Выход из экологического тупика. Инновационная технология утилизации водопроводного осадка в ОАО «Мосводоканал»

Важным направлением повышения эффективности предприятий водного сектора является максимальное использование вторичных ресурсов, таких как водопроводный осадок. Водопроводный осадок образуется в процессе производства питьевой воды за счет осаждения солями алюминия минеральных и органических загрязнений, присутствующих в воде поверхностных источников. Утилизация осадка является завершающим этапом обработки производственных сточных вод. В ОАО «Мосводоканал» осадок станции водоподготовки используется в качестве одного из исходных компонентов производства почвогрунтов. Внедренная в городское хозяйство технология производства почвогрунтов является эффективным решением проблемы загрязненных и деградированных городских почв.

На Московских станциях водоподготовки в пересчете на абсолютное сухое вещество (а.с.в.) водопроводный осадок образуется в количестве около 25 тонн при подготовке 1 млн. куб.м питьевой воды. Ежегодно Москва потребляет 1,2 млрд. куб.м питьевой воды, подготовленной из воды поверхностных водоисточников, что приводит к образованию 30-35 тыс.тонн а.с.в. в год. В связи с этим утилизация водопроводного осадка является непростой технико-экономической задачей.

На трех московских станциях водоподготовки водопроводный осадок сбрасывается в городскую канализацию для его дальнейшей обработки на очистных сооружениях совместно с канализационным осадком. И только на одной станции (Восточной) до последнего времени обработка водопроводного осадка осуществлялась за счет естественной сушки на искусственно созданных картах (иловые площадки), с последующим удалением осветленной воды в естественные природные водоемы и размещением обезвоженного осадка на полигонах депонирования. Однако данный метод обработки осадков являлся низкоэффективным, так как зависел от состава водопроводного осадка, погодных факторов, изменения режима грунтовых вод на прилегающих территориях, потребности в отчуждении значительных земельных угодий. Влажность осадка при этом оставалась достаточно высокой, что затрудняло его вывоз.

В соответствии с концепцией развития системы утилизации производственных сточных вод станций водоподготовки и в целях исключения негативного влияния на природную среду и повышения эффективности обработки водопроводного осадка в 2010 году на Восточной станции водоподготовки введены в эксплуатацию сооружения для его механического обезвоживания. В основе работы данных сооружений лежит принцип последовательного сгущения – вначале в гравитационных уплотнителях, затем на барабанных сгустителях и механическое обезвоживание на центрифугах до расчетной влажности 80%. На всех этапах обработки вводится флокулянт. В результате образуется осадок, готовый к транспортировке и утилизации [1]

Основными компонентами осадка являются минеральные вещества - глинистые частицы, мелкий песок, карбонатные породы, нерастворимые или малорастворимые соли и органические вещества, сформированные фито- и зоопланктоном, продуктами жизнедеятельности водных организмов и растений, коллоидами гуминовых и фульвокислот. Осадок станций водоподготовки представляет собой аналог природного сапропеля (донных отложений пресноводных водоемов), содержащий до 40% плодородного гумуса, который был изъят из природного круговорота за счет вымывания из почвы атмосферными осадками.

Химический состав водопроводного осадка определяют сезонные изменения поверхностного водоисточника и действующая доза коагулянта – сульфата или оксихлорида алюминия. Водопроводный осадок является нетоксичной биологически инертной суспензией с низким содержанием малоподвижных форм азота и фосфора, с высоким содержанием гидроокиси алюминия – от 8-12% до 18-20% Al в сухом веществе для малоцветных и высокоцветных вод, соответственно. Осадок содержит в среднем около 20% алюминия, 0,7% азота и 0,4% фосфора. Кислотность по рН водной вытяжки – 7,4, по рН солевой вытяжки – 6,9. Содержание калия – около 0,1% (по К₂О).

Содержащийся в осадке гумус и биогенные элементы позволяют применять его для получения биомассы, используемой при озеленении городов и производстве технических культур. Большое содержание алюминия позволяет рассматривать осадок в качестве вторичного ресурса для получения стройматериалов.

Проведенный специалистами ОАО «Мосводоканал» анализ мирового опыта по вторичному промышленному использованию водопроводного осадка, позволил выделить следующие основные направления: в строительстве при производстве цемента и кирпичей, пеностеклогранулята, материала для дорожных покрытий; при изготовлении красок и мастик; в производстве почвогрунта.

Утилизация в строительстве позволяет ассимилировать часть водопроводного осадка и создать на его основе материалы с полезными свойствами. Однако в связи с непостоянным составом применение водопроводного осадка в качестве строительного материала сильно ограничено. Для мегаполисов, где чрезвычайно актуальна проблема техногенной деградации почв, данное направление не может рассматриваться в качестве основного. В городах под действием интенсивной антропогенной нагрузки не только исчезают и загрязняются почвы, но и уничтожаются возможности естественного формирования и поддержания почвенного покрова.

