Как устроена очистка сточных вод в мегаполисах Санкт-Петербург и Барселона – сравнительный анализ

Елена Гретчина - ср, 24/11/2021 - 18:43

 

Очистка канализационных стоков – одна из ключевых тем в вопросах качества воды, которой занимаются «Друзья Балтики». Именно канализационные стоки являются второй после сельскохозяйственных стоков причиной эвтрофирования Балтийского моря. 97% акватории Балтики эвтрофировано – обильно цветут сине-зелёные водоросли, что вызывает дефицит кислорода, ухудшает условия жизни водных обитателей. Для решения этой проблемы важно в том числе строить качественные очистные сооружения как в крупных городах, так и в небольших населённых пунктах.  Еще одна важная экологическая проблема Балтики и Мирового океана в целом – морской мусор и микропластик. Пластиковый мусор поступает в море с неочищенными стоками, загрязняя его, разрушаясь до микропластика – частиц размером менее 0,5 мм, сорбирующих на своей поверхности токсиканты и попадающих в пищевую цепь. По оценкам 2015-го года, 40 т микропластика ежегодно выносится в Балтику только от смыва косметических средств в канализацию.  Мы регулярно рассказываем о том, как очищать бытовые стоки в частных домах и малых населённых пунктах, как предотвращать поступление микропластика в водные объекты. О том, как устроена очистка стоков в мегаполисах – мы расскажем в данной статье на примере двух объектов – очистных сооружений в Санкт-Петербурге и, для сравнения, в Барселоне. 

Чтобы подробно изучить технологию очистки сточных вод нашего города, эксперты «Друзей Балтики» побывали на Юго-Западных очистных сооружениях (ЮЗОС). Ранее, в 2020 году, экспертке нашей организации удалось побывать на канализационных очистных сооружениях Barcelona Baix Llobregat WWTP г. Барселоны (Испания). Барселона располагается на побережье Средиземного моря, которому также свойственна проблема эвтрофирования и морского мусора. Общая годовая нагрузка пластика, поступающего в Средиземное море, составляет приблизительно 17 600 тонн, из которых 3760 тонн в настоящее время — в воде. Из общего числа 84% мусора попадает на пляжи, а остальные 16% попадает в толщу воды или на морское дно. Очистные сооружения обоих городов сходны по мощности и основным методам очистки, но есть и существенные различия.

НЕМНОГО ИСТОРИИ

ЮЗОС – это последние из трех самых крупных очистных сооружений города, введенные в эксплуатацию 22 сентября 2005 года, что позволило увеличить степень очистки сточных вод города, подведомственных ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» с 67 % до 85% (сейчас степень очистки стоков составляет 99,5%). Новые очистные были построены при активной поддержке северных стран по самым современным технологиям, чтобы соответствовать требованиям ХЕЛКОМ по защите Балтийского моря от поступления биогенов - азота и фосфора. ЮЗОС принимают стоки Красносельского, Кировского районов города, частично Петродворцового района и ближайших пригородов. Проектная мощность ЮЗОС – 330 тыс. м3 в сутки. Фактическая – 290 тыс. м3 в сутки. Очистные занимают территорию в 40 га, санитарно-защитная зона составляет 220 м. 

ЮЗОС
Вид на устройства механической очистки на ЮЗОС

Очистные сооружения Баш-Льобрегат расположены в одноимённом районе в Испании в провинции Барселона. Население провинции – 5,2 млн. чел., что схоже с населением нашего города. Это одни из 7 очистных сооружений провинции и одни из самых больших очистных сооружений в Европе. Проектная мощность данных очистных 400 тыс. м3 в сутки, фактически они работают на 70% от заявленной мощности. 

Баш-Льобрегат
Вид на аэротенки на очистных сооружениях Баш-Льобрегат. Слева - река Льобрегат

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД НА ЮЗОС

Сточные воды на ЮЗОС приходят по коллектору диаметром 2 м, расположенному на глубине 45 м. Стоки проходят механическую, биологическую очистку и обеззараживание. 

Механическая очистка проходит в несколько этапов. Вначале стоки поступают на решётки с ячейками 8 см, что позволяет удержать крупный мусор, попадающий в канализацию как из наших домов, так и с ливневыми стоками. Среди мусора особенно заметны пластиковые изделия – влажные салфетки, гигиенические прокладки и тампоны, ватные палочки, обрывки пакетов. Всё это говорит об уровне экологической культуры жителей города – смывать пластиковые изделия в унитаз нельзя. Мусор с решеток собирается в контейнер объемом 0,7 м3, затем вывозится на захоронение.

