ЭКиП № 1. ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАБОТА О ПРИРОДНЫХ РЕСУРСАХ
Человечество в своей жизнедеятельности базируется на трех природных ресурсах — вода, воздух и энергия. Забота о восстановлении качества этих ресурсов после их потребления не вызывает сомнений. Если о переходе на возобновляемые виды энергии люди задумались только в последнее время, то об очистке использованной воды известно уже пару веков. Отношение к воде всегда было трепетным и в разработку технологий, инженерных решений, научных изысканий по ее очистке вложен большой потенциал знаний и навыков.
Водоподготовка и биотехнологическая переработка — базовый метод, применяемый на очистных сооружениях почти во всех крупных городах мира. Только небольшое количество приморских городов просто сбрасывает собственные сточные воды в море-океан.
Современные очистные сооружения позволяют получить два продукта — чистую воду, пригодную для повторного использования, и иловые осадки, в которые превратились загрязнители воды. По данным Global Water Intelligence, общий ежегодный объем иловых осадков в мире превышает 4 млрд т. В России их количество достигает 100 млн т/год. Чтобы понять масштабность этой проблемы в нашей стране, можно представить 1,7 млн железнодорожных цистерн, заполненных активным и дурнопахнущим веществом, которые ежегодно выстраивались бы в цепочку, занимающую пути от Москвы до Владивостока и обратно. В состав иловых осадков входит широкий набор органических и неорганических соединений, включая токсичные вещества и патогенные болезнетворные микроорганизмы.
Переработка иловых осадков в настоящее время, пожалуй, одна из самых актуальных задач в области экологии.
Утилизация иловых осадков в большинстве стран заключается в их захоронении. Для этого необходимо создавать специальные сооружения со сроком эксплуатации 100–150 лет, которые должны быть ремонтопригодны и находиться под постоянным контролем. Кроме того, складирование отходов влечет за собой отчуждение больших площадей муниципальных земель, что является проблемой с учетом роста городов. Другое возможное решение — применение осадков в качестве удобрений в сельском хозяйстве. Однако ввиду переменного состава и токсичности самих иловых осадков в большинстве стран мира их использование в исходном виде ограничено или запрещено, а дополнительная переработка делает данный подход довольно затратным.
Набирающий популярность способ переработки иловых осадков сточных вод — получение из них биогаза. Но для России, с ее относительно холодным климатом, данный способ не перспективен. Кроме того, распространенным методом утилизации иловых осадков является их термическая переработка. Однако главным барьером для этих технологий становятся жесткие экологические требования по газовым выбросам, поскольку при термическом воздействии образуются такие токсичные вещества, как CO, оксиды серы и азота, диоксины, бензапирены и др. Доведение состава отходящих газов до уровня современных экологических нормативов требует сложных и дорогостоящих технологий очистки, которые, в большинстве случаев, сопоставимы по стоимости с ценой основного термического оборудования. В России существуют единичные примеры установок сжигания иловых осадков и все они расположены на площадках предприятия "Водо канал Санкт-Петербурга". В период с 1997 по 2007 гг. по зарубежным технологиям построено три дорогостоящих завода по высокотемпературному сжиганию иловых осадков в кипящем слое инертного материала.
Дальнейшего развития такой термический метод переработки иловых осадков не получил — дорого, сложно, энергозатратно. Но появление новых вызовов для человечества неизбежно порождает научно-техническую активность в этой области и стимулирует новаторские решения этих задач. Для преодоления недостатков термического метода переработки иловых осадков необходимо сократить энергозатраты, снизить температуру, исключить образование газообразных загрязнителей. В химической промышленности подобные задачи всегда решаются с помощью каталитических технологий. По этому пути решили пойти и российские разработчики нового способа переработки иловых осадков на АО "ОмскВодоканал". Соз данная им установка позволяет перерабатывать до 50 тыс. т в год обезвоженных до влажности 75 % иловых осадков. При влажности осадка около 75 % установка дает возможность сжигать иловые осадки без затрат топлива только за счет собственной теплотворной способности. Само сжигание протекает при низких температурах в аппарате с кипящим слоем катализатора. Данная отечественная технология (одна из очень немногих) включена в 2020 г. Федеральным агентством по техническому регулированию в Перечень наилучших доступных технологий (НДТ) по утилизации и обезвреживанию отходов.
Какие же выводы можно сделать из всего изложенного? Во-первых, нужно уметь ставить масштабные научные и инженерные задачи в области экологии, так как они всегда востребованы в мировом сообществе. Во-вторых, следует опираться на потенциал российских ученых и инженеров и не опасаться строить первые установки, которые еще никто не создавал. Недостатки первых установок преодолеваются в последующих. Значительные экологические достижения обычно начинаются с малого.
А.С. Носков
Зам. директора по научной работе
ФИЦ "Институт катализа
им. Г.К. Борескова СО РАН",
д-р техн. наук, профессор,
главный редактор журнала ЭКиП
В.А. Яковлев
Руководитель Инжинирингового
центра ФИЦ "Институт катализа
им. Г.К. Борескова СО РАН",
д-р. хим. наук