CC BY
29
УДК 628.385 Доц. В.М. Жук, канд. техн. наук; доц. 1.Ю. Попадюк,
канд. техн. наук; доц. О.В. Вербовський, канд. техн. наук -
НУ "Львiвська nолiтехнiка"
АНАЛ13 ДОСВ1ДУ АНАЕРОБНОГО ЗБРОДЖУВАННЯ ОСАД1В СТ1ЧНИХ ВОД У КОНТЕКСТ1 ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ НА ЛЬВ1ВСЬКИХ КАНАЛ1ЗАЦ1ЙНИХ ОЧИСНИХ СПОРУДАХ
Наведено аналiз перспектив будшництва метантенкiв на Львшських кан^за-цiйних очисних спорудах згiдно з проектом, виконаним шведською компанieю "Абанор АБ". Проаналiзовано закладенi в проект технiчнi показники та виконано 1х поршняння зi сучасними аналогами. Окреслено ризики реалiзацil проекту з урахуванням мiсцевих умов. Для перевiрки ефективност процесу термофiльного анаеробного зброджування осащв стiчних вод на Львiвських КОС запропоновано виконати натурнi експеримен-тальш дослiдження на пiлотнiй установцi - фiзичнiй моделi метантенка.
Ключовг слова: осади сйчних вод, анаеробне зброджування, метантенк.
Вступ. У багатьох крашах свiту важливим елементом схеми утилiзацil осадiв стiчних вод на каналiзацiйних очисних спорудах (КОС) е iх анаеробне зброджування у метантенках. Основними перевагами використання метантен-кiв е забезпечення високого ступеня стабiлiзацii осаду, зменшення пiсля зброджування масовоi витрати сухо! речовини осаду та отримання корисного кшце-вого продукту - бюгазу з високим вмктом метану. Позитивними особливостя-ми процесу анаеробного бродшня осадш стiчних вод е низька потреба в бюген-них елементах та повна ввдсутшсть подачi кисню [1, 6, 7].
Разом з тим, для ефективно! роботи метантенкiв потрiбнi iстотнi затра-ти енергп для пiдiгрiву осадiв до робочо! температури бродiння, перемту-вання осадiв i на компенсацда тепловтрат вiд споруди. Процеси анаеробного бродшня ввдбуваються значно повiльнiше за аеробну стабiлiзацiю, що потре-буе значних об'емiв споруд. Негативний вплив на роботу метантенкiв мають шдвищеш концентрацii в осадах катiонiв лужних i лужноземельних металiв, iонiв амошю, сульфiдiв, iонiв важких металiв i токсичних органiчних речо-вин. Зазначеш вище особливостi процесiв анаеробного зброджування осадiв вимагають перед впровадженням цього методу детального вивчення та аналь зу складу осадiв стiчних вод на конкретних КОС, ретельно!' перевiрки енерге-тичного балансу з урахуванням характеристик осадiв, прийнято! технологii зброджування, конструктивних параметрiв метантенкiв i мкцевих кшматич-них умов.
Сьогоднi на бшьшосп КОС в УкраЫ основним методом оброблення осадiв стiчних вод е !х зневоднення на мулових майданчиках. Досвiд експлуата-цп мулових майданчиюв свiдчить, що здебiльшого вони функцюнують недос-татньо ефективно. Незалежно вiд типу грунту, його пори швидко кольматують-ся i не можуть фшьтрувати мулову воду, внаслвдок чого тдсушування забезпе-чуеться переважно поверхневим випаровуванням. Муловi майданчики потребу-ють видiлення великих площ зе)М та спричиняють негативний вплив як на грунтовi води, так i на вiдкритi водойми та повггряний басейн. Перегниваючи,
Науковий вкпик НЛТУ Украши. - 2015. - Вип. 25.10
осад видшяе гази i леткi речовини неприемного запаху, вш мiстить багато патогенно!' мжрофлори, поверхнево-активних речовин, важких метал1в тощо.
За результатами н^зу, проблеми з упровадженням бiогазових технологш на КОС в Украíнi були зумовлеш передуем економiчними факторами: високою каптгальною вартiстю цих споруд та ввдносно низькою вартiстю природного газу та шших енергоносiíв. Чинний нормативний документ у галузi каналiзацií [2] ре-комендуе розглядати анаеробне зброджування осад1в стiчних вод як один з найдоцшьшших з екологiчного погляду методiв оброблення, особливо для КОС великих мкт з навантаженням понад 300 тис. еквшалентних мешканщв.
Мета роботи - проаналiзувати свiтовий досвщ використання анаеробно-го зброджування осадiв стiчних вод у контекстi перспективи застосування цього методу на Львiвських каналiзацiйних очисних спорудах.