Механическая очистка.Этап 1.
Ватные палочки, влажные салфетки и прочий одноразовый пластик, задерживаемый на ЮЗОС

Далее стоки поступают на решётки с ячейками 6 мм, что позволяет задержать более мелкий мусор. Всё также здесь встречаются ватные палочки, обрывки пакетов. На станции есть мини-музей «Наши приплываши», в котором представлены интересные находки из канализации – сотовые телефоны, мячики, детские машинки и другие вещи, попадающие в том числе с ливневыми стоками. 

Стоки, очищенные от основного мусора, поступают в песколовки. Это устройства глубиной 5 м, в них под действием силы тяжести оседают частицы песка. Также добавляется кислород для того, чтобы органика отлипала от песка, так как в дальнейшем органика необходима для функционирования активного ила. Песок собирается в приямок при помощи специальных скребков, затем откачивается и обезвоживается. После проверки химического состава идёт на промышленное применение.

Песколовки
Песколовки

Финальная стадия механической очистки – прохождение 12 первичных отстойников. В них для лучшего удаления фосфора добавляется сернокислый алюминий -  применяется химическое осаждение фосфора в процессе коагуляции. Образуются нерастворимые соединения с фосфатами и выводятся из системы. 

После механической стадии вода направляется на биологическую очистку в аэротенках с помощью активного ила. В нём содержатся 18-20 видов микроорганизмов, которые поглощают азот, фосфор, углерод и другие компоненты органических соединений. Ил был завезён с других очистных в небольших количествах и стал активно размножаться за счёт поступления органики и непрерывной подачи воздуха. Затем вода поступает на вторичные отстойники для удаления активного ила. В них установлены зубчатые водосливы для насыщения воды кислородом, чтобы неосаждённый активный ил не погибал, а далее продолжал расщеплять остаточные органические соединения. Финально вода поступает на обеззараживание с помощью ультрафиолетового излучения.

Аэротенки
Аэротенки

Сточные воды очищаются по азоту общему до 8 мг/л, фосфору общему до 0,5 мг/л, взвешенным частицам до 6,7 мг/л, что соответствует требованиям ХЕЛКОМ по охране Балтийского моря. По азоту общему очистка даже выше требований в 10 мг/л.  Также качество воды на выходе контролируют с помощью биоиндикации -  по физиологическим характеристикам раков, которым комфортно живётся только в чистой воде. Очищенная вода проходит 4,9 км до Финского залива и еще 4 км по трубе с оголовками для рассеивания по дну моря. Качество воды контролируют также выше и ниже по течению от сброса – производят пробоотбор на корабле.

СЖИГАНИЕ ИЛОВОГО ОСАДКА

Плотный утрамбованный ил из аэротенков поступает на завод сжигания илового осадка, построенный на ЮЗОС в 2007 году. Такая же технология применяется на других станция очистки сточных вод Петербурга. Иловый осадок вначале обезвоживается в центрифугах, куда для этой цели добавляется флокулянт, откаченная жидкость отправляется на первый этап очистки. Обезвоженный осадок сжигается в печах, за счёт органики происходит непрерывное горение. Объем осадка уменьшается в 10 раз, на выходе образуется зола красного цвета за счёт наличия железа. Зола вывозится на полигоны Северный и Волхонка. На заводе установлена система улавливания газов. А также для проверки качества очистки газов применяется биоиндикация с помощью африканских улиток – проверяется их сердцебиение и другие характеристики. Фильтры мокрой очистки моются. Остальные фильтры не требуют чистки. 1 раз в год происходит строгий контроль газов на содержание диоксинов и прочих веществ. 

Температура в печи - 800 градусов, затем газы охлаждаются до 230 градусов, пар на выходе имеет температуру в 70 градусов. Отходящее тепло идёт на обогрев ЮЗОС.

Завод сжигания иловых осадков
Завод сжигания илового осадка

КОММЕНТАРИЙ ДРУЗЕЙ БАЛТИКИ

Лучшим вариантом для использования активного ила могло бы быть применение его в качестве удобрения на сельскохозяйственных полях. Однако из-за того, что в активном иле накапливаются тяжёлые металлы, микропластик и прочие вещества из стоков общесплавной канализации, такое использование при данной технологии очистки небезопасно. Напоминаем всем читателям, имеющим индивидуальные дома, что в них с помощью сухих туалетов возможно организовать переработку туалетных стоков в качественное и экологически безопасное удобрение.

