Повышение эффективности биотехнологического процесса очистки коммунальных сточных вод

Река Иртыш по величине бассейна относится к числу крупных рек Евразии. Она является одним из важных жизненных ресурсов для трёх стран: Казахстана, России и Китая. От качества вод Иртыша зависит состояние экономики и здоровья определённых территорий этих государств. Ухудшение состава вод Иртыша представляет серьёзную опасность как потенциальный источник загрязнения вод Мирового океана, т.к. река Иртыш является притоком реки Обь, впадающей в Северный Ледовитый Океан.

Восточный Казахстан имеет ярко выраженную специализацию в отраслях горнодобывающей, металлургической, атомной и энергетической промышленности, которая определена структурой народнохозяйственного комплекса области. Промышленность составляет более 62% экономики. Некоторые металлургические комплексы расположены в г. Усть-Каменогорске. Все загрязняющие вещества с газообразными, жидкими и твёрдыми отходами от промышленных предприятий (а также бывшего Семипалатинского ядерного полигона) неизбежно попадают в речную сеть Иртышского бассейна, почву, атмосферу, нанося экологический ущерб, как биоценозам, так и населению области.

На основании данных научных исследований, статистики и экспертных оценок специалистов выявлены приоритетные экологические проблемы Восточно-Казахстанской области, для решения которых необходима разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий.

Предприятие «УК водоканал», который работает в условиях двукратной перегрузки, входит в один из источников загрязнения реки. Следовательно, возникает острейшая проблема повышения степени очистки городских коммунальных сточных вод, которые сбрасываются в природные воды. На «УК водоканале» проверялась возможность применения современной инновационной технологии, которая успешно внедрена для возрождения рек Рейна и Волги. Эта технология используется на МГУП «Мосводоканал», на ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» и ряде других городов России. При этом мы преследовали цель повышения степени механической и биологической очистки коммунальных сточных вод на различных стадиях за счёт применения флокулянтов марки «Praestol» и нового оборудования, а также определения эффективности технологии в экологических условиях г. Усть-Каменогорска.

Нами были проведены научно-исследовательские работы и опытно-промышленные испытания на «УК водоканал» в летне-осенний период. Работы проводились совместно со специалистами России, Германии, Казахстана, при поддержке руководства областной администрации, территориального управления охраны окружающей среды, «УК водоканала». «УК водоканал» работает в условиях перегрузки и не в состоянии качественно очистить весь объём поступающих коммунальных сточных вод города. Технология очистных сооружений города рассчитана на 70- 75 тыс. м³/сутки, а фактический объём достигает 120-160 тыс. м³/сутки. Для решения этой проблемы предложена инновационная технология с использованием флокулянтов, которые ранее не применялись в процессе осаждения и очистки коммунальных сточных вод от механических минеральных и органических частиц вплоть до коллоидного размера.

Методы. От ООО «Штокхаузен Евразия» (Германия-Россия, г. Москва) были получены ноу-хау, методические материалы по использованию флокулянтов, сами реагенты марки «Praestol» в большом ассортименте и с широким спектром действия, а также оборудование для экспресс-лаборатории. Проведено обучение специалистов с выездом в Россию и Германию. К выполнению работ была привлечена фирма «Alldos Dosiertechnik» (Германия, г. Карлсруэ), которая поставила необходимое оборудование для приготовления и дозирования растворов флокулянтов и обеззараживающих реагентов для очистки и повышения безопасности коммунальных, промышленных, бассейновых и питьевой воды.

В нашем регионе сточные воды загрязнены цветными, тяжёлыми редкоземельными металлами и их солями. На долю предприятия «УК водоканал» объём сброса сточных вод достигает 6744тыс м³/год, по взвешенным веществам – 2635 т/год, а по БПК_n – более 1000 т/год. Впервые проведены совместная техническая экспертиза этого предприятия и выполнены инжиниринговые работы. Это позволило установить болевые точки технологии, к которым относятся стадии первичного и вторичного отстоя. Все физико-химические и биологические анализы проводились сотрудниками лаборатории «УК водоканал» по стандартным методикам, гостированным для биоочистных сооружений Республики Казахстан. Отбор проб воды брался на различных соответствующих стадиях первичного и вторичного отстоя, до и после аэротенков, в условиях действующего предприятия. Время полного осаждения механических осадков в контрольных пробах сточных вод колеблется от 30 до 120 минут, как и в реальных отстойниках в течение суток.

