ИТС 10-2019. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов

(утв. Приказом Росстандарта от 12.12.2019 № 2981)

ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ АКТОВ

flowchart LR
  n0["ИТС 10-2015"]:::rst
  click n0 "https://bukva.ai/docs/spravochnik-its-10-2015" "ИТС 10-2015. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городски"
  n1["ИТС 10-2019"]:::doc
  click n1 "https://bukva.ai/docs/spravochnik-its-10-2019" "ИТС 10-2019. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городски"
  n0 --> n1
classDef rst fill:#FFEBEB,stroke:#8B0000,color:#000;
classDef doc fill:#EBFFEB,stroke:#006400,color:#000;
classDef notEnt fill:#FFFFEB,stroke:#FF8C00,color:#000;

Утвержден Приказом Росстандарта от 12 декабря 2019 г. № 2981

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМ ВОДООТВЕДЕНИЯ ПОСЕЛЕНИЙ, ГОРОДСКИХ ОКРУГОВ

COMMUNAL WASTE WATER TREATMENT USING URBAN CENTRALIZED SYSTEMS

ИТС 10-2019

Дата введения 1 сентября 2020 года

Введение

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям (далее — справочник НДТ) является документом по стандартизации, разработанным в результате анализа технологических, технических и управленческих решений, применяемых при очистке сточных вод централизованных систем водоотведения поселений и городских округов.

Краткое содержание справочника НДТ

Введение. Во введении приведено краткое содержание справочника НДТ.

Предисловие. В предисловии указаны цель разработки справочника НДТ, его статус, правовой контекст, описание конкретных проблем, решаемых справочником НДТ, описание процедуры создания в соответствии с установленным порядком, а также порядок его применения.

Область применения. В разделе приводится детализация области применения НДТ, на которую распространяется действие справочника НДТ в соответствии с действующим законодательством. Определена граница отнесения к области применения очистных сооружений, принимающих как сточные воды поселений (через централизованную систему водоотведения), так и сточные воды объектов, на которых осуществляется производство продукции или оказание услуг (напрямую).

Раздел 1. В подразделе 1.1 описаны различные аспекты образования и отведения сточных вод централизованных систем водоотведения поселений (далее в обобщенном понимании именуются просто сточными водами). Показано, что на объектах подотрасли осуществляется очистка двух принципиально различных потоков сточных вод: смеси хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод (городские сточные воды), а также поверхностных сточных вод. Приведена информация об источниках образования и системах отведения сточных вод, факторах, влияющих на количество сточных вод, тенденции многолетней динамики притока на очистные сооружения, о показателях и величинах загрязненности сточных вод и ее зависимости от источников сброса, о факторе неравномерности притока и специфике контроля показателей расхода и загрязненности.

В подразделе 1.2 кратко изложены задачи и методы очистки сточных вод, технологические и экологические аспекты развития подотрасли очистки сточных вод в СССР и России, показана специфика подотрасли с точки зрения методологии НДТ.

В подразделе 1.3 показана ведущая роль подотрасли в защите водных объектов от негативного воздействия поселений на водные объекты.

В подразделе 1.4 приведена общая информация по подотрасли, в том числе расположение и масштабы подотрасли, организационные и экономические основы работы подотрасли, экономическое положение предприятий, приведены данные по количеству предприятий и объектов, подпадающих под обязательный переход на НДТ и получение комплексных разрешений, а также имеющих право добровольно присоединиться к нормированию по технологическим показателям.

Приведены данные по объектам подотрасли, полученные путем анкетирования: по производительности, срокам эксплуатации, производительности, нагрузке по сточным водам, загрязненности поступающих сточных вод. В подразделе 1.5 введены градации объектов подотрасли по производительности.

В подразделе 1.6 приведены данные по энерго- и ресурсопотреблению подотрасли, в том числе по данным анкетирования.

В подразделе 1.7 описаны особенности условий модернизации объектов подотрасли, в подразделе 1.8 - системные проблемы отрасли водопроводно-канализационного хозяйства в целом и подотрасли очистки сточных вод в частности. Определена основная задача данного справочника НДТ: обеспечить предъявление достижимых нормативов к очистным сооружениям и достижение наибольшей эколого-экономической эффективности применяемых технологий.

Раздел 2. В подразделе 2.1 приведено отдельное описание двадцати одного подпроцесса и основного применяемого оборудования для очистки городских сточных вод, приведены результаты анализа данных двухсот анкет по применению основных подпроцессов очистки городских сточных вод. Описано вспомогательное природоохранное оборудование. Приведена информация по текущим уровням потребления ресурсов и производства вторичной продукции.

В подразделе 2.2 приведено аналогичное описание двенадцати подпроцессов и соответствующего оборудования для поверхностных сточных вод. Дана имеющаяся информация по объектам этой части подотрасли, текущим уровням потребления ресурсов и производства вторичной продукции на объектах очистки поверхностных сточных вод.

Раздел 3. В подразделе 3.1 описаны методологические особенности подотрасли, обоснован перечень загрязняющих веществ, по которым должно осуществляться технологическое нормирование (так называемые технологические нормируемые вещества). Приведена информация по сложившейся ситуации с контролем атмосферных эмиссий. Обоснована невозможность использования методологии маркерных веществ применительно к очистке городских сточных вод. Определены маркер загрязненности поверхностных сточных вод и маркер содержания дурнопахнущих веществ в выбросах.

В подразделе 3.2 детально проанализировано по 18 показателям по данным анкет качество очистки городских сточных вод (показатели сбросов в водные объекты). Сделан вывод об очень значительных различиях в качестве очистки и существовании нескольких групп объектов, требующих применения различных подходов.

Также по имеющейся информации проанализированы сбросы с объектов очистки поверхностных сточных вод.

В подразделе 3.3 приведена информация по выбросам дурнопахнущих веществ от очистных сооружений ГСВ, дана классификация подпроцессов, использующих открытые поверхности, по интенсивности выделения дурнопахнущих веществ, ранжированы технологические факторы, влияющие на интенсивность выделения дурнопахнущих веществ.

Обоснована нецелесообразность нормирования эмиссий и, напротив, целесообразность нормирования эффективности воздействия на выбросы.

В подразделе 3.4 показана множественность факторов, влияющая на образование отходов на сооружениях очистки сточных вод, приведены данные по диапазону возможного образования отходов. Обоснована нецелесообразность нормирования количества образующихся отходов и целесообразность нормирования эффективности обработки осадков, размещаемых как отходы.

Раздел 4. В подразделе 4.1 показаны особенности методологии определения НДТ применительно к подотрасли. Перечислены основные экологические задачи, которые должны решаться с помощью НДТ. Обоснована необходимость для данной подотрасли в целях предотвращения нерационального расходования инвестиционных ресурсов применения НДТ, обеспечивающих максимальную эколого-экономическую эффективность, а также использования комбинированного подхода, с учетом возможностей водного объекта при выборе технологии как НДТ.

Обоснована возможность использования комбинированного подхода, основанного на использовании четырех уровней (по достигаемому экологическому результату) апробированных технологий (групп технологий), которыми располагает отрасль. Описаны принципы категорирования водных объектов для целей выбора НДТ очистки сточных вод централизованных систем водоотведения поселений, с отнесением также к четырем группам (категории А — Г).

В подразделе 4.2 выполнен анализ технологий, как возможных НДТ для ГСВ, в том числе технологий очистки сточных вод, доочистки, обеззараживания, стабилизации и сокращения массы осадка. Приведено описание референц-объектов, выбранных по данным анкетирования, по литературным и экспертным данным.

В подразделе 4.3 приведена аналогичная информация по ПСВ.

В подразделе 4.4 проведено собственно определение НДТ на базе критериев, установленных законодательством, действующими в данной сфере стандартами и рекомендациями. Определены НДТ для групп подпроцессов для ГСВ и ПСВ. Проведена комплексная оценка преимуществ, которые могут быть достигнуты при внедрении НДТ; по возможности приведены данные о достигаемом качестве очитки, образовании отходов, потреблении ресурсов и повышении энергоэффективности.

Раздел 5. Приводится описание универсальных НДТ, применимых для большинства областей применения НДТ, в том числе НДТ организационно-управленческого характера; энергосбережения и ресурсосбережения; производственного экологического контроля; предотвращения и сокращения образования запахов, НДТ предотвращения и сокращения шумовых выбросов.

Приводится краткое описание ранее обоснованных в разделе 4 НДТ очистки сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов. Всего описано 78 отдельных НДТ, сгруппированных по 16 группам. Часть из них является универсальной, для других приводятся данные по ограничению применимости НДТ, в том числе в зависимости от масштаба объекта, условий сброса в водные объекты, действующих или новых очистных сооружений.

Раздел 6. В подразделе 6.1 приведена информация по стоимости мероприятий по переходу на НДТ, обобщенная по данным части анкет, содержавших достаточную информацию по данным разделам. Всего приведена информация по 36 реализованным или запланированным проектам, разделенная по шесть групп.

В подразделе 6.2 проведен анализ экономической доступности внедрения НДТ для организаций водопроводно-канализационного хозяйства, выполненный для нескольких вариантов: с новым строительством и реконструкцией, в условиях высокого (в среднем по отрасли) и низкого тарифов. Сделан вывод о недоступности для подавляющего числа организаций водопроводно-канализационного хозяйства строительства новых очистных сооружений или сооружений термической переработки осадка за счет собственных средств.

В подразделе 6.3 проведен анализ эколого-экономический эффективности использования НДТ. Вначале приведено сравнение способов выражения экономических показателей технологий. Сделан вывод, что оптимальным инструментом для экономической оценки НДТ является эколого-экономическая эффективность затрат жизненного цикла технологии (включая оборудование и сооружения, с помощью которых она реализована). Проведено сравнение пяти вариантов технологий ОС ГСВ. Показано, что при новом строительстве удельные затраты удаления одного и того же количества загрязнений на стадии доочистки до ПДК для водных объектов рыбохозяйственного назначения в 8 раз выше, чем на стадии биологической очистки. При реконструкции эта разница составляет 12 раз.

Сделан вывод, что система нормирования должна обеспечивать безусловный приоритет мероприятий по внедрению технологий удаления азота и фосфора в аэротенках (и им подобных методов) по сравнению с доочисткой. Применение доочистки должно рассматриваться как НДТ только в строго ограниченных ситуациях строгой охраны водных объектов. Во всех других ситуациях использование в проекте подпроцессов доочистки эквивалентно нанесению ущерба водным объектам в результате нехватки средств, неэффективно потраченных на данном объекте, для получения базового эффекта на другом объекте.

Раздел 7. В начале раздела сформулирована классификация развивающихся (перспективных) методов в составе пяти групп, различающихся степенью разработки и апробации. К ним относятся технологии, находящиеся на стадии научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ, опытно-промышленного внедрения, производственной апробации, а также зарубежные технологии, по которым отсутствует информация о применении на территории Российской Федерации.

Приведены основные проблемы, прежде всего экологические, не решаемые технологиями, отнесенными к НДТ. Приведено описание технологий, направленных на решение данных проблем.

Заключительные положения и рекомендации. В разделе приводятся сведения о членах технической рабочей группы, принимавших участие в разработке справочника НДТ, степени их взаимного согласия по отдельным положениям справочника НДТ и документу в целом.

Приложения. В приложениях к справочнику НДТ приводится информация по перечню наилучших доступных технологий (приложение А), перечню технологических показателей (приложения Б, В), перечню маркерных загрязняющих веществ, характерных для очистки сточных вод централизованных систем водоотведения поселений и городских округов (приложение Г), сведения о ресурсной (в том числе, энергетической) эффективности (приложение Д), а также «Заключение по наилучшим доступным технологиям» (приложение Е).

Библиография. Библиография содержит перечень источников, использованных при разработке и актуализации информационно-технического справочника НДТ «Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов».

Предисловие

Цели, основные принципы и порядок разработки справочника НДТ установлены требованиями Федерального закона от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» [1] и постановлением Правительства Российской Федерации от 23.12.2014 № 1458 «О порядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям» (в редакции постановления Правительства Российской Федерации от 09.03.2019 г. № 250) [2], [3].

1 Статус документа

Настоящий справочник НДТ является документом по стандартизации и разработан в соответствии с положениями, требованиями и терминологией, изложенными в национальных стандартах в области наилучших доступных технологий [4], [5], [6], [7].

На основании п. 5 статьи 23 Федерального закона от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» (в редакции Федерального закона от 29.07.2017 № 225-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон „О водоснабжении и водоотведении“ и отдельные законодательные акты Российской Федерации» [8]) настоящий справочник НДТ определен как основа для установления Правительством Российской Федерации в соответствующем нормативном правовом акте Российской Федерации технологических показателей наилучших доступных технологий в сфере очистки сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов.

2 Информация о разработчиках

Настоящий справочник НДТ разработан технической рабочей группой № 10 «Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов» (далее — ТРГ 10), состав которой утвержден приказом Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 27 мая 2019 г. № 1783 (в редакции от 06.06.2019 № 1988) [9], [10] на основе справочника ИТС 10-2015 «Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов» [11].

Перечень организаций и их представителей, принимавших участие в разработке справочника, приведен в разделе «Заключительные положения и рекомендации».

Справочник представлен на утверждение Бюро наилучших доступных технологий (далее — Бюро НДТ) www.burondt.ru.

3 Краткая характеристика

Справочник НДТ содержит описание технологических процессов и оборудования, применяемых при очистке сточных вод централизованных систем водоотведения поселений и городских округов, организационных и технических способов, методов, в том числе позволяющих снизить негативное воздействие на окружающую среду, повысить энергоэффективность, ресурсосбережение. Из описанных технологических процессов, оборудования, организационных и технических способов, методов определены решения, являющиеся НДТ, и установлены соответствующие технологические показатели НДТ.

4 Сбор данных

Информация о технологических процессах, оборудовании, технических способах, методах, применяемых при очистке сточных вод централизованных систем водоотведения населенных пунктов была собрана в процессе разработки справочника НДТ в соответствии с Порядком сбора данных, необходимых для разработки информационно-технического справочника по НДТ и анализа приоритетных проблем отрасли, утвержденным приказом Госстандарта от 23 июля 2015 г. № 863 [12].

ТРГ 10 отмечает, что за 4 года, прошедших со времени разработки ИТС 10-2015, в отрасли не произошло каких-либо изменений, которые могли потребовать внесения системных корректировок в информацию, изложенную в разделах 2 и 3. В связи с этим ТРГ 10 сочла нецелесообразным новое сплошное анкетирование предприятий отрасли, включающее в себя сбор информации о применяемых технологиях и результатах по всем предприятиям отрасли, относимым к природопользователям I категории. Однако за прошедший период получен дополнительный опыт эксплуатации очистных сооружений, описанных в ИТС 10-2015 [12] как референц-объектов, а также были сооружены (реконструированы) по современным технологиям новые сооружения. В связи с этим была собрана информация о новых объектах очистки сточных вод и обработки, построенных (реконструированных) после 2014 года, а также информация о работе, включая качество очистки объектов, описанных в ИТС 10-2015 как референц-объектов.

5 Взаимосвязь с международными и российскими аналогами

Поскольку в ЕС отсутствует справочник НДТ по очистке коммунальных сточных вод, при разработке настоящего справочника НДТ были использованы некоторые общие подходы, перечисленные в предисловии. Также был использован опыт США по реализации принципа НДТ в сфере очистки сточных вод.

Кроме того, при разработке настоящего справочника НДТ частично реализованы принципы и положения Директивы Совета 91/271/ЕЭС «Об очистке городских сточных вод» [13], рекомендации Хельсинской комиссии по защите морской среды Балтийского моря (ХЕЛКОМ) № 28Е/5 [14], а также справочников Европейского союза по НДТ «Обработка/обращение со сточными водами и отходящими газами в химической промышленности» [15] и «Отходоперерабатывающая промышленность» [16].

Справочник НДТ разработан во взаимосвязи со справочником «Очистка сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных предприятиях» [17].

6 Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие

Справочник НДТ утвержден приказом Росстандарта от 12 декабря 2019 г. № 2981.

Справочник НДТ введен в действие с 1 сентября 2020 г., официально опубликован в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru).

Обозначения и сокращения

Область применения

В соответствии с Перечнем областей применения наилучших доступных технологий, утвержденным распоряжением Правительства Российской Федерации от 24.12.2014 № 2674-р [18], деятельность в сфере очистки сточных вод с использованием ЦСВП относится к данной области целиком, без ограничения производительности по объему отводимых сточных вод.

Постановлением Правительства Российской Федерации от 28.09.2015 № 1029 «Об утверждении критериев отнесения объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, к объектам I, II, III и IV категорий» [19] утвержден следующий критерий: сбор и обработка сточных вод в части, касающейся очистки сточных вод ЦСВ с объемом отводимых сточных вод 20 тыс. куб. м и более в сутки.

Область применения настоящего справочника НДТ определена «Правилами отнесения централизованных систем водоотведения (канализации) к централизованным системам водоотведения поселений или городских округов» [20].

По п. 2 Правил отнесение ЦСВ к ЦСВП осуществляется посредством утверждения схемы водоснабжения и водоотведения, содержащей сведения об отнесении ЦСВ к ЦСВП, или актуализации (корректировки) схемы водоснабжения и водоотведения в связи с внесением в нее сведений об отнесении ЦСВ к ЦСВП.

Согласно п. 4 данных Правил ЦСВ подлежит отнесению к ЦСВП при соблюдении совокупности следующих критериев:

а) объем сточных вод, принятых в ЦСВ, указанных в пункте 5 Правил (см. ниже), составляет более 50 процентов общего объема сточных вод, принятых в такую ЦСВ;

б) одним из видов экономической деятельности, определяемых в соответствии с Общероссийским классификатором видов экономической деятельности, организации, является деятельность по сбору и обработке сточных вод [21].

П. 5 Правил относит к сточным водам, принимаемым в ЦСВ, объем которых является критерием отнесения к ЦСВП:

а) сточные воды, принимаемые от многоквартирных домов и жилых домов;

б) сточные воды, принимаемые от гостиниц, иных объектов для временного проживания;

в) сточные воды, принимаемые от объектов отдыха, спорта, здравоохранения, культуры, торговли, общественного питания, социального и коммунально-бытового назначения, дошкольного, начального общего, среднего общего, среднего профессионального и высшего образования, административных, научно-исследовательских учреждений, культовых зданий, объектов делового, финансового, административного, религиозного назначения, иных объектов, связанных с обеспечением жизнедеятельности граждан;

г) сточные воды, принимаемые от складских объектов, стоянок автомобильного транспорта, гаражей;

д) сточные воды, принимаемые от территорий, предназначенных для ведения сельского хозяйства, садоводства и огородничества;

е) поверхностные сточные воды (для централизованных общесплавных и централизованных комбинированных систем водоотведения);

ж) сточные воды, не указанные в подпунктах «а» — «е» пункта 5, подлежащие учету в составе объема сточных вод, являющегося критерием отнесения к централизованным системам водоотведения поселений или городских округов, в случае, предусмотренном пунктом 7 настоящих Правил.

В случае если объем сточных вод, принятых в ЦСВ, указанных в подпунктах «а» — «е» пункта 5 Правил, за период, указанный в пункте 6 Правил, меньше 50 процентов общего объема сточных вод, принятых в такую централизованную систему водоотведения (канализации) за этот период, для целей отнесения ЦСВ к ЦСВП в объеме сточных вод, учитываемых в составе объема сточных вод, являющегося критерием отнесения к ЦСВП может быть учтен объем сточных вод, принимаемых в ЦСВ, в размере не более 50 процентов объема учитываемых сточных вод, при условии соответствия показателей состава таких сточных вод следующим показателям (не более мг/дм3, по валовому содержанию соответствующего вещества в натуральной пробе сточных вод): нефтепродукты — 3, фенолы (сумма) — 0,05, железо — 3, медь — 0,1, алюминий — 1, цинк — 0,5, хром (шестивалентный) — 0,01, никель — 0,1, кадмий — 0,005, свинец — 0,01, мышьяк — 0,01, ртуть — 0,0001; ХПК (бихроматная окисляемость) — 400.

Также подлежат отнесению к ЦСВП централизованные ливневые системы водоотведения (канализации), предназначенные для отведения ПСВ с территорий поселений или городских округов (без оценки соблюдения совокупности критериев отнесения ЦСВ к ЦСВП в случае предоставления одного или нескольких документов, подтверждающих принадлежность ливневой ЦСВ к ливневой ЦСВП. Перечень таких документов, необходимых организациям, эксплуатирующим централизованные ливневые системы водоотведения, для отнесения таких систем к централизованным системам водоотведения поселений или городских округов утверждается Минстроем Российской Федерации.

В случае если отнесение централизованной системы водоотведения (канализации) к централизованным системам водоотведения поселений или городских округов осуществляется при проектировании или строительстве объектов централизованной системы водоотведения (канализации), определение объема сточных вод, принимаемых в такую централизованную систему водоотведения (канализации), для целей оценки соответствия такого объема объему, являющемуся критерием отнесения к централизованным системам водоотведения поселений или городских округов, осуществляется в соответствии со сведениями, содержащимися в проектной документации объектов капитального строительства, строительство которых предполагается или осуществляется на территории такого поселения или городского округа, условиях подключения (технологического присоединения) к централизованной системе водоотведения, схеме водоснабжения и водоотведения и документах территориального планирования такого поселения или городского округа.

В ОКВЭД имеется код 37.00 «Сбор и обработка сточных вод» [21]. Данная формулировка ОКВЭД однозначно выходит за пределы справочника, т.к. включает в себя сбор сточных вод, а также очистку промышленных сточных вод и целый ряд услуг в области эксплуатации систем водоотведения, что потребовало принятия вышеуказанных Правил [20].

Раздел 1. Общие сведения об очистке сточных вод централизованных систем водоотведения поселений

1.1 Образование и отведение сточных вод

1.1.1 Виды сточных вод и систем водоотведения

Классификация СВ, принятая в России, приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Классификация сточных вод

В зависимости от способа транспортировки поверхностных сточных вод на территории поселений и промышленных зон применяют общесплавную, раздельную, неполную раздельную или полураздельную системы водоотведения (таблица 1.2).

Таблица 1.2

Виды систем водоотведения

Далее системы водоотведения также именуются системами канализации. Этот термин использовался повсеместно до 90-х годов, к настоящему времени в значительной степени заменен в документах на термин «водоотведение», однако, сохраняется в целом ряде нормативных документов инженерно-технического назначения.

В большинстве крупных городов Российской Федерации канализация построена по принципу полной раздельной системы: одна из сетей предназначена для отведения городских сточных вод, другая — служит для транспортировки поверхностных сточных вод. В ряде населенных пунктов РФ используется общесплавная система водоотведения.

При классификации сточных вод важно четко разделить их по наличию, или отсутствии в них, прежде всего, хозяйственно-бытовых сточных вод. С этой точки зрения для установления технологических показателей сточные воды поселений или городских округов далее рассматриваются по двум группам: сточные воды, включающие в себя в том числе хозяйственно-бытовые сточные воды, принимаемые в централизованные бытовые, общесплавные и комбинированные системы водоотведения (далее — смешанные (городские) сточные воды, ГСВ), и поверхностные сточные воды, принимаемые в централизованные ливневые системы водоотведения (далее — поверхностные сточные воды, ПСВ).

Однако даже при полных раздельных системах водоотведения только в теории поверхностные сточные воды не принимаются в систему городской канализации. На практике среднегодовой неорганизованный дополнительный приток поверхностного стока в систему городской канализации составляет 4 — 7% общего поступления сточных вод в систему водоотведения. Однако в периоды продолжительных интенсивных дождей и при снеготаянии неорганизованный среднесуточный приток может возрастать до 25 — 40% [22].

