Энергия из осадков
Возобновляемые источники энергии чаще всего ассоциируются с ветром, солнцем, гидроресурсами и теплом земных недр. Однако в возобновляемой энергетике есть ещё одна важная область — биоэнергетика. Она имеет множество направлений, которые можно объединить в две большие группы*. Первая предполагает целенаправленное выращивание биомассы — быстрорастущих пород деревьев, водорослей, технических сельскохозяйственных культур, таких как рапс, подсолнечник, соя, масличная пальма. Вторая объединяет вторичные ресурсы, говоря проще, отходы человеческой деятельности. Источниками энергии в этой группе могут быть отходы лесозаготовок и лесопереработки, сельского хозяйства — как растениеводства, так и животноводства, наконец, отходы городского коммунального и промышленного хозяйства. Последние включают твёрдые бытовые и коммунальные отходы, сточные воды, а также осадки сточных вод, содержащие органическое вещество. После извлечения этих осадков из воды и соответствующей подготовки их можно использовать в разных сферах, в том числе в энергетике.
* См. статью: Дегтярев К., Соловьев А. Биоэнергия без фантастики. «Наука и жизнь» № 6, 2014 г.
Сначала несколько слов о том, как устроена система обращения с городскими канализационными стоками. Например, в Москве общая протяжённость канализационной системы почти 10 тыс. км. По канализационным трубам и коллекторам сточная вода попадает на очистные сооружения. Ежедневный объём сточных вод — около 3 млн м3. Численность постоянного населения Москвы, включая Новую Москву, уже превысила 13 млн человек, так что средний ежедневный вклад каждого жителя города в канализационные стоки оценивается в 220—230 л, хотя, если учитывать всех людей, находящихся в Москве одномоментно — а это уже 16 млн и, вероятно, даже больше, то душевой показатель несколько снизится.
В Москве работает несколько десятков канализационно-насосных станций и систем очистных сооружений. Наиболее крупные системы — Люберецкие, Курьяновские, Южнобутовские, Зеленоградские. Самая мощная из них, способная ежедневно очищать более 2 млн м3 сточных вод, — Курьяновская станция, расположенная на юго-востоке столицы и занимающая площадь около 160 га. В неё поступают сточные воды Северо-Западного, Западного, Юго-Западного, Южного, Юго-Восточного, Троицкого и Новомосковского округов.
Очистка сточных вод проходит несколько стадий. На первой стадии происходит механическая очистка, для чего на пути сточных вод ставят решётки, позволяющие улавливать самый грубый материал: тряпки, куски дерева, бутылки, упаковки и другие подобные предметы. Как правило, этот материал прессуется и отправляется на мусорный полигон. Следующий этап — улавливание песка с помощью песколовок, действие которых основано на снижении скорости потока, благодаря чему твёрдые механические частицы осаждаются на дно и далее удаляются.
Третья, основная стадия — биологическая очистка сточных вод. Проходит она в зоне активной очистки и биоразложения, и её задача — очищение воды от органического материала. Для этого используется так называемый активный ил — биоценоз, то есть сообщество бактерий и других простейших организмов (инфузорий, амёб, коловраток, сине-зелёных водорослей), которое перерабатывает органические загрязнения сточных вод, служащие им пищей, в безвредные вещества — воду, углекислый газ и биомассу.
Биологическая очистка осуществляется сначала в первичных отстойниках, затем — в аэротенках*. Далее активный ил естественным путём оседает на дно во вторичных отстойниках, благодаря чему происходит отделение очищенной воды. В завершение вода проходит финальную обработку — как правило, с помощью ультрафиолетового обеззараживания, после чего возвращается в реки и водоёмы. Что касается активного ила, то из вторичного отстойника часть его возвращается в аэротенк, где он вновь включается в процесс очистки воды, а избыток идёт в илоуплотнитель для дальнейшей переработки.
* Аэротенк (от аэро- и англ. tank — резервуар) представляет собой бетонный, железобетонный или металлический проточный резервуар, разделённый перегородками на коридоры, оснащённые системой аэрации для снабжения кислородом микроорганизмов активного ила и его перемешивания с очищаемыми сточными водами.
Осадки сточных вод относят к отходам 4-го класса опасности, что означает низкий уровень токсичности, но при неправильной утилизации они способны нанести вред окружающей среде. Формируются они из первичного сырого осадка, образующегося на этапе механического отстаивания сточной жидкости и состоящего как из органических, так и неорганических веществ, а также из избыточного активного ила, который выводится из аэротенка и осаждается во вторичных отстойниках. Ежегодно на очистных сооружениях городов России образуется 2,5—3 млн т сухих осадков сточных вод. В пересчёте на одного городского жителя это около 25 кг сухого вещества в год (влажность осадков сточных вод 75—82%, так что на массу влажного осадка приходится более 100 кг).