Виклад основного матерiалу. У Львовi функцiонують мкью КОС пов-ного механiчного та бюлопчного очищения iз загальною проектною продуктив-нiстю 490 тис. м3/добу. Особливiстю технологiчноí схеми на Львiвських КОС е те, що надлишковий активний мул iз вторинних ввдстшниюв направляеться в первиннi вiдстiйники для покращення в них процесу осадження. Сумiш сирого осаду та надлишкового активного мулу, що ввдшяеться у первинних ввдстшни-ках, подаеться в мулоущшьнювач, i далi - на центрифуги. Мехашчно зневодне-ний осад перюдично вивозиться автотранспортом на iснуючi муловi майданчи-ки. Площа мулових майданчиюв на Льв1вських КОС на початок 2015 р. переви-щувала 22 га. Враховуючи вологий клшат Львова, переповнення мулових майданчик1в, а також вщсутнкть вiльних площ для !х розширення, тдсушуван-ня осаду на мулових майданчиках е низько ефективним, що вимагае змiни шд-ходiв до утилiзацií осадiв на Львiвських КОС.
Шведська компания ЛЬапог АВ у 2014 р. вщ iм. СБРР пiдготовила техш-ко-економiчне обгрунтування (ТЕО) проекту реконструкцií Львiвських КОС-1 та буд1вництво станцií виробництва бiогазу у Львовi [5], що грунтуеться на дос-лiджениях, яю виконали шведська консультацiйна агенщя 8ШБСО (щодо бюга-зово1 станцií) та украшська компанiя ТЕКОС (iз реконструкцп КОС-1).
Згiдно з ТЕО, фактичний середнiй добовий притiк стiчних вод на Львiвськi КОС прийнято таким, що дорiвнюе 400 тис. м3/добу, середня витрата сумiшi осад1в - 3 тис. м3/добу за íх середньоí вологостi 96 %, що становить 120 т сухоí речовини осаду на добу. Передбачаеться будiвництво двох метан-тенк1в об'емом по 15 тис. м3 кожен. Застосовуватиметься термофшьне зброджування осадiв за температури 53-57 оС; тривалiсть бродшня - 10 дiб. Прогнозо-ваний об'ем утворення бiогазу - 42 тис. м3/добу, iз вмiстом метану близько 65 %, що становить 27 тис. м3/добу. Внаслiдок розрахунку енергетичного балансу бiогазовоí станцц, виконаного в ТЕО за розширеним методом, отримано, що в зимовий перюд кiлькiсть надлишковоí теплово1 енергп вiдповiдае потуж-ностi 1,2 МВт, а в лггшй перюд - 2,1 МВт. Зпдно з ТЕО, це дасть змогу ком-пенсувати ва затрати енергií, пов'язаш з роботою бiогазовоí станцп, а також отримати додатково надлишкову електроенергда - приблизно 35 млн кВт/год на рк [5].
2. Еколо™ та довкiлля
163
Лiтературний огляд засввдчив, що 06rpyHT0BaHi до встановлення на Львiвських КОС метантенки з робочим об'емом 15 тис. м3 е одними з найбшь-ших у свiтовiй практицi. Для прикладу, на КОС Newtown Creek у Нью-Йорку, продуктивнкть яких за стчними водами становить близько 1170 тис. м3/добу, а за осадами - 5700 м3/добу, у 2008 р. було ре^зовано проект бюгазово'' станцii у складi восьми сталевих метантенкiв об'емом 11,4 тис. м3 кожний. Процес ана-еробного зброджування осаду реалiзyеться протягом 16 дiб у мезофшьному режим за Т= 36,7 оС.
Питомий вихщ бiогазy, а також вмкт метану в бiогазi, прийнятi в ТЕО, е близькими до максимально досяжних на практицi значень [1, 5]. Питомий вихвд бiогазy у проект прийнято 14 м3 (н.ум.) з 1 м3 осаду вологктю 96 %. Як показуе досввд експлуатацл метантенкiв у термофiльномy режиш, вихiд бiогазy становить у середньому 8-10 м3 (н.ум.) з 1 м3 осаду [5]. При цьому зпдно з вимогами п. 10.7.7 чинного в УкраШ ДБН [2], вмкт сухо'' речовини в осадах, що надхо-дять на аеробне зброджування, повинен бути не менший шж 5 %.
Потрiбно зазначити, що перевагу вiддано термофшьному режиму з метою мiнiмiзацii робочого об'ему метантенкiв та, ввдповвдно, каштально'' вартос-тi бюгазово! станцц. З iншого боку, попередне ущшьнення осадiв перед надхо-дженням 1'х у метантенки, може дозволити реалiзyвати на бiогазовiй станцц бшьш економiчний з погляду експлyатацiйних витрат мезофшьний процес [9].
Перед виконанням робочого проекту потрiбно максимально детально проаналiзyвати можливi ризики, пов'язанi з реалiзацiею проекту бюгазово'' станцл на Львшських КОС. Враховуючи, що у Львовi фyнкцiонyе загальнос-плавна система водоввдведення, добовий притiк стiчних вод на КОС ктотно за-лежить вДд кiлькостi та тривалостi атмосферних ошдДв; вiдповiдно змiнюеться концентращя забруднювальних речовин у стiчних водах та в осадах, що може мати вплив на параметри роботи метантенюв. 1стотний вплив на перебiг проце-су анаеробного бродiння може мати наявнкть в осадах нафтопродyктiв, СПАР, юшв важких металiв чи шших специфiчних забруднень, характерних для ви-робничих стiчних вод мiста. Вщкритим залишаеться питання щодо кшцево'' yтилiзацil осадiв на Львiвських КОС у схемi з 1'х анаеробною обробкою в метан-тенках. Це потребуе виконання комплексу фiзико-хiмiчних, теплофiзичних та м^обюлопчних характеристик зброджених осадiв.