В естественных экосистемах, не подвергающихся антропогенному воздействию, биогенные вещества (азот, фосфор, калий) и органическое вещество почвы непрерывно пополняются. Однако деятельность человека, особенно в минувшее столетие, глубоко изменила биогеохимические потоки энергии, связанной в органическом веществе, и круговорот элементов, участвующих в обмене организмов и среды. Урбанизированные территории стали зонами аккумуляции органического сырья и продовольствия, бытовых, физиологических и промышленных органических отходов. Изъятые из природного цикла отходы являются, с одной стороны, источником загрязнения среды, а с другой стороны, обуславливают дефицит гумуса и биогенных элементов в почве. Исчезновение гумуса из верхнего слоя является причиной потери плодородия почв. Москва не является в данном случае исключением.

В то же время в Москве очень остро стоит проблема депонирования осадков, так как полигоны переполнены. Сложившаяся ситуация с захоронением водопроводного осадка - важнейшего источника органоминерального удобрения на фоне повсеместного обеднения почв должна быть изменена. Выходом из экологического тупика является производство плодородных почвогрунтов и их использование для восстановления плодородия городских почв.

К городским почвам предъявляются специфические требования: они должны обладать повышенной буферностью, сопротивляемостью к неблагоприятным факторам. Когда плодородный слой загрязнен необратимо, необходимо полностью его заменить естественными или искусственными грунтами. Опыт рекультивации городских почв показал, что торфо-минеральные смеси без добавления других органических компонентов характеризуются быстрым пересыханием, потенциальной воспламеняемостью на газонах города, пылением и низким содержанием легкодоступных минеральных солей, так как торф содержит в основном трудноокисляемое органическое вещество.

Водопроводный осадок имеет агрохимические свойства, позволяющие относить его к сапропелям: достаточное содержание органического вещества, азота, фосфора, калия, благоприятный диапазон рН, однако характеризуется неблагоприятными агрофизическими свойствами (отсутствие почвенной структуры, неблагоприятный водно-воздушный режим для семян и корней, способность растрескиваться при высыхании и т.п.). Поэтому возможность использовать в зеленом хозяйстве появляется только в смеси с другими грунтами. Водопроводный осадок, являясь источником доступного для растений питания, стимулирует микробиологическое разложение торфа, что увеличивает содержание питательных веществ в почвогрунте, поддерживая его на необходимом уровне несколько лет без добавления минеральных удобрений. Осадок содержит значительное количество солей и гидроксидов алюминия, обладающих амфотерными свойствами, что позволяет почвогрунту проявлять высокую буферность по отношению к высоко кислотным или высоко щелочным поверхностным водам городской среды. Безвредность внесения осадков в почвогрунты объясняется отсутствием в них солей тяжелых металлов и органических токсикантов.

По содержанию токсичных элементов, пестицидов, радионуклидов, 3,4 бенз(а)пирена, нефтепродуктов водопроводный осадок соответствует требованиям ГН 2.1.7.020-094, ГН 2.1.7.2042-06, ГН 2.1.7.2041-06, а также удовлетворяет требованиям СанПиН 2.1.17.1287-03 «Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почв». Типичный состав водопроводного осадка Восточной станции водоподготовки приведен в таблице 1. 

Показатели биологической загрязненности водопроводного осадка представлены в таблице 2.

Эффективная удельная активность (А_эфф) естественных (природных) радионуклидов в водопроводном осадке не превышает контрольных уровней (370 Бк/кг, по СанПиН 2.6.1.2523-09), удельная активность техногенных радионуклидов (А_Cs/45+A_Sr/30)=0,13<1,0 (согласно Постановлению Правительства Москвы от 27.07.2004 г. №511-ПП в редакции от 09.08.2005 г. №594-ПП, от 27.11.2007 г. №1018-ПП, от 08.09.2009 г. №973-ПП, от 08.12.2009 г. №340-ПП, от 09.02.2010 г. №110-ПП от 25.10.2011 г. №507-ПП (таблица 3).

В Инженерно-технологическом центре ОАО "Мосводоканал" в течение последних 10 лет проводились научно-исследовательские работы по почвенной утилизации водопроводного осадка. Состав почвогрунта (50% торфа, 35% водопроводного осадка, 15% песка) подбирался на основании многочисленных лабораторных и полевых опытов на площадках Инженерно-технологического центра и в Ульяновском совхозе декоративного садоводства (Московская обл.). Эксперименты показали, что смешение водопроводного осадка Восточной станции водоподготовки с торфом и песком позволяет подготовить плодородный почвогрунт, близкий по составу и свойствам к натуральной почве.

