплексная система термической утилизации осадков сточных вод, включающая три завода сжигания на Центральной станции аэрации, Северной станции аэрации и Юго-Западных очистных сооружениях. Все объекты используют технологию сжигания обезвоженного осадка в печах с псевдосжиженным слоем, обеспечивающую снижение объема отходов, их обезвреживание и уничтожение патогенных микроорганизмов. В процессе работы осуществляется утилизация тепловой энергии с выработкой пара, а образующийся минеральный остаток (зола и шлак) относится к отходам IV класса опасности. Применяемая система позволяет обеспечить экологически безопасное обращение со всем объемом осадков сточных вод, образующихся в Санкт-Петербурге.
Переход на технологию сжигания позволил Санкт-Петербургу отказаться от устаревших и экологически рискованных методов обращения с осадками. Кроме того, термическая утилизация осадков сточных вод способствует повышению устойчивости городской инфраструктуры в условиях возрастающей антропогенной нагрузки. Это подтверждает, что современные технологии способны одновременно отвечать строгим требованиям экологической безопасности и обеспечивать рациональное использование ресурсов (рис. 1).
Заводы сжигания осадков относятся к объектам I категории негативного воздействия на окружающую среду и эксплуатируются с применением принципов наилучших доступных технологий. Для всех трех объектов получены комплексные экологические разрешения. Эффективность работы газоочистного оборудования регулярно контролируется в рамках производственного экологического контроля. Отбор и анализ проб осуществляют аккредитованные лаборатории.
Экологические результаты
Использование заводов сжигания осадков позволило получить значительный экологический эффект. Основные результаты заключаются в существенном сокращении объема отходов после переработки (примерно в 10 раз до 30 тыс. м³ в год), исключении потребности в строительстве новых полигонов для осадка, сохранении земельных ресурсов (с 1997 года не потребовалось дополнительно отчуждать около 200 гектаров территории), а также в получении золы, которая не обладает биологической активностью и не представляет патогенной опасности. Отсюда следует, что технология позволяет перейти от простого размещения отходов к управляемому процессу их преобразования и безопасного обращения.
В период с августа 2021-го по июнь 2022 года Институтом медико-экологических проблем и оценки риска здоровью (далее ИМЭПОРЗ) выполнена работа по исследованию и оценке работы ЗСО: «Обоснование эколого-гигиенической безопасности эксплуатации технологии сжигания осадков сточных вод на объектах ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга». ИМЭПОРЗ является научной организацией, осуществляющей деятельность по проведению работ по оценке риска здоровью населения от факторов окружающей среды, нормированию качества окружающей среды, подготовке специалистов в области оценки риска здоровью и др.
В ходе проведения работ выполнено обоснование эколого-гигиенической безопасности технологии сжигания осадка вод на ЗСО ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» на основании объективных лабораторных данных, результатах эксплуатации ЗСО, расчетов оценки риска здоровью населения. Отбор проб и лабораторный анализ осуществлен Химико-аналитическим центром «Арбитраж» ФГУП ВНИИМ им. Д.И. Менделеева.
При оценке определялся вклад:
- выбросов завода сжигания осадка на ЦСА в общем размере выбросов близлежащих Кировского и Василеостровского района;
- выбросов завода сжигания осадка на ССА в общем размере выбросов близлежащего Приморского района;
- выбросов завода сжигания осадка на
- ЮЗОС в общем размере выбросов близлежащих Красносельского и Московского районов.
Вклад выбросов контролируемых загрязняющих веществ от ЗСО ССА, ЦСА и ЮЗОС в общий объем выбросов по данным загрязнениям от других источников (автотранспорт, промпредприятия, котельные и пр.) в близлежащих районах составляет не более 0,2%.
