Удаление фосфора из очищенной воды становится одной из главных задач городских очистных сооружений. Это хорошо видно по проекту, который начали в пригороде Чикаго: на одной станции вкладывают почти 400 млн долларов, чтобы снизить сброс одного-единственного вещества.
Ниже конспект новостной заметки отраслевого издания Smart Water Magazine. Заметка ссылается на сообщение самого водоканала. Материал короткий, но в нём собраны три вещи, полезные любому, кто занимается очисткой сточных вод: что именно строят, зачем это делают и какую долю фосфора в реках дают очистные.
Из конспекта вы узнаете масштаб проекта, состав сооружений, откуда фосфор попадает в стоки, к каким срокам привязано ужесточение требований и почему водоканал одного мегаполиса отвечает за пятую часть целевого снижения по целому штату.
Battery E: что строят на станции O’Brien
Заказчик проекта — Metropolitan Water Reclamation District of Greater Chicago (MWRD), окружной водоканал. Он отвечает за очистку сточных вод и управление ливневым стоком в округе Кук, штат Иллинойс. У округа семь очистных станций. Работы идут на одной из них — O’Brien Water Reclamation Plant в Скоки.
Станция обслуживает Эванстон и соседние муниципалитеты. Очищенную воду она сбрасывает в канал North Shore Channel.
Проект называется Battery E. Слово «батарея» здесь означает отдельную очередь сооружений, то есть ещё одну технологическую линию рядом с существующими. Её строят в юго-западной части площадки, срок работ — четыре года. По данным источника, в состав входят:
- аэротенк;
- вторичные (финальные) отстойники;
- дополнительные здания и сооружения;
- оборудование и улучшения технологического процесса.
Для читателя без профильного образования поясним два термина. Аэротенк — резервуар, куда подают воздух. В нём микроорганизмы активного ила (хлопьевидной массы бактерий) поедают загрязнения. Так устроена классическая биологическая очистка сточных вод. Во вторичных отстойниках ил оседает, очищенная вода уходит дальше, а часть ила возвращается в аэротенк.
Источник не раскрывает, по какой схеме на новой очереди будут удалять фосфор, и цифр по ожидаемой концентрации на выпуске не приводит. Известно только, что фосфор — главная цель проекта.
Откуда в стоках фосфор и чем он опасен
Фосфор относится к биогенам, то есть к питательным веществам для живых организмов. Источник называет несколько путей, которыми он попадает в сточную воду:
- удобрения;
- городской поверхностный сток;
- водоподготовка питьевой воды: водоканалы сами добавляют фосфор в воду, чтобы защитить трубы от коррозии.
Последний пункт неочевиден. Часть фосфора, с которым борются очистные, внесли в воду ещё на этапе водоподготовки. Пройдя через квартиры и канализацию, он возвращается на станцию.
Опасен фосфор своим избытком. В водоёме он подстёгивает рост водорослей, а когда водоросли отмирают и разлагаются, вода теряет кислород. Так появляются «мёртвые зоны», где рыба и другие организмы выжить не могут.
Самый известный пример, который приводит источник, — мёртвая зона в Мексиканском заливе. Она одна из крупнейших в мире, по площади примерно с американский штат Нью-Джерси. Фосфор считается одной из главных её причин.
Чикаго от залива далеко, но связан с ним водой. Биогены со всего огромного бассейна Миссисипи стекают в залив. Воды чикагского региона идут через северный рукав реки Чикаго и реку Дес-Плейнс, затем попадают в Миссисипи и по ней доходят до залива. Поэтому фосфор со станции в Скоки, по логике материала, вносит свою долю в проблему за полторы тысячи километров.
Зачем это делать: лимиты к 2030 году и горизонт в сто лет
У проекта два мотива, и оба назвала президент MWRD Кари К. Стил (Kari K. Steele).
Первый — нормативный. Для станции вводятся новые ограничения на сброс фосфора, и они вступают в силу к 2030 году. Battery E должна обеспечить их соблюдение.
Второй — инфраструктурный. Дополнительная очередь позволит модернизировать станцию, чтобы она обслуживала регион ещё сто лет.
Масштаб вложений источник подчёркивает отдельно. Проект — одна из крупнейших разовых инвестиций округа за 137 лет его существования. Сумма почти в 400 млн долларов уходит на одну станцию из семи.