Потерявшие герметичность и частично разрушенные трубопроводы могут длительное время до размыва грунта и аварии работать как дренажные. При этом они собирают не только утечки из расположенного выше водопровода, но и грунтовые воды. На практике также встречаются и элементы полураздельной системы, т.е. врезки дождевой системы в городскую канализацию (как по проекту, так и без него), цель которых — не допустить затопления отдельных территорий. Часты случаи открытия люков городской канализации в сильные ливни.

Поступление неорганизованного притока в систему городской канализации сильно зависит от времени года и интенсивности выпавших осадков. Дни максимального притока в городскую канализацию — это всегда дни затяжных дождей или интенсивного снеготаяния.

При среднегодовой величине неорганизованного дополнительного притока, составляющей обычно до 10% от общего поступления сточных вод в систему городской канализации, его доля в периоды продолжительных интенсивных дождей возрастает до 25 — 40% [22]. Чем ниже удельное водопотребление, тем выше становится доля неорганизованного притока в дни максимального притока: учтенный приток снижается, а неорганизованный остается неизменным, так как зависит от протяженности, состояния сети, эксплуатационных приемов, но не от учтенного расхода.

Сточные воды, отводимые системой городской канализации, включают в себя:

• сточные воды, принимаемые от абонентов, за сброс которых взимается плата;
• дополнительный приток от объектов системы водопроводно-канализационного хозяйства (могут сбрасываться без взимания платы);
• неорганизованный приток, попадающий в ЦСВ в виде поверхностного стока и грунтовых вод, а также сброс неучтенной (неоплаченной) воды, потребленной через незаконные врезки, без счетчиков, либо полученной не из централизованных источников водоснабжения, не учитываемых в оплате за водоотведение.

В централизованную ливневую систему водоотведения поступают поверхностные воды как с селитебных территорий, так и площадок промышленных предприятий, иных предприятий и организаций, которые являются абонентами организаций, осуществляющих водоотведение.

Грань между поверхностным стоком с территорий, которые являются естественным источником питания гидрографической сети поселений, и сточными водами, которые должны отводиться и очищаться, очень условна. Поверхностными сточными водами является загрязненный поверхностный сток с городских территорий, отличающихся значительным содержанием загрязняющих веществ, т.е. от промышленных зон, районов многоэтажной жилой застройки с интенсивным движением автотранспорта и пешеходов, крупных транспортных магистралей, торговых центров, а также с территорий промышленных и сельскохозяйственных предприятий. В то же время поверхностный сток территорий населенных пунктов, не подвергающихся антропогенному воздействию, загрязнен существенно меньше.

1.1.2 Многолетняя динамика водоотведения

В населенных пунктах, как правило, основная часть расхода сточных вод образуется от хозяйственно-бытовой деятельности населения (как в домах, так и на рабочих местах). Общепринято оценивать его величиной удельного водоотведения, литров/человека в сутки. Поскольку учету подвергается потребляемая водопроводная вода, то чаще оценивают удельное водопотребление (хотя между этими понятиями существует вышеописанная разница).

Удельное водопотребление зависит от различных факторов. К факторам, влияющим на увеличение водопотребления, относятся: высокая наружная температура воздуха, размер поселения, высокий уровень жизни, оснащенность горячим водоснабжением, развитие промышленности, давление в сети, утечки из сети. К факторам, влияющим на уменьшение водопотребления, относятся: дефицит воды, высокая оснащенность водосчетчиками, регулирование давления в сети, высокая стоимость воды.

Динамика водопотребления за два 30-летних отрезка времени за последние 60 лет характеризуется прямо противоположно. В советский период водопотребление населенных пунктов неуклонно нарастало. Причинами этого были их стремительный рост, а также увеличение доли канализованных территорий, развитие промышленности, увеличение фактического водопотребления в условиях отсутствия учета воды, а также почти повсеместные утечки в быту через неисправные водоразборные приборы. В начале 1990-х годов, ненадолго удержавшись на достигнутом уровне, общее водопотребление в населенных пунктах стало стремительно (на 4 — 5% в год) сокращаться. Причинами явились как резкое падение промышленного производства, так снижение удельного водопотребления в быту.

К настоящему времени фактор снижения производства уже в основном исчерпал свое влияние. Но снижение водопотребления примерно на 2,5 — 3,5% в год продолжается. Теперь уже его причиной является именно изменение удельного водопотребления, происходящее вследствие:

• осознанной экономии воды населением там, где установлены квартирные водосчетчики (в совокупности с резким ростом стоимости воды);
• замены старого, протекающего сантехоборудования на новое, надежное;
• регулирования напоров в сети, осуществляемого организациями ВКХ.

Снижение водопотребления напрямую отражается на водоотведении. По данным Росстата в целом по Российской Федерации средний расход сточных вод в ЦСВ снизился с 1995 г. по 2013 г. с 42,3 до 28 млн м3/сут, т.е. более чем на 1/3. В крупных городах снижение было более выраженным и достигало 50%. Данные за более поздний период отсутствуют, но тенденция в целом сохраняется.

Поскольку численность жителей существенно не меняется, то в результате снижения водоотведения все более четко прослеживается тенденция значительного увеличения загрязненности сточных вод. Таким образом, механистическое представление, что ОС, нагруженные по расходу на 50% по сравнению с проектом, имеют соответствующий запас производительности, является не обоснованным.

Водоотведение по централизованной ливневой системе водоотведения определяется следующими факторами:

• охватом городских территорий коллекторной сетью данной системы;
• характеристиками территорий (доля водонепроницаемых покрытий, грунтовых поверхностей, газонов и т.п.);
• долей поверхностного стока, принимаемого (поступающего) в централизованную систему городской канализации;
• климатическими факторами.

Как по условиям образования, так и по степени загрязненности в составе компонентов поверхностных сточных вод различают:

• дождевой сток;
• талый сток;
• поливомоечные сточные воды;
• дренажные и инфильтрационные сточные воды.

В ряде случаев в централизованную ливневую систему водоотведения осуществляется прием условно-чистых производственных сточных вод, соответствующие по своему составу условиям приема в данную систему.

1.1.3 Загрязнения сточных вод поселений

1.1.3.1 Загрязнения городских сточных вод

Сточные воды поселений загрязнены, прежде всего, в результате хозяйственно-бытовой деятельности населения. Также приблизительно 20 — 40% сточных вод поступает от абонентов, не относящихся к жилому фонду.

Основную массу веществ, присутствующих в сточных водах, составляют органические соединения. В сточной воде присутствуют сотни отдельных веществ, большая часть которых идентифицируется как белки, жиры и углеводы. Применительно к задачам очистки сточных вод содержание органических загрязнений измеряют количеством кислорода, расходуемого на их окисление в ходе проведения аналитического определения:

• в биохимическом процессе — величиной БПК. Используют показатели БПК5 и БПКполн, определяемые после 5 и 20 суток инкубации соответственно. На практике используют, как правило, показатель БПК5, однако нормирование производится в величинах БПКполн;
• в химическом процессе — величиной ХПК.

Соединения азота и фосфора определяют, как в формах минеральных соединений, так и в формах общего азота и общего фосфора (в отечественной практике очень редко).

Сточные воды поселений (как ГСВ, так и ПСВ) значительно загрязнены бактериями, вирусами, простейшими организмами, среди которых могут присутствовать возбудители опасных заболеваний.

Городские сточные воды содержат сотни соединений, из которых с технологической и экологической точек зрения, с учетом разбавления, значение имеют не более 30 (обобщенный перечень контролируемых на практике загрязнений сточных вод приведен в таблице 3.3 раздела 3). Результаты анализа фактических данных по загрязненности сточных вод приведены в разделе 1.3.8.

При, казалось бы, близких условиях происхождения не существует двух потоков ГСВ одинакового состава. Различия вызваны:

• приемом (или отсутствием приема) поверхностных сточных вод в систему канализации;
• уровнем благоустройства жилого фонда поселений;
• величиной удельного водопотребления;
• составом производственных сточных вод;
• интенсивностью инфильтрации в трубопроводы (либо эксфильтрации из трубопроводов);
• долей концентрированных потоков (завоз из выгребов автотранспортом, возвратные потоки от обработки осадка).

Важная расчетная величина — удельное количество загрязняющих веществ, поступающих от одного жителя (таблица 1.3) [23]. Этот показатель используют, в частности, при расчетах (когда достоверные фактические данные о сточной воде отсутствуют и известна только численность населения).

Таблица 1.3

Загрязненность сточных вод из расчета по удельному количеству загрязняющих веществ, поступающих от одного жителя

Производительность очистных сооружений по поступающим органическим загрязнениям принято оценивать величиной эквивалентного числа жителей (ЭЧЖ). За ЭЧЖ принимается масса органического загрязнения по БПК5, равная 60 г О (формула расчета см.: раздел 1.5). В ЕС эту характеристику используют для целей нормирования.

С понятием ЭЧЖ связана важная закономерность формирования нагрузки на ОС ГСВ: снижение расхода сточных вод, вызванное только экономией воды, не приводит к уменьшению нагрузки по загрязняющим веществам на ОС, а лишь к увеличению концентрации этих загрязнений. За 20 — 25 лет снижения притока на ОС ГСВ реальное снижение нагрузки по загрязнениям произошло только за счет закрытия промышленных предприятий в населенных пунктах.

Наряду с измеряемыми величинами загрязненности сточных вод, они характеризуются наличием грубодисперсных механических примесей: отбросов и песка. Их количество в сточных водах не измеряется ввиду практической невозможности адекватного пробоотбора. Количество этих загрязнений вынужденно определяется путем измерения их фактически уловленных объемов, что не включает в себя часть загрязнений, не задержанных на стадии процеживания и отделения песка.

Загрязняющие вещества хозяйственно-бытового происхождения, относимые к технологически нормируемым веществам (ТНВ), образуются не только в жилом секторе, а другие загрязняющие вещества (условно называемые в настоящем справочнике техногенными загрязнениями) — не только на производственных предприятиях. Данные анализа сточных вод от жилого сектора [24] показывают, что в их составе определяют весьма существенные концентрации нефтепродуктов (масла косметических средств), СПАВ, фенолов (в том числе и естественного происхождения).

Источниками поступления тяжелых металлов (микроэлементов — меди и цинка) в бытовые сточные воды является их потребление с пищей, а также в составе витаминов. Кроме того, цинк, медь, а также хром контактируют с водопроводной водой как материалы внутренних покрытий труб (цинк), составные части латуни (медь и цинк), из которой изготовлены смесители и различные другие устройства на внутренних сетях водоснабжения, а также внешние покрытия водоразборных устройств и других элементов (хром).

Также тяжелые металлы могут в существенных, относительно ПДКрыбхоз количествах, находится в водопроводной воде, что не противоречит санитарным нормам, которые на несколько порядков (по меди — в 1000 раз) выше данных ПДК. На практике повышенные концентрации таких веществ в питьевой воде обусловлены большей частью их естественным природным содержанием.

С природной водой в значительных количествах могут поступать такие вещества, как медь, цинк, марганец, алюминий, железо. Тяжелые металлы могут поступать в поверхностные источники с нарушенных и природных ландшафтов, особенно приуроченных к близкому залеганию коренных пород или жил. Содержание железа в подземных водах в значительных количествах характерно для большой части территории Российской Федерации.

Также существенные количества вышеописанных загрязняющих веществ попадают в сточные воды на микропредприятиях, занимающихся бытовым обслуживанием населения, в том числе в авторемонтных мастерских, прачечных, химчистках, медицинских и учебных учреждениях, на которых не могут быть применены методы локальной очистки.

И напротив, сточные воды очень многих абонентов, не относящихся к жилому фонду, в значительной степени формируются в основном в результате хозяйственно-бытовой деятельности, аналогичной жилому фонду.

Для сточных вод общесплавных и ливневых систем водоотведения (а при выраженной инфильтрации — и для бытовых систем водоотведения) различный вклад техногенных загрязнений обуславливается также приемом поверхностных сточных вод, которые не только содержат такие характерные для поверхностного стока загрязнения, как взвешенные вещества и нефтепродукты, но и могут содержать ряд металлов, обусловленный их повышенным содержанием (геохимический фон) в подземной (грунтовой и более глубоких подземных горизонтов) воде.

1.1.3.2 Загрязнения поверхностных сточных вод

Основными загрязняющими компонентами поверхностного стока, формирующегося на селитебных территориях поселений, являются продукты эрозии почвы, смываемые с газонов и открытых грунтовых поверхностей, пыль, бытовой мусор, вымываемые компоненты дорожных покрытий и строительных материалов, хранящихся на открытых складских площадках, а также нефтепродукты, попадающие на поверхность водосбора от автотранспорта и другой техники. Специфические загрязняющие компоненты выносятся поверхностным стоком, как правило, с территорий промышленных зон или попадают в него из приземной атмосферы.

В отдельных населенных пунктах, в особенности в курортных городах юга России, по причине недостаточного развития сети городской канализации в системы дождевой канализации осуществляется сброс хозяйственно-бытовых сточных вод.

В ПСВ могут попадать специфические загрязнения, смываемые с территорий, прилегающих к промышленным предприятиям (но им не принадлежащих), а также сточные воды ряда производств, не разрешенные без очистки к приему в дождевую систему водоотведения, такие как автохозяйства, автомойки, предприятия общественного питания и бытового обслуживания. В ряде поселений, там, где эти недопустимые практики получили распространение, а также при неудовлетворительном санитарном состоянии водосборных бассейнов уровень загрязненности ПСВ специфическими компонентами и по микробиологическим показателям приближается к показателям загрязнения, характерным для ГСВ.

Все загрязняющие вещества, присутствующие в поверхностном стоке поселений, разделяют на:

• минеральные и органические примеси естественного происхождения, образующиеся в результате абсорбции газов из атмосферы и при эрозии почвы, в том числе растворенные органические и минеральные вещества, а также грубодисперсные примеси (частицы песка, глины, гумуса);
• вещества техногенного происхождения в различном фазово-дисперсном состоянии: нефтепродукты, вымываемые компоненты дорожных покрытий, соединения тяжелых металлов, СПАВ и другие компоненты, перечень которых зависит от профиля предприятий местной промышленности;
• бактериальные загрязнения, поступающие в дождевую канализацию при неудовлетворительном санитарно-техническом состоянии территории и канализационных сетей.

Усредненные данные по удельному выносу естественных примесей с дождевым стоком с территории больших городов при плотности населения, близкой к 100 чел./га, а также средних и малых городов с современным уровнем благоустройства приведены в таблице 1.4 [25].

Таблица 1.4

Удельный вынос загрязняющих веществ с городских территорий

Характерным и наиболее опасным для водных объектов является загрязнение поверхностных сточных вод нефтепродуктами, как правило, сорбированными на взвешенных веществах.

Разброс значений загрязненности ПСВ городских поселений по основным загрязняющим компонентам гораздо больше, чем у ГСВ, и может достигать двух порядков.

На загрязненность ПСВ в сторону понижения влияет приток инфильтрационных и дренажных вод (так называемый собственный расход коллектора). Эти воды, как правило, слабо загрязнены. По имеющейся информации, интенсивность этого притока такова, что в период дождей малой интенсивности он способен в несколько раз разбавлять загрязненные поверхностные воды [26]. Происхождение собственного расхода в значительной степени связано с дренированием утечек из системы водоснабжения.

1.1.4 Специфика условий контроля расхода и загрязненности сточных вод

ГСВ характеризуются неравномерностью расхода и непредсказуемостью состава возможных загрязняющих веществ. Это затрудняет производственный контроль как предприятием-абонентом, так и организацией ВКХ.

Проблемы усложняются действием следующих объективных факторов:

• измерение относительно небольших расходов сточных вод весьма затруднительно. Это связано как с безнапорным характером движения сточной воды в трубопроводах, так и с наличием в сточных водах разного рода грубодисперсных загрязнений и источников биообрастаний, которые не дают возможности применять для учета сточных вод оборудование, используемое в водоснабжении. На рынке существуют приборы, в том числе электронные, способные (по декларации производителей) измерять небольшие расходы сточных вод в безнапорных трубопроводах. Но стоимость их очень высока, что при наличии нескольких выпусков очень затратно для абонента;
• очень большую проблему представляет адекватный пробоотбор при небольших расходах сточных вод, что связано с технической невозможностью (без использования автоматических пробоотборников) отобрать пробы из лотка канализационного колодца при недостаточном слое сточных вод. К сожалению, применение автоматических пробоотборников крайне редко, в том числе по причине их значительной стоимости;
• внутрисуточная динамика расхода и концентрации загрязнений.

Практически отсутствует возможность целенаправленного воздействия на состав сточных вод. В современной ситуации 75 — 85% их образуется в жилом секторе, на который не распространяются никакие регуляторные воздействия (за редким исключением возможных мер со стороны организации, эксплуатирующей многоквартирный дом, в случае засоров канализационных трубопроводов при наличии доказательств вины жильца). Современные бытовые сточные воды характеризуются ощутимыми концентрациями нефтепродуктов (1 — 3 мг/л), СПАВ, фенолов (как продуктов жизнедеятельности), цинка, меди и других веществ. За последнее десятилетие в несколько раз выросли концентрации СПАВ и фосфорных соединений (фосфатов) в результате их использования в качестве детергентов в быту.

Сбросы предприятий-абонентов регулируются рядом нормативных актов, предписывающим им соблюдать допустимые концентрации. Однако фактическое выполнение этих требований на практике не всегда может быть надежно проконтролировано. Ряд производств, являющихся непрерывными, может быть проконтролирован относительно легко (с учетом проблем отбора проб, описанных выше). Производства с прерывистым производственным циклом, к сожалению, часто обладают и пользуются техническими возможностями по уменьшению сбросов при проведении контрольного отбора проб. Известна также проблема недостаточной достоверности отчетности.

И тем более неконтролируемы моменты залповых сбросов, в особенности, когда со сточными водами сбрасываются жидкие отходы производства, осадки локальных очистных сооружений, некачественная продукция либо сырье.

В крупном населенном пункте на практике обнаружить виновного в залповом сбросе весьма затруднительно, а на уровне доказательств факта сброса для суда — многократно труднее.

Сверхнормативные сбросы могут фиксироваться путем применения специальных постов контроля сбросов с использованием автоматических пробоотборников и (или) автоматических анализаторов. Однако стоимость только оборудования для такого поста очень высока. Техническая рабочая группа не располагает информацией о наличии в Российской Федерации на выпусках абонентов таких постов, предназначенных для контроля со стороны организации, эксплуатирующей ЦСВ.

Возможности влияния на состав ПСВ, поступающих на очистку, весьма высоки. К таким возможностям, например, относятся:

• поддержание улиц города в порядке, своевременная уборка мусора с улиц, недопущение стихийных свалок;
• организационно-технические мероприятия, направленные на сокращение выноса примесей за счет организации регулярной уборки территории, поддержание городских магистралей и улиц в порядке, своевременный ремонт дорожных покрытий, а также ограждение зон озеленения бордюрами, исключающими смыв грунта во время интенсивных ливневых дождей, уборка мусора с дворовых территорий, недопущение стихийных свалок, организация уборки и вывоза снега с автомагистралей, стоянок автомобильного транспорта и т.д.;
• надлежащая вертикальная планировка, препятствующая смыванию грунта на тротуары и проезжие части города;
• недопущение разливов автомобильного топлива и масла.

Но эти возможности находятся вне сферы компетенции организаций, эксплуатирующих ЦСВ.

Однако они могут влиять на сбросы ПСВ от территорий промышленных предприятий, путем своевременного контроля сточных вод, выявления подключений сброса промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод в дождевую сеть. Но это очень трудоемкая работа, требующая наличия специального оборудования для телеинспекции сетей для выявления незаконных врезок.

С учетом изложенного следует констатировать следующее:

• возможности организаций, эксплуатирующих ЦСВ, влиять на состав сырья, поступающего на обработку (т.е. сточных вод), весьма и весьма ограничены;
• состав сточных вод имеет вероятностный характер, особенно поверхностных сточных вод, концентрации основных загрязняющих компонентов в которых изменяются в течение одного дождя от максимально возможных до нуля. Любые величины, принимаемые для расчетов сооружений, должны иметь вероятностную оценку (процент обеспеченности данной величины).

1.1.5 Неравномерность образования ГСВ

Понятие неравномерности образования относят только к ГСВ, так как расход ПСВ описывается иными, вероятностными, закономерностями, связанными с атмосферными явлениями.

Приток сточных вод в значительной степени неравномерен, что отражает суточный и сезонный ритм жизни населения и работы промышленности. Неравномерность выражается как часовая (в течение суток) и суточная (в течение года). Часовая неравномерность, выражаемая часовым коэффициентом неравномерности (Кчас); увеличивается при снижении удельного водопотребления в результате мер экономии воды водоканалом и населением.

Чем меньше населенный пункт и короче канализационная сеть, тем более выражены суточные колебания притока сточных вод на ОС ГСВ (выше Кчас).

Основные причины суточной неравномерности в течение года:

• сезонные изменения численности населенных пунктов (отток населения из городов, приток в курортные зоны);
• резкие увеличения поступления ливневых вод в периоды сильных ливней и снеготаяния.

Дни с максимальными притоками сточных вод в централизованную систему водоотведения ГСВ, как правило, приходятся на осенний сезон, когда на фоне устойчивого увеличения ежедневного притока бытовых сточных вод нередки затяжные дожди, либо на период весеннего снеготаяния.

Применительно к ПСВ неравномерность поступления стоков в систему водоотведения настолько велика, что имеет определяющее значение, как при расчете сети дождевой канализации, так и сооружений очистки. В большинстве случаев весь объем поверхностных сточных вод в период выпадения ливневых или затяжных малоинтенсивных дождей не может быть направлен на очистку по технико-экономическим соображениям.

Согласно СП 32.13330-2012 [27] на очистные сооружения должна отводиться наиболее загрязненная часть поверхностного стока, которая образуется в периоды выпадения дождей, таяния снега и от мойки дорожных покрытий в количестве не менее 70% годового объема стока для селитебных территорий и площадок предприятий, близких к ним по загрязненности, и всего объема стока с площадок предприятий, территория которых может быть загрязнена специфическими веществами с токсичными свойствами или значительным количеством органических веществ.

Обязательным элементом сооружений очистки ПСВ являющие аккумулирующие резервуары, выполняющие функции не только накопления стока, но и его усреднения и частично — осветления.

Поверхностные сточные воды с территорий промышленных зон, строительных площадок, складских хозяйств, автохозяйств, а также особо загрязненных участков, расположенных на селитебных территориях поселений (бензозаправочные станции, автостоянки, автобусные станции, торговые и торгово-логистические комплексы и др.), перед сбросом в централизованные системы водоотведения ГСВ или ПСВ должны подвергаться очистке на локальных очистных сооружениях.

1.2 Очистка сточных вод ЦСВ населенных пунктов

1.2.1 Задачи и методы очистки сточных вод

Подотрасль очистки сточных вод возникла в России в конце XIX — начале XX века практически одновременно с системами канализации.

Представления о том, почему и до какой степени надо чистить сточные воды поселений, в последние 120 лет неоднократно изменялись. Всегда в его основе лежало представление о необходимости защиты водных объектов от загрязнения, однако цели и направления этой защиты последовательно расширялись по мере углубления знаний о процессах в водных объектах и о составе сточных вод. Изначально, как уже сказано, преследовалась в основном цель защиты источника питьевого водоснабжения, поэтому в начале развития отрасли, во второй половине XIX века, под загрязнениями подразумевали оседающие органические вещества, для удаления которых были разработаны отстойники различных конструкций, затем, с начала XX века, — также и органические загрязнения. Практически сразу универсальным методом их удаления стала биологическая очистка (так называемая вторичная, после первичной — в отстойниках), которая, начав развиваться как метод естественной очистки (поля фильтрации, биопруды), быстро трансформировалась в искусственный процесс. Технологии очистки в аэротенках (с помощью активного ила — свободно плавающего сообщества микроорганизмов, формирующего флокулы) и в биофильтрах (с помощью прикрепленной биопленки) были разработаны практически одновременно. Однако вначале преимущественное развитие (особенно в СССР) получали щебеночные биофильтры как более простые сооружения, не требующие специального оборудования (воздуходувных агрегатов и аэраторов). На уровне вплоть до малых и небольших ОС ГВС (в терминологии таблицы 1.18) эти сооружения были преимущественно распространены вплоть до 1970-х годов и на сегодняшний день эксплуатируются на очень многих объектах.

