Воскресенские очистные сооружения канализации, цех нейтрализации и очистки промышленных и сточных вод (НиОПСВ) АО «Воскресенские минеральные удобрения» построены по традиционной схеме полной биологической очистки с доочисткой на фильтрах-биореакторах. Проектная производительность очистных сооружений 80 тыс. м³/сут. В настоящее время сточные воды поступают в количестве, не превышающем 60–70 тыс. м³/ сут. Это сточные воды городов Воскресенска, Егорьевска и их районов, а также стоки предприятий, расположенных на этих территориях.

Начиная с 1980-х годов на предприятии постоянно проводились работы по поиску путей утилизации накопленных осадков сточных вод (ОСВ) в виде органических удобрений. В 1990-х годах Московской сельскохозяйственной академией им. К. А. Тимирязева были выполнены экспериментальные лесопосадки с использованием ОСВ предприятия, которые показали высокую приживаемость и рост различных деревьев и кустарников на почвенном субстрате из ОСВ. В эти годы смесью осадков сточных вод была проведена рекультивация карьера, где проводилась добыча известняка для цементного завода. Обработка осадка осуществляется по технологической схеме, приведённой на рис. 1.

Схема обработки осадка

Часть сырого осадка, образующегося в первичных отстойниках, и избыточного активного ила обезвоживается на вакуум-фильтрах с использованием катионного флокулянта. Доза внесения флокулянта составляет 0,5–0,6 кг на тонну сухого вещества осадка. Осадок обезвоживается до влажности 74–76 %, а затем вывозится автомашинами на специальные площадки на бетонном основании площадью 8500 м² с целью стабилизации и обеззараживания.

Другая часть смеси осадков подаётся из резервуара-регулятора осадка насосом на иловые площадки накопители. Налив смеси сырого осадка и избыточного ила осуществляется на верхнюю (первую) карту одного из каскадов. Осадок разливается по карте и заполняет её объём до перелива, при этом взвешенные вещества в течение нескольких суток оседают, а смесь осадка, переливаясь через перепуски, поступает на вторую и последующие карты каскада, где происходит тот же процесс отстаивания осадка.

Таким образом, происходит заполнение четырёх карт каскада, пятая карта используется для сбора надиловой воды. Подсушивание осадка проводят на иловых площадках до влажности смеси, при которой возможна транспортировка осадка автотранспортом (обычно до массовой доли влажности 80–82 %). Осадок, подсушенный на иловых площадках, выгружается автопогрузчиком и вывозится автотранспортом на площадки обеззараживания и стабилизации осадка в естественных условиях. Площадки расположены на шестых по счету картах иловых площадок каждого из четырёх каскадов иловых площадок. На фото 1 представлена площадка после вывоза почвогрунта.

Иловая площадка после вывоза почвогрунта

На этих площадках осадок выдерживается от трёх до пяти лет. Время выдержки определяется скоростью процесса естественного обеззараживания осадка от бактериального загрязнения и яиц гельминтов. Осадок, обеззараженный и стабилизированный, по окончании срока стабилизации превращается в почвогрунт. Растительность на поверхности почвогрунта представлена сплошной стеной из лебеды раскидистой высотой 180– 200 см (фото 2). На фото 3 показана поверхность слоя почвогрунта на площадке после трёх лет стабилизации.

Растительность (лебеда раскидистая) на поверхности почвогрунта

Поверхность слоя почвогрунта на иловой площадке после трёх лет стабилизации

Непосредственно на поверхности почвогрунта, в затенённом пространстве, растительность представлена отделом моховидных. Высшая растительность представлена на площадках различными видами лебеды с развитой корневой системой, как хорошо видно на фото 4.

Почвогрунт имеет рыхлую, комковатую структуру, которая хорошо удерживает влагу, одновременно обеспечивает доступ кислорода к корням растений и почвенным микроорганизмам и служит хорошим субстратом для почвенных микроорганизмов. Структура почвогрунта представлена на фото 5.

Подготовка и повторное использование осадков сточных вод на очистных сооружениях Воскресенска. 11/2018. Фото 1

Далее образовавшийся почвогрунт вывозится для повторного использования для рекультивации нарушенных земель карьеров и промышленных полигонов — склада фосфогипса. Каждые три года указанные виды осадков проходят добровольную сертификацию в аккредитованных организациях на соответствие требованиям, предъявляемым к осадкам, используемым для рекультивации нарушенных земель. 

Перед вывозом партии осадка для повторного использования проводится исследование осадка на содержание тяжёлых металлов, бактериальной загрязнённости и наличие яиц гельминтов. Осадок повторно используется только при соответствии результатов анализов требованиям Сертификата.

