Алтернативни технологии за справяне с утайки от ПСОВ

В официален документ на Министерството на околната среда и водите се признава, че някои от досегашните практики на управление на утайките от пречиствателни станции, включително традиционно използваните в нашата страна начини за обезвреждане, стават все по-неприемливи, докато други, като изгарянето в инсинератори за отпадъци, не са лесно достъпни, нито широко подкрепяни. Прави се и изводът, че само оползотворяването на утайките в земеделието е недостатъчна възможност в управлението им и следва да се търсят и други подходящи варианти. Политиката на ЕС по въпроса е чрез проекти с алтернативни технологии да се търсят бъдещи екологични и рентабилни решения, които отговарят на изискванията на законодателството и обществото.

Получените утайки от пречистване на отпадъчни води в ПСОВ може да се окажат сериозен проблем за околната среда. Те са благоприятна среда за интензивно развитие на патогенни бактерии и източник, от който замърсителите могат да се разпространят във въздуха, почвата и водните басейни. Именно затова задължително условие в преработката на утайките е тяхното стабилизиране, обеззаразяване, дезинфекция и минерализация на органичното вещество.

Състояние на управление на утайките у нас
Тенденцията през последните години е количеството на образуваните утайки от ПСОВ да се увеличава. Прогнозите са тя да продължи да се наблюдава и в бъдеще, в резултат на инвестициите в допълнителни пречиствателни съоръжения, съгласно изискванията на европейското и българското законодателство, свързано с опазването на околната среда. В същото време държавите-членки бяха задължени с Директива само до 2016г. да намалят депонирането на биоразградими отпадъци до 35% от общото им количество, образувано през 1995г. Следователно депонирането отдавна не се приема като устойчив подход в дългосрочен план при управление на утайките. Освен това, депонирането на утайки като начин за тяхното управление е приемливо само, ако бъдат спазени критериите на Решение на Съвета 2003/33/EО, което определя процедури за приемането на отпадъци на депа съгласно член 16 и Приложение II към Директива 1999/31/ЕО.

В момента използваните технологии за третиране на утайките в България са: анаеробно стабилизиране в метанкове; изгаряне и съвместно изгаряне с оползотворяване на енергията в циментови заводи и електрoцентрали; аеробно стабилизиране и компостиране в компостиращи инсталации. Оползотворяването на утайки от ПСОВ у нас е разпределено по следния начин - 29.78% в земеделието, 12.68% за рекултивация на нарушени терени, 1.55% за компостиране и останалите, повече от 55%, са неоползотворени и съхранени временно. Целите, към които се стремим във връзка с европейската и национална политика в областта на екологията, са рециклиране и оползотворяване на 60% от образуваните количества утайки до края на 2018г. и на 65% до края на 2020г.

Какво показва чуждият опит?
Държавите в ЕС използват голямо разнообразие от технологии за третиране на утайките, които имат директна и двупосочна връзка с основните начини за обезвреждането им в съответните страни. По отношение на стабилизирането на утайките се счита, че методите за разграждане (анаеробно или аеробно) са най-разпространеното решение в ЕС. В частност, анаеробното стабилизиране се смята за най-използвания метод в държавите-членки, докато аеробното разграждане се прилага предимно в регионите с по-малки съоръжения за пречистване на отпадъчни води. В тези места, също така, по-голямата част от утайките са подложени на анаеробно разграждане. Компостирането и химичното стабилизиране или стабилизирането с вар са с по-малко значение, въпреки че все още се използват в няколко държави. В повечето случаи се изисква вторично стабилизиране на компоста с цел постигaне на необходимите изисквания за хигиенизиране/обеззаразяване.

В някои от старите и новите държави–членки се използва дългосрочното съхранение. То представлява лесен и евтин метод за третиране на утайки, но изисква подходящ климат и големи площи. В повечето ПСОВ в ЕС се извършва обезводняване по механичен начин, вместо с изсушителни полета, които през последните години са предпочитан метод главно за по-малките ПСОВ и които все още се срещат в България. Преобладаващите техники за обезводняване са центрофугите и филтър пресите. Най-важният представител на иновационните технологии са шнековите преси. Термичното сушене и сушенето със слънчева енергия също имат своето място в повечето европейски държави. В момента всички страни от ЕС (с изключение на Люксембург) използват тази технология на първия етап от третирането на утайки в съоръженията за изгаряне.

През последните години изгарянето на утайки рязко се увеличи, но все още не е много разпространено в новите държави-членки на ЕС. За страните, които продължават да оползотворяват утайки в земеделието, Директивата относно утайките от пречистване на отпадъчни води определя периоди, когато разпространението на утайки върху земеделската земя е забранено, например когато се ползват пасищата или се събира реколтата. Тези периоди, постановени в националната законодателна уредба, варират при отделните държави-членки.