На всех объектах очистки ГСВ, построенных в тот период, используется классический набор сооружений механической очистки, включающий в себя процеживание, удаление песка и первичное отстаивание.

Следующей задачей, которая стала решаться (но не везде: в Европе она не ставилась до конца XX века), было обеззараживание сточных вод, которое на практике было тождественно их хлорированию.

На всем протяжении этого периода развития подотрасли очень большое воздействие на нее оказывала санитарно-гигиеническая наука.

Во второй половине XX века подотрасль начала развиваться и как природоохранная, а не только санитарная. В 1960 — 1970-е годы на фоне массового строительства водохранилищ была осознана проблема негативного влияния на водные объекты азота и фосфора (так называемых биогенных элементов). Это привело к бурному развитию технологий, направленных на их удаление, а затем к промышленному внедрению этих методов.

Одновременно с развитием методов очистки сточных вод возникла задача обработки осадка. В первые десятилетия развития подотрасли она решалась использованием иловых площадок, затем, с ростом масштабов очистных сооружений, возникла необходимость в более быстром и эффективном сокращении объема осадка, что привело к созданию аппаратов механического обезвоживания. Нестабильные свойства осадка, склонность к быстрому загниванию потребовали развития методов стабилизации (обеспечения стабильности осадка при хранении и использовании). Стремление уменьшить объемы удаляемого осадка привело к развитию технологий термической обработки (сушка, сжигание и др.).

За рубежом в последние годы основное направление совершенствования ОС ЦСВ в настоящее время находится не в экстенсивной (повышение качества очистки и расширение перечня гарантированно удаляемых загрязнений), а в интенсивной плоскости и прежде всего заключается во внедрении технологий, направленных на энерго- и ресурсоэффективность. Происходит кардинальная смена парадигмы ОС ЦСВ — с переходом от задачи очистки (уничтожения загрязнений) к задаче рекуперации всех компонентов сточных вод, при сохранении эффективности очистки. Прежде всего, этот подход направлен на энергетическую сферу, на использование веществ, выделенных из сточных вод, для получения энергии. По ряду причин, главная из которых — объективное отсутствие в РФ стимулов для развития альтернативной энергетики, а также из-за обилия нерешенных задач в части очистки сточных вод, данное направление модернизации ОС ЦСВ в России практически не развивается.

Таким образом, современная инженерная наука и практика различают следующие задачи, решаемые подотраслью очистки городских сточных вод, обеспеченные специально разработанными технологиями и методами расчета:

• удаление грубодисперсных примесей, песка, плавающих веществ;
• удаление органических загрязнений (без выделения индивидуальных веществ);
• удаление соединений азота и фосфора;
• обеззараживание очищенных вод;
• обработка осадков сточных вод с целью получения побочной продукции (биогаза, органического удобрения, почвогрунта, рекультиванта и т.п.) или практически неопасного или малоопасного отхода, предназначенного для размещения в окружающей среде.

Нерешенность одной или нескольких из этих задач на конкретных ОС формирует экологические проблемы, связанные с данным объектом.

Закономерности специальной очистки ГСВ от тяжелых металлов, других специфических загрязнений детально не исследовались, и данная задача на практике не решалась.

Начиная с 70-х годов XX века активно изучается проблема тяжелых металлов, затем токсичных органических веществ, однако в основном применительно к осадкам сточных вод, где могут накапливаться эти вещества, выделяемые в процессе очистки. Результатом этих исследований явились как технологические, так и административные решения в этой сфере. Применительно к сточным водам поселений не были разработаны и не применяются специфические технические решения для дополнительного снижения концентраций тяжелых металлов и специфических органических соединений. За рубежом эта ситуация не рассматривается как проблема, требующая решения: эффективность биологической очистки по удалению тяжелых металлов, как правило, признается достаточной. В результате сбросы остаточных концентраций тяжелых металлов со сточными водами поселений контролируются, а также во многих странах подлежат оплате, но не нормируются.

В XXI веке большое внимание уделяется воздействию гормональных и лекарственных препаратов на высшие водные организмы и (через попадание в водозаборы) на организм человека. Однако эти исследования пока что не получили технологического развития применительно к сточным водам поселений.

Проблема поверхностных сточных вод в разных странах решалась по-разному. В Европе исторически развивалась общесплавная система водоотведения со сбором всех видов сточных вод в одну систему. Это также было связано с тем, что в XIX веке в Европе решалась только задача отведения сточных вод из города и защиты источников питьевого водоснабжения (путем сброса сточных вод ниже по течению).

В России, где строительство систем канализации началось существенно позднее, были приняты во внимание недостатки общесплавных систем (существенно большие диаметры коллекторной сети, гораздо более неравномерная нагрузка на очистные сооружения и др.), и развитие пошло по пути создания раздельных и полураздельных систем водоотведения. В первую очередь создавались системы отведения городских сточных вод и сразу — сооружения их очистки.

Проблема очистки поверхностных сточных вод до начала 1970-х годов игнорировалась. Общая тенденция развития водоохранной деятельности в нашей стране была направлена преимущественно на сокращение сброса загрязняющих веществ с ГСВ, тогда как ПСВ, образующиеся на территории поселений, относили к категории условно чистых, и их влияние на качество воды водных объектов практически не учитывалось. Основной задачей считалось их отведение во избежание подтопления пониженных территорий жилой застройки и предприятий. Строительство централизованных систем дождевой (ливневой) канализации предусматривалось преимущественно в крупных и средних городах. Выпуск ПСВ в водные объекты проводился без очистки и запрещался на участках водоемов, специально отведенных для отдыха населения.

Первые нормативные требования на строительство очистных сооружений для поверхностного стока были сформулированы только в 1975 году в Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами (в этой редакции не действуют на настоящий момент). С этого момента началось массовое проектирование и строительство сооружений по очистке поверхностных сточных вод.

Однако на сегодняшний день очистке подвергается не более 10% годового объема поверхностного стока, организованно отводимого с территории поселений. Наиболее развита система отведения и очистки поверхностного стока в г. Москве, однако и там существующие очистные сооружения принимают поверхностный сток с 35% канализованной территории города.

Технологически задачи очистки поверхностных сточных вод последовательно развивались от удаления плавающих веществ к очистке от взвешенных и органических загрязнений, прежде всего нефтепродуктов. Удаление фосфатов там, где это актуально, производят с помощью реагентов-коагулянтов, которые также интенсифицируют удаление взвешенных веществ. Освоение технологий с биоплато позволяет (в теплый период) удалять азот там, где это актуально. С помощью УФ-установок возможно решать задачу обеззараживания ПСВ.

1.2.2 Специфика терминологии подотрасли применительно к описанию НДТ

Сопоставление терминологии очистки сточных вод и терминов описания производственных процессов приведено в таблице 1.5.

Таблица 1.5

Место основных процессов отрасли в терминологии НДТ

1.2.3 Технологические и экологические аспекты развития подотрасли очистки сточных вод в СССР и России

В середине 1970-х годов подотрасль очистки сточных вод в СССР, несмотря на чрезвычайно низкую доступность специализированного оборудования, занимала по результатам своей работы одно из лидирующих мест в мире. Практически все города были оснащены сооружениями биологической очистки. Разработки отечественных специалистов позволили решать задачи очистки с минимальным объемом сооружений и капитальных вложений.

Начиная с этого периода, развитие подотрасли на значительный период времени было направлено по пути углубления очистки от взвешенных веществ. Значительные средства вкладывались в сооружения доочистки сточных вод, создававшиеся на базе зернистых фильтров. Стадия доочистки позволяла повысить эффективность очистки сточных вод от взвешенных веществ и органических соединений (БПК) всего на несколько процентов при стоимости сооружений и их эксплуатации до половины затрат на основной процесс очистки. Большинство построенных в тот период сооружений доочистки в настоящее время не работают или работают неэффективно (см.: раздел 3).

При этом до середины 1990-х годов решение актуальной задачи удаления азота и фосфора практически игнорировалось (несмотря на серьезный уровень проведенных в 1980-е годы исследований), тогда как за рубежом уже со второй половины 1970-х годов технологии удаления азота и фосфора активно применялись при создании ОС ГСВ. Следует отметить, что задача создания сооружений доочистки ГСВ от взвешенных веществ и органических соединений, определяемых показателем БПК, не столь актуальна для промышленно развитых зарубежных стран и на сегодняшний день.

Однако, пожалуй, важнейшее влияние на развитие подотрасли оказало фактическое распространение на сбросы сточных вод требований по соблюдению ПДК для водных объектов рыбохозяйственного назначения. Важно отметить, что данные ПДК были разработаны для оценки состояния водных объектов, но никак не для нормирования сбросов сточных вод. Нормативы этих ПДК едины для всей территории Российской Федерации, и их применение не зависит от природно-климатических, геохимических, гидрохимических и гидрологических особенностей водоемов. Это приводит к тому, что действие данных ПДК распространяется на водные объекты, в которых естественные фоновые концентрации веществ могут превышать установленный ПДК в десятки раз.

При разработке ПДК проблема их технической достижимости в процессах очистки в принципе не рассматривалась.

Учитывая отсутствие технологий достижения большей части этих требований и очень высокую стоимость достижения большинства остальных, переход к новой системе требований привел к развитию многих негативных процессов, в частности:

• дезориентация подотрасли в части ориентиров развития. В этом качестве в виде одинаковых по значимости задач предъявлялись, например, удаление соединений азота и тяжелых металлов, тогда как на практике никаких мер по удалению тяжелых металлов никогда и нигде не предпринималось в связи с отсутствием специальных технологий;
• массовому развитию тенденции к искажению фактических данных о загрязненности сбрасываемой воды, начиная с показателей проектов, которые не согласовывались без декларации невыполнимого соблюдения ПДКрыбхоз и заканчивая искажением данных химико-аналитического контроля работы сооружений;
• сокращение притока частных инвестиций в подотрасль при столь шатких условиях работы.

Введение системы оплаты за сбросы и в особенности Методики исчисления размера вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения водного законодательства [28] создало условия, при которых любым работающим не только по проекту, но и лучше проекта ОС ЦСВ можно вменить необходимость оплаты компенсации вреда на суммы, многократно превышающие годовой доход организации ВКХ от этого вида деятельности.

Требование очищать стоки до величин концентраций показателей ниже аналогичных естественных фоновых значений приводит к ситуации, когда стоки с более низким содержанием загрязняющих веществ, чем в водном объекте, все равно рассматриваются как недостаточно очищенные, к таким предприятиям выдвигаются требования по внесению сверхнормативной платы и предъявляются многомиллионные требования о возмещении вреда окружающей среде без доказательства причинения самого факта вреда, а только на основе отчетности самого предприятия.

Примерно такая же ситуация возникла в сфере очистки ПСВ. Вместо создания большего количества объектов очистки, обеспечивающих удаление основной массы загрязнений, требование соблюдения ПДК загрязняющих веществ на выпуске очищенных сточных вод в водный объект сформировали тенденцию строительства немногочисленных технически сложных, дорогостоящих в строительстве и эксплуатации очистных сооружений с многоступенчатой технологической схемой очистки, ориентированных на достижение нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного назначения.

В целом нереалистичная система нормирования существенно затормозила модернизацию очистных сооружений подотрасли, препятствовала притоку инвестиций в нее и тем самым нанесла значительный ущерб состоянию водных объектов.

Настоящий справочник как элемент системы технологического нормирования сбросов в рамках реформы, проводимой Правительством Российской Федерации в этой сфере, призван создать обоснованную базу для реалистичного нормирования, что позволит предотвратить нерациональные затраты для бюджетов всех уровней, предсказуемые условия работы для инвесторов. Результатом этого должно явиться максимально возможное в сложившихся условиях уменьшение негативного воздействия на окружающую среду от объектов подотрасли.

Утвержденный в 2015 г. ИТС 10-2015 [11] сыграл важную роль в переходе отрасли на систему технологического нормирования. Его концепция, изложенная в разделе 4.1 настоящего справочника НДТ, легла в основу нормы Закона № 225-ФЗ от 29.07.2017 [8]. В редакции данного ФЗ часть 5 статьи 23 Федерального Закона от 10 января 2002 года № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» [1] установила, что для объектов централизованных систем водоотведения поселений или городских округов, отнесенных к объектам I категории, комплексным экологическим разрешением устанавливаются технологические нормативы на основе технологических показателей наилучших доступных технологий в сфере очистки сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений или городских округов, установленных Правительством Российской Федерации на основе информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям в сфере очистки сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений или городских округов с учетом мощности очистных сооружений централизованных систем водоотведения поселений или городских округов, а также категорий водных объектов или их частей, в которые осуществляется сброс сточных вод.

Правила отнесения водных объектов к категориям водных объектов для целей установления технологических показателей наилучших доступных технологий в сфере очистки сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений или городских округов, разработанные во исполнение указанной статьи, утверждены постановлением Правительством Российской Федерации от 26 октября 2019 г. № 1379 [29].

Также Закон № 225 ввел в статье 16.3 Закона № 7-ФЗ [1] понятие технологически нормируемых веществ (ТНВ) — загрязняющих веществ, относящихся к веществам, для которых устанавливаются технологические показатели наилучших доступных технологий в сфере очистки сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений или городских округов. Для веществ, не относящихся к ТНВ, Закон № 225 ввел в статью 23 Закона № 7-ФЗ [1] положение, что для объектов централизованных систем водоотведения поселений или городских округов в отношении загрязняющих веществ, не относящихся к технологически нормируемым веществам, нормативы допустимых сбросов устанавливаются комплексным экологическим разрешением или рассчитываются при подаче декларации о воздействии на окружающую среду в целях расчета нормативов состава сточных вод абонента. Т.е. данные нормативы не должны соблюдаться объектом ЦСВП. Вследствие данного положения отрасль централизованного водоотведения регулируется по двум принципам: технологического нормирования (для ТНВ) и по нормативам допустимого воздействия (для остальных веществ, которые будут обнаружены в сбрасываемой сточной воде объекта в результате процедуры инвентаризации).

Проведенный анализ последствий этого решения позволяет сделать вывод, что это является отступлением от принципа технологического нормирования, т.к. многие нормативы по составу сточных вод, рассчитываемые на основе нормативов допустимого сброса по веществам, не относящихся к ТНВ, будут технически невыполнимы для абонентов ЦСВП.

1.3 Роль подотрасли в защите водных объектов от негативного воздействия поселений на водные объекты

По данным Минприроды России (Доклад о состоянии и об охране окружающей среды в Российской Федерации в 2017 году [30]), в 2017 году в результате вида экономической деятельности «водоснабжение, водоотведение, организация сбора и утилизации отходов, деятельность по ликвидации загрязнений» образовалось 9 233,13 млн м3 сточных вод, или 21,7% от общего сброса сточных вод. По данным Минприроды России, 86,74% общего объема сточных вод данного вида деятельности относятся к нормативно чистым.

Рис. 1.1 — Данные Минприроды России по структуре сточных вод (по [30])

Соответственно, по этим данным 1224,3 млн м3 сточных вод по всей России признаны в данном отчете загрязненными. Учитывая, что также по данным Минприроды России только в 16 субъектах РФ в бассейне реки Волги предприятиями ЖКХ сбрасывается 3174,7 млн. м3 загрязненных сточных вод, и задачей федерального проекта «Оздоровление Волги» является сокращение этого годового объема на 2120 млн. м3, информацию в отчете Минприроды за 2017 год нельзя считать корректной. Так, по данным анализа состояния очистных сооружений в 31 субъекте Федерации в бассейне Волги, только 6 из 136 технически способны очищать сточные воды до уровня технологических показателей НДТ, даже не до НДС.

Негативное воздействие на водные объекты оказывают населенные пункты в результате жизнедеятельности их населения и работы организаций, образующих сточные воды. При этом ОС ЦСВ сами не образуют практически никаких загрязнений. Технологический процесс на них (подробнее см. раздел 2) не приводит к образованию новых сточных вод и отходов, а лишь концентрирует и трансформирует уже содержащиеся в поступающем потоке загрязняющие вещества. Согласно проектам, технологический процесс представляет собой преобразование (рекуперацию) сточных вод в потоки веществ, безвредные для окружающей среды и (или) используемые в различных отраслях хозяйства. Таким образом, ОС ЦСВ имеют водоохранное значение, что закреплено в Водном кодексе Российской Федерации, а не представляют экологическую опасность.

Потенциальная экологическая опасность ОС ЦСВ (прежде всего — ОС ГСВ) возникает при реализации рисков нарушения технологического процесса, в том числе в результате аварий. Также на практике из-за проблем с утилизацией осадка они становятся отходами, часто накапливаются на иловых площадках, загрязняя окружающую среду.

1.4 Информация по подотрасли

1.4.1 Общие сведения о предприятиях подотрасли

Расположение и масштабы подотрасли соответствуют расположению и численности населенных пунктов в Российской Федерации.

По состоянию на 01.01.2015 (Росстат. Распределение муниципальных учреждений по типам муниципальных образований на 1 января 2014 года) в Российской Федерации насчитывалось: городских округов — 535, поселений городских — 1644, поселений сельских — 18 654. Согласно законодательству, понятие «поселение» не тождественно понятию «населенный пункт». «Поселение» — это не градостроительная, а управленческая единица. Применительно к городским поселениям это понятие совпадает, к сельским — нет. Поселение часто включает в себя несколько населенных пунктов.

Однако количество существующих ЦСВ и их очистных сооружений (ОС ЦСВ) далеко не тождественно количеству населенных пунктов, относящих к этим категориям по следующим причинам:

• значительная часть средних и малых сельских поселений (за исключением недавно созданных, представляющих собой коттеджные поселки с ЦСВ) не имеет централизованных систем водоотведения;
• значительная часть поселений имеет ЦСВ только для смеси бытовых и производственных сточных вод (так называемая раздельная система водоотведения), при этом поверхностные стоки отводятся по рельефу, без применения ЦСВ;
• значительная часть ЦСВ поверхностного стока не имеет сооружений очистки, сброс стока осуществляется непосредственно в водные объекты, без очистки.

Кроме того, не все города и поселки городского типа имеют ЦСВ для отведения городских сточных вод. По данным за 2008 год, к ним относились 29 городов (около 3% общего их числа в стране). В их числе были 5 городов в Республике Саха (Якутия), 3 города в Новосибирской области, по 2 города в Калужской, Костромской, Курганской областях, Республике Тыва и Красноярском крае, по 1 городу в Пермском и Алтайском краях, Брянской, Воронежской, Архангельской, Астраханской, Пензенской, Ульяновской, Свердловской, Омской, Читинской областях. Кроме того, еще 273 поселка городского типа (20% от общего числа в Российской Федерации) не располагали ЦСВ.

Данные Росстата по канализованию населенных пунктов и по очистным сооружениям приведены в таблице 1.6. Как следует из данной таблицы, число не имеющих ЦСВ городов сократилось до 2%, что соответствует 22 городам.

Таблица 1.6

Статистические данные по количеству ЦСВ

Примечание - в масштабах страны производительность сооружений биологической очистки не может быть значительно выше, чем у сооружений механической очистки, как приведено в цитируемых данных.

Согласно данным статистики, общее количество ЦСВ составляет 9214 единиц (данные 2014 года, аналогичные более поздние данные отсутствуют).

Данные по количеству ОС ЦСВ отсутствуют, но номинально оно должно быть близко к количеству ЦСВ и составлять около 9 тыс. При проектной производительности 58,019 млн м3/сут средняя проектная производительность одной ЦСВ составляет около 6450 м3/сут, а средний приток — около 2900 м3/сут.

Следует отметить, что существенная недогрузка очистных сооружений на практике далеко не всегда означает комфортные условия эксплуатации и наличие резерва мощности. По данным членов технической рабочей группы, значительная часть ОС сельских поселений и поселков городского типа находится в неудовлетворительном состоянии, а часть полностью вышла из строя. На многих более крупных ОС часть линий очистки выведена из эксплуатации из-за неудовлетворительного технического состояния. Кроме того, проектная производительность в подавляющем числе ситуаций относится к возможности сооружений осуществлять задачу удаления органических загрязнений, тогда как проведение очистки от биогенных элементов требует примерно в 2 раза большего времени обработки. Также существенно, что сокращение расхода сточных вод (см. ниже), имевшее место в последние 25 лет, не означало пропорционального сокращения нагрузки по загрязнениям, в большей степени определяющим время обработки сточной воды.

Таким образом, средняя нагрузка в 50% от проектной мощности (см.: таблица 1.6) лишь показывает некоторую вероятность реконструкции данных сооружений с переводом на новые технологии, без строительства дополнительных объемов емкостей.

Информация по количеству объектов очистки ПСВ населенных пунктов весьма незначительна, что в целом отражает ситуацию по стране. Информация по существующим объектам в ходе сбора анкет была получена только от Москвы и Санкт-Петербурга. По экспертному мнению, очистные сооружения ПСВ от селитебных территорий существуют (как специализированные инженерные объекты) практически только в крупных городах.

Тем не менее в Москве на общее число водовыпусков (около 1400 ед.) приходится немногим более 160 ОС. Общая площадь водосбора, сточные воды с которой очищаются хотя бы в самых простых сооружениях (пруды, щитовые загрязнения), не превышает 50 тыс. га, тогда как только площадь автодорог в пределах Садового кольца превышает 700 тыс. га.

В г. Санкт-Петербурге, где вся неисторическая часть застройки (а также и Васильевский остров) канализована по раздельной схеме, по состоянию на 1 августа 2019 года на 333 дождевых выпуска без очистки (не считая 731 дождеприемник) 1038 в водные объекты имеется 7 ОСПС, из которых 6 созданы за последние 25 лет. Они очищают около 3,3% ПСВ, поступающих в ливневую централизованную систему водоотведения.

На настоящий момент критерий отнесения установлен постановлением Правительством Российской Федерации от 28.09.2015 № 1029 «Об утверждении критериев отнесения объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, к объектам I, II, III и IV категорий» [19] к I категории объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду отнесены объекты очистки сточных вод централизованных систем водоотведения (канализации) с объемом отводимых сточных вод 20 тыс. куб. м и более в сутки, что примерно соответствует численности населения свыше 50 тыс. человек (т.е. средние городам и выше по численности), основное внимание в данном справочнике посвящено этой группе населенных пунктов.

Общее количество объектов, которые должны быть отнесены к 1-й категории, составляет не более 600 (с учетом того, что ряд городов имеет более одного ОС ГСВ с объемом отводимых сточных вод 20 тыс. м3 и более в сутки, а также с учетом немногочисленных ОС ПСВ, удовлетворяющих этим условиям).

Оценочные данные по общему количеству объектов в отрасли, имеющих право добровольно присоединиться к нормированию по технологическим показателям (согласно пункту 12 статьи 31.1 Федерального закона от 21.07.2014 № 219-ФЗ (с изм. от 29.12.2014) «О внесении изменений в Федеральный закон „Об охране окружающей среды“ и отдельные законодательные акты Российской Федерации» [32]).

