Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции "Оптимизация обращения с отходами производства и потребления"-2003
(Ярославль, 15-16 апреля 2003 г.):

Комплексное решение проблем по разработке и внедрению современных технологий рекультивации территорий и иловых площадок с возвращением выведенных из оборота земель

Храменков Станислав Владимирович, генеральный директор МГП "Мосводоканал";
Пахомов Анатолий Николаевич, первый заместитель генерального директора МГП "Мосводоканал"; Ганин Андрей Владимирович, начальник отдела обработки осадка МГП "Мосводоканал" (Москва)

Москва — поистине гигантский мегаполис и по своему функциональному воздействию на окружающую среду не имеет себе равных в Европе. Ежегодно в Столице образуется до 26 млн.т различных промышленных и бытовых отходов. Обеспечить нормативные экологические требования в условиях жизнедеятельности промышленно развитого города можно исключительно на базе использования современных достижений в области науки и техники.

Канализационная система Москвы, по своему функциональному назначению, является природоохранным комплексом, обеспечивающим экологическую и санитарно-эпидемиологическую безопасность населения. Доминирующей проблемой, оказывающей наиболее негативное воздействие на окружающую среду, является проблема переработки и утилизации осадков. Сегодня площадь обслуживания канализационной сети города составляет 1200 км2. Более 2,3 млрд. кубометров сточных вод ежегодно очищается на современных станциях аэрации, образуя свыше 11 млн.м3 осадков. Для их обработки, до недавнего времени, использовался традиционный для России метод естественной сушки на грунтовых иловых площадках, для чего в Москве и ближайшем Подмосковье было отведено 1500 га земельных территорий. Однако, по своей сути эти сооружения являлись накопителями осадка, так как не была решена задача его последующей утилизации. К середине 1985 г. создалась критическая ситуация. На иловых площадках накопилось порядка 25 млн.м3 осадка и свободных территорий явно не хватало. Кроме того, в черте города на территории свыше 800 га было накоплено порядка 15 млн.м3 осадка. Воздействие иловых площадок с накоплением осадков городских сточных вод на окружающую среду принял угрожающий характер. Специально проведенные исследования экологической обстановки иловых площадок, расположенных в черте города, показали высокую степень загрязнения атмосферы и грунтовых вод в результате эмиссии целого ряда химических элементов, содержащихся в осадке. Высокое содержание тяжелых металлов прослеживается в нескольких геологических горизонтах. При этом существенную роль баланса подземных вод составляет инфильтрат с иловых площадок. Помимо инфильтрационного воздействия на грунтовые воды, на территории иловых площадок образовывались значительные количества поверхностных вод, загрязненных макро и микроэлементами, которые попадали в р. Москву.

Таким образом, санитарно-эпидемиологическое и экологическое состояние города требовало незамедлительного решения вопроса рекультивации иловых площадок в черте города с возможностью параллельного решения задачи жилищного строительства в Столице. Реализация комплекса инженерных мероприятий по возврату выведенных из оборота земель в черте города помимо экологического эффекта имеет высокую экономическую и социальную значимость. Поэтому решение поставленной задачи могло быть только комплексным. Осадок должен быть удален, переработан и безопасно утилизирован, а освобожденная территория рекультивирована под жилищное строительство или другое рациональное использование. В зависимости от задач последующего использования должна решаться и задача утилизации осадка. Его можно либо депонировать в специально построенном полигоне, либо использовать в качестве рекультиванта при возвращении в землеоборот иловых площадок.

Анализ мероприятий, выполняемых ведущими зарубежными странами в этом направлении, показал, недостаток опыта в решении подобных задач. Отсутствие значительных свободных территорий потребовало развитие в основном индустриальных методов переработки осадка. Кроме того, высокие требования к защите поверхностных и подземных вод не допускают использование иловых площадок на естественном основании без создания специальных защитных экранов. Обезвоженный же осадок, в зависимости от местных условий, в основном сжигается, депонируется в специальных полигонах или используется в сельском хозяйстве. Проблема рекультивации иловых площадок с переработкой накопленных на них осадков, в таких масштабах как в московском регионе, нигде не ставилась и опыта практического внедрения не имеет.

Основой для решения этой важнейшей экологической проблемы города стала разработка комплексного решения, обеспечивающего переработку и безопасную утилизацию осадков городских сточных вод с поэтапной рекультивацией существующих иловых площадок и рациональным использованием возвращенных территорий. Для решения поставленной задачи требовалось разработать и оптимизировать следующие этапы единой технологической системы:

• Удаление осадка с существующих территорий иловых площадок с целью их последующей рекультивации.
• Подготовка удаленного осадка к обезвоживанию с использованием индустриальных технологий.
• Кондиционирование осадков высокоэффективными, экологически безопасными реагентами с целью улучшения его водоотдающих свойств.
• Индустриальная переработка осадка, позволяющая максимально уменьшить его объем и получить консистенцию, оптимальную для использования обезвоженного осадка в качестве рекультиванта.
• Утилизация осадка с использованием территории существующих иловых площадок с целью их последующей рекультивации и возможностью повторного использования в землеобороте региона.