В лабораторно-исследовательских условиях были определены оптимальные марки и концентрации флокулянтов на различных стадиях очистки сточных вод. Показано, что в присутствии катионных марок флокулянтов (К44ВС и К50ВС) в количестве концентраций, равных 1-4 ррm, время процесса механического осаждения осадков соответствовало приблизительно 1 - 5 минутам, т.е. длительность процесса ускорялась в десятки раз независимо от времени отбора проб в течение суток.

Результаты и обсуждение. В ходе опытно-промышленных испытаний нами выбраны стадии процесса. При использовании флокулянтов наблюдалось на выходе снижение показателей ХПК, БПК₅ на 25-60%, взвешенных веществ – на 80-90%, нитратов – на 30-60%, аммонийного азота – на 15-30%. При осаждении за счёт анионных и катионных свойств реагента органический осадок захватывает значительное количество цветных и тяжёлых металлов, что улучшает химические показатели сточных вод. При этом качество воды, сбрасываемой в Иртыш, соответствует стандартным нормам для вод рыбохозяйственного назначения. Гидробиологический анализ вод и осадков показал, что доза ила по весу и объёму стабильна, а физиологическое состояние гидробионтов удовлетворительное. Возрастает вертикальная скорость осаждения осадков, что позволяет на стадиях первичного и вторичного отстоя очистных сооружений с аэротенками повысить пропускную способность по горизонтали. После отстойников без стадии фильтрации 95%-ный водный шлам активного ила выводится на лагунные карты очистных сооружений в черте города и подвергается естественному осушению.

Известно, что в мире нет другой отрасли хозяйства, которую можно было бы сравнить с горнодобывающей, металлургической и ядерной промышленностью по силе негативного воздействия на окружающую среду. «УК водоканал» был выбран в качестве экспериментальной площадки для дальнейшего внедрения очистки различных типов промышленных и коммунальных вод перед сбросом их в природную водную среду.

Из-за значительной площади акватории Иртышского бассейна под техногенным воздействием оказываются большинство экосистем области. Иртыш протекает через многие заповедники, заказники, национальные парки и реликтовые сосновые леса. Из-за сложившейся экологически неблагоприятной обстановки наносится невосполнимый урон не только территории данного региона, но и возникает отрицательное влияние на глобальное состояние биосферы Земли.

В связи с этим Казахстанско-Американский Свободный Университет (г. Усть-Каменогорск) считает целесообразным разработку дальнейшего корпоративного проекта, который направлен на охрану окружающей среды и природных ресурсов в бассейне реки Иртыш на территории Восточного Казахстана. Для этого необходимо привлечь отечественных и зарубежных специалистов, правительства трансграничных государств (Казахстана, России и Китая) и наиболее экономически развитых государств Европы (Германии) и Америки (США). Международное партнёрство будет способствовать проведению объективной эколого-технологической экспертизы промышленных предприятий региона, предложению и разработке более чистых современных технологий повышения экологической безопасности очистки любых типов сточных вод, сбрасываемых в бассейн реки. Для этого необходимо проведение информационного поиска и пропаганда экологических, экономических, правовых знаний среди населения через СМИ и Интернет. Многообразие форм диалога и сотрудничества на различных общественно-государственных уровнях приведёт к повышению единства и социальной активности общества, соединит усилия исполнительной власти и промышленных предприятий в решении экологических проблем региона. Мониторинг качества вод с целью непрерывного обновления информации о физико-химическом состоянии бассейна реки Иртыш даст объективную оценку деятельности предприятий промышленности и коммунального хозяйства, определит выбор инновационных технологий (Германии, России или других стран) для снижения влияния техногенных факторов на окружающую среду.

Итоги. В силу исторически и экономически сложившихся обстоятельств Иртыш используется для водозабора питьевой воды и водоотведения промышленных и коммунальных стоков всеми населёнными пунктами, расположенными вдоль реки и её притоков. Проведённые испытания по применению флокулянтов на очистных сооружениях «УК водоканала» позволяют сделать следующие выводы:

1. В процессе работы по улучшению качества химической и биологической очистки сточных вод на стадиях первичного и вторичного отстоя были определены оптимальные флокулянты марки «Praestol» и их концентрации. Использование новой технологии даёт экологический и экономический эффекты при сокращении расходов сопутствующих реагентов и исключении стадии доочистки.

2. Полученный опыт даёт возможность рекомендовать распространение его на другие промышленные и коммунальные очистные сооружения для возврата чистой воды в оборотные процессы или окружающую среду.

3. В будущем с целью ликвидации лагунных карт в черте города необходимо внедрение стадии фильтрации иловых осадков с применением флокулянтов. Активный ил с влажностью примерно 40% можно рекомендовать использовать непосредственно в качестве органического удобрения для обогащения почв бескрайних глинистых степей Казахстана для формирования поверхностного чернозёмного слоя.