Компостирование и анаэробное сбраживание илового осадка, по данным ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», пока не является экономически целесообразным. Для компостирования требуются большие площади, так как процесс длительный – более года, а также большая проблема будет заключаться в реализации компоста в таком количестве. Анаэробное сбраживание не исключает необходимости последующего процесса сжигания или захоронения на полигонах, как происходит в Москве, а также неэффективно экономически из-за отсутствия стимулирования внедрения зелёных технологий.

Однако и сжигание не является экологически безопасной технологией, до конца не изучается химический состав иловых осадков, золы из них и выделяемых в воздух веществ, возможные удобрения уничтожаются.  

ОЧИСТКА СТОКОВ В БАШ-ЛЬОБРЕГАТ

Сточные воды на Барселонских очистных Баш-Льобрегат также вначале проходят механическую и биологическую стадии очистки. На механической стадии используются решётки с размером ячеек 10 см, песколовки и маслоудалители, отстойники, задерживающие мусор, песок, масляную плёнку. На биологической стадии происходит расщепление азота и фосфора в аэротенках при помощи активного ила и химического высвобождения фосфора. 

Далее в результате дополнительных стадий водоподготовки получают воду трех разных качеств: 1 - для промышленного использования, 2 - для использования в сельском хозяйстве, 3 – для возвращения в реку и водно-болотные угодья и в нагнетательные скважины для защиты водоносного горизонта в дельте реки Льобрегат.

Для промышленного использования стоки проходят этап инфильтрации в прудах-отстойниках. Для получения воды второго качества и использования в сельском хозяйстве после инфильтрации добавляется стадия флокуляции. Около 50 тыс. м3 стоков в сутки проходят данную стадию.

Около 50% очищенных стоков достигают третьего качества. Для этого стоки подвергаются микрофильтрации через круговые полимерные микрофильтры с ячейками 10 мкм. Затем проходят стадию электродиализа, ультрафильтрацию через мембраны с ячейками 0,2 мкм и осмос. Финальная стадия аналогична ЮЗОС – ультрафиолетовое обеззараживание. 

Микрофильтрация
Микрофильтрация
Фильтры с ячейками 10 мкм
Фильтры с ячейками 10 мкм

Вода 3-го качества подается по трубопроводу на 10-20 км выше по течению реки Льобрегат и сбрасывается в реку. 50% воды 3-го качества направляется в нагнетательные скважины для защиты водоносного горизонта питьевой воды Барселоны от проникновения морской воды. Эта уникальная технология для Европы с 2007 года впервые опробована в Барселоне и даёт хорошие результаты по защите подземных вод. Барселона и пригороды используют воду для питья из водоносного горизонта, расположенного в дельте реки Льобрегат, в месте впадения реки в Средиземное море – под пластом морской воды. Водоносный горизонт состоит из песка и гравия и легко проницаем для солёной воды. Регулярный мониторинг качества воды подтверждает снижение содержания солей в питьевой воде.

Вода 3-его качества
Вода третьего качества
Льобрегат
Вид с очистных Баш-Льобрегат на устье реки Льобрегат - впадает в Средиземное море

Иловый осадок в Баш-Льобрегат также сжигается. 40% выработанной электроэнергии используется для работы очистных сооружений. Зола используется для изготовления кирпичей и других конструкционных материалов, часть илового осадка используется в сельском хозяйстве. 

В будущем данные очистные планируют преобразовать в "биофабрику" с моделью циклической экономики. 

УДАЛЕНИЕ МИКРОПЛАСТИКА

Оба очистных сооружения являются примером современных высококлассных очистных и используют схожие технологии. Но на очистных Баш-Льобрегат перед сбросом воды в водные объекты добавляется фильтрация с ячейками до 0,2 мкм, что является важным условиям для задержки микропластика до 0,2 мкм. При этом на Барселонских очистных вода 2 качества не проходит такую очистку и используется в сельском хозяйстве. Осадок от сжигания, как и на ЮЗОС, и на любых других очистных содержит токсиканты, тяжёлые металлы, продукты сжигания микропластика, поэтому его использование в сельском хозяйстве является компромиссным. В идеальном варианте осадок должен содержать только натуральные компоненты из туалетных стоков. Однако это проблематично организовать в крупных городах. Для начала важно отделять ливневые стоки от канализационных, что уже делается в новых районах Санкт-Петербурга. Также, по данным ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», на новых очистных п. Молодёжный для биологической очистки установлены биомембраны с ячейками 0,2 мкм вместо аэротенков, что также должно способствовать улавливанию микропластика.

Тем не менее, по данным ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», в настоящее время продолжается поиск новых эффективных и экономически целесообразных решений для очистки поверхностных сточных вод, доочистки сточных вод, утилизации осадка сточных вод, удаления запаха и использования золы и осадка.