Сравнительная оценка эксплуатационных затрат на обеззараживание сточных вод при применении хлорирования и УФ-технологии

28 мая, 2019

В настоящее время состояние водоемов в значительной степени зависит от сбрасываемых сточных вод городов и населенных пунктов. Стоки оказывают влияние на естественное микробиологическое состояние водоемов, поскольку содержат широкий спектр патогенных микроорганизмов – бактерий, вирусов и простейших, которые, попадая в организм человека, вызывают серьезные заболевания. Согласно СанПиН 2.1.5.980-00 и СанПиН 2.1.5.2582-10, сточные воды, отводимые в водный объект, должны быть безопасными в эпидемиологическом отношении и подвергаться обязательному обеззараживанию. Метод обеззараживания должен обеспечивать высокую эффективность в отношении всего спектра микроорганизмов, в том числе вирусов, не должен оказывать негативного воздействия на окружающую среду и быть экономически выгодной технологией.

Методы обеззараживания сточных вод можно разделить на две основные группы: химические реагентные и физические безреагентные. Одним из широко известных химических способов обеззараживания является обработка хлором или хлорсодержащими реагентами. Технология основана на высокой окислительной способности соединений хлора. Помимо положительного эффекта обеззараживания хлор оказывает негативное влияние на биоценоз водоемов-приемников сточных вод. Применение этой технологии требует дополнительной стадии очистки – дехлорирования, что указано в действующих нормативных документах РФ (пункт 9.2.11.2 СП 32.13330.2012 и пункт 3.10 МУ 2.1.5.800-99). Также хлорирование сточных вод приводит к образованию токсичных, мутагенных и канцерогенных хлорорганических соединений, представляющих опасность, как для человека, так и для окружающей среды [1]. Следует отметить, что дехлорирование удаляет из сточной воды остаточный хлор, но хлорорганические соединения, успевшие образоваться за время контакта, будут попадать в водоем-приемник, оказывая негативное влияние на биоценоз и население. Также хлорирование имеет ряд других существенных недостатков:

низкая эффективность в отношении вирусов и простейших;
необходимость применения повышенных мер безопасности при эксплуатации станций хлорирования;
обязательное страхование гражданской ответственности при применении жидкого хлора;
привлечение квалифицированного персонала и т. д.

К физическим безреагентным методам обеззараживания относится УФ- технология, основанная на бактерицидном действии ультрафиолетового излучения. Это безопасный и эффективный метод, обладающий рядом преимуществ по сравнению с реагентными способами:

высокая эффективность в отношении вирусов, простейших и других микроорганизмов, устойчивых к хлору;
отсутствие негативного влияния на биоценоз водоема, так как УФ-обеззараживание не имеет пролонгированного эффекта;
абсолютная экологическая безопасность – отсутствие образования в сточных водах побочных продуктов, негативно влияющих на здоровье человека и организмов биоценоза водоемов;
повышение стабильности обеззараживания, так как колебания концентраций органических веществ оказывают минимальное влияние на процесс, в то время как количество используемого хлора напрямую зависит от величины хлорпоглощаемости, которая зависит от содержания органических веществ;
работа оборудования в полуавтоматическом режиме, что не требует постоянного присутствия оператора; управление УФ-станцией может осуществляться удаленно.

Таким образом, метод обеззараживания сточных вод ультрафиолетовым излучением является более экологичной и безопасной технологией, позволяющей минимизировать негативное воздействие на окружающую среду, сократить трудозатраты. Исследования, проведенные 3 года назад [2], показали, что станции обеззараживания ультрафиолетом в эксплуатации значительно дешевле станций хлорирования вкупе с этапом дехлорирования. Но в целом в профессиональном сообществе до сих пор распространено мнение, что хлорирование является недорогой и простой технологией обеззараживания сточных вод.

Основные статьи эксплуатационных расходов для обеззараживания: расходные материалы и электроэнергия; ведение хозяйства; зарплата персонала (включая страховые взносы); страхование гражданской ответственности; экспертиза промышленной безопасности оборудования.

В 2017 г. для оценки окупаемости капитальных вложений при переходе на технологию УФ-обеззараживания рассмотрены пять действующих сооружений очистки сточных вод разной производительности и оценены годовые расходы на эксплуатацию и обслуживание станции. Для оценки эксплуатационных затрат использовались данные, предоставленные эксплуатирующими организациями, и данные сайта zakupki.gov.ru.

Действующие станции не использовали этап дехлорирования в технологической схеме водоочистки, поэтому эксплуатационные расходы на его проведение не учитывались (также не учитывались потенциальные штрафы за сброс хлора и хлорорганических соединений). Затраты на эксплуатацию УФ-станций и станций хлорирования по статьям расходов, а также характеристики сооружений по производительности приведены в таблице.