Общее количество ЦСВ, по данным Росстата, составляет свыше 8 тыс. объектов. Однако подавляющее большинство сельских населенных пунктов не имеет ЦСВ, таким образом, данное количество имеет существенный резерв роста. Столь большое количество объектов, которые имеют право переходить на получение комплексного разрешения, создаст проблемы, которые могут быть разрешены разработкой и включением в законодательство норм общего действия (НОД) для такого рода объектов, т.е. общеприменимых обязательных требований, не связанных с получением индивидуальных комплексных разрешений.

1.4.2 Организационные и экономические основы работы подотрасли. Экономические показатели предприятий отрасли

Обычно эксплуатация всего водопроводно-канализационного хозяйства (ВКХ) осуществляется единой организацией, которая традиционно называется водоканалом. В отдельных случаях очистка сточных вод происходит на самостоятельных от водоканалов предприятиях, принимающих сточные воды на очистку либо по договору с организацией, эксплуатирующей ЦСВ, либо по отдельным договорам с абонентами. В ряде случаев эксплуатацией систем ЦСВ и очисткой стоков занимаются предприятия, не относящиеся к сектору ЖКХ.

Большая часть организаций, эксплуатирующих ОС ЦСВ находится в муниципальной собственности (в хозяйственном ведении МУП, учрежденных муниципалитетом, в составе имущества ВКХ). Часть объектов ОС ЦСВ была приватизирована и принадлежит частным компаниям. Часть крупных объектов управляется частными операторами по договорам аренды и концессии.

Существующая система отношений между муниципалитетами и водоканалами во многих случаях не способствует развитию отрасли. Основные фонды предприятий ВКХ до 1990-х годов были сформированы за счет средств местного и государственного бюджетов (кроме тех, которые принадлежали крупным предприятиям), а большинство организаций ВКХ входило в структуры местных органов исполнительной власти. В последующий период, несмотря на то, что задачи этих организаций и их финансовые возможности практически никак не изменились, существование водоканалов в форме МУП привело к иллюзии их отдельного функционирования относительно городов, которые они обслуживают. В результате требования по улучшению качества очистки предъявляются не руководству населенных пунктов, в которых образуются сточные воды и которым принадлежат основные фонды, а водоканалам (МУП) как якобы самостоятельным организациям, при этом загрязнителям водных объектов. Такая подмена адресата претензий, в том числе и обоснованных, многократно снижает их эффективность, сводя результаты к составлению планов, не обеспеченных финансированием.

В качестве инструмента реформы отрасли в настоящее время реализуется постепенный переход к управлению организациями ВКХ на основе концессий (и подобным взаимно ответственным схемам отношений муниципалитетов и отраслевого бизнеса). Однако реализацию этих схем сдерживают недостижимые требования к сбросам сточных вод и риски претензий по возмещению вреда водным объектам, в размере, превышающем годовой доход от работы объекта. Для зарубежных компаний практически невозможно инвестировать средства на таких условиях. Два единственных (при этом технически и экономически удачных) прецедента крупных зарубежных инвестиций в ОС ЦСВ (ОС районов Южное Бутово и Зеленоград г. Москвы) стали возможными только в рамках внутреннего соглашения с водоканалом, который сохранил за собой ответственность перед контролирующими органами за сброс очищенных сточных вод.

Завершение формирования нормативной базы по переходу отрасли на технологическое нормирование в части ТНВ, создаст достаточную основу для исключения непредсказуемых рисков для хозяйствующих субъектов по данным веществам. С другой стороны, предусмотренное Законом № 225-ФЗ нормирование прочих веществ на основе нормативов допустимого сброса (НДС), в отсутствие в законодательстве понятия разрешенных сбросов для таких объектов, создало благоприятную основу для применения к организациям, эксплуатирующим ЦСВП, Методики исчисления размера вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения водного законодательства, утвержденной приказом Минприроды России от 13 апреля 2009 г. № 87, т.к. по ряду веществ (см. раздел 3) соблюдение ПДКрыбхоз в очищенном стоке в принципе невозможно. Опыт практического применения этих норм на момент утверждения настоящего справочника получен не был.

Экономическая основа отрасли — получение организациями ВКХ оплаты за свои услуги от абонентов по тарифу за поданную водопроводную воду и принятые сточные воды. Размер тарифа жестко контролируется территориальными органами Федеральной антимонопольной службы. Тариф может включать в себя инвестиционную компоненту, но при этом общая величина тарифа не может превышать прошлогоднюю больше, чем на установленный Правительством индекс. Увеличение тарифа на услуги водоснабжения и водоотведения, как правило, не превышает инфляцию. При этом значительная часть ежегодного роста тарифа теряется за счет более существенного роста тарифов на энергоносители, удорожания нерегулируемых статей затрат (реагенты, оборудование и др.), введение новых платежей, а также за счет продолжающегося ежегодного снижения водопотребления и водоотведения. Поскольку доля переменных затрат, прямо зависящих от расхода воды, в организациях ВКХ не превышает 40%, то при снижении расхода, например, на 4%, только для компенсации этого (без учета инфляционного фактора) необходимо повысить тариф на 2,5 — 3%. В результате действия данных факторов средства, которыми располагают организации ВКХ, в реальном выражении сокращаются от года к году.

Для предприятий ВКХ снижение потребления воды не только приводит к уменьшению дохода, но и неизбежно требует дополнительных вложений на замену силового и технологического оборудования, мощности которого становятся избыточными, перекладку трубопроводов водоснабжения с уменьшением диаметра труб для борьбы с застоем воды в сетях. Однако из-за применения экономически необоснованного тарифа в отрасли средств на обеспечение энергоэффективности практически нет.

В результате действия всех описанных факторов, убыточными, по данным Российской ассоциации водоснабжения и водоотведения, являются более 75% организаций ВКХ.

Дополнительно к тарифу организации ВКХ имеют право выставлять абонентам компенсационную плату за негативное воздействие на сооружения ЦСВ и за сброс загрязняющих веществ в водные объекты (последний платеж — абонентам, сбрасывающим менее 200 м3/сут, крупные абоненты должны вносить этот платеж в бюджет).

В общей себестоимости услуги водоотведения собственно очистка сточных вод (включая обработку осадка), в большинстве случаев занимает не более 30 — 40%, остальные средства расходуются на эксплуатацию сетей и насосных станций водоотведения.

Величина стоимости услуг водоотведения (по сети городских сточных вод) в разных поселениях существенно различается. Некоторые данные (информация Российской ассоциации водоснабжения и водоотведения) приведены в таблице 1.7.

Таблица 1.7

Средняя стоимость услуги водоотведения по федеральным округам и некоторым регионам Российской Федерации (за 2-е полугодие 2017 г.)

Как видно из таблицы 1.7, величина тарифов даже по соседним и близким к друг к другу по природным и экономическим условиям округам может различаться в несколько раз. Это вызвано тем, что тарифное регулирование происходило «от достигнутого» уровня, принципы технологического обоснования тарифа для достижения необходимого качества услуг не применяются.

Процесс очистки сточных вод не является производством товара, а является услугой, оказываемой абонентам ЦСВ по очистке их сточных вод. При этом абонент оплачивает данную услугу исходя из фактических затрат организации, эксплуатирующей ОС ЦСВ и фактически применяемых технологий, т.е., если на ОС ЦСВ используется примитивная, малоэффективная, но при этом и малозатратная технология (либо вообще отсутствует очистка), то стоимость этой услуги для абонента окажется предельно низкой (нулевой), а если производится глубокая очистка сточных вод, переработка и утилизация осадка, то стоимость услуг для абонента будет максимальной. В аналогичной ситуации, применительно к свободной рыночной ситуации, услуги или товары ненадлежащего качества (не обеспечивающие безопасность окружающей среды) были бы запрещены, но в сфере услуг водоотведения такой подход не применим. Поскольку сфера услуг ЦСВ не является рыночной, а относится к естественным монополиям, то интересы потребителя в этой сфере призвана защищать Федеральная антимонопольная служба. Однако в своей деятельности они руководствуются не обязательностью обеспечения требований по глубокой очистке, а лишь поддержанием работоспособности регулируемых объектов при соблюдении предельных индексов роста тарифов. Тенденция такого развития негативна — отсутствие очистки при минимальном тарифе. Таким образом, к сожалению, регулирование данной сферы разбалансировано: предъявление одними госорганами требований к качеству услуги в виде жестких требований к сбросу очищенных сточных вод противоречит позиции других госорганов признавать неизбежный существенный рост цены на эту услугу.

В таблице 1.8 приведены данные по себестоимости услуг очистки сточных вод в конкретных населенных пунктах (получены в рамках анкетирования предприятий), по сравнению с тарифами на услугу водоотведения в этих поселениях. Учитывая малый объем данных по объектам ОС ПСВ (соответствующий количеству данных объектов в подотрасли), здесь и далее, в случае если вид сточных вод не указан, приводимые данные и информация относятся к ОС ГСВ.

Таблица 1.8

Сравнение себестоимости очистки сточных вод с тарифом на водоотведение

Данные таблицы 1.8 позволяют сделать следующие выводы:

• величины себестоимости очистки по объектам различаются (за вычетом крайних значений) до 5 раз;
• себестоимость возрастает с 3 — 6 руб./м3 для крупнейших станций до 10 — 15 руб./м3 для ОС с притоком 5 — 50 тыс. м3/сут;
• затраты на очистку сточных вод зачастую не коррелируют с результатом очистки. Обычные станции полной биологической очистки (№ 13 - 15) и самые эффективные по качеству очистки современные сооружения (№ 2 - 4), при одинаковой загрузке в процентах от проектной производительности (ПП) имеют одинаковую себестоимость;
• на многих объектах имеет место ситуация, когда себестоимость очистки существенно выше тарифа на водоотведение, т.е. работа ОС обеспечивается за счет других источников (других составляющих тарифа либо платы абонентов за сверхнормативные сбросы);
• в целом ситуация с себестоимостью на ОС по противоречивости и разбросам значений повторяет общую ситуацию с тарифами (таблица 1.7).

1.4.3 Анализ объектов подотрасли по производительности, срокам эксплуатации, производительности, нагрузке

При сборе информации по отрасли запрос на предоставление информации был адресован 404 поселениям и городским округам (всем, население которых превышает 40 тыс. чел. и в которых, соответственно, может образовываться сточных вод свыше 20 тыс. м3/сут).

Распределение этих населенных пунктов по численности населения приведено в таблице 1.9.

Таблица 1.9

Распределение населенных пунктов — объектов рассылки анкет по численности населения

Были получены заполненные анкеты от 200 поселений и городских округов, от всех федеральных округов и большинства субъектов Российской Федерации. Таким образом, выборка полученной информации составляет около 50%, что следует оценить как весьма представительную. В населенных пунктах, направивших анкеты, проживает 60% городского населения Российской Федерации.

Распределение объектов очистки сточных вод, относимых к I-й категории по территории Российской Федерации и ее субъектам полностью соответствует распределению крупных населенных пунктов по территории.

Наибольшее количество таких объектов находится в следующих субъектах Российской Федерации:

• Московская область — 42;
• Краснодарский край — 20;
• Ростовская область — 15;
• Кемеровская область и Свердловская область — по 14;
• Ленинградская область — 13;
• Иркутская область — 11;
• Ставропольский край, Татарстан и ХМАО — по 10.

На эти 10 субъектов приходится около 40% всех объектов I-й категории.

Объекты подотрасли, по которым были получены анкеты, для дальнейшего анализа были разделены на три группы по проектной производительности (ПП):

• свыше 300 тыс. м3/сут: анкеты получены от 19 предприятий по 20 ОС;
• от 100 до 300 тыс. м3/сут: анкеты получены от 28 предприятий по 30 ОС;
• менее 100 тыс. м3/сут: анкеты получены от 133 предприятий по 150 ОС.

Объем данных, полученных по объектам очистки ПСВ, признан недостаточным для анализа. Данные были получены всего от двух предприятий. Информация о ситуации в них приведена ниже.

Анализ распределения ОС по годам постройки (сроку службы), а также данные о проведении реконструкции приведены в таблице 1.10.

Таблица 1.10

Анализ распределения ОС ГСВ по годам постройки (сроку службы)

Во всех трех диапазонах производительности ОС основные мощности были построены в период с 1970 по 1985 год. Крупные и средние станции достраивались до 1990 года. Среди станций есть сооружения, построенные после 2000 года, — от 6% до 13% сооружений.

До 1990 года в основном осуществлялась достройка сооружений и ввод дополнительных блоков. После 2000 года строительство новых блоков и станций велось уже с применением новых технологий с удалением азота или азота и фосфора. Реконструкции с изменением технологии приходятся на 2000 — 2015 годы. Несмотря на существенные доли объектов, подвергшихся реконструкции в 2 группах из трех, реконструктивные мероприятия в основном касались отказа от хлорирования в пользу УФ-облучения и перехода на механическое обезвоживание. Доля объектов, на которых реализованы технологии удаления азота (или азота и фосфора) не превышает 10% (подробнее см.: раздел 2).

Анализ удельного водоотведения (л/чел. в сутки) показывает, что приток сточных вод на ОС ГСВ формируется в весьма широком диапазоне (таблица 1.11).

Таблица 1.11

Величины удельного водоотведения

Как видно из таблицы 1.10, с уменьшением производительности диапазон удельных расходов значительно расширяется. Следует отметить, что при этом значения менее 100 л/чел. в сутки соответствуют неполному водоотведению и (или) частичному отсутствию централизованного водоснабжения. В целом для станций производительностью 100 — 300 тыс. м3 в сутки и особенно менее 100 тыс. м3 в сутки имеется резерв снижения водопотребления (и, соответственно, притока на ОС ГСВ) путем принятия мер по экономии воды.

Как было отмечено в разделе 1.1.2, в последние десятилетия произошло существенное снижение нагрузки на ОС ГСВ. Распределение ОС по величине гидравлической нагрузки, в процентах от ПП показано в таблице 1.12.

Таблица 1.12

Оценка фактической гидравлической нагрузки на ОС

Таким образом, имеющиеся мощности сооружений на большинстве рассмотренных станций имеют хороший потенциал для внедрения современных технологий биологической очистки, который на данный момент мало реализован. Однако следует учитывать два важных фактора:

• основные мощности сооружений были построены в 70 — 80-х годах и при реконструкции требуется больший или меньший объем восстановления состояния железобетонных конструкций. Это увеличивает стоимость работ от 50% до 500% относительно ретехнологизации процесса биологической очистки (изменения технологии с заменой оборудования);
• с учетом того, что массовая нагрузка на ОС ГСВ формируется пропорционально количеству жителей с учетом сбросов промышленных предприятий, величина недогрузки по проектным показателям абсолютно не тождественна недогрузке по загрязняющим веществам. На ОС ГСВ только сооружения механической очистки и отстаивания рассчитывают по расходу, остальные сооружения — по массовой нагрузке.

Ситуация с ОС ПСВ в ГУП «Мосводосток» — единственным в России предприятием, эксплуатирующим значительное число таких систем, — приведена ниже.

Первые очистные сооружения для селитебных водосборных площадей были разработаны в Москве в трех видах: пруды-отстойники, сооружения камерного типа (СКТ) и щитовые заграждения в акватории р. Москвы.

Задачей первых очистных сооружений являлось задержание в полном объеме мусора, частично взвешенных веществ и нефтепродуктов. При этом предусматривалось снижение концентрации загрязнений в среднем по взвешенным веществам до 30 — 50 мг/л, а по нефтепродуктам — до 5 — 8 мг/л. На очистное сооружение направлялась наиболее загрязненная часть поверхностного стока от дождей с периодом однократного превышения расчетной интенсивности в пределах 0,05 — 0,1 года, а также часть талых вод.

Для пропуска пиковых расходов дождевых и талых вод предусматривалось устройство обгонного коллектора, направляющего эти стоки мимо очистных сооружений с последующим сбросом в водные объекты без очистки. Считалось, что указанные стоки несут значительно меньшее количество загрязнений, чем стоки, поступающие с первыми порциями дождей. Таким образом, на данном этапе аккумулирование поверхностного стока не предусматривалось. Однако по технико-экономическим соображениям для снижения диаметров коллекторной сети при большой протяженности главных коллекторов в системе водоотведения устраивались регулирующие резервуары.

В середине 1980-х годов начали использоваться очистные сооружения, оснащенные блоками тонкослойного отстаивания и фильтрами (кассетными) доочистки. Такие сооружения давали больший эффект, нежели пруды-отстойники, СКТ или щитовые заграждения. Их габариты были в 2 — 2,5 раза меньше.

С середины 1990-х годов в связи со строительством МКАД и 3-го транспортного кольца на балансе ГУП «Мосводосток» появились так называемые сооружения глубокой очистки накопительного типа с последующей доочисткой сточных вод многоступенчатой напорной фильтрацией. По достигаемому эффекту очистки (по основным показателям загрязнения) указанные ОС почти выходят на качество очистки поверхностных сточных вод на уровне ПДКрыбхоз, однако при обслуживании водосборной площади более 20 — 30 га стоимость их эксплуатации весьма высока.

В тот же период начали применяться сооружения габионного типа (СГТ). Площадь водосборного бассейна для таких сооружений незначительна — от 1,5 до 5,0 га. В основном они применяются для очистки стоков с дорожных покрытий и близрасположенных откосов.

Также находят применение сооружения с реагентной обработкой, флотационной очисткой, фильтрацией в фильтрах с плавающей загрузкой.

В Санкт-Петербурге первые очистные сооружения, построенные в 1992 году (170 л/сек) кроме ступени отстаивания включали безнапорные пенополистирольные фильтры. В 1992 году схема очистки была рассчитана на очистку не более 20% поверхностных сточных вод поселения и не могла быть ориентирована на достижение требуемых в настоящее время показателей ни по взвешенным, ни по нефтепродуктам. Начиная с 2009 года были приняты в эксплуатацию еще 6 ОС ПСВ различной производительности от 30 до 170 л/сек (из них 3 — в последние 3 года) со схемами безнапорной или напорной фильтрации с различной фильтровальной загрузкой. Опыт эксплуатации этих сооружений показал, что они не обеспечивают требовавшиеся от них показатели (ПДКрыбхоз) ни по взвешенным веществам, ни по БПК, ни по нефтепродуктам.

Ситуация по загрязненности ГСВ по результатам анализа анкет показана в таблицах 1.13, 1.14.

Таблица 1.13

Загрязненность поступающих сточных вод по органическим загрязнениям

Таблица 1.14

Загрязненность поступающих сточных вод по азоту и фосфору

Анализ концентраций поступающей сточной воды показывает увеличение разброса встречаемости с уменьшением производительности станции, что объясняется большим диапазоном удельных расходов и увеличением влияния промышленных стоков с уменьшением производительности станции. Характерные диапазоны для городских стоков представлены в таблице 1.15.

Таблица 1.15

Характерные диапазоны концентраций загрязнений в исходных ГСВ

В результате снижения удельного водоотведения уже на 25 — 35% ОС с ПП свыше 100 тыс. м3/сут поступают сточные воды, которые в условиях Российской Федерации следует оценить, как высоконцентрированные. Следует обратить внимание, что в условиях Западной Европы, в особенности ФРГ, где норма водоотведения во многих населенных пунктах ниже 80 л/чел. в сутки, понятие высококонцентрированных сточных вод существенно отличается: они характеризуются как минимум вдвое большими значениями загрязненности по взвешенным веществам и БПК5. Этот факт оказывает существенное воздействие при использовании в Российской Федерации технологий очистки, разработанных для Западной Европы.

Несмотря на снижение удельного водоотведения, около 1/3 всех ОС с ПП менее 300 тыс. м3/сут получают низкоконцентрированные сточные воды, в том числе по азоту и фосфору.

Важный фактор для использования технологии удаления азота — температура сточных вод. Данные по распределению минимальных среднемесячных температур приведены в таблице 1.16.

Таблица 1.16

Температура поступающих сточных вод

Для ОС с ПП 100 — 300 тыс. м3/сут основной диапазон температуры стоков 12 — 16 °C, а для ОС с ПП менее 100 тыс. м3/сут наиболее характерна температура 12 — 14 °C, причем стоки с температурой 10 °C и менее составляют 23%, что существенно для оценки возможности проведения процесса нитрификации.

Анализ влияния ОС ГСВ на окружающую среду по данным анкет приведен в разделе 3.

Ввиду минимальной информации, полученной из анкет, в таблице 1.17 приводятся данные СП 32.13330-2012 [23] по загрязненности ПСВ, полученные ранее специалистами в результате обобщения многолетних исследований по изучению состава ПСВ поселений, расположенных в различных климатических районах страны.

Таблица 1.17

Примерные значения концентраций в дождевом и талом стоках для различных участков водосборных поверхностей селитебных территорий

Наиболее загрязненным по всем показателям, по данным Свода правил, является талый сток, который по значению показателя БПК приближается к низкоконцентрированным хозяйственно-бытовым сточным водам.

1.5 Градации объектов подотрасли по производительности для дальнейшего использования в справочнике НДТ

К I-й категории природопользователей, для которых будет обязателен переход на НДТ, и получение комплексного разрешения на основании технологических показателей, отнесены все объекты очистки сточных вод ЦСВ с объемом поступающих сточных вод свыше 20 тыс. м3/сут (для ОС ГСВ соответствует мощности очистных сооружений 50 — 60 тыс. ЭЧЖ).

Принцип классификации объектов ОС является предметом дискуссий. Расход сточных вод — традиционный, привычный параметр. Однако он не в полной мере отражает как природоохранную роль объектов ОС ЦСВ, так и потенциальную экологическую опасность, так как при разных величинах удельного водопотребления поселения с одинаковой численностью населения могут образовывать расходы сточных вод, отличающиеся в 2 — 3 раза. Учитывая тенденцию к снижению этих показателей, возможен самопроизвольный переход объектов из одного диапазона в другой, даже при росте населения обслуживаемых ими населенных пунктов. Это может дезориентировать субъекты регулирования.

Расход сточных вод определяет объемы меньшей по стоимости инвестиций части объектов ОС ГСВ, а именно сооружений механической очистки, вторичного отстаивания, обеззараживания, доочистки. Более информативным параметром для классификации ОС ГСВ является параметр «эквивалентная численность жителей». Этот параметр присутствует в Своде правил [23]:

«9.1.3 Общую производительность очистных сооружений по поступающим органическим загрязнениям (эквивалентная численность жителей, ЭЧЖ) допускается определять по формуле»

Npeq = 1000Ben5/60, (1)

где Ben5 — максимальная средняя нагрузка по БПК5 на ОС за 2 недели за 3-летний период наблюдений, кг O2/сут;

60 — расчетное количество загрязнений по БПК5 от одного жителя, г O2/чел. в сутки.

Величина ЭЧЖ строго пропорциональна массе органических загрязнений, поступающих на объекты ОГСВ. Таким образом, она включает в себя не только загрязнения от жителей, но и от всех прочих абонентов. Величина ЭЧЖ (как производная от массовой нагрузки по загрязнениям) при расчете сооружений определяет объемы наиболее дорогостоящих объектов ОС ГСВ: сооружений биологической очистки и обработки осадка.

Параметр ЭЧЖ используется как базовый для классификации объектов в ЕС и в Хельсинской конвенции [33], в частности, в которой оперируют выражением «нагрузка стоков, эквивалентная стокам от (число) жителей».

В то же время параметр расхода сточных вод в большинстве случаев определяет объемы инвестиций в ОС ПСВ и позволяет осуществлять классификацию объектов централизованного отведения поверхностных сточных вод.

Параметр ЭЧЖ не вошел как критерий в проект постановления Правительства РФ, утверждающее технологические показатели НДТ для отрасли. В нем объем среднегодового фактического притока за сутки использован в качестве критерия отнесения к диапазону мощности ОС не только для ПСВ, но и для ГСВ, что противоречит мировому опыту.

