Автор: D. Fytili, A. Zabaniotou
Автор перевода: А. А. Зуб
Широко признано, что интерес к экологическим проблемам постоянно растет. В то же время экологические проблемы постепенно расширяются с помощью концепций, таких как устойчивое развитие, что подразумевает не только экологические, но и экономические и социальные проблемы. Обработка осадка сточных вод является одной из наиболее значительных проблем в управлении сточными водами. Осадок сточных вод рассматривается как остаток, образующийся в процессе очистки сточных вод, в ходе которого выделяются жидкость и твердые вещества. Жидкость сбрасывается в водную среду, в то время как твердые вещества удаляются для дальнейшей обработки и окончательного удаления. Осадок является самым большим по объему, поэтому его методы обработки и методы удаления являются предметом большой озабоченности. Без надежного способа утилизации для ила фактическая концепция защиты водной среды будет испорчена.
В Европе сухой остаток осадка сточных вод на душу населения в результате первичной, вторичной и даже третичной обработки составляет в среднем 90 г на человека в день. Внедрение Директивы по очистке сточных вод (УВВТД) (91) / 271 / EEC) приводит к 50 % - ному увеличению образования ила ежегодно, то есть 10 млн. тонн в год. Указанная Директива была введена с целью улучшения качества водной среды путем очистки городских сточных вод до ее выпуска. В то же время она устраняет возможные неблагоприятные последствия, при которых происходят такие сбросы. Основная идея Директивы заключается в том, чтобы призвать все государства ЕС использовать вторичную очистку сточных вод.
Вышеупомянутые аргументы приводят к выводу о значительном увеличении образования ила. Это является главным недостатком, который требует дальнейшего изучения обработки осадка. Количество образованного осадка в ограниченном масштабе зависит от эффективности обработки, в то время как качество осадка сильно зависит от первоначального загрязнения обработанного продукта, а также от технических и конструктивных особенностей процесса очистки сточных вод.
Законодательство ЕС в отношении осадков сточных вод.
Ряд директив по обращению с отходами был одобрен Европейским союзом следующим образом:
1) В начале 1975 года директива об отходах требовала от государств-членов управления отходами путем поощрения предотвращения и экологически безопасного удаления;
2) Директива по осадкам сточных вод (86 / 278 / EEC) стремится поощрять использование осадков в сельском хозяйстве. В то же время он регулирует его использование таким образом, чтобы предотвратить любое потенциальное неблагоприятное воздействие на почву, растительность, животных и людей. Согласно вышеуказанному принципу, использование необработанного ила в сельском хозяйстве запрещено, если только оно не инъецировано или не включено в почву. Кроме того, в соответствии с термином «обработанный осадок» определяется осадок сточных вод, который «подвергся биологическому, химическому или термическому воздействию, долговременному хранению или любому другому соответствующему процессу, чтобы значительно уменьшить его способность к брожению и опасности для здоровья, возникающие в результате его использования»;
3) В директиве об опасных отходах в 1991 году были установлены правила обращения с такими видами отходов;
4) В Директиву о городских сточных водах (91/271 / EEC) были внесены поправки в (98/15 / ЕС), которые прилагаются к 2005 году и устанавливают больше строгие стандарты качества сточных вод. Основная статья Директивы по очистке городских сточных вод, касающейся осадка, - это статья 14, в которой говорится, что «осадок, возникающий при обработке сточных вод, должен использоваться, когда это необходимо»;
5) Целью Европейского союза является сокращение конечного удаления отходов на 50% к 2050 году. Для этого он разработал стратегию, определяющую следующие приоритеты: (a) предотвращение отходов; (б) утилизация отходов, их повторное использование, рециркуляция и извлечение энергии; (в) улучшение условий лечения; (г) регулирование транспорта.
Характеристика осадков сточных вод.
Осадок, образующийся в процессе очистки сточных вод, представляет собой остаток, образующийся при первичной (физической или химической), вторичной (биологической) и третичной (дополнительной вторичной, часто питательной) обработке. Осадок, образующийся в процессе очистки сточных вод, обычно является жидким или шламообразным веществом, концентрация твёрдых веществ, содержащихся в осадке, составляет 0,25-12% по массе. Твердая фракция колеблется между вышеуказанными пределами из-за различных методов и эффективности обработки осадка.
Источники твердых веществ в установке для обработки осадка варьируются в зависимости от типа установки и способа ее эксплуатации. Очевидно, что для обработки и утилизации осадка, образующегося на очистных сооружениях, важно знать характеристики обрабатываемого осадка. Типичный химический состав и свойства необработанного осадка зависят от качества поступающей воды. Следует отметить, что многие химические компоненты, в том числе питательные вещества, важны при рассмотрении окончательного удаления обработанного шлама и жидкости, удаляемой из осадка во время обработки. Согласно Меткалфу и Эдди, контроль уровня рН, щелочности и содержания органической кислоты является важным параметром в процессе анаэробного сбраживания. Кроме того, содержание тяжелых металлов, пестицидов и углеводородов также необходимо определить, когда осадок сточных вод должен сжигаться на равнинной территории. Наконец, энергетическое (тепловое) содержание осадка является значительным, когда рассматриваются термические процессы (газификацИя, пиролиз, сжигание, мокрое окисление).
Извлекаемость тяжелых металлов в шламе.