Показатель	Сооружения
Показатель	1	2	3	4	5
Производительность, м³/ч	1800	2000	2300	13 000	20 000
Производительность, м³/сут	43 200	48 000	55 200	312 000	480 000
УФ-обеззараживание
Расходные материалы и электроэнергия, тыс. руб/год	1800	2450	1713,9	10 192,2	17248
Ведение хозяйства, тыс. руб/год	11,5	11,5	2,5	298,5	416
Зарплата персонала (со страховыми взносами), тыс. руб/год	0	0	0	473,8	473,8
Эксплуатационные расходы, всего, тыс. руб/год	1811,5	2461,5	1716,4	10 964,5	18 137,8
Обеззараживание хлором
Тип реагента	Жидкий хлор
Расходные материалы и электроэнергия, тыс. руб/год	3077,2	3122,7	1600	6000,9	9442,8
Ведение хозяйства, тыс. руб/год	400	400	605,5	719	981
Зарплата персонала (со страховыми взносами), тыс. руб/год	2470	2470	1128	5088,8	7433,3
Страхование гражданской ответственности, тыс. руб/год	42,7	42,7	22,8	1140	1665,2
Экспертиза промышленной безопасности оборудования, тыс. руб/год	0	0	133,3	0	0
Эксплуатационные расходы, (всего), тыс. руб/год	5989,9	6035,4	3489,6	12948,7	19522,3
Экономия годовых эксплуатационных расходов
Экономия эксплуатационных расходов, тыс. руб/год	4178,4	3573,9	1773,2	1984,2	1384,5
Доля экономии средств при переходе на УФ-технологию, %	70	59	51	15	7

На всех рассмотренных сооружениях водоочистки в настоящее время используют обеззараживание жидким хлором.

Статья «Расходные материалы и электроэнергия» содержит:

По данным сайта zakupki.gov.ru, стоимость одной тонны жидкого хлора для разных сооружений различалась в несколько раз. Этим объясняются существенные различия в затратах на расходные материалы и электроэнергию при хлорировании и отсутствие прямой корреляции с расходами для пяти сооружений.

Эксплуатационные затраты на ведение хозяйства содержат расходы на поддержание работоспособности оборудования и содержание помещений станций. Например, для УФ-оборудования – это затраты на щавелевую кислоту, необходимую для периодической промывки УФ-ламп, а для хлораторных – замена быстро изнашиваемых из-за высокой коррозионной активности хлора деталей оборудования.

Существенный вклад в эксплуатационные расходы станций хлорирования вносят затраты на зарплату персонала. Например, для сооружений № 5 затраты на зарплату персонала станции хлорирования, по данным эксплуатирующей организации, составляют 14 ставок операторов третьего, четвертого и пятого разрядов, одна ставка мастера. Ввиду того, что УФ-оборудование работает в полуавтоматическом режиме, а техобслуживание станции требуется проводить достаточно редко при небольшом объеме работ, необходимости постоянного присутствия персонала нет. Например, для сооружений № 5 затраты на зарплату персонала УФ-станции составят всего одну ставку оператора четвертого разряда и ¼ ставки мастера с учетом реализации системы дистанционного контроля и управления. Для небольших сооружений (таких, как сооружения № 1–3) затраты на зарплату персонала станций УФ-обеззараживания будут отсутствовать.

Статья «Страхование гражданской ответственности» относится только к станциям хлорирования с использованием жидкого хлора, авария на которых может привести к значительному ущербу окружающей среде и населению. Также станции хлорирования должны проходить экспертизу промышленной безопасности оборудования. Только одна станция предоставила данные по стоимости такой экспертизы.

Совокупность эксплуатационных расходов показывает, что годовая эксплуатация станций УФ-обеззараживания дешевле, чем эксплуатация хлораторных. Доля сэкономленных средств на эксплуатацию при внедрении метода УФ-обеззараживания вместо обеззараживания жидким хлором составила от 7 до 70% (рисунок).

С увеличением производительности сооружений прослеживается тенденция в сторону уменьшения разницы между расходами на станции хлорирования и УФ-обеззараживания воды. В целом оказалось, что эксплуатация УФ-станций вопреки расхожему мнению является более дешевой, чем эксплуатация станций хлорирования. При сохранении на очистных сооружениях хлорирования в качестве стадии обеззараживания необходимо предусмотреть этап дехлорирования в соответствии с природоохранным и строительным законодательством. Это приведет к добавлению еще одной статьи расходов и, следовательно, повышению и без того высоких эксплуатационных расходов.

Схожая картина затрат на эксплуатацию сохраняется и для станций обеззараживания с использованием гипохлорита натрия. Для примера был рассмотрен переход на УФ-обеззараживание на действующих сооружениях производительностью 1500 м3/ч (36 тыс. м3/сут), использующих товарный гипохлорит натрия в качестве хлорагента. Экономия при переходе на технологию УФ-обеззараживания для данных сооружений составила 58%.

Выводы

Анализ эксплуатационных затрат действующих очистных сооружений показал, что затраты на эксплуатацию станций обеззараживания как с использованием жидкого хлора, так и гипохлорита натрия выше, чем эксплуатационные затраты при применении УФ-оборудования. Таким образом, использованием ультрафиолета не только обеспечивает повышение эффективности и надежности обеззараживания, но и несет прямую экономическую выгоду.

Ткачев Андрей Анатольевич, заместитель генерального директора по технологии, НПО «ЛИТ»
Баранов Виктор Львович, начальник технологического отдела, НПО «ЛИТ»
Пискарева Виктория Михайловна, ведущий инженер технологического отдела, НПО «ЛИТ»

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Murphy K. L., Zaloum R., Fulford D. Effects of chlorination practice on soluble organics // Water Research. 1975. Volume 9, Issue 4. P.389-396
2. Бивалькевич А. И., Смирнов А. Д. Ультрафиолетовая технология – самый актуальный способ обеззараживания сточных вод // Водоснабжение и канализация. 2015. № 1–2. С. 56–60.