Полученные почвогрунты были испытаны в вегетационных опытах на базе Инженерно-технологического центра ОАО "Мосводоканал" и Ульяновского совхоза декоративного садоводства (Мосзеленхоз) (Рисунки 1, 2). Рис 1. Испытание почвогрунтов в вегетационных опытах. Рис 2. Промышленные опыты по созданию почвогрунтов.

Почвогрунт готовится следующим образом (рис.3). На бетонную поверхность с площадки хранения исходных компонентов в соответствие с рецептурой перемещаются торф, водопроводный осадок и песок в суммарном объеме 30 м³. Перемешивание смеси исходных материалов осуществляется фронтальным погрузчиком с навесным ковшом путем многократного (не менее 20 раз) захвата и опрокидывания смеси. Рис 3. Площадка производства почвогрунта.

Перемешивание осуществляется до полного смешения исходных материалов, полнота смешения определяется визуально. Перемешивание и дробление почвогрунта, полученного после первичного перемешивания исходных материалов, осуществляется путем его пропускания через ковшовую дробилку ALLU DS 3-23, установленную на фронтальном погрузчике. Затем уже готовый почвогрунт перемещается на площадку хранения.

Готовый почвогрунт обладает высоким плодородием, что неоднократно подтверждалось в вегетационных опытах с различными культурами (газонные злаки, цветочные и древесные культуры), имеет привлекательный для потребителя внешний вид. Утилизация в составе 1 м³ почвогрунта 0,35 м³ водопроводного осадка делает производство экономически выгодным и экологически рациональным для ОАО "Мосводоканал". Почвогрунт сбалансирован по элементам минерального питания и гранулометрическому составу. В составе почвогрунта содержится 17-20% органического вещества; 0,4-0,6% общего азота; 200-250 мг/кг подвижного калия (по K₂O); 100-150 мг/кг подвижного фосфора (по P₂O₅); 15-17% частиц размером менее 0,01 мм. По химическому и санитарно-эпидемиологическому состоянию почвогрунт соответствует требованиям ГН 2.1.7.020-094, ГН 2.1.7.2042-06, ГН 2.1.7, СанПиН 2.1.17.1287-03, Московской системы добровольной сертификации "Экологичные почвогрунты" (сертификат соответствия № 0157). Рис. 4. Примеры использования почвогрунтов в зеленом хозяйстве г.Москвы.

Почвогрунт на основе водопроводного осадка используется для создания и ремонта газонов, озеленения дорожных откосов (рис.4). Почвогрунт может быть востребован для выращивания декоративных растений и древесных культур, применяться в озеленении различных территорий – спортивных и детских площадок, зон рекреации. Почвогрунт расширяет ассортимент растительных питательных грунтов, применяемых в г. Москве, обладает высокими противоэррозионными свойствами, а также высокой буферностью по отношению к неблагоприятным условиям городской среды. Использование почвогрунта на основе водопроводного осадка способствует оздоровлению природной среды столицы и позволит сделать наш город еще более зелёным и благоустроенным.

ВЫВОДЫ

• В ОАО "Мосводоканал" налажено производство почвогрунта с использованием осадка станции водоподготовки в качестве одного из исходных компонентов. Водопроводный осадок определяет плодородие, структурообразующие и влагоудерживающие свойства почвогрунта.
• Почвогрунт соответствует требованиям ГН 2.1.7.020-094, ГН 2.1.7.2042-06, ГН 2.1.7, СанПиН 2.1.17.1287-03, имеет сертификат соответствия (№ 0157) Московской системы добровольной сертификации "Экологичные почвогрунты" и может использоваться в растениеводстве, садоводстве, цветоводстве, лесном и городском хозяйствах, на приусадебных участках.
• Технология производства почвогрунтов внедрена в городское хозяйство и является эффективным решением проблемы загрязненных и деградированных городских почв.

Сергей Кочин, заместитель генерального директора по инвестиционной политике;

Евгений Шушкевич, заместитель генерального директора – начальник Управления водоснабжения;

Михаил Козлов, начальник Управления новой техники и технологий;

Александр Гаврилин, начальник инженерно – технологического центра Управления новой техники и технологий;

Геннадий Колбасов, главный специалист отделения водоподготовки инженерно-технологического центра Управления новой техники и технологий;

Кирилл Звягин, заместитель директора - главный инженер Восточной станции водоподготовки;

Юлия Дмитриева, начальник отдела Восточной станции водоподготовки.

ОАО «Мосводоканал».

Опубликовано: ВодаMagazine, №6, 2014 г.