6.2.1 Бытовые сточные воды

6.2.1.1 Выбор метода

Бытовые сточные воды очищаются как в централизованных аэробных очистных сооружениях, так и в локальных - отхожих ямах или системах септической очистки, а также, в некоторых случаях сбрасываются без очистки в водные объекты. Для расчета выбросов CH₄ из бытовых сточных вод эффективная практика предполагает следующие этапы:

Этап 1: Выбрать путь и систему (см. рисунок 6.1) в соответствии с региональными данными о деятельности. Использовать уравнение 6.4 для определения коэффициента выбросов для каждой системы очистки/сброса бытовых сточных вод.

Этап 2: Использовать уравнение 6.2 или 6.3 для оценки количества способного к органическому разложению вещества в сточных водах.

Этап 3: Использовать уравнение 6.1 для оценки выбросов, с учетом удаления отстоя и/или рекуперации CH₄.

Как упоминалось ранее, количество выбросов метана зависит как от массы поступивших в сточные воды органических веществ, так и от характеристик систем их сбора, очистки и сброса. Оценка выбросов CH₄ основана на определении доли сточных вод, обработанных или удаленных каждой определенной системой. При расчете может учитываться удаление органических веществ с отстоем сточных вод. Следует обратить внимание, что выбросы CH₄ из утилизированных или использованных осадков не входят в категорию "Очистка и сброса сточных вод".

Применяемые водоочистные сооружения/пути сброса обычно отличаются в сельских и городских районах, а также в зависимости от объема сточных вод, подлежащих очистке. Эффективная практика заключается в рассмотрении трех категорий по отдельности: сельского населения, городского населения и городского населения, проживающего на высоко урбанизированных территориях.

Рабочие формуляры представлены в приложении к настоящему тому.

Общее уравнение для оценки выбросов CH₄ из сточных вод по уровню 1 выглядит следующим образом:

Уравнение 6.1

Общее количество выбросов CH₄ из бытовых сточных вод

где:

Выбросы CH₄ = выбросы CH₄ от бытовых сточных вод, CH₄ кг/год;

TOW = общее количество органических веществ в сточных водах, БПК кг/год;

T_i,j = степень применения систем очистки/сброса j, для каждой группы населения i;

Ui = доля населения в группах по урбанизации i;

i = группы населения по степени урбанизации: сельское, городское и городское, проживающее на высоко урбанизированных территориях;

j = каждый путь или система очистки/сброса;

EFj = коэффициент выбросов от каждой использованной системы очистки/сброса, кг CH₄/кгБПК;

R = количество рекуперированного метана, CH₄ кг/год.

6.2.1.2 Выбор данных о деятельности

Данные о деятельности для данной категории источников представляют собой массу разлагаемого органического вещества в сточных водах, собираемых и очищаемых в различных системах, а также количество рекуперированного метана. Основу для оценки этих значений представляют данные о населении или сбросе сточных вод.

Общая статистика народонаселения должна быть доступна из демографических региональных статистических данных. Остальные данные могут быть получены из данных региональной статистической отчетности о водоотведении и очистке сточных вод, отчетов организаций коммунального комплекса, осуществляющих очистку сточных вод, региональных органов власти, отвечающих за управление водными ресурсами, а также научных исследований.

Общее количество органически разлагаемого вещества в сточных водах (TOW)

Общее количество биологически разлагаемого вещества в сточных водах (TOW) зависит как от численности населения (использующего региональные системы очистки/сброса), так и от средней величины образования БПК на 1 человека. Для уровня 1 его значение может быть получено согласно уравнению 6.2:

Уравнение 6.2

Общая масса органически разлагаемых веществ

в бытовых сточных водах

TOW = P · BOD · 0,001 · 365 · I,

где:

TOW = Общая масса органических веществ в сточных водах, БПК кг/год;

P = количество населения год, человек/год;

BOD = образование БПК на одного жителя, г/человек/сутки;

0,001 = перевод из граммов БПК в килограммы БПК;

365 = перевод из суток в год;

I = поправочный коэффициент для дополнительных промышленных сбросов БПК в систему коммунально-бытовой канализации.