Посока на развитие
Влияние върху управлението на утайките ще окажат промените в политиката в областта на изменението на климата и енергията от възобновяеми източници. Най-вероятно депонирането на утайки ще бъде постепенно забранено вследствие на въведените от EC ограничения относно депонирането на органичните отпадъци и нарастващото нежелание за тяхното обезвреждане по този начин. Третирането на утайки посредством анаеробно разграждане, самостоятелно изгаряне или друг термичен процес, с цел производство на енергия, както и рециклирането на получената пепел ще привлекат по-голямо внимание.

Тук не трябва да забравяме и други предизвикателства, като например, че при директното оползотворяване на утайки в земеделието е възможно възникването на някои неудобства (емисии на миризми, възможни рискове за околната среда). От друга страна не бива да се забравя, че тази употреба зависи от земеделските стопани, които не са длъжни да приемат утайки, а и техните изисквания към качеството се променят според сезона. Броят на сега съществуващите акредитирани лаборатории за анализ на утайките поставя сериозни трудности пред по-нататъшното оползотворяване на утайки в земеделието в България.

Безкислородно изгаряне
Това е процес пиролиза, който се извършва при отсъствието на кислород, при високи, ултрависоки и по-ниски температури. Представлява алтернатива на кислородното изгаряне в инсинератори и съвместното изгаряне в електроцентрали и циментови заводи. По време на пиролизата се образуват пиролизен газ и твърд кокс. Утайките (обезводнени или изсушени) могат да бъдат съвместно третирани с части битови отпадъци. По принцип температурата по време на пиролизата е между 400°C и 700°C. При по-ниски температури (приблизително 250°C) в известна степен протичат и други реакции. Понякога този процес се нарича термично преобразуване на утайките.

Високотемпературна пиролиза
Пример за високотемпературна пиролиза е така нареченият процес Пиромекс (Pyromex). При него утайките се изсушават предварително с помощта на генерирания пирогаз при температури между 280-300°C, за да се получи 80% съдържание на сухо вещество. Образувалите се в резултат изпарения се пречистват с помощта на биофилтър и два мокри скрубера с цел намаляване на емисиите с неприятна миризма. Процесът се осъществява в камера, нагрята с индукция до 1200-1700°C при отсъствието на кислород. По този начин органичният материал се преобразува количествено в CO и богат на водород газ (газообразно гориво). В резултат на този процес се получават предимно неорганични остатъци.

Предимство тук е, че първоначалният материал почти напълно се превръща в продукти, годни за употреба, като остава много малка част отпадъци. Предизвикателство обаче са големите инвестиции и разходи, които се изискват за сложни пречиствателни технологии, за да могат да бъдат използвани продуктите.

Пиролиза при ултрависоки температури
За пиролиза при ултрависоки температури се използва специален реактор, устойчив на високи температури. Този процес вече се използва, когато дневното количество утайки е 10 тона сухо вещество. Висококалоричният пирогаз, който се получава от горните две технически схеми трябва да бъде пречистен от замърсители преди използването му в процеси за генериране на енергия, включително комбинирано генериране на топлина и енергия при горенето. Живакът е от съществено значение като замърсител и затова пирогазът трябва да бъде отведен за пречистване в скрубер.

Нискотемпературна пиролиза
При преобразуването на ниски температури протича термокаталичен процес при отсъствието на кислород, с атмосферно налягане и температури между 380-450°C. След охлаждане, газообразните вещества (до 35 %), които се отделят при този процес, се втечняват до вода, сол и вид нефт (с около 10% течни въглеводороди). Отделянето на тази смес се осъществява в кондензатор. Малка част некондензиращи се газове излитат. Останалата субстанция (приблизително 55 %) прилича на въглища и в нея се намират всички нелетливи вещества.

Газът може да се използва в самия процес за загряване на крекинг пещта. Нефтоподобната субстанция, която се получава, може да служи като горивен заместител в ПСОВ, а въглищната субстанция да бъде вторично гориво за сушенето на утайките или помощно филтърно вещество, използвано вместо активираните въглища в процеса на пречистване на отпадъчните води. Методът на преобразуването може да се приложи както за утайки, така и за други органични вещества, например органични отпадъци от домакинствата, маслодайни семена или животински субпродукти.