Альтернативные методы утилизации/ обезвреживания осадков сточных вод
При выборе технологии обращения с ОСВ важно учитывать характеристики самого отхода и ряд внешних условий – они определяют, насколько тот или иной метод будет допустим и эффективен в конкретной ситуации. Среди таких условий особенности местности, объем образующегося осадка, состояние городской инфраструктуры и ее возможности по обработке отходов, а также действующие нормативные требования к безопасности при обращении с отходами.
В случае Санкт-Петербурга определяющими критериями становятся высокая плотность городской застройки, ограниченность земельных ресурсов, значительные объемы ОСВ, необходимость исключения санитарных рисков. Данные условия существенно ограничивают спектр возможных технологических решений. В связи с этим приоритет следует отдавать методам, которые позволяют максимально сократить объем образующихся отходов и при этом оказывают наименьшее негативное воздействие на окружающую среду.
Термическое обезвреживание в контексте экономики замкнутого цикла
Экономика замкнутого цикла предполагает переработку отходов во вторичные материалы и комплексное снижение воздействия на окружающую среду за счет эффективного управления ресурсами. В этом понимании термическое обезвреживание осадков сточных вод также является элементом данной модели, т. к. осадок используется в качестве биотоплива для поддержания процесса горения, а в дальнейшем тепло используется для обеспечения теплоснабжения помещений станций аэрации. Однако полноценное включение осадков сточных вод в систему экономики замкнутого цикла сегодня ограничено рядом факторов.
Ограничения развития экономики замкнутого цикла
Не смотря на наличие технологических решений дальнейшее развитие переработки осадков сточных вод требует создания соответствующих экономических и нормативных условий. Одним из основных ограничений является отсутствие механизмов государственного финансирования проектов, направленных на масштабирование технологий переработки и вовлечения продуктов переработки в хозяйственный оборот. Кроме того, отсутствует полноценная нормативная база, регулирующая обращение с данным видом отходов. Поэтому необходимы:
- единые требования к продуктам переработки ОСВ (возможно, в виде ГОСТов с обозначением условий применения тех или иных осадков);
- регламенты их использования, включая стимулирование потребности рынка в их использовании в виде субсидирования деятельности, организации проектов (восстановление нарушенных земель, на уровне Федерации и субъектов);
- механизмы подтверждения качества получаемых материалов, создающие прозрачность качества продуктов для итоговых потребителей.
Без решения этих вопросов даже технически возможные варианты переработки не могут получить широкого применения.
Опыт других российских мегаполисов
Крупные города России используют различные подходы к обращению с осадками сточных вод. Например, в Москве АО «Мосводоканал» применяет комбинацию технологий: термофильное сбраживание в метантенках, обезвоживание, сушка части осадка и получение твердого биотоплива, используемого в промышленности. Этот пример показывает, что развитие экономики замкнутого цикла возможно по разным технологическим сценариям.
Несмотря на это необходимо отметить, что для мегаполиса Москвы выбранный путь по утилизации ОСВ включает в себя итоговый технологический передел – сжигание, хоть и не на объектах АО «Мосводоканал», а на промышленных предприятиях.
Решение проблемы – комплексное
Опыт ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» демонстрирует высокую результативность термического обезвреживания осадков сточных вод как комплексного решения проблемы обращения с коммунальными отходами в условиях крупного мегаполиса, характеризующегося значительной антропогенной нагрузкой и дефицитом земельных ресурсов. Практическая реализация данного подхода опирается на сформированную инфраструктурную базу: созданный имущественный комплекс заводов сжигания представляет собой интегрированную систему, обеспечивающую переработку значительных объемов ОСВ и соблюдение требований экологической безопасности в условиях городской территории. Вместе с тем развитие системы обращения с ОСВ должно рассматриваться в контексте формирования экономики замкнутого цикла. Переход к циркулярной модели требует не только внедрения технологических решений, но и создания соответствующих нормативных и экономических условий. Ключевыми направлениями остаются развитие требований к продуктам переработки ОСВ, формирование механизмов подтверждения их качества, а также создание условий для вовлечения получаемых материалов в хозяйственный оборот при обеспечении экологической безопасности.