Рассмотрим эти этапы более подробно и определим целесообразность и правильность принятого решения.

Для подготовки экологически чистой территории требуется убрать осадок с иловых площадок и провести необходимые мероприятия в зависимости от задач ее последующего использования. Вследствие значительной глубины иловых площадок (до 6 м) и низкой текучести удаляемого осадка (влажность до 87%), традиционная схема организации работ экскаватора невозможна. В целях обеспечения движения осадка в рабочую зону экскаватора была разработана оригинальная технология "отжима" осадка песчаным грунтом. Песок, имея большую, при поэтапной фронтальной отсыпке, способен выдавливать осадок. "Надвигаемый" таким образом на экскаватор осадок может быть удален практически полностью. При этом, за счет инфильтрации влаги в песчаный грунт, происходит снижение влажности удаляемого осадка на 3–5%. Используемый песок, вследствие незначительных загрязнений, либо остается на месте и используется в планировочных решениях, либо повторно применяется для "отжима" в следующей карте. Разработанная технология производства работ обеспечивает снижение влажности осадка до 82%, оптимизирует работу экскаваторов при заборе осадка иловых карт и обеспечивает его полное удаление. Качество работ проверяется контрольным бурением.

Удаляемый с рекультивируемых территорий иловых площадок осадок, имеет в своем составе большое количество посторонних включений (песок, камни, растительность). Это отрицательно сказывается на работе аппаратов механического обезвоживания, снижая их надежность и экономичность. Однако удалить эти примеси из осадка такой консистенции практически невозможно. Было предложено снизить концентрацию сухого вещества в обрабатываемых осадках с 18% до 5%, провести гидравлическую сортировку осадка и подать его на обезвоживание. Принимая во внимание необходимость проведения работ в полевых условиях и переработку больших объемов осадка, было предложено использовать гидромеханизированные сооружения на специально подготовленном естественном основании. Была разработана технологическая схема земляных сооружений и механического оборудования, позволяющая провести разведение осадка технической водой до необходимой концентрации, классифицировать и уплотнить осадок с целью оптимизации работы аппаратов механического обезвоживания. Для этих целей был использован каскадный метод классификации осадка с использованием плавучих земснарядов, оборудованных подобранными рабочими органами. Специально разработанный профиль земляных сооружений позволяет в 3-х каскадах удалять различную фракцию посторонних включений. В приемной карте снижается концентрация завозимого осадка, и происходит удаление крупных включений. В лотках гидросортировки удаляется крупный песок. В карте уплотнителе задерживается песок мелкой фракции и достигается концентрация осадка, оптимальная для работы аппаратов механического обезвоживания. Земснаряды осуществляют перекачку осадка из приемной карты и карты уплотнителя. Свободная вода с карты уплотнителя подается насосами на разбавление исходного осадка. Разработанная технологическая схема и подобранное аппаратное обеспечение, оптимальны для решения поставленной задачи.

Прежде чем обезвоживать осадок, необходимо провести его кондиционирование. Традиционная для России технология кондиционирования осадка - это использование минеральных реагентов. Однако этот метод имеет низкую эффективность, высокую коррозионную активность, загрязненность рабочей среды и высокую долю внесения балластных веществ в обрабатываемый осадок (до 40% по сухому веществу). Проведенные пилотные и промышленные испытания высокомолекулярных органических реагентов (флокулянтов) показали их значительное преимущество. Высокая эффективность флокулянтов, широкий спектр действия и практически мгновенная реакция, позволяют использовать их с аппаратами механического обезвоживания различных конструкций. В целях максимального использования преимуществ реагентов нового поколения, на базе "Пермского завода им С.М. Кирова" совместно с МГП "Мосводоканал" была разработана и внедрена технология отечественного производства флокулянта. При организации производства использованы отечественные разработки биологического синтеза исходного мономера — акриламида. По своим параметрам эти разработки превосходят свои зарубежные аналоги, как по активности протекания процесса, так и по концентрации получаемого акриламида. Этот процесс характеризуется низкой энергоемкостью, прост в аппаратурном оформлении и безопасен с экологической точки зрения. Использование процесса ленточной полимеризации делает процесс производства флокулянтов стабильным по качеству и легко перенастраиваемым. На сегодня синтезированы и исследованы новые отечественные ионогенные сополимеры акриламида различного назначения, максимально адаптированные к обезвоживанию осадков городских сточных вод. Производственные мощности позволяют ежегодно выпускать до 7000 т порошкообразного флокулянта 98% активности.