Из-за физико-химических процессов, которые происходят в процессе обработки сточных вод, осадок имеет тенденцию накапливать тяжелые металлы, существующие в стоках. Тяжелые металлы, такие как цинк (Zn), медь (Cu), никель ( Ni), кадмий (Cd), свинец (Pb), ртуть (Hg) и хром (Cr) являются основными элементами, ограничивающими использование осадка для сельскохозяйственных целей. Их потенциальное накопление в тканях человека и биомассификации через пищевую цепь создает проблемы как для здоровья человека, так и для экологии. Мобильность тяжёлых металлов, их биодоступность и связанная с ними экотоксичность растений сильно зависят от их конкретных химических форм или способов связывания. Концентрации тяжелых металлов в осадках сточных вод могут сильно различаться в зависимости от происхождения осадка.
Во всем мире проводится экспериментальная работа по определению экстрагируемых тяжёлых металлов в осадке для оценки биодоступной фракции металла и потенциальной мобильности металлов из загрязненного осадка. За последние десятилетия было разработано большое количество экстракций, как простых, так и последовательных, хотя некоторые методы широко использовались, ни одна из них не была безоговорочно принята наукой сообщества. Характерно, что, хотя существует широкий спектр процедур, которые могут быть использованы, их результаты не сопоставимы, поскольку они представляют значимые вариации, которые зависят от метода извлечения.
Вышеупомянутые аргументы приводят к выводу о значительном увеличении образования ила. Это является главным недостатком, который требует дальнейшего изучения обработки осадка. Количество образованного осадка в ограниченном масштабе зависит от эффективности обработки, в то время как качество осадка сильно зависит от первоначального загрязнения обработанного продукта, а также от технических и конструктивных особенностей процесса очистки сточных вод.
Фуентес и другие исследователи, провели экспериментальные работы по четырем параллельным образованиям осадка от различной обработки сточных вод и которые впоследствии были стабилизированы по-разному: анаэробно, аэробно, в водохранилище для стабилизации отходов и осадок, который не был стабилизирован. Цель этой работы заключалась в установлении влияния метода стабилизации на подвижность тяжелых металлов, связанных с каждой фазой. Кроме того, концентрации тяжелых металлов определяли, с помощью как общей, так и диэтилентриаминен-тауксусной кислоты - экстрагируемую и водорастворимую фракцию. Следует отметить, что экстракция данной кислоты обеспечивает химическую оценку количества металлов, которые доступны для поглощения растений. Результаты показали, что все четыре типа осадка могут использоваться для внесения в почву как удобрения, из-за содержания в них высоко органических веществ и содержания в них азота, фосфора и калия, и поскольку концентрация тяжелых металлов в них не превышает допустимые нормативы. Однако анаэробно стабилизированный осадок не должен использоваться в сельскохозяйственных целях из-за его высокого содержания Cr. Нестабилизированный ил содержал самые высокие аккумуляции тяжелых металлов в наиболее легко усваиваемых фракциях (биодоступных, обменных и восстанавливаемых).
Обработка и удаление осадка на практике. Основные методы обработки осадков сточных вод.
Существуют различные варианты, доступные для обработки осадка. Лица, принимающие решения, должны оптимально сочетать следующие альтернативы, связанные с обработкой осадка, принимая во внимание все технические, экономические и экологические данные. Как обсуждалось выше, осадок образуется в первичных, вторичных и усовершенствованных процессах очистки сточных вод. Соответственно, он классифицируется в следующих категориях: первичный, вторичный и осадок, образующийся при передовой очистке сточных вод. Первичный ил состоит из отверждаемых твердых веществ, находящихся в сырой сточной воде; вторичный осадок состоит из биологических твердых веществ, а также дополнительных осаждаемых твердых веществ. Шлам, образующийся в передовых сточных водах, может состоять из хорошо устойчивых вирусов, тяжелых металлов, фосфористого азота.
На большой централизованной городской станции очистки сточных вод в Европе перед удалением муниципальный осадок необходимо обрабатывать для уничтожения бактерий, вирусов и органических загрязняющих веществ. Типичный процесс обработки осадка может состоять из следующих этапов:
1) предварительная обработка (скрининг, измельчение);
2) первичное уплотнение (гравитация, флотация, дренаж, пояс, центрифуги);
3) стабилизация жидкого осадка (анаэробное расщепление, аэробное переваривание, добавление извести );
4) вторичное уплотнение (гравитация, флотация, дренаж, лента, центрифуги);
5) кондиционирование (элюция, химическая, термическая);
6) отвод воды (ленточный пресс, центрифуга, сушильный слой);
7) окончательная обработка (компостирование, добавление реагентов, сжигание, мокрое окисление, пиролиз, дезинфекция);
8) хранение (жидкий осадок, сухой осадок, компост, зола);
9) транспортировка (дорога, трубопровод, море);
10) конечный пункт назначения (земельный участок, сельское хозяйство, земледелие, землепользование, другие виды использования).
Таким образом, в настоящем документе были рассмотрены нынешние и будущие направления обработки осадка сточных вод в Европейском союзе, с учетом всех проблем управления сточными водами в глобальном масштабе. В большинстве случаев осадок сточных вод, образующийся во время муниципальной обработки, используется в сельском хозяйстве или утилизируется в наземных пластах путем сжигания.
Однако существуют и другие факторы, ограничивающие эти варианты, такие как накопление нежелательных веществ для осадка (например, тяжелых металлов, патогенов и органических загрязнителей), которые потенциально переносятся в пищевую цепь. Поэтому использование осадка в производстве сельскохозяйственной продукции все чаще рассматривается как несовместимое направление его обработки.
Существует множество движущих сил для поиска альтернативных технологий утилизации осадка сточных вод. Все перечисленные выше вопросы указывают на важность тщательного изучения этих новых тенденций в обработке осадка сточных вод.