В таблице 1.18 приведена классификация ОС ЦСВ ГСВ для целей данного справочника, на основании как среднего суточного расхода, так и параметра ЭЧЖ. Следует отметить, что данная классификация разработана с использованием классификации типов поселений по Градостроительному кодексу Российской Федерации от их численности [34].

Таблица 1.18

Классификация ОС ЦСВ ГСВ по диапазонам мощности

В дальнейшем в данном справочнике приведенные в таблице 1.18 наименования категорий ОС ГСВ употребляются в соответствии с ПП этих ОС, указанной в таблице.

Поскольку в разделе 5 для установок категорий не более «средних» определены более мягкие технологические показатели НДТ, важно учитывать эффект агломерации и освоения пригородных территорий.

Для отнесения ОС ГСВ сточных вод к данным диапазонам мощности очистных сооружений также необходимо, чтобы расстояние по береговой линии водного объекта от выпуска очищенных на данных очистных сооружениях сточных вод до ближайшего следующего организованного выпуска смешанных (городских) сточных вод поселений или городских округов, составляло:

• для отнесения к сверхмалым — не менее 1 км;
• для отнесения к малым — не менее 3 км;
• для отнесения к небольшим — не менее 10 км.

Все очистные сооружения смешанных (городских) сточных вод от сверхмалых до средних включительно, выпуски которых в водные объекты расположены друг от друга ближе указанных значений, относятся по диапазону мощности очистных сооружений к средним.

1.6 Энерго- и ресурсопотребление подотрасли

1.6.1 Энергопотребление

Подотрасль ОС ЦСВ ГСВ, наряду с водоснабжением, относится к числу наиболее энергоемких в инфраструктуре населенных пунктов, в совокупности уступая только метрополитену в тех городах, где он имеется.

Основное количество энергии расходуется на подачу воздуха в аэротенки биологической очистки для обеспечения растворения в иловой смеси необходимого количества кислорода, потребляемого бактериями в процессе разложения загрязнений. В идеальном случае подача воздуха и, соответственно, расход электроэнергии должны быть пропорциональны поступлению со сточными водами загрязнений, на окисление которых расходуется кислород. Учитывая то, что загрязненность сточных вод, как показано выше, изменяется в очень широком диапазоне, данные по энергопотреблению отнесены не к метрам кубическим сточной воды, а к килограмму суммы кислородокисляемых веществ (кислородный эквивалент, КЭ) в сточных водах, к которым отнесены вещества, определяемые как БПК5 и аммонийный азот. Величина КЭ рассчитана по формуле

\text{КЭ } = 4,6C_{N - NH_{4}} + C_{\text{БПК}_{5}}. (2)

Энергопотребление, отнесенное к массе КЭ, может рассматриваться не только применительно к сооружениям биологической очистки, но и к затратам электроэнергии на процесс очистки поступающей сточной воды. В этом случае данный показатель отразит наличие, либо отсутствие первичного осветления, как фактора, влияющего на энергопотребление.

Оптимальное (с минимальными неэффективными потерями) потребление электроэнергии на подачу воздуха в зависимости от технологического процесса составляет 0,25 — 0,40 кВт·ч/кг КЭ (минимум — при оптимизированной технологии удаления азота с денитрификацией, максимум — для развитой нитрификации без удаления азота денитрификацией, подробнее см.: разделы 2 и 4). При загрязненности сточной воды по таблице 1.3 этот диапазон будет соответствовать 0,075 — 0,12 кВт·ч/м3 при использовании первичного отстаивания и 0,09 — 0,145 кВт·ч/м3 без первичного отстаивания.

Анализ фактических анкетных данных по энергопотреблению ОС ЦСВ ГСВ приведен в таблице 1.19.

Таблица 1.19

Удельное энергопотребление на процесс биологической очистки

До 40% крупных станций работают в энергоэффективном режиме с удельными расходами, близкими к расчетным параметрам. При этом 30% сооружений с расходами более 0,6 кВт·ч/кг КЭ нуждаются в улучшении технологии аэрации.

В диапазоне ПП 100 — 300 тыс. м3/сут также около 35% сооружений работают с хорошими энергетическими показателями, однако перерасходы энергии для 30% сооружений более существенны. Еще хуже картина энергоэффективности процесса очистки для станций ПП менее 100 тыс. м3 в сутки. Практически для большинства сооружений характерно высокое потребление энергии, причем значения могут на порядок и более отличаться от оптимальных. Основная причина этого — невозможность уменьшить расход воздуха в условиях недогрузки станции. Взаимосвязь нагрузки на станцию и расхода энергии представлена на рисунке 1.2. Хорошо видно, что в условиях нагрузки менее 25% от ПП, когда теоретически необходимо оставить в работе менее одной воздуходувки, на части объектов возникают весьма существенные перерасходы энергии. Для реализации существенного потенциала повышения энергоэффективности на станциях производительностью менее 100 тыс. м3 в сутки потребуется замена воздуходувок в соответствии с реальными расходами сточных вод.

Рисунок 1.2 — Зависимость удельного энергопотребления от нагрузки на ОС ГСВ по сточным водам

Даже если рассматривать достаточно благополучные по энергопотреблению станции, то на современном уровне развития технологий подотрасль располагает значительным резервом сокращения энергопотребления относительно существующего уровня. Энергопотребление аэротенков может быть снижено относительно средних значений (каждая следующая цифра относится к применению на фоне использования предыдущего мероприятия, т.е. величины не суммируются):

• на 20 — 25% — за счет использования эффективных систем аэрации;
• на 15 — 20% — за счет регулируемой подачи воздуха в соответствии с потребностью сооружений в кислороде;
• на 10 — 15% — за счет использования энергосберегающих технологических процессов биологической очистки.

В сумме использование данных подходов способно снизить энергопотребление на аэротенки на 40 — 50%.

Важно отметить, что в настоящее время сформировалась тенденция отказа от первичных отстойников с использованием только биологической очистки, определяемая, прежде всего, стремлением улучшить условия применения технологий удаления азота и фосфора при очистке низкоконцентрированных ГСВ, а также при неблагоприятных соотношениях органических загрязнений и азота. Однако неоправданный отказ от осветления ГСВ влечет за собой существенный рост энергозатрат и увеличение объема образующегося осадка.

Переход к использованию альтернативных энергоисточников может довести внешнее энергопотребление практически до нуля. Это достигается путем энергогенерации, прежде из биогаза, получаемого при анаэробной стабилизации осадка. В условиях РФ, в отличие от ЕС, альтернативная биогазовая энергетика на ОС как самоцель экономически не оправдана, т.к. с учетом достаточной обеспеченности РФ энергоносителями масштабы государственной поддержки «зеленой энергетики» существенно меньше. Однако цели и результаты процесса анаэробной стабилизации осадка сточных вод гораздо шире получения энергии. Это, прежде всего, обеспечение стабильности (незагнивания) осадка при хранении, значительное сокращение его массы и объема и др. В совокупности достижения этих целей вместе с энергетической утилизацией биогаза анаэробное сбраживание является весьма эффективным.

Другой, существенно больший источник генерации энергии, в данном случае тепловой, возможен за счет утилизации тепла сточных вод путем использования тепловых насосов. Это позволяет при использовании соответствующего количества электроэнергии получать такое количество тепла, которое может найти применение только вне ОС, если в нем есть потребность.

Следует отметить, что коэффициент преобразования энергии на ГСВ практически максимальный и существенно выше, чем при классическом использовании тепловых насосов, извлекающих тепло из грунтовых вод, так как температура сточной воды существенно выше. Однако окупаемость проектов энергогенерации в разумные сроки не всегда возможна, требуется проведение технико-экономических проработок.

Энергопотребление ОС ПСВ относительно невелико. Оно минимально для отстойных сооружений, но существенно возрастает при использовании флотаторов или зернистых фильтров, работающих с промывкой.

1.6.2 Потребление реагентов

Классическая технология ОС ГСВ (полная биологическая очистка) вообще не требует потребления реагентов. Механическое обезвоживание требует использования полиэлектролитов (органических флокулянтов). В массовом выражении эта потребность очень невелика (не более 3 кг/1000 м3 сточной воды), однако это сложные в приготовлении и относительно дорогостоящие реагенты.

Удаление фосфатов в ряде технологий требует использования реагентов для осаждения. Для этого могут применяться соли железа или алюминия. При ориентации только на реагентные технологии потребность в них (по товарному веществу) может достигать 50 — 70 кг/1000 м3 сточной воды. Поэтому приоритет должны получать безреагентные технологии удаления фосфора, с использованием улучшенного биологического поглощения активным илом.

1.7 Особенности условий модернизации объектов подотрасли

В силу технологических обстоятельств, переход от классической очистки от органических загрязнений к эффективным способам очистки также и от биогенных элементов не может быть рациональным способом реализован как достройка сооружений, дополнительных к имеющимся, а требует изменения технологии биологической очистки сточных вод в существующих сооружениях (либо создания новых сооружений).

Вариант с новым строительством в большинстве случаев значительно дороже и приемлем только в следующих ситуациях:

• существующие сооружения конструктивно не соответствуют современным техническим и технологическим требованиям;
• состояние строительных конструкций неудовлетворительное и признана нецелесообразной их реконструкция;
• целесообразен перенос ОС на другую площадку.

Во всех других ситуациях, которых на практике не менее 50%, а для ОС от больших и крупнее — более 80%, целесообразно проводить реконструкцию существующих сооружений (аэротенков и вторичных отстойников). Их переход на технологии с удалением азота и фосфора, требующие существенно большего времени обработки сточной воды и дозы активного ила возможен без дополнительного строительства только в условиях значительной (как правило, не более 50% от проектной) недогрузки ОС по притоку сточных вод.

Вариант с реконструкцией, однако накладывает существенные ограничения на сроки модернизации ОС и качество очистки на них по следующим причинам:

• его необходимо реализовывать в несколько этапов (очередей), так как в период проведения СМР на одной части сооружений сточные воды должны очищаться на оставшейся части;
• как правило, до начала выполнения основных работ требуется выполнение вспомогательных, таких как прокладка новых каналов, устройство новых насосных станций и т.п.

После окончания реконструкции очереди ее проектная производительность (по новой технологии) уже не будет превышать, как правило, 50% от первоначальной величины (по классической технологии). В результате даже при разбиении работ по реконструкции ОС со стартовой нагрузкой 50% от ПП на 3 очереди при производстве работ на 3-й, последней очереди первые две, ранее реконструированные, будут перегружены до 1,5 раз. Это приведет к временному ухудшению качества очистки воды в период реконструкции не только по отношению к новым проектным показателям, но и к качеству до реконструкции.

1.8 Системные проблемы отрасли ВКХ и подотрасли очистки сточных вод

К приоритетным общим проблемам отрасли следует отнести:

1. высокий износ основных фондов, причем не только ОС ЦСВ, но всех остальных (так, в среднем по стране в замене нуждается 46% сетей, тогда как в идеальной ситуации эта величина не должна превышать 10%), что в рамках единых организаций ВКХ приводит к перераспределению средств на более оперативные проблемы повышения надежности сетей и (или) ликвидации аварий на сетях. Также в подавляющем большинстве случаев для жителей и руководителей населенных пунктов качество питьевой воды играет гораздо более важную роль, чем качество очистки сточных вод;

2. неработоспособная контрпродуктивная система нормирования сбросов очищенных вод на основе ПДКрыбхоз (описана выше), которая должна быть реформирована действиями в рамках выполнения Законов № 219-ФЗ от 21.07.2014 [32] и № 225-ФЗ от 29.07.2017 [8];

3. тарифное регулирование «от достигнутого уровня», которое закрепило результаты всех изменений в этой сфере, произошедших в этой сфере за последние почти 25 лет. В результате тарифы на водоотведение в соседних субъектах федерации различаются до 3 раз (при том, что и более высокого из этих тарифов недостаточно для полноценного развития). Даже если считать, что тариф соответствует уровню сооружений, то такая ситуация консервирует отсталость: чем хуже очистка, тем ниже тариф, тем меньше возможности инвестировать в модернизацию сооружений;

4. отрасль до 2019 г. находилась в глубоком кризисе в части инвестиций в нее:

• большинство организаций ВКХ убыточно и не может выделять средства на реконструкцию сооружений;
• средства регионов на развитие ВКХ весьма ограничены;
• выделение существенных средств госбюджета до 2018 г. ограничивалось ФЦП «Экономическое и социальное развитие Дальнего Востока и Байкальского региона на период до 2018 года» [35], а также программами подготовки к международным мероприятиям. Отдельная ФЦП по развитию ВКХ отсутствовала;
• частные инвестиции фактически также невелики, при этом иностранные инвестиции в последние годы практически отсутствуют.

С 2019 г. стартовал Федеральный проект «Оздоровление Волги» [36], который предусматривает значительные инвестиции в модернизацию и строительство ОС ЦСВП в масштабах, беспрецедентных для РФ, однако не сопоставимых с накопившимися потребностями;

5. плохо работающая, несмотря на новации в этой области, система взаимоотношений водоканалов и промышленных абонентов. Принятые в последние годы Федеральный закон от 7 декабря 2011 г. № 416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении» [37] (с учетом изменений, внесенных Законом № 225-ФЗ от 29.07.2017 [8]) и Постановление Правительства Российской Федерации от 29 июля 2013 года № 644 «Об утверждении Правил холодного водоснабжения и водоотведения и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации» [38] и другие нормативные правовые акты не разрешили проблемы, имевшиеся в этой сфере. К абонентам по-прежнему продолжают предъявляться нереализуемые требования, что, по аналогии с ОС ЦСВ, никак не способствует созданию эффективных локальных очистных сооружений.

В то же время часты случаи негативного воздействия на ОС ГСВ промышленных сточных вод, сбрасываемых без предварительной очистки. Во многих относительно небольших поселениях жизненно важные для них промышленные предприятия (преимущественно пищевые производства), обеспечивающие занятость населения в них, сбрасывают сточные воды безо всякой очистки, что создает многократную перегрузку на ОС ГСВ по органическим соединениям, и без того находящиеся в запущенном состоянии;

6. сложная ситуация с утилизацией осадков сточных вод. Несмотря на наличие достаточной нормативной базы по различным методам использования осадков, степень зарегулированности данной сферы такова, что практически 100% осадков, соответствующих всем требованиям, либо захоранивается на полигонах, либо утилизируется по «серым» схемам. Данная ситуация не имеет никаких объективных оснований и вызвана исключительно неэффективной системы регулирования;

7. отсутствие реальной поддержки государством энергосберегающих технологий, в том числе альтернативной биоэнергетики, тормозит использование энергогенерирующих технологий.

Вышеописанные общие проблемы привели к формированию следующих основных экологических проблем подотрасли:

1. существенная часть ОС, не подвергшихся своевременной реконструкции, находится в неудовлетворительном состоянии либо вообще выведена из эксплуатации. Также ряд сооружений не может справиться со сверхнормативными сбросами промышленных предприятий по органическим веществам. В результате на данных объектах превышаются (в том числе и многократно) проектные показатели 1960 — 1970-х годов по взвешенным веществам и БПК;

2. большинство (более 90%) имеющихся ОС ГСВ по своему уровню относятся к технологиям 1960-х годов и не обеспечивают удаление азота и фосфора;

3. на большинстве ОС ГСВ используется обеззараживание хлором и хлорреагентами, что, обеспечивая дезинфекцию, наносит выраженный экологический вред водным объектам. Он заключается как в токсичном воздействии хлора и хлорпроизводных на весь водный биоценоз, так и в накоплении хлорорганических соединений в водных организмах и донных отложениях (последнее формирует долговременные последствия). Распространенная (и являющаяся обязательной в США, где активно используется обеззараживание хлором) технология дехлорирования после хлорирования в России нигде не применяется;

4. практическое применение современных технологий очистки ПСВ селитебных территорий очень фрагментарно и сосредоточено в Москве, Санкт-Петербурге и небольшом числе крупнейших городов. Более того, состояние сетей дождевой канализации в большинстве городов (как по степени охвата, так и по техническому состоянию) таково, что основной задачей организаций ВКХ в области дождевой канализации является обеспечение отведения дождевых и талых вод во избежание подтопления территорий с предотвращением материального ущерба жилому сектору, транспортной инфраструктуре и промпредприятиям;

5. несмотря на существенное изменение ситуации с обезвоживанием осадка в лучшую сторону, многие ОС ГСВ продолжают накапливать их на иловых площадках. Кроме того, на подавляющем числе ОС ГСВ как по объективным, так и по субъективным причинам произошел отказ от эксплуатации сооружений стабилизации осадка, что приводит к загрязнению подземных вод и атмосферы;

6. существенной проблемой многих сооружений, в значительной степени определяющей отношение к ним населения, является выделение запахов, ощущаемых в жилой застройке, на путях перемещения жителей и в местах их работы. Эта очевидная потенциальная проблема решалась в России (СССР) с начала развития подотрасли путем принятия мер пассивной защиты — установления санитарно-защитных зон (СЗЗ) необходимого размера. Однако развитие населенных пунктов во многих местах приводит к нарушению этих зон. Кроме того, во многих случаях эти нормы были изначально нарушены.

Проведенный анализ проблем подотрасли показывает, с одной стороны, обилие экологических проблем, связанных с использованием устаревших технологий, и столь же существенную нехватку финансирования для их решения — с другой стороны. Нерешенные экологические проблемы есть проявление все той же проблемы нехватки средств. Накопившееся техническое отставание есть результат накопившегося за 25 лет недофинансирования подотрасли. Эффективные технологии очистки ГСВ технически были доступны и 20 лет тому назад, проблема была и заключается только в нехватке финансирования.

Сложившаяся в подотрасли ситуация определяет необходимость применения видоизмененных подходов в применении НДТ и в трактовке самой терминологии. Термин «наилучшие» в данных условиях должен означать наибольшую эколого-экономическую эффективность технологии — максимальное количество предотвращенного вреда окружающей среде на рубль вложенных средств. Использование решений, которые ведут к перерасходу средств относительно решаемой задачи, таких как строительство объектов без учета фактической отрицательной динамики водоотведения (про запас), а также применение стадии доочистки (без исключительных оснований для этого) не должно считаться переходом на НДТ.

Описанные в настоящем разделе особенности подотрасли, такие как повсеместная распространенность, огромное число объектов, которые в совокупности сбрасывают около 60% всех загрязненных сточных вод страны, при этом малая доля объектов, соответствующих современным требованиям, требуют трактовать определение НДТ, данное статьей 28.1 219-ФЗ [24] как «наименьший уровень негативного воздействия на окружающую среду в расчете на ... объем производимой продукции ...» не применительно к одному данному объекту, а в масштабах подотрасли в целом. В противном случае, если осуществлять модернизацию единичных объектов ориентируясь на наименьший уровень воздействия на данном объекте, сокращение общего воздействия на бассейн не будет достигнуто.

Требуемое законодательством достижение наименьшего уровня негативного воздействия на окружающую среду в расчете на объем производимой продукции может быть обеспечено за счет использования следующих основных механизмов:

1. учет при выборе технологий для конкретного объекта ОС численности населения в поселении, городском округе (производительность ОС согласно изложенной в настоящем разделе классификации);

2. применение комплексного подхода, учитывающего фактическое экологическое состояние водных объектов при выборе технологий, применяемых как НДТ. Это позволит последовательно улучшать состояние водных объектов, не применяя более сложных и дорогостоящих технологий там, где в этом нет объективной необходимости. Для использования этого подхода необходима разработка градаций водных объектов по категориям, критериев отнесения к ним и внесение необходимых изменений в действующее законодательство.

Данные подходы легли в основу технологического нормирования отрасли, согласно Закону № 225-ФЗ от 29.07.2017 г. [8]

Раздел 2. Описание используемых технологических процессов

2.1 Очистка городских сточных вод

В настоящем разделе приведено описание основных технологических процессов, используемых в России в настоящее время при очистке сточных вод поселений. Информация приведена по результатам обработки анкет, а также по данным научно-технической литературы и данным, предоставленным членами технической рабочей группы. Наличие описания технологии и применяемого оборудования в данном разделе является отражением существующей ситуации, носит исключительно описательный, информационный характер, и не является рекомендациями к применению, либо не применению того или иного решения.

2.1.1 Технологическая схема процесса ОС ГСВ

Всю совокупность применяемых технологий ОС ГСВ можно представить в виде одной обобщенной технологической схемы, включающей в себя как обязательные (т.е. присутствующие в подавляющем большинстве ОС), так и необязательные (отсутствующие на многих, или большинстве ОС) подпроцессы. Большая часть из последних является опциональными либо альтернативными.

Информация об этапах технологического процесса приведена в таблице 2.1.

Обобщенная схема ОС ГСВ приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 — Обобщенная технологическая схема

Легенда к рисунку 2.1

1. технологическая схема является обобщенной. На конкретных объектах применяется часть из указанных подпроцессов. Входные потоки в подпроцессы, изображенные на схеме, также могут являться опциональными;

2. номера подпроцессов в схеме на рисунке 2.1 соответствуют номерам в таблице 2.1.

Подавляющее большинство технологических схем ОС ГСВ полного цикла включает в себя следующие основные (обязательные) подпроцессы:

• механическая очистка;
• биологическая очистка;
• обеззараживание очищенной воды;
• обезвоживание осадка.

Все остальные технологические процессы могут присутствовать или нет. Минимальная технологическая схема не обязательно означает неполную, неэффективную либо саму дешевую. Она может быть также и весьма эффективной и (или) весьма дорогостоящей.

Любая технология, не содержащая вышеперечисленные обязательные подпроцессы, является неполной и недостаточной. Такие технологии также находят применение, однако они оправданы исключительно в специальных условиях, например: технология без биологической очистки — с использованием физико-химической обработки и фильтрационной очистки. Этот процесс вынужденно применяется на некоторых удаленных объектах с временным (сезонным) пребыванием, где сооружения биологической очистки не могут быть использованы, так как они требуют длительного запуска (наращивание биомассы в течение 2 — 3 месяцев).

В более сложных ситуациях, когда ОС используются для очистки также значительных объемов производственных сточных вод, технологическая схема может быть сложнее, для обеспечения удаления специфических загрязнений последних. В этой ситуации ГСВ могут поступать не в начало технологической схемы. Также некоторые потоки (например, малозагрязненные производственные сточные воды) могут не подаваться в начало технологической схемы очистки ГСВ, а присоединяться на последующих стадиях.

Критерии отнесения ОС к сфере применения ИТС соответствующих отраслей определяются в отраслевых справочниках. Критерии отнесения к сфере применения данного справочника в подобных ситуациях определены в соответствующем разделе.

Обязательность обеззараживания очищенных вод — весьма дискуссионный вопрос. Нормативно-правовые акты Российской Федерации требуют проводить обеззараживание всех объемов сбрасываемых сточных вод.

Однако до недавнего времени в ЕС сама задача обеззараживания не ставилась, в том числе в связи с достаточно существенным эффектом в этом отношении процесса биологической очистки. В течение десятков лет крупнейшие в стране ОС ГСВ — Курьяновские и Люберецкие очистные сооружения г. Москвы не имели обеззараживания. Это было обосновано тем, что они образуют от 30% до 90% расхода водных объектов, куда происходит сброс. В этой ситуации использование хлорирования оказало бы крайне негативное воздействие на состояние экосистемы этих водных объектов. При фактическом отсутствии хлорирования в течение вышеуказанного периода времени не было отмечено санитарно-эпидемиологических инцидентов на нижнем течении данных водных объектов, после сбросов биологически очищенных сточных вод.

В Санкт-Петербурге до нынешнего времени обеззараживание проходят только 19% очищенных стоков, внедрение на весь расход планируется к 2029 — 2032 году.