Не менее важной задачей был выбор технологии индустриальной переработки осадка. На базе анализа научно-технической информации, применительно к осадкам московских станций аэрации, были определены наиболее оптимальные аппараты механического обезвоживания: фильтр-прессы, центрифуги и ленточные фильтр-прессы. Критериями для выбора наиболее надежных и экономически оправданных технических решений были заложены конечная влажность обезвоженного осадка, качество фильтрата, расход реагентов и электроэнергии. Промышленные испытания этих аппаратов на реальных осадках городских сточных вод показали преимущество камерных фильтр-прессов.

Для обеспечения оптимальной работы камерных фильтр-прессов была разработана технологическая схема, включающая в себя:

• систему приготовления и дозирования порошкообразного флокулянта;
• узел подачи осадка, оснащенный регулируемыми эксцентрикошнековыми насосами;
• система управляемого смешения флокулянта с обрабатываемым осадком;
• узел механического обезвоживания — собственно мембранные фильтр-прессы;
• комплект приборов и арматуры для обеспечения работы оборудования в автоматическом режиме;
• компьютерная система автоматического управления технологическим процессом обезвоживания.

В процессе опытной эксплуатации отдельные этапы этой технологической схемы были доработаны и улучшены как с технической точки зрения, так и с точки зрения оптимизации проведения технологического процесса.

Сегодня можно констатировать, что используемый комплекс инженерного оборудования для обезвоживания осадков городских сточных вод является наиболее сбалансированным как с точки зрения аппаратурного обеспечения, так и с точки зрения используемых технологических решений. При этом максимально возможный конечный результат достигается с наименьшими эксплуатационными затратами.

Для утилизации обезвоженных осадков требуется специальное гидротехническое сооружение. В целях отработки технологии укладки и определения механических свойств обезвоженных осадков, были проведены промышленные исследования, позволяющие смоделировать устойчивость полигонов различных конструкций. Были испытаны полигоны как поверхностные, так и заглубленные с послойной укладкой осадка и с полным заполнением тела полигона обезвоженным осадком. Установлено, что при реконструкции иловых площадок станций аэрации с использованием обезвоженного осадка в качестве рекультиванта наиболее оптимальна однослойная укладка осадка. Сверху устраивается растительный слой, по которому производят посев трав или кустарников. Отвод фильтрата и дождевой воды из осадка производится как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении дренажем, устроенным по периметру карты. Дренажные воды направляются на очистку. Для устранения вредного влияния обезвоженных осадков на окружающую среду при рекультивации иловых площадок, производится экранирование их ложа. Защитные экраны выполняются из местных суглинков. Разработанная технология уплотнения грунтов естественной влажности обеспечивает формирование диспергационной структуры грунта, при которой достигается водопроницаемость в 10-100 раз выше, чем у грунта с ненарушенной флокуляционной структурой. Применение защитных экранов из местных суглинков вместо перемятой глины, полимерных пленок или асфальтобетона, рекомендуемых различными нормативными документами, позволило значительно сократить сроки и стоимость строительства. Применение такого способа захоронения обезвоженного илового осадка позволяет обеспечить нагрузку на полигон в 54000 м3/га, что практически в два раза выше нормы, установленной мировой практикой. При этом защитные свойства возводимых сооружений позволяют говорить об их экологической безопасности.

Таким образом, разработанные технические решения по переработке и утилизации осадка городских сточных вод, объединенные в общую технологическую схему, позволяют найти комплексное решение проблемы стабилизации экологического состояния Московского региона и вернуть в оборот значительные земельные территории, в настоящий момент занятые иловыми площадками. Такой комплексный подход позволил создать уникальные природоохранные комплексы на территории существующих иловых площадок. Это позволило: рекультивировать 800 га территории иловых площадок, расположенных в черте города с переработкой 15 млн.м3 осадков. На освобожденной территории возведен комплекс современного благоустроенного жилья общей площадью более 6 млн.м2, с необходимой социально-культурной инфраструктурой, в том числе 35 школ, 13 поликлиник, 9 спортивных сооружений. Сегодня на территории этого микрорайона проживает около 300 тыс. жителей.

Созданы природоохранные комплексы на иловых площадках, расположенных в Люберецком, Ленинском и Раменском районах Московской области. Их эксплуатация позволит поэтапно рекультивировать 540 га территорий иловых площадок с последующим использованием возвращенных земель.

Использование предложенной схемы, позволит в ближайшие 25–30 лет решить одну из острейших технических, социальных и экологических задач города - переработку и утилизацию осадков городских сточных вод с рекультивацией территорий существующих иловых площадок и возвращением их в землеоборот. Накопленный опыт создания природоохранных комплексов может быть использован для решения проблем обработки и размещения осадков не только станций аэрации г. Москвы, но и во многих крупных городах России.