Удаление фосфора как вклад в цель для всего бассейна
Требования к станции O’Brien вытекают из задачи масштабом в полконтинента. Чтобы уменьшить зону гипоксии (кислородного голодания) в Мексиканском заливе, Агентство по охране окружающей среды США (EPA) вместе со специальной рабочей группой добивается снижения поступления азота и фосфора в бассейн Миссисипи на 45% к 2035 году.
Юридическая конструкция здесь интересная. Источник уточняет, что цель в 45% сама по себе не федеральный закон. Но EPA и агентства штатов могут добиваться её выполнения с помощью инструментов Закона о чистой воде (Clean Water Act). На практике это и превращается в лимиты сброса для конкретных станций, как лимиты 2030 года для O’Brien.
Вклад одного водоканала оказывается заметным. По оценке MWRD, технологии удаления биогенов, которые внедряют на трёх крупнейших станциях округа, включая O’Brien, обеспечат 20% целевого снижения для всего штата Иллинойс.
Какую долю фосфора в реках дают очистные
Последний блок заметки объясняет, почему удаление фосфора из сточных вод так весомо. Источник приводит данные отделения Sierra Club в Иллинойсе, которое, в свою очередь, ссылается на несколько исследований.
| Источник биогенов | Доля фосфора в реках штата | Доля азота в реках штата |
|---|---|---|
| Очищенные сточные воды | около 48% | около 16% |
| Сток с полей, где вносили удобрения и навоз | примерно столько же | — |
Картина такая. По фосфору очистные сооружения и сельское хозяйство дают в реки Иллинойса примерно равные доли, почти по половине. По азоту вклад сточных вод гораздо скромнее.
Отсюда понятна логика регулятора. Станцию с одним выпуском контролировать проще, чем тысячи полей, а по фосфору она отвечает за половину нагрузки. Поэтому требования ужесточают в первую очередь для очистных.
Цифры 48% и 16% — оценки по одному штату, полученные из нескольких исследований через посредника. Переносить их на другие регионы напрямую нельзя.
Коротко
- Водоканал округа Кук строит на станции O’Brien в Скоки новую очередь Battery E (аэротенк, вторичные отстойники, оборудование) за почти 400 млн долларов. Срок работ — четыре года, главная цель — снизить фосфор в сбрасываемой воде.
- Повод — новые лимиты на сброс фосфора к 2030 году. Заодно станцию модернизируют с расчётом на сто лет работы.
- За лимитами стоит цель для всего бассейна Миссисипи: минус 45% азота и фосфора к 2035 году ради сокращения мёртвой зоны в Мексиканском заливе. Это не закон, но её выполнения добиваются через Закон о чистой воде.
- Три крупнейшие станции округа, по оценке MWRD, закроют 20% целевого снижения по штату Иллинойс.
- Очищенные стоки дают около 48% фосфора в реках штата, примерно столько же приходит с удобренных полей.
Что из этого следует
Для технолога очистных сооружений главный сигнал — порядок затрат. Ужесточение нормы по одному показателю обернулось для станции новой очередью сооружений стоимостью в сотни миллионов долларов. Требования к фосфору редко удаётся выполнить настройкой существующей линии. Они упираются в объём сооружений и в технологическую схему.
Источник не говорит, каким способом фосфор будут удалять на Battery E. В отрасли известны два основных пути. Первый — биологическая очистка от фосфора: в сооружениях создают условия, при которых активный ил накапливает фосфор в клетках и выводится вместе с избыточным илом. Второй — реагентный: фосфор осаждают солями металлов. Их часто сочетают. Состав Battery E (аэротенк и вторичные отстойники) показывает, что основа схемы биологическая, но конкретную технологию материал не называет.
Тем, кто ведёт очистку сточных вод на своём предприятии или в городе, стоит проверить три вещи. Есть ли фосфор в разрешении на сброс и как его норма менялась за последние годы. Знаете ли вы, откуда фосфор приходит именно в ваш сток. Хватит ли объёма существующих сооружений, если норму снизят. Пример станции в Скоки показывает, что о модернизации под новые лимиты думают за годы до их вступления в силу.
Источник: Chicago-area wastewater utility begins US$400 million project to reduce phosphorus discharges