Рекомендованное значение загрязняющих веществ, приходящихся на одного жителя, для расчета по уровню 1, составляет 60 БПК г/человек/сутки (СП 42.13330.2011, 2010).

Показатель I в уравнении 6.2 определяет количество БПК в стоках различных предприятий общественного назначения (например, рестораны или продуктовые магазины), которые также смешаны с бытовыми сточными водами. При наличии экспертной оценки или информации о таких сбросах, например, из разрешений на промышленные выбросы, рекомендуется улучшить этот показатель. В противном случае, рекомендуемое значение для I составляет для собранных сточных вод 1,1, а для несобранных - 1,0 (СП 32.13330.2012, 2012; Межправительственная, 2006).

Для оценки TOW по уровню 2 могут быть использованы региональные данные о поступлении загрязняющих веществ в каждую систему очистки/стока, их значения могут быть получены согласно уравнению 6.3. В этом случае уравнение 6.1 должно быть модифицировано для их учета.

Уравнение 6.3

Масса органически разлагаемых веществ в системах

очистки бытовых сточных водах

TOW_j = V_j · C_j · 0,001,

где:

TOW_j = масса органических веществ в сточных водах системы j, БПК кг/год;

j = каждый путь или система очистки;

V_j = объем очищаемых/сбрасываемых сточных вод, м³/год;

C_j = концентрация органических веществ в сточных водах, г БПК/м³;

0,001 = перевод из граммов БПК в килограммы БПК.

При отсутствии отдельных региональных данных об объемах определенного стока (например, очищаемого на месте в неканализованных районах) могут быть использованы рекомендованные значения по водоотведению и загрязнению из СП 32.13330.2012 "Канализация. Наружные сети и сооружения" (СП 32.13330.2012, 2012) и СП 42.13330.2011 Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений (СП 42.13330.2011, 2010) или аналогичные региональные значения.

Количество органического компонента, извлеченного в качестве осадка (S)

Под величиной извлеченного осадка (S) понимается то его количество отстоя и ила, которое утилизируется путем захоронения на СТО, сжигания и компостирования, а также используется для других целей. Выбросы CH₄ из этих осадков в этом случае не включаются в категорию "Очистка и сброс сточных вод". Данные об осадках (в том числе его массе и количестве органического вещества), используемые в этих главах и настоящем разделе, должны быть согласованы между собой.

Отстой образуется при всех этапах обработки. Образованный на втором и третьем этапе ил, содержащий много органических веществ, обычно используют для очистки сточных вод и подвергают дополнительной обработке, в том числе в анаэробных (метантенки) и аэробных сооружениях станций очистки перед конечной утилизацией.

При использовании рекомендованных коэффициентов выбросов при расчете по уровню 1, выбросы метана от осадков, обрабатываемых непосредственно на аэробных и анаэробных (метантенки) сооружениях очистки сточных вод совместно с загрязненными стоками, учитываются совместно со стоками. Таким образом, масса удаляемого ила принимается равной нулю.

Эффективная практика при расчете на уровне 2 предполагает учет количества органического компонента, извлеченного в качестве осадка. Количество органического компонента (БПК кг/год), извлеченного в составе осадка при обработке сточных вод, должно быть вычтено из его общего количества в загрязненных стоках. При отсутствии данных об образовании осадка сточных вод в расчетах используется рекомендованное значение его образования на 1 жителя или на объем образующихся стоков из раздела 2.3 главы 2 "Данные об образовании отходов, их составе и управлении ими" (в зависимости от исходных параметров расчета). Также может быть принят во внимание объем жидких отходов, вывозимых из выгребных ям и прочих сооружений сбора и очистки стока на неканализованных территориях.