В настоящее время экологически безопасная технология УФ обеззараживания доступна для любого масштаба объектов и выбор между обеззараживанием и экологическим состоянием водного объекта уже не стоит.

Важно отметить, что обеззараживание не имеет никакого экологического значения (для водных объектов понятие патогенных микроорганизмов лишено смысла), а лишь санитарно-эпидемиологическое. Поэтому в тех регионах и в те сезоны (холодное время года), где и когда контакт человека с водой водного объекта отсутствует, а разбавление высоко, нет никаких обоснований к использованию обеззараживания, кроме нормативного требования.

Все основное оборудование ОС ЦСВ относится к природоохранному (далее — основное природоохранное оборудование). На ОС может быть также использовано оборудование для очистки выбросов в атмосферный воздух (далее — вспомогательное природоохранное оборудование).

Следует отметить, что многие подпроцессы ОС, начиная с масштаба небольших, реализуются не в оборудовании, а в емкостных технологических сооружениях, выполненных строительным способом. Это делается исключительно по причине большого объема емкостей, не позволяющего применять для реализации этих стадий оборудование, изготовленное заводским способом. При этом оборудование используется как составная часть технологических сооружений, выполняя важные технологические функции (перемещение воды и осадка, аэрация, перемешивание и т.п.).

Далее под оборудованием в общем понимании подразумевается совокупность емкостных сооружений и оборудования, реализующих данный подпроцесс.

Таблица 2.1

Обобщенное описание процесса очистки ГСВ

2.1.2 Краткое описание основного природоохранного оборудования. Типичные технологические процессы очистки сточных вод, применяемые в отрасли

Подпроцесс № 1. Выделение плавающих грубых примесей (процеживание)

Необходим для обеспечения нормальной работы сооружений и оборудования, предотвращения аварий. Удаление отбросов также (частично) задерживает те плавающие включения, которые могут попадать в водные объекты с очищенной водой, не задержанные на основных стадиях очистки.

Правильно запроектированные и нормально работающие сооружения предварительной механической очистки обеспечивают эффективную работу последующих ступеней очистки сточных вод и обработки осадка. Отсутствие либо ненадлежащая работа сооружений предварительной механической очистки оказывает негативное воздействие на ОС ГСВ в целом.

Перечень наиболее распространенного оборудования для процеживания приведен в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Перечень наиболее распространенного оборудования для процеживания

Технологическая эффективность оборудования для процеживания практически неизмерима, так как содержание грубых включений в сточных водах не подвергается производственному контролю из-за практической невозможности адекватного отбора проб. Поэтому об эффективности оборудования судят по массе удержанных отбросов.

Согласно действующим нормам допускается не предусматривать решетки в случае подачи сточных вод на станцию очистки насосами при установке перед насосами решеток с прозорами не более 16 мм или решеток-дробилок, при этом длина напорного трубопровода не должна превышать 500 м и на насосных станциях предусматривается вывоз задержанных на решетке отбросов.

Сооружения предварительной механической очистки относятся к наиболее интенсивно выделяющим выбросы ЗВ в атмосферный воздух, в особенности в тех случаях, когда вода на ОС подается с помощью напорной перекачки. Начиная с приемной камеры давление в жидкости снижается и происходит выделение растворенных в сточных водах летучих веществ с интенсивным выделением их в воздух.

Дробление отбросов на входе на ОС ГСВ не рекомендуется, так как это приводит к увеличению сброса частиц мусора с очищенной водой.

Подпроцесс № 1-1. Обработка (отмывка и обезвоживание) грубых примесей, задержанных на решетках.

Отбросы с решеток (сит) имеют небольшой насыпной удельный вес, и их транспортировка обходится дороже. Они содержат значительное количество органических загрязнений. Размещение этой массы на полигонах приведет к их гниению с выделением дурнопахнущих веществ. Эта проблема тем более выражена, чем меньше размеры прозоров (ячеек) процеживающих устройств.

Обезвоживание (прессование) с предварительной промывкой позволяет:

• сократить массу вывозимого отхода;
• обеспечить более высокую стабильность отхода (стойкость к загниванию);
• с промывной водой вернуть в основной процесс часть органики, необходимой для интенсификации процессов биологической очистки.

Для обеззараживания отбросов, как правило, используют пересыпание их хлорной известью (CaOCl2).

Перечень наиболее распространенного оборудования для отмывки и обезвоживания отбросов с решеток приведен в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Перечень наиболее распространенного оборудования для отмывки и обезвоживания отбросов с решеток

Подпроцесс № 2. Удаление оседающих грубых примесей (песка)

Выделение грубых примесей (песка) необходимо для того, чтобы он не оседал в последующих сооружениях, препятствуя их работе. Неуловленный песок при наличии первичных отстойников осядет в них, а при их отсутствии — в сооружениях биологической очистки. При этом сооружение по удалению песка (песколовка) должно задерживать максимум песка и минимум органических загрязнений.

Так же, как и применительно к грубым примесям, измерение эффективности задержания песка не практикуется. Эта задача представляет собой сложность даже для исследовательских целей. Об эффективности задержания песка судят по содержанию песка в осадке первичных отстойников (если таковые имеются). Содержание песка, не создающее трудностей для эксплуатации, не более 6% от сухого вещества осадка (не более 3% при использовании высокоскоростных центрифуг для обезвоживания осадка).

Перечень наиболее распространенного оборудования для выделения песка из сточных вод приведен в таблице 2.4.

Таблица 2.4

Перечень наиболее распространенного оборудования для выделения песка из сточных вод

Подпроцесс № 3. Обработка пескового осадка (пульпы)

Варианты А и Б. Песковые площадки и бункеры

Осуществляют обезвоживание и подсушку пескопульпы, без изменения состава сухого вещества.

Вариант В. Аппараты для отмывки песка

Осуществляют отмывку от органических включений и обезвоживание песка.

Перечень наиболее распространенного оборудования для обработки песка приведен в таблице 2.5.

Таблица 2.4

Перечень наиболее распространенного оборудования для обработки песка

Для подготовки песка к использованию как строительного материала он обрабатывается на виброгрохотах, дегельминтизируется и обеззараживается пропариванием (Курьяновские очистные сооружения, Москва).

Подпроцесс № 4. Аккумулирование (усреднение) расхода сточной воды

Предназначен для снижения часовой неравномерности поступления сточной воды на следующие по потоку сооружения. Позволяет уменьшить объем сооружений отстаивания, илоразделения и доочистки. Повышает стабильность работы биореакторов биологической очистки.

В качестве оборудования используются технологические емкости (регулирующие либо аварийно-регулирующие резервуары), объем которых обеспечит требуемое снижение Кчас. Аккумулирующая емкость заполняется сточной водой в часы максимального притока и постепенно опорожняется в часы минимального и среднего притока.

Имеется опыт применения радиальных отстойников в качестве аккумулирующих емкостей.

На практике применяется только на некоторых построенных в последние годы сооружениях, с ПП от небольших и ниже. Свод правил допускает применение данных резервуаров по технико-экономическому обоснованию. Они могут также применяться при КНС, решая одновременно задачу уменьшения пиковых расходов перекачки ГСВ.

Подпроцесс № 5. Осаждение взвешенных веществ (осветление)

Первая по ходу сточной воды стадия очистки, оказывающая существенное воздействие на ее загрязненность, поэтому носит также название первичной очистки, либо первичного отстаивания (в противопоставление илоотделению после биологической очистки с использованием отстойников, именуемого вторичным отстаиванием).

В современных технологических схемах целью осветления является выделение из сточных вод оптимального количества взвешенных загрязнений с целью уменьшить нагрузку на стадию биологической очистки. Это позволяет уменьшить объем образующихся осадков и сократить до 30 — 50% затраты электроэнергии на процесс очистки в целом. Выделение взвешенных органических веществ до биологической очистки, с последующей конверсией их в биогаз методом метанового сбраживания лежит в основе процессов энергогенерации на ОС ГСВ.

Перечень наиболее распространенного оборудования для осветления сточных вод приведен в таблице 2.6.

Таблица 2.6

Перечень наиболее распространенного оборудования для осветления сточных вод

На вновь построенных или реконструированных объектах, где использованы технологии удаления азота и фосфора, место первичного отстаивания в технологической схеме и требования к нему изменяются по сравнению с обычной биологической очисткой (с удалением органических соединений).

Высокая эффективность удаления взвешенных веществ и, соответственно, части БПК может привести к недостаточному органическому питанию бактерий-денитрификаторов, реализующих процесс удаления азота (см.: раздел 4). Первичная очистка не применяется при очистке от биогенных элементов сточных вод, имеющих низкое соотношение органических веществ к азоту (и к фосфору, если реализуется биоудаление фосфора).

На базе первичных отстойников может быть реализована технология повышения концентрации легкоокисляемых органических соединений в сточных водах для повышения эффективности процесса биологического удаления фосфора (см.: раздел 4). Для этого процесс отстаивания в первичных отстойниках проводят с рециркуляцией осадка, что приводит к развитию процессов кислого брожения с выделением летучих жирных кислот (ЛЖК). ЛЖК необходимы для роста бактерий, способных накапливать фосфор и реализующих на очистных сооружениях процесс биологического удаления фосфора.

Первичное осветление является основой технологии физико-химической очистки, которая используется в тех случаях, когда биологическая очистка по объективным причинам не применима. Применение коагулянтов позволяет достичь глубокого удаления взвешенных веществ и очистки по БПК5 до 80%.

Распространенным методом удаления фосфатов из сточных вод также является применение коагулянтов перед первичным отстаиванием (см. раздел 4).

Подпроцесс № 6. Обработка в биореакторах биологической очистки

Ключевая и обязательная (кроме упомянутых в п. 2.1 вынужденных обстоятельств) стадия очистки. На объектах, где не используются методы доочистки (а это подавляющее число) эта стадия определяет технологические показатели по загрязняющим веществам для всего процесса очистки сточных вод применительно к сбросу очищенной воды в водные объекты.

Основное оборудование, используемое для биологической очистки, приведено в таблице 2.7, основные типы технологических подпроцессов биологической очистки в аэротенках — в таблице 2.8.

Таблица 2.7

Основное оборудование, используемое для биологической очистки

<*> Возможны комбинированные сооружения, сочетающие в себе черты аэротенков и биофильтров.

Таблица 2.8

Основные типы технологических подпроцессов биологической очистки в аэротенках

Биологическая очистка любого типа обладает существенной эффективностью в отношении тяжелых металлов, а также специфических органических загрязнений.

Активный ил биологических ОС включает три составляющие — биологическую, органическую (вне биомассы) и неорганическую, каждая из которых способна связывать ионы тяжелых металлов из водных сред. Микроорганизмы поглощают металлы в основном поверхностью клеток за счет физического и химического взаимодействия с поверхностью полисахаридного биополимерного геля, окружающего клетки бактерий активного ила. Таким образом, задержание тяжелых металлов активным илом происходит в основном в результате процесса сорбции. В условиях большого неисчерпанного резерва биолого-химической сорбционной системы активного ила остаточную несорбированную концентрацию веществ определяют ее физико-химические параметры.

Нефтепродукты и СПАВ удаляются активным илом с использованием иных механизмов, нежели тяжелые металлы, путем биохимического окисления. Учитывая незначительную нагрузку по этим загрязнениям на активный ил, эффективность их удаления находится на пределе возможностей биологической очистки, т.е. достигается предельная концентрация, которая может быть получена в процессе биологической очистки в данных условиях.

Подпроцесс № 7. Подача сжатого воздуха

Назначение — обеспечение подпроцесса биологической очистки необходимым количеством кислорода. Для протекания биохимических процессов в аэротенках и затопленных биофильтрах, а также некоторых процессов доочистки, концентрация растворенного кислорода не должна быть менее установленных величин.

Для обеспечения биореакторов биологической очистки (аэротенков, затопленных биофильтров) кислородом для проведения процессов окисления загрязнений применимы различные методы: пневматическая, механическая, струйная аэрация и др.

Однако на подавляющем большинстве существующих в Российской Федерации объектов используется пневматическая аэрация, подразумевающая подачу сжатого воздуха.

Для подачи воздуха на дно сооружений необходимо сжать большие объемы воздуха до избыточного давления 0,5 — 0,8 атм.

Так как подача воздуха в аэротенки является основной статьей энергозатрат процесса очистки ГСВ, то важной задачей данного подпроцесса является подача в биореакторы оптимально необходимых объемов воздуха с целью экономии расходуемой энергии.

Перечень наиболее распространенного оборудования для подачи воздуха в аэротенки и затопленные биофильтры приведен в таблице 2.9.

Таблица 2.9

Перечень наиболее распространенного оборудования для подачи воздуха в аэротенки и затопленные биофильтры

Подпроцесс № 8. Отделение очищенной воды от биомассы, вынесенной из биореактора

После окончания биохимических процессов очистки в аэротенке необходимо отделить от активного ила очищенную воду, и вернуть основную часть активного ила в аэротенк обратно.

После окончания очистки в биофильтре очищенная вода содержит частицы вынесенной отмершей биопленки, которую необходимо отделить и направить на обработку.

Для этих обеих целей применяют гравитационное илоразделение. Перечень наиболее распространенного оборудования для илоразделения приведен в таблице 2.10.

Таблица 2.10

Перечень наиболее распространенного оборудования для илоразделения

Оборудование

Краткое описание

Наиболее распространенное оборудование для доочистки приведено в таблице 2.11.

Таблица 2.11

Наиболее распространенное оборудование для доочистки

Примечание - на небольшом количестве объектов применяются также такие методы доочистки от взвешенных веществ, как ультрафильтрационные мембраны, дисковые (зажимные) механические фильтры и др. Однако данные о таких объектах отсутствуют.

При эксплуатации зернистых фильтров возникает целый ряд труднорешаемых проблем, к основным из которых относятся:

• необратимая (с использованием обычных методов промывки) кольматация загрузки;
• недостаточно эффективная работа дренажных систем;
• потеря загрузки при водо-воздушной промывке, когда вода и воздух подаются одновременно.

Подпроцесс № 10. Приготовление и дозирование растворов реагентов

Необходим для получения и дозирования в нужном количестве растворов реагентов, применяемых для:

• интенсификации первичного осветления;
• удаления фосфора;
• интенсификации доочистки;
• обезвоживания осадка;
• обеззараживания.

Основное оборудование для приготовления и дозирования растворов реагентов приведено в таблице 2.12.

Таблица 2.12

Основное оборудование для приготовления и дозирования растворов реагентов

Подпроцесс № 11. Обеззараживание очищенной воды

Служит для достижения санитарно-гигиенических требований к сбрасываемой воде по содержанию микробиологических загрязнений. Перечень основного оборудования для обеззараживания приведен в таблице 2.13.

Таблица 2.13

Перечень основного оборудования для обеззараживания

Подпроцесс № 12. Концентрирование жидких осадков

Избыточный активный ил, представляющий собой часть потока возвратного активного ила, выгружаемого из вторичных отстойников, имеет слишком низкую концентрацию (4 — 8 кг сухого вещества/м3). Для оптимизации большинства последующих подпроцессов необходимо повысить его концентрацию до 30 — 60 кг/м3.

В ряде вариаций технологии уплотнению подвергают смесь осадка первичных отстойников и избыточного активного ила. Иногда используют технологии с отдельным уплотнением осадка первичных отстойников.

Основное оборудование для уплотнения и сгущения осадка приведено в таблице 2.14.

Таблица 2.14

Основное оборудование для уплотнения и сгущения осадка

Подпроцесс № 13. Стабилизация жидких осадков

Разложение легкоразлагаемых органических веществ в аэробных или анаэробных условиях, снижение запаха при последующей обработке или использовании, получение биогаза. Основное оборудование для стабилизации жидких осадков приведено в таблице 2.15.

Таблица 2.15

Основное оборудование для стабилизации жидких осадков

Подпроцесс № 13Б-1. Обработка и утилизация биогаза

Биогаз, выделяющийся в процессе анаэробного сбраживания, представляет собой топливо с энергетической ценностью примерно в 2/3 от метана (21 — 23 кДж/м3). Его утилизация может обеспечить ОС ГСВ источником тепла для покрытия всех тепловых нужд (главное — затрат на подогрев метантенков) либо не менее половины электропотребления на ОС ГСВ и большую часть тепловых затрат.

Поскольку выход биогаза неравномерен, он нуждается в усреднении перед утилизацией.

Биогаз содержит в себе ряд загрязнений и включений, поэтому нуждается в предварительной обработке перед некоторыми видами утилизации. В частности, перед сжиганием в двигателях внутреннего сгорания необходимо удалить сероводород и силоксаны (кремнийорганические соединения). Последние способны при сжигании выделять из себя оксид кремния, формирующий стекловидные отложения.

Основное оборудование для обработки и утилизации биогаза приведено в таблице 2.16.

Таблица 2.16

Основное оборудование для обработки и утилизации биогаза

Подпроцесс № 14. Обеззараживание осадков

Назначение: обеззараживание жидких осадков от бактерий группы кишечной палочки, патогенных микроорганизмов, дезинвазия.

Основное оборудование для обеззараживания осадков приведено в таблице 2.17. Обеззараживание осадков сточных вод также обеспечивается надлежащим применением подпроцессов термофильного сбраживания в метантенках и компостирования, а также достаточным сроком вылеживания при реализации подпроцесса 17.

Таблица 2.17

Основное оборудование для обеззараживания осадков

Подпроцесс № 15. Уплотнение стабилизированных осадков

Назначение: в ходе стабилизации жидких осадков происходит распад существенной части органического вещества, что приводит к понижению содержания сухого вещества в осадке. Для оптимизации последующего обезвоживания проводят уплотнение.

Используемое оборудование в принципе может быть идентично применяемому в подпроцессе № 12.

Подпроцесс № 16. Обезвоживание осадка

Назначение: удаление свободной влаги до остаточной влажности 70 — 85% путем подсушки в естественных условиях на иловых площадках или механического обезвоживания на аппаратах механического обезвоживания. Основное оборудование для обезвоживания осадка приведено в таблице 2.18.

Таблица 2.18

Основное оборудование для обезвоживания осадка

Подпроцесс № 17. Дополнительная выдержка в естественных условиях осадков, подсушенных на иловых площадках или механически обезвоженных

Назначение: подготовка осадков к дальнейшему использованию в качестве органических удобрений, почвогрунтов, рекультиванта и т.д. В процессе выдержки в течение нескольких лет достигается дополнительное подсушивание, вымораживание, стабилизация и минерализация органических веществ, обеззараживание за счет развития естественных микробиологических процессов. Подпроцесс целесообразен, если в технологической схеме до обезвоживания не используется термофильное сбраживание, либо после обезвоживания не применяется компостирование. Сооружения для дополнительной выдержки обезвоженных осадков в естественных условиях описаны в таблице 2.19.

Таблица 2.19

Сооружения для дополнительной выдержки обезвоженных осадков в естественных условиях

Подпроцесс № 18. Компостирование осадков

Назначение: подготовка осадков к дальнейшему использованию в качестве органического удобрения. При компостировании достигается стабилизация и гумификация органических веществ, обеззараживание, снижение влажности (не менее, чем до 50%) и массы осадка, улучшение физико-механических свойств компостируемой массы и обеспечивается товарный вид.

Применяют различные варианты технологий компостирования:

• буртовое компостирование (наиболее часто применимо);
• тоннельное компостирование с принудительной подачей воздуха и др.

Технология буртового компостирования осуществляется путем смешения осадка и наполнителя, буртования и ворошения буртов непосредственно на площадке с использованием погрузочно-разгрузочной техники или специализированной техники.

Подпроцесс № 19. Производство почвогрунтов из осадка

Назначение: получение на основе осадка почвогрунтов, рекультивантов.

Осадки, подсушенные на иловых площадках, механически обезвоженные, а также после дополнительной выдержки, или компост смешивают с неплодородным грунтом, песком, торфом, различными добавками. Полученную смесь пропускают через виброгрохот или другие устройства для сепарации и отделения крупных включений.

Получаемые технологические характеристики вторичной продукции соответствуют заданной рецептуре почвогрунта.

Подпроцесс № 20. Термическая сушка осадка

Назначение: снижение влажности осадка до 8 — 35%, сокращение массы по сравнению с обезвоженным осадком примерно в 4 раза, стабилизация осадка, обеззараживание, обеспечение его сыпучести. Подготовка осадка к дальнейшему использованию в качестве органического удобрения, биотоплива или проведению дальнейшего процесса конверсии органического вещества в газообразное топливо (пиролиз и др.). Перечень основного оборудования для термической сушки приведен в таблице 2.20.

Таблица 2.20

Перечень основного оборудования для термической сушки

Подпроцесс № 21. Сжигание осадка (термическая утилизация)

Назначение: максимальное сокращение объема осадка путем окисления всей органической части осадка, получение тепловой энергии.

В России в настоящее время используют установки сжигания в псевдоожиженном слое песка (известен еще целый ряд вариантов реализации подпроцесса сжигания и применяемого оборудования, но для осадка ГСВ они пока не нашли применения в отечественной практике).

Осадок сжигается в горячем слое песка, который псевдоожижается поступающим в зону горения воздухом. Осадок в процессе псевдоожижения эффективно смешивается с песком, вода быстро испаряется, а органическое вещество окисляется. В верхней части печи, свободной от кипящего слоя, происходит доокисление в газовой фазе. Полученная в результате сжигания зола улавливается на электрофильтрах, а дымовые газы очищаются мокрой (щелочным реагентом) или сухой (рукавные фильтры) газоочисткой.

Потребность подпроцесса во внешних энергоресурсах и его величина зависят от содержания сухого вещества и органики в исходном осадке.

Содержание органического вещества в золе является важной технологической характеристикой и не должно превышать 5%.

Далеко не все описанные выше подпроцессы оказывают непосредственное воздействие на эмиссии. Часть из них влияет на надежность работы ОС, их ресурсо- и энергопотребление, экономические показатели.

В части группы подпроцессов очистки сточных вод непосредственное воздействие на эмиссию загрязняющих веществ в водные объекты оказывают следующие подпроцессы № 6, 8, 9, 11. В части группы подпроцессов обработки осадка на эмиссии в виде объема потенциальных отходов и их свойств оказывают воздействие подпроцессы № 13, 16, 17, 18, 19.

Для удобства дальнейшего анализа данным подпроцессам присвоены условные обозначения (см.: таблица 2.21).

Таблица 2.21

Условные обозначения подпроцессов

Результаты анализа данных полученных анкет по применению основных технологий на ОС ГСВ приведены в таблице 2.22.

Таблица 2.22

Результаты анализа данных полученных анкет по применению основных технологий на ОС ГСВ

Проделанный анализ объектов, по которым были заполнены анкеты, позволяет сделать следующие выводы:

• на всех, кроме одного, объектах, эксплуатируются сооружения биологической очистки;
• всего 6 из них реализованы по технологии биофильтров, причем все по устаревшей технологии (щебеночная загрузка). По данным членов технической рабочей группы, на ОС меньшей производительности (не относящихся к I-й категории) данная технология представлена существенно шире;
• менее 10% из них используют современные технологии, обеспечивающие удаление азота и фосфора. Тенденция к увеличению этой доли с увеличением ПП есть, но не принципиальная;
• около 30% объектов имеют сооружения доочистки от взвешенных веществ, однако согласно анализу анкет (раздел) эффективность подавляющего большинства этих сооружений очень низкая;
• экологически безопасное УФ-обеззараживание опережает в своем развитии технологии удаления азота и фосфора, достигнув 20% от общего количества объектов;
• наибольший прогресс достигнут в переходе на механическое обезвоживание — его применяют свыше 40% всех объектов и 75% ОС с ПП свыше 100 тыс. м3/сут (однако следует отметить, что данная статистика не содержит информации о степени реализации механического обезвоживания);
• стабилизация осадка (анаэробное сбраживание и аэробная стабилизация) используется всего на 1/3 объектов, при этом на 2/3 от этого количества применяется малоэффективный и энергоемкий метод аэробной стабилизации. На большинстве объектов сооружения анаэробного сбраживания используются неэффективно или не эксплуатируются.