Склад фосфогипса, куда вывозится сертифицированный осадок — сложное инженерное сооружение ступенчатой формы высотой более 50 м. В 2001 году Всероссийским научно-исследовательским институтом лесоводства и механизации лесного хозяйства (ВНИИЛМ) был разработан проект лесобиологической рекультивации полигона для складирования фосфогипса — побочного продукта производства минеральных удобрений. Обработка осадка по приведённой схеме и сертификация осуществляется уже более 20 лет. На рис. 2 представлено количество вывезенного осадка по годам.

Количество осадка, вывезенного на лесобиологическую рекультивацию

Опыт приготовления почвенного грунта показал, как видно из диаграммы, что возможен не ежегодный вывоз осадка на рекультивацию, а в зависимости от времени сушки осадков при различных погодных условиях, потребности в почвогрунте, наличия автотракторной техники для его погрузки и вывоза.

В процессе использования осадков для целей рекультивации промышленного полигона на предприятии осуществляется контроль состава и свойств осадков, в том числе и сертификационные испытания. Добровольные сертификационные испытания на предприятии проводятся с 1997 года. Согласно Федеральному закону от 27 декабря 2002 года №184-ФЗ «О техническом регулировании» сертификация делится на обязательную и добровольную. При этом обязательная сертификация — это совокупность минимальных требований, которые предъявляет государство с точки зрения безопасности продукта, а добровольная — проверка качества производимой продукции. Добровольная сертификация позволяет гарантировать покупателю высокие потребительские свойства товара или услуг. Она осуществляется по инициативе заявителя на условиях договора между заявителем и органом по сертификации.

В 2018 году Органом по сертификации ООО «Бифар-Экология» проведены очередные сертификационные испытания осадков сточных вод цеха НиОПСВ. Сертификационные испытания выполнены на соответствие требованиям следующих нормативных документов, которые регламентируют использование или размещение отходов, в том числе осадков сточных вод в окружающей среде:

- ГОСТ Р 17.4.3.07–2001 «Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений»;

- ГОСТ Р 54534–2011 «Ресурсосбережение. Осадки сточных вод. Требования при использовании для рекультивации нарушенных земель»;

- СанПиН 2.6.1.2523–09 «Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства/потребления».

Требования к осадкам сточных вод при использовании в качестве почвенных грунтов для биологической рекультивации, или для технической рекультивации в качестве инертного материала регламентируются ГОСТ Р 54534–2011.

Одним из основных показателей является массовая доля сухого вещества, которая должна быть не менее 35 % для почвогрунтов и не менее 45 % для инертного материала. По этому показателю осадки, подвергнутые длительной выдержке в естественных условиях на площадках, соответствуют установленным требованиям — содержание сухих веществ составляет более 45 %.

Другим значимым показателем является массовая доля золы, которая должна составлять 65–85 % для почвогрунтов. По этому показателю осадки соответствуют указанным требованиям — 87 %. Полученное в ходе сертификационных испытаний значение зольности осадка свидетельствует о глубокой минерализации органических веществ и, как следствие, стабилизации органических веществ и их частичной трансформации в гумусовые вещества.

Концентрация общего азота в пробе 0,7 % при нормативе по ГОСТ Р 54534– 2011 составляет не менее 0,5 %; концентрация общего фосфора в пересчёте на P2O5 — 2,8 % при нормативе не менее 1,5 %. Значения рН пробы — 7,0 ед. рН, что также в пределах установленного диапазона (5,0–8,5 ед. рН).

Содержание в почвогрунте меди, цинка, мышьяка не превышает 30–45 % от нормы, содержание остальных элементов — 5–15 %. Содержание нормируемых тяжёлых металлов в исследуемой пробе осадков не только ниже требований ГОСТ Р 54534–2011 для целей биологической рекультивации в качестве почвогрунтов, ниже требований ГОСТ Р 17.4.3.07–2001 при использовании в качестве органических удобрений, но также и по многим металлам соответствует ПДК (ОДК) почв. Низкий уровень загрязнения тяжёлыми металлами иллюстрируется рис. 3, на котором приведено сравнительное содержание тяжёлых металлов в 2015, 2016, 2017 и 2018 годах.

Сравнение содержания тяжёлых металлов и мышьяка в подсушенных и выдержанных осадках очистных сооружений канализации

В соответствии с требованиями ГОСТ Р 54534–2011 в осадках, используемых для целей биологической и технической рекультивации, регламентируются ХПК и БПК водной вытяжки: ХПК должно быть не более 700 мг/дм³ и БПК — не более 500 мгО2/дм³. Значение ХПК водной вытяжки в осадках, сертифицируемых в 2018 году, составило 245 мг/дм³, БПК5 — 94 мгО2/дм³, что также свидетельствует о глубокой стабилизации осадков.