Найоптимальшшим способом перевiрки ефективностi процесу анаеробного бродшня осадiв стiчних вод на конкретних КОС е виконання систематич-них натурних експериментальних дослвджень на пiлотнiй yстановцi - фiзичнiй моделi метантенка. Це дасть змогу в режиш реального часу ввдслвдковувати параметри роботи метантенка, моделювати вплив шкiдливих факторiв, ввдпрацьо-вувати оптимальш технологiчнi режими роботи метантенкш з урахуванням на-явних мкцевих особливостей.
Натурне експериментальне дослiдження процесу анаеробного бродшня на шлотнш установщ матиме iстотне значения для усшшно! реалiзацil проекту бюгазово'' станцп на Львiвських КОС, а також у контекст запровадження ще1 технологи на КОС шших великих мкт Украши.
Науковий вкпик НЛТ У Украши. - 2015. - Вип. 25.10
Лiтература
1. Гюнтер Л.И. Метантенки / Л.И. Гюнтер, Гольдфарб Л.Л. - М. : Изд-во "Стройиздат", 1991. - 128 с.
2. ДБН В.2.5-75:2013. Каналiзацiя. Зовншш мережi та споруди. Основш положена проек-тування. - К. : Вид-во "Мшрегюн Украши", 2013. - 128 с.
3. Кевбрина М.В. Опыт использования метантенков, генерации энергии и повышения энергоэффективности МГУП "Мосводоканал" / М.В. Кевбрина // Энергосовет : электронный журнал. - М. : Изд-во "Меркури", 2013. - № 1 (26). - С. 26-29.
4. Курю Ю.В. Математична модель роботи бюгазово'! установки / Ю.В. Курю // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит : сб. науч. тр. - 2010. - № 8. - С. 41-44.
5. Проект реконструкЦ'! очисних споруд та будшництво станщ! виробництва бюгазу у м. Львовi / Поновлення ТЕО. Номер контракту еБРР: C29880/SWUK-2014-09-04. - АБАНОР АБ, 2014. - 105 с.
6. Шаманський С.Й. Енергоефективна та екологiчно безпечна технологiя стабшзащ! осадш стчних вод ашашдприемств / С.Й. Шаманський, С.В. Бойченко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - Сер.: Энергосберегающие технологии и оборудование. - 2015. - № 5/8 (77). - С. 39-45.
7. Яковлев С.В. Канализация : учебник [для студ. ВУЗов] / С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, А.И. Жуков, С.К. Колобанов. - М. : Изд-во "Стройиздат", 1975. - 632 с.
8. McCarty P.L. Anaerobic waste treatment fundamentals. Part one. / P.L. McCarty // Public Works. - 1964. - Vol. 95, No. 9. - Pp. 107-112.
9. Puchajda B. Impact of sludge thickening on energy recovery from anaerobic digestion / B. Puc-hajda, J. Oleszkiewicz // Water Sci Technology. - 2008. - Vol. 57(3). - Pp. 395-401.
10. [Electronic resource]. - Mode of access http://www.nyc.gov/html/dep/html/environmental_ education/newtown_digesters.shtml
Жук В.М., Попадюк И.Ю., Вербовский О.В. Анализ опыта анаэробного сбраживания осадков сточных вод в контексте его применения на Львовских канализационных очистных сооружениях
Приведен анализ перспектив строительства метантенков на Львовских канализационных очистных сооружениях согласно проекту, выполненному шведской компанией "Абанор АБ". Проанализированы заложенные в проекте технические показатели и выполнено их сравнение с современными аналогами. Определены риски реализации проекта с учетом местных условий. Для проверки эффективности процесса термофильного анаэробного сбраживания осадков сточных вод на Львовских КОС предложено выполнить натурные экспериментальные исследования на пилотной установке - физической модели метантенка.
Ключевые слова: осадки сточных вод, анаэробное сбраживание, метантенк.
Zhuk V.M., Popadyuk I. Y., Verbovsky O. V. The Analysis of the Experience of Anaerobic Digestion of Sewage Sludge in the Context of its Application at Lviv Wastewater Treatment Plants
The analysis of prospects for the construction of the sludge digesters at Lviv wastewater treatment plant according to the project, fulfilled by Swedish company "Abanor AB", is presented. Proposed design characteristics are analysed and compared with modern analogues. Some risks of the project implementation were evaluated, taking into account local conditions. Full-scale experimental studies at pilot plant - physical model of the sludge digester are substantiated to verify the effectiveness of thermophilic anaerobic digestion of sewage sludge at Lviv wastewater treatment plant.
Keywords: sewage sludge, anaerobic digestion, wastewater treatment plant.
2. Еколо™ та довкшля
165