Ни на одном из объектов, по которым были присланы анкеты, не применяются специальные технологии очистки ГСВ от техногенных загрязнений (тяжелых металлов, СПАВ, нефтепродуктов, фенолов). Также, по данным экспертов — членов ТРГ, отсутствует информация об использовании таких технологий на других объектах. То же самое относится к растворенным минеральным загрязнениям (хлориды, сульфаты, общая минерализация).

По данным экспертов, большинство проектов, разработанных за последние 15 — 20 лет, содержат информацию о том, что они предусматривают очистку ГСВ до требований рыбохозяйственных ПДК. Однако эта информация не имеет отношения к реальным возможностям принятых в проектах технических решений и является лишь одним из негативных последствий предъявления нереализуемых требований (см.: раздел 1.2.3). Как показано в разделе 3, факты выполнения требований рыбохозяйственных ПДК (не по нескольким показателям, а по всему перечню контролируемых показателей) в реальности отсутствуют.

Важным аспектом обработанных данных является их представительность в части диапазона ПП, не относящегося к I-й категории природопользования в терминологии 219-ФЗ [32]. Рассылка анкет была адресована объектам, которые должны подпасть под I-ю категорию (поступление сточных вод свыше 20 тыс. м3). Наряду с такими объектами было получено определенное число анкет по объектам меньшей производительности. В анализ были включены объекты с производительностью свыше 5 тыс. м3/сут.

Среди ОС ГСВ, относящихся ко II-й категории, можно выделить четыре основных группы (по экспертным данным членов ТРГ):

• сооружения с биофильтрами, построенные в 50 — 60-е годы;
• сооружения с аэротенками, аналогичные по технологии и конструкции применяемым на более крупных объектах;
• сооружения с компактными установками (заводского изготовления), построенные в 1970-е и 1980-е годы;
• новые сооружения, построенные за последние 20 лет по более или менее современным технологиям.

Значительная часть сооружений 1 — 3 перечисленных групп вышла из строя по причинам кольматации загрузки биофильтров и отсутствия необходимого ремонта.

Состояние и результаты работы новых сооружений весьма различны, так как существенная их доля построена по проектам, содержащим грубые ошибки, либо не обеспечена надлежащей эксплуатацией.

2.1.3 Вспомогательное природоохранное оборудование для ОС ГСВ

Поскольку основное производство ОС ГСВ осуществляет процесс очистки сточных вод, направленный на снижение эмиссий от поселений в водные объекты и почвы, то к категории вспомогательного оборудования относится оборудование для предотвращения эмиссий в атмосферу.

Информация по наиболее апробированному в условиях очистки выбросов ОС ГСВ оборудованию для очистки газовых выбросов приведена в таблице 2.23.

Детально технологии и оборудование для очистки выбросов описаны и проанализированы в ИТС 22-2016 [41].

Таблица 2.23

Оборудование для очистки газовых выбросов, апробированное в отечественных условиях для очистки выбросов ОС ГСВ и/или канализационных насосных станций

2.1.4 Текущие уровни потребления ресурсов и производства вторичной продукции на ОС ГСВ

Как отмечено в разделе 1, основным сырьем являются сточные воды поселений. В качестве потребляемого сырья (в традиционном понимании) рассматриваются реагенты и расходуемые материалы (загрузка фильтров и т.п.). При этом на большом количестве объектов не используются ни реагенты, ни загрузка.

Данные по диапазону расхода сырья, материалов и энергоресурсов на ОС ГСВ приведены в таблице 2.24, данные по выходу полупродуктов, побочных продуктов, энергоресурсов — в таблице 2.25.

Таблица 2.24

Данные по диапазону расхода сырья, материалов и энергоресурсов на ОС ГСВ

Таблица 2.25

Данные по выходу полупродуктов, побочных продуктов, энергоресурсов

2.2 Очистка поверхностных сточных вод

2.2.1 Технологическая схема процесса ОС ПСВ

В справочнике не рассматриваются сооружения на объектах гидрографической сети населенных пунктов, а также организационно-технические мероприятия по сокращению загрязненности ПСВ, не относящиеся к их очистке.

Совокупность применяемых технологий ОС ПСВ невозможно свести к одной обобщенной технологической схеме, они весьма разнообразны: от простейших до сложных многоступенчатых. И те и другие могут включать в себя как обязательные, так и необязательные подпроцессы (опциональные либо альтернативные).

Процесс выпадения атмосферных осадков носит вероятностный характер. При этом дождевой сток характеризуется чрезвычайной нестационарностью, как по расходам, так и загрязняющим компонентам, концентрация которых в течение одного дождя изменяется в самых широких пределах. Поэтому важнейшим вопросом технологии очистки ПСВ является усреднение расхода и состава стоков перед подачей на очистку. В связи с этим в качестве обязательного элемента в состав ОС ПСВ включаются сооружения для регулирования расхода и усреднения состава сточных вод.

В зависимости от принципа регулирования сточных вод, подаваемых на очистку, очистные сооружения ПСВ разделяются на два типа:

• накопительные, с регулированием стока по объему;
• проточные, с регулированием стока по расходу.

В настоящее время в практике очистки ПСВ находят применение оба типа сооружений. При этом сооружения накопительного типа наиболее полно соответствуют действующей в Российской Федерации законодательной и нормативно-методической базе проектирования, а также обеспечивают более высокий и стабильный эффект очистки ПСВ от основных загрязняющих компонентов — взвешенных веществ и нефтепродуктов.

На большинстве применяемых ОС не очищается весь объем собираемых ПСВ, так как это очень существенно увеличило бы стоимость сооружений.

На очистных сооружениях накопительного типа регулирование расхода и усреднение состава сточных вод, подаваемых на очистку, производится в аккумулирующем резервуаре. При заполнении резервуара поступающий поверхностный сток через разделительную камеру направляется на сброс без очистки. В этом типе ОС обеспечивается прием в аккумулирующий резервуар и последующее отведение на глубокую очистку всего объема стоков от часто повторяющихся малоинтенсивных дождей, а также наиболее концентрированной, начальной, части стока от высокоинтенсивных (ливневых) дождей. При этом в водный объект без очистки сбрасывается наименее концентрированная условно чистая часть стока, формирующегося в последней фазе высокоинтенсивных (ливневых) дождей.

На сооружениях проточного типа регулирование расхода ПСВ (без усреднения состава) осуществляется только в части отсечения максимального значения расхода, который может быть подан на ОС. Это осуществляется в разделительной камере (ливнесброс), устраиваемой на подводящем коллекторе. До достижения предельного расхода на очистку направляется сток с переменным расходом от всех дождей с периодом однократного превышения интенсивности в пределах 0,05 — 0,2 года, а также часть стока с переменным расходом от дождей с периодом однократного превышения интенсивности более 0,2 года. Весь расход ПСВ свыше максимального значения сбрасывается без очистки. Важно отметить, что в водный объект без очистки в этом случае поступает преобладающая часть стока от интенсивных ливневых дождей с максимальными расходами и, как правило, наибольшей концентрацией загрязняющих веществ. Это объясняется тем, что наибольший расход осадков во время ливня характерен в его начале, когда он смывает максимальное количество загрязнений. Таким образом, экологическая эффективность сооружений проточного типа значительно ниже, чем накопительных.

Также возможен вариант аккумулирования всего объема дождевого стока без сброса части его в водный объект, применяемый для дождевого стока, поступающий с сильнозагрязненных территорий.

На многих очистных сооружениях, применяемых для очистки ПСВ с территории промышленных территорий, дорожно-транспортной сети стадия аккумулирования стока отсутствует. Это приводит к негативным последствиям, описанным в разделе 3.

Подавляющее большинство существующих ОС ПСВ включает в себя следующие основные (обязательные) подпроцессы:

• грубая механическая очистка;
• отстаивание;
• удаление осадка.

Все остальные технологические подпроцессы присутствуют не во всех ОС.

В таблице 2.26 приведено обобщенное описание процесса очистки ПСВ.

Таблица 2.26

Обобщенное описание процесса очистки ПСВ

Единственная в стране полноценная система отведения и очистки ПСВ действует в г. Москве и эксплуатируется ГУП «Мосводосток». Система отведения представляет собой развитую коллекторно-речную сеть, которая включает в себя всю гидрографическую сеть города, частично заключенную в коллекторы, и водосточную сеть, которая охватывает до 90% территории г. Москвы (в старых границах). Через водосточную сеть города в водные объекты сбрасывается до 600 млн. м3 поверхностного стока.

Степень оснащения застроенных территорий Москвы очистными сооружениями недостаточна, так как существующие очистные сооружения принимают поверхностный сток с 65% канализованной территории города. Все они расположены преимущественно в устьевых участках коллекторно-речной сети. Существующие ОС ПСВ можно подразделить на пять типов:

• очистные сооружения механической очистки — отстойники («пруды-отстойники»), сооружения камерного типа, песколовки, щитовые заграждения;
• тонкослойные отстойники;
• очистные сооружения глубокой очистки;
• групповые очистные сооружения с реагентной очисткой;
• фильтровальные очистные сооружения (ФОС).

Отстойники (также называемые «прудами-отстойниками», хотя прудами они не являются) — одна из первых конструкций очистных сооружений, представляющие собой многосекционные железобетонные резервуары, расположенные на водосточных коллекторах. В состав сооружений входят песколовки и горизонтальные отстойники с приспособлениями для задержания нефтепродуктов. Из оборудования также используется строительная техника для выгрузки осадка и скиммеры для отвода нефтепродуктов (не на всех сооружениях).

Сооружения камерного типа представляют сбой комбинированные подземные (располагаемые в камере) сооружения полного цикла механической очистки. К их основному оборудованию относятся:

• металлические съемные решетки на входе в сооружение для задержания плавающего мусора;
• сооружение для отстаивания;
• кассетные фильтры для безнапорной фильтрации.

В качестве загрузки в разное время использовались деревянные опилки, металлическая стружка, синтетические материалы (сипрон, капрон-щетина и др.), а также антрацит, шлаковата и другие утеплители, применяемые в строительстве.

Тонкослойные отстойники — разновидность отстойников, дополненная тонкослойными блоками.

Данные по эксплуатируемым ГУП «Мосводосток» сооружениям приведены в таблице 2.27.

Таблица 2.27

Данные по сооружениям, эксплуатируемым ГУП «Мосводосток» (2014 г.)

Анализ состава ОС ГУП «Мосводосток» приведен в таблице 2.28.

Таблица 2.28

Анализ состава ОС ГУП «Мосводосток»

Таким образом, около 56% всех ОС ПСВ в г. Москве относятся к технологиям, использующим процесс фильтрования, из них к современным высокотехнологичным можно отнести только треть (19% от всех ОС ПСВ).

В ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» эксплуатируется 7 ОС ПСВ. На 3-х объектах предусмотрена напорная фильтрация через зернистые загрузки и активированные угли. Данные по эффективности работы приведены в разделе 3.

2.2.2 Текущие уровни потребления ресурсов и производства вторичной продукции на ОС ПСВ

Как отмечено в разделе 1, основным сырьем являются сточные воды поселений. В качестве потребляемого сырья (в традиционном понимании) рассматриваются реагенты и расходуемые материалы (загрузка фильтров и т.п.). При этом на большом количестве объектов не используются ни реагенты, ни загрузка.

Рассматривать материально-энергетический баланс имеет смысл только для двух уровней технологий очистки, обеспечивающих, соответственно, существенную и глубокую очистку ПСВ:

• тонкослойное реагентное отстаивание;
• глубокая очистка с двухступенчатой напорной фильтрацией и сорбцией.

Данные по диапазону расхода сырья, материалов и энергоресурсов на ОС ГСВ приведены в таблице 2.29. В связи с отсутствием достаточно представительной подборки данных по ОС ПСВ поселений приводятся данные для некоторых сооружений.

Таблица 2.29

Диапазон расхода сырья, материалов и энергоресурсов на ОС ГСВ

N

Наименование

Раздел 3. Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

3.1 Общая информация

При оценке уровней эмиссий во все среды от ОС ГСВ и ПСВ необходимо принимать во внимание следующие аспекты:

1. Сокращение эмиссий в окружающую среду в виде сбросов загрязнений в водные объекты и обработка выделяемых в виде осадка загрязнений с производством вторичной продукции являются целью технологических процессов очистки сточных вод. Возможные эмиссии в виде выбросов в атмосферный воздух являются, таким образом, единственным потенциальным негативным воздействием, обусловленным проведением технологических процессов очистки сточных вод и обработки осадка.

2. Большое влияние на содержание загрязняющих веществ в очищенной воде оказывает принципиальное различие механизмов и (или) условий их удаления в системах биологической очистки ГСВ. Их сопоставление приведено в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Сопоставление механизмов и (или) условий удаления загрязняющих веществ в системах биологической очистки ГСВ

Проведенная статистическая обработка большого массива данных за 3 года по 13 отдельным ОС и блокам ОС Москвы и Санкт-Петербурга показала, что практически отсутствует взаимосвязь между среднемесячными значениями концентраций 11 техногенных загрязняющих веществ на входе на ОС и на выходе. Для 18% ситуаций эта связь характеризуется как слабая (значение коэффициента детерминации R2 в диапазоне 0,1 — 0,3), для 4% — как умеренная (R2 в диапазоне 0,3 — 0,5), а для остальных 78% — как отсутствующая. Этот вывод хорошо согласуется с теоретическими предпосылками, изложенными в таблице 3.1.

Полученные данные означают, что любой (в рассмотренном диапазоне, который существенно ниже порога токсичного воздействия на активный ил) концентрации в сточной воде, поступающей на сооружения биологической очистки, может соответствовать любое (в рассмотренном диапазоне) значение концентрации на выходе. Концентрация техногенных загрязняющих веществ на входе изменяется в зависимости от сбросов абонентами (т.е. случайным образом) в диапазоне, характерном для данного населенного пункта. Нет никаких оснований для веществ, перечисленных в пунктах 2 - 3 таблицы 3.1, использовать линейную зависимость между входом и выходом при неизменной эффективности как коэффициенте пропорциональности. Наоборот, эффективность удаления тем выше, чем выше концентрация на входе (при не зависящей от нее концентрации выхода).

Из полученных данных и понимания основ процесса биологической очистки следуют важные выводы для практики очистки и нормирования, использованные в настоящем справочнике:

• нормирование большинства техногенных веществ в сбросах городских сточных вод бессмысленно, так как на сооружениях биологической очистки и доочистки невозможно целенаправленно управлять их удалением. Для получения эффекта удаления, на который способна биологическая очистка на каждом конкретном объекте, достаточно поддержание этих сооружений в нормальном работоспособном состоянии;
• нормирование сбросов промышленных абонентов по техногенным загрязнениям должно обеспечивать две цели: предотвращение токсичного воздействия на активный ил и предотвращение накопления токсичных веществ в осадках сточных вод, препятствующие их использованию как удобрения и сырья для производства почвогрунтов (требования к этим видам использования приведены в разделе 3.4). Обе эти цели обеспечиваются при обеспечении достижения требований Правил холодного водоснабжения и водоотведения [42]. Установление для промышленных абонентов более низких требований не даст никакого дополнительного экологического эффекта, однако существенно повысит совокупные затраты на очистку сточных вод.

3. Контроль воздействий на окружающую среду (эмиссий в различные среды) от ОС осуществляется неравноценно. Сбросы ОС в водные объекты контролируются практически по всем веществам, которые присутствуют в значимых для этих объектов концентрациях. Вывозимые с площадок ОС осадки сточных вод также проходят необходимый контроль. Однако контроль выбросов в атмосферу на сооружениях на практике на большинстве объектов не дает результатов, информативных применительно к специфическим загрязнениям воздуха, характерных для ОС ГСВ. А основным видом воздействия выбросов ОС ГСВ является выделение дурнопахнущих веществ.

На очистных сооружениях дурнопахнущие вещества выделяются от организованных и неорганизованных источников. На подавляющем большинстве объектов объективный инструментальный контроль осуществляется только для точечных выбросов (из труб, вентсистем), однако применительно к ОС ГСВ они обеспечивают лишь малую долю выбросов веществ, которые характерны для них. Как правило, для точечных источников анализируются загрязняющие вещества, характерные для выбросов от установок сжигания топлива и выбросов, наиболее характерных для промпредприятий.

В таблице 3.2 на примере одних из лучших ОС в стране приведены типичные контролируемые параметры выбросов, по статистической отчетности.

Таблица 3.2 А

Раздел 1. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, их очистка и утилизация (выдержка из статистической отчетности)

Таблица 3.2 Б

Раздел 2. Выброс в атмосферу специфических загрязняющих веществ

Эти таблицы демонстрируют бесполезность примерно 90% отчетной информации по выбросам с точки зрения контроля выделения токсичных и дурнопахнущих соединений, характерных для ОС ГСВ.

И наоборот, вещества, измеряемые при контроле выбросов, даже при методически правильном пробоотборе (например, в Санкт-Петербурге и в Москве — сероводород и меркаптаны, а также фенол и аммиак), в недостаточной степени характеризуют полный спектр выбросов (общее количество выделяемых из выбросов ОС веществ, обладающих запахом — до 150).

Стоит отметить, что определение фактора, вызывающего запах, зачастую представляет ряд трудностей. Химические и физические характеристики вещества не позволяют предсказывать его способность вызывать запах. Для наиболее распространенных пахучих веществ установлены зависимости между концентрацией того или иного вещества и интенсивностью воспринимаемого человеком запаха, однако коэффициенты сильно варьируются в зависимости от вещества. Пороговые значения восприятия запаха, т.е. такие концентрации пахучих веществ в воздухе, при превышении которых человек способен почувствовать запах, также сильно варьируются для различных веществ. Более того, чаще всего запах формируется не одним химическим веществом, а их смесью, и если в воздухе присутствует несколько одорантов, эффект их совместного действия на обоняние человека носит неаддитивный характер, даже если между пахучими веществами не происходит никаких химических взаимодействий. Если же одоранты реагируют между собой, ситуация усложняется еще больше. Помимо этого, немаловажную роль в восприятии человеком запахов играют и факторы окружающей среды, такие как температура и влажность воздуха. Именно поэтому целесообразно измерять не только концентрации отдельных загрязняющих веществ в газовых выбросах, но и концентрацию запаха в целом.

Образование дурнопахнущих веществ (одорантов) на сооружениях канализации происходит в жидкой фазе в результате протекания анаэробных (гнилостных) процессов. Выделение этих веществ в воздушную среду происходит в результате их улетучивания из жидкой фазы. Согласно закону Генри, равновесная концентрация одоранта в воздухе пропорциональна его концентрации в жидкости, причем коэффициент пропорциональности определяется природой одоранта.

Летучесть дурнопахнущих веществ в соответствии с характерными для них значениями коэффициента k соотносится следующим образом: метил меркаптан:сероводород:аммиак:летучие жирные кислоты = 650000:54000:100:1. Значения ПДК и пороги обнаружения запаха некоторых дурнопахнущих веществ приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3

Значения ПДК и пороги обнаружения запаха некоторых дурнопахнущих веществ

Наряду с веществами, перечисленными в таблице 3.3, существенный вклад в наличие у выбросов неприятного запаха вносят такие азотистые циклические соединения, как скатол, индол и др. (продукты распада аминокислот).

Почти для всех веществ, выбрасываемых в атмосферу от поверхностей ОС ГСВ, ПДК установлен как органолептический, а не общетоксический (кроме аммиака, однако такие его концентрации для выбросов ОС ГСВ не характерны). Т.е. эти вещества обладают свойством формировать неприятные запахи, не создавая опасности для здоровья. Это объясняется тем, что большая часть этих веществ — естественного происхождения, они образуются при разложении белков, жиров и углеводов.

С учетом этого для оценки запахового воздействия применяются ольфактометрические методики. В ольфактометрии используются следующие ключевые понятия, определенные европейским стандартом EN 13725 и ГОСТ 32673-2014 [39]:

1. европейская эталонная масса запаха (European Reference Odour Mass, EROM) — это принятое эталонное значение для европейской единицы запаха, равная определенной массе эталонного вещества, а именно 123 мкг н-бутанола. При испарении 1 EROM в 1 м3 нейтрального газа при стандартных условиях (101,3 кПа; 293 К) образуется концентрация 40 ppb, или 0,040 мкмоль/моль;

2. европейская единица запаха — такое количество пахучего вещества (пахучих веществ), которое при разбавлении в 1 м3 нейтрального газа при стандартных условиях (101,3 кПа; 293 К), вызывает у экспертной комиссии физиологический отклик, эквивалентный отклику, вызываемому одной европейской эталонной массой запаха (EROM), разбавленной 1 м3 нейтрального газа при стандартных условиях (101,3 кПа; 293 К);

3. единица запаха — это количество (смеси) одорантов в одном кубическом метре пахучего газа (при температуре 293 К и давлении 101,3 кПа) при достижении порога выявления экспертной комиссии;

4. порог выявления — значение разбавления, при котором вероятность выявления запаха в условиях исследования составляет 50%;

5. концентрация запаха — это число европейских единиц запаха на кубический метр газа при стандартных условиях (101,3 кПа; 293 К).

В ольфактометрии запах оценивается через конкретную количественную характеристику — концентрацию запаха в воздухе. Она показывает, во сколько раз первоначально отобранная проба пахучего воздуха должна быть разбавлена до достижения порога выявления, т.е. до того, когда вероятность ощущения запаха человеком будет приближена к 50%. Такой подход позволяет охарактеризовать качество воздуха без привязки к конкретным загрязняющим веществам, исключительно через физиологическое восприятие экспертной комиссии.

Более того, ГОСТ 32673-2014 предполагает возможность установления нормативов выбросов в единицах запаха. Такой подход наиболее целесообразен для предприятий, которые не превышают предельно-допустимые выбросы по загрязняющим веществам, но при этом получают жалобы от жителей близлежащих населенных пунктов и желают достичь консенсуса с ними.

Большой объем проведенных исследований по корреляции запахов и концентраций загрязняющих веществ [39] позволил определить в качестве маркерного вещества запахового воздействия ОС ГСВ сероводород. Поэтому при невозможности проведения ольфактометрических исследований в качестве маркера запахов должен использоваться сероводород.

4. Подотрасль обладает существенной спецификой в отношении применимости методологии использования маркерных веществ. В соответствии с п. 2.77 «ГОСТ Р 56828.15-2016 Национальный стандарт Российской Федерации. Наилучшие доступные технологии. Термины и определения», утвержденным и введенным в действие Приказом Росстандарта от 26.10.2016 № 1519-ст [6], маркерное вещество — наиболее значимый для конкретного производства показатель, выбираемый по определенным критериям из группы веществ, внутри которой наблюдается тесная корреляционная взаимосвязь. Особенностью маркерного вещества является то, что с его помощью можно оценить значения всех веществ, входящих в группу.

Для ГСВ, поступающих на ОС, существует некоторая корреляция между величинами некоторых поступающих загрязнений, на удаление которых рассчитываются ОС (перечислены в таблице 1.3). Эта корреляция тем выше, чем больше доля бытового стока в ГСВ. Корреляция основана на наличии известной взаимосвязи загрязняющих веществ в бытовых СВ, основанной на жизнедеятельности человека. Наибольшая взаимосвязь для бытовых СВ существует между величинами ХПК и БПК. Для конкретных ОС ГСВ, принимающих преимущественно хозяйственно-бытовые сточные воды, имеющих данные по корреляции между этими величинами, определение ХПК для целей текущей эксплуатации дает существенное преимущество в быстроте (несколько часов против 5 сут для БПК5), а также в более высокой точности. С учетом этой корреляции за рубежом величину ХПК в ряде случаев используют вместо БПК5 (с учетом соотношения между ними).