Мобилно изгаряне
Мобилният инсинератор представлява система за изгаряне, която е монтирана на ремарке. Обикновено с нея се третират различни видове отпадъци, включително и утайки. Пещта при най-новите модели се състои от главна горивна камера (първична камера) и пост-горивна камера (вторична камера). Автоматизирана горелка служи за загряването на горивната камера и зависи от калоричността на подадения материал. Основните две технологии, използвани в този тип инсинератори, са циркулиращ слой или въртяща се пещ (пиролиза). Температурите на горене, между 850°C и 1200°C в постгоривната камера, гарантират разграждане, което е безопасно за околната среда и емисии, които не надвишават предписаните норми.

На пазара се предлагат инсталации, които работят без пречистване на газовете, както и други, които имат суха пречиствателна система, отговаряща на европейските стандарти. Тази технология предлага гъвкавост. Може да се използва за различни видове отпадъци и на места, където количествата утайки са по-малки и не съществуват евтини алтернативи за тяхното обезвреждане. Предизвикателство е високата цена за третирана единица материал. Освен това, може да е трудно да се спазват ПДК на емисиите на вредни вещества от съоръжения, които не пречистват газовете.

Новости при биоразграждането - автоматизирано хемостатно третиране (АСТ)
Това е нов биологичен метод за третиране, който предотвратява проблема с натрупването на големи количества утайка. Хемостатната култура е техника за контрол на субстрата при непрекъснато култивиране. При тази технология хранителната среда е такава, че съдържа в излишък всички, с изключение на едно, хранителни вещества, важни за растежа. Това хранително вещество, което не е в излишък, ефективно определя скоростта, с която ще расте културата. Когато хемостатът е в истинско равновесие съществува баланс на масата в системата, т.е потока на хранителните вещества в средата е равен на потока, който напуска системата. Образуването на нова биомаса в културата е резултат от добавянето на пресни хранителни вещества и се балансира чрез загуба на биомаса през изхода, и съответно биомасата във ферментора остава постоянна.

Автоматизираното хемостатно третиране е ново, мощно, екологично решение за редица предизвикателства в пречиствателни станции за отпадъчни води. Процесът е гъвкав и лесно се интегрира, контролира се напълно автоматизирано и е значително по-ефективен от съществуващата практика. Резултатът от този процес е получаване на изхода на вода без утайка, която може да се върне директно в околната среда или да се използва отново в процеси.

Научните концепции зад ACT са прилагане на подходящ бактериален коктейл за даден вид замърсени води и иновативна хемостатна система. Процесът поддържа в балансирано състояние бактериалния растеж и разграждането на органичните съединения. Основна разлика с активната утайка при конвенционалните процеси е тази, че тук поради ниската концентрация на бактериални клетки, не се образуват агрегати, и всяка бактерия действа като една клетка. Това увеличава активната повърхност за протичане на процесите на разлагане и позволява биоразграждането да протича с много по-висока ефективност.

АСТ-реакторът работи с непрекъснат поток без да се използва активна утайка. Биореакторът може да се прилага на всяко място, като се използва наличната инфраструктура с висока степен на гъвкавост за модулиране на процесите, което драстично спестява експлоатационните разходи. Ползите от такава технология са значителни, тъй като тя намалява образуването на утайки и използването на химикали. Характерните за това решение гъвкавост и модулност дават възможност за действие с различни мощности и капацитети.

Новости при химичното третиране – процесът KemiCond
Процесът на KemiCond може да бъде разделен в три стъпки: подкисляване, окисление и флокулация. Основната идея е да се подобри обезводняването и отделянето на утайка. Подкисляването се прилага точно преди обезводняване чрез третиране на утайките от отпадни води със сярна киселина при рН под 5. Това предизвиква неорганичните соли, като железни фосфати и калциеви карбонати да се разтворят. Разтварянето на соли допринася за намаляване на обема на утайката.

Окислението се постига чрез добавяне на водороден пероксид (H2O2), който е силен окислител. В присъствието на различни преходни метали водородният пероксид се разлага на хидроксилни радикали. Високият окислителен потенциал на този радикал се използва за окисляване на железни йони от втора в трета валентност, които след това отново утаяват разтворения фосфор. Това улеснява обезводняването. Разтвореният калций се отстранява от утайката с филтрата и по този начин съдържанието на пепел в утайката се намалява.

Извънклетъчните полимерни вещества (EPS), произведени от микроорганизми, също се окисляват, което променя структурата на утайка. Тази нова структура прави утайките по-компактни и стабилни, таке че лесно да се транспортират и да са подходящи за други типове третиране по-нататък. Освен това, добавянето на водороден пероксид върши отлична работа за намаляване на миризмите, тъй като той окислява органични вещества, като меркаптани и сулфиди. Следва флокулация за сгъстяване, обезводняване и отделяне на утайката.