Соответствие пробы осадков требованиям ГОСТ Р 54534–2011 по санитарным показателям: жизнеспособные яйца гельминтов, личинки и куколки мух, а также патогенные микроорганизмы не обнаружены. Эффективная удельная активность природных радионуклидов в пробе осадков составляет 112 Бк/кг (норма менее 1 кБк/кг), что существенно ниже нормативных требований. По результатам определения класса опасности расчётным методом с учётом 100 %-го компонентного состава установлен пятый класс опасности для окружающей среды. Пятый класс опасности (практически неопасный отход) подтверждён также результатами биотестирования. Биотестирование почвенного грунта проводилось рачками дафниями и водорослью хлореллой в течение 48 и 22 часов, соответственно. Водная вытяжка из почвогрунта не оказывает вредное воздействие на оба тестовых объекта при кратности без разведения.

Проведённые сертификационные испытания явились основанием для оформления экологического сертификата соответствия. В очередной раз сертификационные испытания подтвердили, что метод обработки осадков с выдержкой на иловых площадках и площадках обеззараживания и стабилизации оказывает влияние на их конечный состав, свойства, массу и способ дальнейшего использования.

Осадки, подсушенные и выдержанные в естественных условиях в течение нескольких лет на площадках обеззараживания и стабилизации, могут быть использованы в качестве почвенных грунтов: для биологической рекультивации нарушенных земель; для лесобиологической рекультивации полигона складирования фосфогипса АО «Воскресенские минеральные удобрения»; при посадке деревьев и кустарников, формировании газонов и клумб; при благоустройстве придорожного полотна и высадке деревьев и кустарников; в питомниках лесных и декоративных культур; для биологической рекультивации полигонов твёрдых коммунальных отходов (ТКО), полигонов промышленных отходов, неорганизованных свалок.

На фото 6 представлен зимний сад в фильтровальном зале на почвогрунте из осадка.

Зимний сад в фильтровальном зале на почвогрунте из осадка

На фото 7 показан вид рекультивированного известнякового карьера, на фото 8 — процесс буртования осадка.

Рекультивированный известняковый карьер

В настоящее время на рекультивацию полигона вывезено более 120 тыс. тонн подготовленных соответствующим образом осадков. Процесс погрузки осадка, стабилизированного на площадках обеззараживания, перед вывозом на склад фосфогипса представлен на фото 9.

Процесс буртования осадка

Погрузка стабилизированного осадка на площадках обеззараживания

При отгрузке на рекультивацию каждая партия осадка проверяется на содержание тяжёлых металлов, санитарно-бактериологическую и санитарно-паразитологическую загрязнённость в лабораториях АО «Воскресенские минеральные удобрения» и Роспотребнадзора.

На рис. 4 представлено среднее содержание тяжёлых металлов и мышьяка по десятилетиям использования почвогрунта на рекультивацию.

Из приведённой диаграммы видно значительное снижение содержания тяжёлых металлов и мышьяка в последние 20 лет эксплуатации очистных сооружений. Некоторое увеличение цинка и меди в 2010-х годах вызвано началом производства на АО «Минудобрения» удобрений, в состав которых входит хлористый калий. В хлористом калии содержание этих элементов в десять раз больше, чем в азотных и фосфорных. Можно сказать, что на очистных сооружениях не наблюдается загрязнения осадков промышленными предприятиями.

На бармах склада фосфогипса создан слой почвогрунта толщиной 20 см, на склонах не менее 10 см. Исследования, проведённые ВНИИЛМ, показали, что осадки на бармах и склонах полигона фосфогипса за два-три года образовали плодородный слой, на котором были высажены деревья и кустарники: ивы, осины, берёзы, облепихи, шиповник.

Как показала практика, приживаемость деревьев и кустарников составила 70 %. На фото 10 показана заросшая лесом барма склада.

Заросшая лесом барма склада

Развитие высаженных деревьев, кустарников и травянистой растительности проходит хорошо. Существенно сократились водная и ветровая эрозии поверхности полигона, прекратилось загрязнение почвенно-грунтовых вод и атмосферного воздуха, улучшились рекреационно-эстетические характеристики окружающей полигон местности. На фото 11 представлен вид склада фосфогипса после проведённой лесобиологической рекультивации.

Склад фосфогипса после лесобиологической рекультивации

Таким образом, компании АО «Воскресенские минеральные удобрения» удалось решить проблему утилизации осадков сточных вод — весь объём образующихся осадков после обработки используется для лесобиологической рекультивации склада фосфогипса.

Выводы

1. Разработанный в АО «Минудобрения» совместно с ООО «Бифар» процесс подготовки осадков при снижение содержания тяжёлых металлов в последние десятилетия позволяет удалять весь объём образующихся осадков и повысить плодородие почв.

2. Процесс имеет значительные преимущества по сравнению с процессами проходящими на дорогостоящем и энергопотребляющем оборудовании: простота обслуживания, энергоэффективность, минимальное количество обслуживающего персонала, возможность накопления почвогрунта на территории очистных без негативного влияния на окружающую среду.

3. Процесс наиболее целесообразно использовать на очистных сооружениях районных городов.