Для других ЗВ хозяйственно-бытового происхождения из таблицы 1.3 степень этой корреляции недостаточно высока, разброс в индивидуальных пробах составляет не менее 25% от средних величин соотношений загрязнений. Поэтому традиционно на ОС ГСВ используется индивидуальный контроль данных показателей.

В очищенной воде в связи с тем, что остаточная концентрация этих ЗВ определяется различными процессами на ОС, корреляция между этими веществами еще ниже, чем для входящего потока. Глубина процесса полной биологической очистки с нитрификацией (БО, БН) может быть достаточно хорошо охарактеризована показателем концентрации аммонийного азота. Однако этот показатель мало информативен в отношении взвешенных веществ. Процесс удаления азота может быть хорошо оценен по показателю общего азота, но он не даст никакой информации о содержании отдельных минеральных форм азота. Весьма значительное различие токсичности различных минеральных форм азота (ПДКрыбхоз), ПДК которых соотносится как 450:20:1, не позволяет отказаться от индивидуального контроля минеральных форм.

Применительно к остальным веществам, нормируемым в настоящее время для ОС ГСВ (тяжелые металлы, нефтепродукты и т.п.), какая-либо корреляция изначально отсутствует как для поступающих, так и для очищенных СВ. Поступление каждого из этих ЗВ в сточные воды определяется собственными источниками, а также соотношением их влияния на состав общего стока в данный момент времени. Для содержания в очищенной воде этих ЗВ степень корреляции еще ниже в силу различного характера и интенсивности процессов очистки, а также весьма недостаточной изученности процессов удаления илом (для тяжелых металлов).

Невозможно выбрать одно вещество-маркер для техногенных загрязняющих веществ. Как интегральный может быть использован показатель токсичности (определяемой как кратность разбавления, с различными тест-объектами). Однако данный параметр в российских условиях мало освоен и не должен рассматриваться как обязательный нормируемый показатель. Тем не менее, он рекомендуется к повсеместному использованию, для введения в систему нормирования позднее.

Применительно к микробиологическим загрязнениям подавляющая часть используемых для нормирования показателей (за исключением п. 30 таблицы 3.3) является не только маркерными, но и индикаторными (т.е. теми, которые характеризуют содержание других подобных показателей, но сами не обладают опасностью). Такие важные показатели, как колиформные бактерии, колифаги и др., относятся не к опасной патогенной микрофлоре, а к микрофлоре естественных выделений человека. Кроме того, реакция различных микроорганизмов на обеззараживающее воздействие не одинакова. В ряде случаев при использовании хлора при малом содержании индикаторных бактерий могут быть обнаружены вирусы и цисты патогенных простейших.

В связи с вышеизложенным, понятие «маркерные вещества» применительно к сбросам ГСВ в дальнейшем в настоящем справочнике не используется, как малоприменимое. В настоящем справочнике НДТ, в соответствии с Федеральным Законом № 225-ФЗ [8] применяется понятие технологически нормируемых веществ (ТНВ), к которым для ГСВ отнесены загрязняющие вещества, по которым в разделе 5 установлены технологические показатели НДТ: взвешенные вещества, БПК5, ХПК, азот аммонийный, азот нитратов, азот нитритов, фосфора фосфатов. ТНВ для ПСВ перечислены ниже. Несколько иначе обстоит вопрос маркерных веществ применительно к очищенным ПСВ. Показатель «нефтепродукты» полноценно отражает глубину очистки ПСВ от селитебных территорий, так как невозможно глубоко удалить нефтепродукты без глубокого удаления взвешенных веществ. Однако нефтепродукты лишь косвенно характеризуют загрязненность очищенных ПСВ другими веществами, менее характерными для стока с селитебной территории.

Несмотря на разнообразие загрязняющих веществ в ГСВ, перечень, используемый при контроле сточных вод, сбрасываемых подотраслью, для большинства ОС совпадает. Он определяется не столько воздействием загрязнений на водный объект, сколько сложившимся перечнем веществ, применяемым при мониторинге водных объектов.

В распоряжении Правительства Российской Федерации от 08.07.2015 № 1316-р «О перечне загрязняющих веществ, в отношении которых применяются меры государственного регулирования в области охраны окружающей среды» [40] содержится перечень веществ, подлежащих мерам государственного регулирования и включающих применительно к сбросам в водные объекты около 160 наименований. Перечень включает особо опасные вещества (например, полихлорбифенилы из «грязной дюжины стойких органических загрязнителей», запрещенных Стокгольмской Конвенцией). Однако по ним не ведется государственный мониторинг их содержания в водных объектах и, соответственно, в сбрасываемых ГСВ. Применительно к ГСВ г. Москвы проведенный в начале 2000-х годов длительный (в течение не менее 2 лет) мониторинг по нескольким десяткам токсичных органических соединений не выявил значимости этой проблемы. Для большинства веществ концентрация была ниже предела измерения, и ни по одному из веществ измеренное содержание даже на входе на ОС не превышало нескольких процентов от ПДК для водных объектов.

Нормируемые в настоящее время для ОС показатели имеют различный статус применительно к возможностям их расчета/прогнозирования при создании ОС ГСВ (таблица 3.4). Только меньшая часть загрязняющих веществ относится к расчетным, т.е. к тем, на целевое содержание которых может быть выполнен технологический расчет сооружений очистки ГСВ на базе биологического процесса. Эти вещества и относятся к ТНВ.

Таблица 3.4

Контролируемые показатели загрязняющих веществ и свойств воды на сбросе ГСВ и ПСВ в водные объекты и их статус при расчете ОС ГСВ

Остальные загрязняющие вещества, перечисленные в таблице 3.4 (тяжелые металлы, алюминий, специфические органические соединения), в настоящем справочнике именуются техногенными загрязнениями. Данный термин условен и применяется только для целей отличия ТНВ и остальных показателей загрязненности. Показатели загрязненности растворенными минеральными веществами (хлориды, сульфаты, общая минерализация) в справочнике в дальнейшем не принимаются во внимание, так как методы их задержания на ОС ГСВ и на ОС ПСВ отсутствуют. Их сброс с очищенными сточными водами приблизительно соответствует (за вычетом небольшого вхождения в состав осадков) входящей нагрузке на ОС. Как правило, эта нагрузка определяется фоновым содержанием минеральных солей в водопроводной воде и, в немногих случаях, сбросами абонентов, производимыми с грубым нарушением нормативных требований к сточным водам, сбрасываемым в ЦСВ.

В качестве технологически нормируемых показателей очистки поверхностных сточных вод далее будут подразумеваться взвешенные вещества, нефтепродукты, ХПК, БПК5 и фосфор фосфатов, как показатели, на которые возможно эффективное целенаправленное воздействие при использовании апробированных технологий (см. раздел 4).

Концентрации остальных веществ и показателей не могут быть рассчитаны, а могут быть лишь спрогнозированы, причем с недостаточно высокой точностью. Причины этого изложены в подразделе 3.2.

Перечень расчетных показателей загрязняющих веществ применительно к физико-химическим методам очистки ПСВ существенно уже. При проектировании как расчетные показатели используют только взвешенные вещества и нефтепродукты, остальные показатели — эмпирико-расчетные или назначаемые.

Применительно к использованию маркеров для эмиссий в другие среды существенно следующее: содержание токсичных веществ в осадке ГСВ определяется теми же факторами, что и состав сточных вод (попадание из различных источников, с различной временной периодичностью). Поэтому ни одно из них не может использоваться в качестве маркерных веществ.

В области микробиологических загрязнений индикаторным (не маркерным) показателем для очищенных сточных вод являются термотолерантные колиформные бактерии (ТКБ). Их наличие означает возможность присутствия всех остальных загрязнений этой группы. Однако информативность отсутствия (присутствия в пределах предельно допустимого содержания) ТКБ зависит от применяемого метода обеззараживания. Так, применение обеззараживания хлором недостаточно эффективно применительно к вирусам и цистам простейших.

Применительно к эмиссиям в атмосферу ситуация описана в подразделе 3.3. Маркерным веществом загрязнения воздуха выбросами ОС ГСВ является сероводород.

3.2 Сбросы в водные объекты

3.2.1 Сбросы от сооружений очистки городских сточных вод

3.2.1.1 Оценка фактических сбросов по данным анкет

Для оценки эмиссий приняты во внимание данные объектов ОС ГСВ, эксплуатация которых, согласно информации из анкет, осуществляется надлежащим образом. Из этой выборки, в свою очередь, приняты во внимание анкеты, данные которых не вызывают выраженных сомнений в соответствии действительности.

В результате проведен анализ по загрязненности сбросов по 200 объектам, анкеты которых прошли предварительный отбор по достаточности и достоверности данных.

3.2.1.1.1 Взвешенные вещества

Поскольку около 1/3 ОС оснащены сооружениями доочистки, которые представлены в основном зернистыми фильтрами, биореакторами с ершовой загрузкой и биопрудами, то для оценки влияния доочистки для станций производительностью менее 100 тыс. м3 в сутки (наиболее репрезентативная выборка) оценивалось качество очистки по взвешенным веществам для сооружений, имеющих доочистку и работающих без доочистки. Эти данные представлены на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 — Кумулятивная кривая обеспеченности концентрации взвешенных веществ для ОС ГСВ с ПП менее 100 тыс. м3/сут

Примечание. Здесь и далее параметр «встречаемость величины показателя» означает, что, например, на оси Y (оси ординат) для количества Y1 проанализированных объектов величина данного показателя составляет не более X1 мг/л (по оси абсцисс). Т.е. из графика на рисунке 3.1 следует, что все 100% объектов без доочистки имеют содержание взвешенных веществ менее 60 мг/л, 80% — менее 15 мг/л, примерно 28% — менее 5 мг/л и т.п. И наоборот, на 90,3% объектов с доочисткой содержание взвешенных веществ не превышает 20 мг/л либо 10% объектов без доочистки характеризуются содержанием взвешенных веществ свыше 25%. Разница величин (Y2 — Y1), %, соответствует встречаемости величины X в диапазоне (X2 — X1). Например, для объектов без доочистки содержание взвешенных веществ в диапазоне 5 — 10 мг/л составляет 70 — 30% = 40% объектов.

Хорошо видно, что в диапазоне от 5 до 20 мг/л распределение взвешенных веществ в очищенной воде практически совпадает для станций, имеющих доочистку и работающих только со вторичными отстойниками.

Для 25% рассмотренных станции доочистка действительно позволяет получать очищенную воду с концентрациями взвешенных веществ менее 7 мг/л, что соответствует хорошо работающим сооружениям доочистки, в остальных случаях существующие сооружения доочистки не эффективны.

После вторичных отстойников, без использования сооружений доочистки, на 80% сооружений качество очистки по взвешенным веществам не более 15 мг/л, что соответствует нормам проектирования в СССР. Т.е. 80% сооружений производительностью менее 100 тыс. м3 в сутки достигают проектного качества очистки по взвешенным веществам.

Более того, 70% очистных сооружений работают с выносом взвешенных веществ менее 10 мг/л. Это показывает, что при низкой нагрузке на вторичные отстойники очистка стока величина менее 10 мг/л может достигаться с высокой степенью надежности. Данный вывод не противоречит закономерностям, используемым при расчете вторичных отстойников.

Из рисунка 3.1 следует, что в диапазоне ПП 100 — 300 тыс. м3 в сутки 80% сооружений обеспечивают проектное качество очистки до 15 мг/л и 60% — менее 10 мг/л. Для ПП более 300 тыс. м3 в сутки 70% станций укладываются в проектные 15 мг/л. Эффективная доочистка наблюдается менее чем в 10% случаев.

3.2.1.1.2 БПК5 и ХПК

От 30% до 45% сооружений обеспечивают БПК5 менее 5 — 6 мг/л, что связано в основном с существенной недогрузкой сооружений, причем верхнее значение относится к ОС с ПП менее 100 тыс. м3 в сутки, загрузка которых в среднем ниже. Качество очистки до 10 мг/л обеспечивается надежно на 60 — 75% сооружений и может быть оценено как хороший результат для работы со вторичными отстойниками. Качество очистки до 15 мг/л (проектная величина для ОС советских времен постройки, без доочистки) обеспечивается на 85 — 95% станций (верхнее значение — также для нижнего диапазона ПП).

Существенно больше разброс данных по ХПК (см.: рисунок 3.2). Основной диапазон величины ХПК, характерный для 50% случаев, составляет от 30 до 60 мг/л. Однако в отличие от взвешенных веществ и БПК5 величина ХПК зависит не только от глубины очистки по органическим веществам, но и от состава исходной воды — бионеокисляемой части ХПК, которая и дает дополнительный разброс ХПК в очищенной воде.

Рисунок 3.2 — Кумулятивная кривая обеспеченности ХПК для ОС ГСВ с ПП менее 100 тыс. м3/сут

3.2.1.1.3 Биогенные элементы

Распределение концентраций биогенных элементов (форм азота и фосфора) приведено в таблице 3.5.

Таблица 3.5

Распределение концентраций биогенных элементов (форм азота и фосфора)

Данные таблицы 3.5 позволяют сделать следующие выводы:

а) касательно нитрификации:

• на 50 — 65% станций происходит нитрификация до остаточного содержания аммонийного азота менее 2 мг/л, что можно охарактеризовать как хороший результат. Причиной этого в основном является недогрузка сооружений биологической очистки при достаточном количестве кислорода;
• на 15 — 27% станций нитрификация происходит частично;
• на 5 — 15% станций нитрификация происходит неудовлетворительно;
• б) касательно денитрификации:
• доля станций, на которых содержание азота нитратов не превышает 10 мг/л (40 — 60%), существенно выше доли станций, на которых внедрена технология денитрификации (10 — 20%). Это различие может быть вызвано следующими причинами: неразвитой нитрификацией, при которой азот в основном остается в виде аммонийного (5 — 15%), симультанной денитрификацией (см. ниже);
• на 15 — 35% ОС баланс образования и удаления нитратов приводит к их содержанию свыше 15 мг/л;

в) касательно удаления общего азота.

Концентрация общего азота на ОС практически не контролируется (кроме большей части объектов, на которых реализовано удаление азота). Для оценки эффективности удаления азота концентрации общего азота были получены из данных анкет следующим образом:

• входящий общий азот — как 1,25 от концентрации аммонийного азота (п. Свода правил [8]);
• общий азот в очищенной воде — суммы всех трех минеральных форм + 1 мг/л (ориентировочное содержание органического азота).

Результаты оценки распределения эффективности удаления азота приведены на рисунке 3.3. Важно понимать, что процесс БО удаляет азот на прирост активного ила (входит в состав бактерий при потреблении органического вещества) в количестве 5 — 10 мг/л. При средней концентрации общего азота 30 — 35 мг/л базовая эффективность удаления азота находится в диапазоне 15 — 35%.

а) Для ОС ГСВ с ПП более 300 тыс. м3/сут

б) Для ОС ГСВ с ПП 100 — 300 тыс. м3/сут

в) Для ОС ГСВ с ПП менее 100 тыс. м3/сут

Рисунок 3.3 — Кумулятивная кривая обеспеченности эффективности удаления общего азота

Анализируя графики, можно сделать следующие выводы:

• удаление азота на прирост ила (без проявлений денитрификации), в пределах вышеуказанных 35%, объясняет, соответственно, 10%, 28% и 30% проанализированных случаев;
• выраженное удаление азота (характеризуемое как более 65%) обеспечивается на станциях с проектной производительностью:
• более 300 тыс. м3/сут — 25% ОС (среди них доля с БНД — 20%);
• 100 — 300 тыс. м3/сут — 12% (доля с БНД — 16%);
• менее 100 тыс. м3/сут — 25% (доля с БНД — 14%).

При этом согласно таблице 1 (графа «Денитрификация») биологическая очистка с удалением азота (БНД) применяется, соответственно, на 20%, 16% и 14% объектов по группам ПП. Таким образом, процент встречаемости высокой эффективности удаления азота примерно соответствует количеству станций с внедренным процессом денитрификации.

Остальные 55 — 65% сооружений работают с удалением азота от 35% до 65%, т.е. результатом, который может быть достигнут при самопроизвольной или налаженной денитрификации путем изменения кислородного режима в аэротенках, не имевших по проекту зон денитрификации;

г) касательно содержания нитритов:

• на 35 — 45% ОС содержание нитритов не превышает 0,1 мг/л;
• наиболее часто встречается концентрация в диапазоне 0,2 — 0,5 мг/л;
• содержание выше 0,5 отмечается весьма редко;
• с учетом этих данных нет никаких оснований определять величину ПДКрыбхоз (0,02 мг/л) как целевое значение ТП БОСВ;

д) касательно содержания фосфатов:

• хотя технологией удаления фосфора оснащено 8 — 10% сооружений, концентрации фосфора фосфатов менее 1 мг/л достигаются на 19 — 28% сооружений. В целом такой эффект вызывает определенные вопросы, хотя в ряде случаев удаление фосфора может происходить на необорудованных для этого очистных сооружениях, например, при сбросе в сеть значительного количества железа или алюминия с водопроводными осадками. На остальных 80% сооружений необходимо улучшать технологию с переходом на удаление фосфора;
• до 40% ОС сбрасывают значительные концентрации фосфора фосфатов — свыше 2,5 мг/л.

В целом, подводя итоги рассмотрения форм азота в очищенной воде, следует отметить, что на многих станциях достигается частичное удаление азота. Следует предположить, что это происходит благодаря наличию зон с низкими концентрациями кислорода. Этому способствуют:

• существенная недогрузка ОС ГСВ по расходу, развившаяся в результате снижения водопотребления, позволяющая увеличить время контакта сточной воды с активным илом и позволяющая развиваться процессам нитрификации;
• неудовлетворительное состояние аэрационных систем и невысокие концентрации растворенного кислорода во многих из вышеописанных случаев также приводит к развитию симультанной (одновременной) денитрификации и снижению общего азота на 5 — 7 мг/л. В ситуациях с невысоким уровнем содержания общего азота и высоким временем пребывания в аэротенках это может приводить к достижению целевых показателей по соединениям азота. Невысокая нагрузка также позволяет (при своевременном выводе избыточного ила) получать хорошие результаты по БПК5 и взвешенным веществам.

Как правило, в этих ситуациях концентрация азота аммонийного в основном составляет до 3 мг/л, азота нитратов 8 — 15, нитритов — менее 0,3 мг/л, содержание фосфора фосфатов в очищенной воде также невелико и не превышает 2 мг/л.

В дальнейшем анализе эта во многом вынужденно сложившаяся технология, чтобы отличить ее от БН, именуется БНЧСД — глубокая биологическая очистка с нитрификацией и частичной симультанной денитрификацией.

3.2.1.1.4 Техногенные загрязнения

Данные по содержанию техногенных загрязнений в очищенной ГСВ приведены на рисунке 3.4. В статистическую обработку были включены те загрязняющие вещества, по которым присутствовала достаточная для анализа выборка. В нее не были включены никель, хром, ртуть, по которым количество данных было существенно меньше.

Рисунок 3.4 — Кумулятивные кривые обеспеченности концентраций техногенных загрязнений в очищенной воде, мкг/л

Обобщение информации по содержанию техногенных загрязнений в очищенной ГСВ и по эффективности их удаления приведена в таблице 3.6.

Таблица 3.6

Сводные данные по удалению техногенных загрязнений из ГСВ

Данные по ОС Москвы и Санкт-Петербурга [11] по удалению алюминия, никеля и хрома приведены в таблице 3.7. Данные приведены за 3 года для ОС г. Москвы (8 °C и их отдельных блоков) и Санкт-Петербурга (5 °C).

Таблица 3.7

Удаление алюминия, никеля и хрома по ОС Москвы и Санкт-Петербурга

Результаты анализа, приведенные в таблицах 3.6, 3.7, позволяют сделать следующие выводы:

1. для большинства рассматриваемых загрязнений даже основной диапазон разброса концентраций в очищенной воде составляет порядок и более, только для меди и цинка — полпорядка (в 5 раз). Причем практически для всех загрязнений внутри этих диапазонов отсутствуют диапазоны более частой встречаемости и распределение величин носит во многом равномерный характер. Т.е. для этих загрязнений невозможно ни определить наиболее вероятные, ни предельные концентрации в очищенной воде. Это позволяет утверждать, что концентрации техногенных веществ в очищенной воде не могут быть предметом технологического нормирования;

2. фактические величины концентраций практически никак не соотносятся с ПДКрыбхоз:

• по двум веществам — кадмию и свинцу, на всех пробах достигаются ПДКрыбхоз;
• по двум веществам — меди и цинку практически ни на одном объекте ПДКрыбхоз не достигаются. Для меди фиксируется наибольшая кратность превышения — в 10 раз по верхней границе основного диапазона;
• по пяти техногенным веществам (нефтепродукты, железо, марганец, фенолы, сероводород) вероятность достижения ПДКрыбхоз составляет 15 — 37%, т.е. является небольшой;
• по СПАВ ПДКрыбхоз достигается на 58% объектов;

3. для большинства техногенных загрязнений основной диапазон эффективности удаления весьма высок:

• для железа, кадмия, меди и марганца, хрома, алюминия он находится в диапазоне 70 — 99%,
• для нефтепродуктов, сероводорода и СПАВ — 90 — 100%;
• для фенолов и цинка достигаются высокие значения, но диапазон весьма размыт и начинается примерно с 50%;
• для свинца диапазон чрезвычайно размыт, что, однако, не имеет практического значения, так как все значения находятся ниже ПДКрыбхоз;
• эффективность удаления никеля невелика, средние значения составляют 55 — 71%;

4. для окисляемых техногенных загрязнений удаление происходит наиболее эффективно, что подтверждает теоретические представления по данному вопросу, изложенные в подразделе 3.2. Однако причины более низких, нежели основной диапазон, значений эффективности не изучены. Весьма вероятно, что они вызваны более низкими значениями входящей концентрации. Поэтому нет оснований установить для окисляемых техногенных загрязнений технологический норматив по нижней границе основного диапазона эффективности удаления;

5. все тяжелые металлы характеризуются весьма широким основным диапазоном разбросом эффективности: в пределах 30 — 50%. Это однозначно не позволяет использовать эффективность удаления как технологический норматив;

6. в целом можно сделать вывод, что несмотря на то, что все современные технологии очистки ГСВ не рассчитаны на удаление техногенных загрязнений, их удаление происходит весьма эффективно. Окисляемые загрязнения удаляются примерно на уровне общих органических загрязнений (по БПК5), а тяжелые металлы — в основном существенно выше, чем азот и фосфор при обычной технологии биологической очистки;

7. однако концентрации техногенных загрязнений в очищенной воде распределяются случайным образом и мало зависят от концентраций в поступающей воде. Т.е. этот процесс происходит весьма эффективно, но не может контролироваться службой эксплуатации.

С учетом того, что в разделе 2 показано отсутствие технологий, целевым образом удаляющих техногенные загрязнения, и вышеизложенных результатов анализа данных технологическое нормирование как концентраций в очищенной воде, так и эффективности удаления для техногенных загрязнений представляется невозможным. В практической работе по нормированию загрязняющих веществ на основе технологических показателей НДТ необходимо ограничиться загрязняющими веществами, отнесенными к технологически нормируемым.

3.2.2 Сбросы сооружений очистки поверхностных сточных вод

Оценка сбросов ПСВ приведена по данным ГУП «Мосводосток» и ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» в таблицах 3.8 и 3.9.

Таблица 3.8

Таблица 3.9

Эффективность работы ОС ПСВ ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»