Количество рекуперированного CH₄(R)

Метан, собранный в составе биогаза на отдельных сооружениях очистки стоков (чаще всего это метантенки), может быть рекуперирован и сожжен, в том числе для получения энергии и тепла. Количество CH₄, утилизированного таким образом, должно быть вычтено из общего количества его выбросов. При отсутствии информации по рекуперации CH₄, для расчетов принимается значение, равное нулю.

При наличии сведений о сборе и сжигании биогаза от метантенков, но отсутствии точных данных о его количестве, рекомендуется принимать, что доля времени работы метантенков без сжигания (со сбросом биогаза в атмосферу) в общем фонде рабочего времени составляет 0,01 (Гюнтер, 1996). При этом считается, что весь образованный газ используется для получения энергии. При использовании региональных данных об объеме (или массе) рекуперированного биогаза их следует пересчитывать для получения данных о соответствующей массе метана.

Степень применения систем очистки/сброса (T) для жителей территорий с разной степенью урбанизации (U)

С учетом зависимости конструктивных особенностей системы сбора и очистки/сброса бытовых сточных вод от объема и уровня загрязнения очищаемого стока, а также финансовых и технических возможностей населенных пунктов, оценить степень их применения в регионе возможно различными способами.

В России в широких масштабах применяются только аэробные методы централизованной очистки коммунально-бытовых стоков. По ряду причин, в том числе из-за климатических условий, анаэробные пруды и подобные им сооружения почти не применяются. В этих системах водоочистки объектами, от которых возможна эмиссия метана, являются плохо работающие аэробные сооружения и сооружения по анаэробной обработке осадков (метантенки), входящие в комплекс очистных сооружений (Гюнтер, 1996).

В связи с этим, выброс метана от бытовых сточных вод для расчетов рекомендуется определять, как выброс от следующих типов систем очистки и сброса (см. таблицу 6.2 и источники метана на рисунке 6.1):

- централизованных систем с аэробной биологической очисткой стоков и анаэробной обработкой осадков в метантенках (система 1);

- централизованных систем с аэробной биологической очисткой стоков, не оборудованных метантенками (система 2);

- системы с обработкой стока на месте и использованием септических резервуаров (система 3);

- различных систем с обработкой стока на месте и использованием сливных ям/отхожих мест (система 4).

Основной косвенной характеристикой, отражающей пути очистки сточных вод в России, является обеспечение жилого фонда канализацией (водоотведением). Жилая площадь считается оборудованной канализацией, если внутри дома имеется канализационное устройство для стока хозяйственно-фекальных вод как в уличную канализационную сеть, так и в поглощающие колодцы или местный отстойник. В первом случае сточные воды могут транспортироваться на станцию централизованной очистки бытовых стоков.

Для оценки степени применения в регионе централизованных систем очистки/сброса (системы типа 1 и 2) рекомендуется использовать значение доли площади жилого фонда (как городского, так и сельского), оборудованного централизованной канализацией (водостоком).

Системы типа 2 по умолчанию используются для населения, проживающего в городах с численностью жителей, более 100000 человек (и все население таких городов считается охваченным системами централизованной канализации) (СП 32.13330.2012, 2012).

Системы с обработкой стока на месте и использованием септических резервуаров рекомендуется определять, как используемые для домов, имеющих канализацию, но не централизованную. При сложностях с разделением канализационных систем на местные и центральные может быть использована как экспертная оценка, так и принадлежность домов к городским и сельским населенным пунктам и их численность.

Для всех остальных домов и квартир принимается, что они используют сливные ямы/отхожие места для утилизации бытовых сточных вод.

При наличии данных о сливе сточных вод без очистки в окружающую среду этот путь сброса включается в расчет как отдельная система очистки/сброса (система 4).

При оценке исходных данных следует обратить внимание, что суммарный поток сточных вод должен составлять 100% от всех сточных вод в регионе. Промышленные сточные воды, обработанные в системах очистки бытовых сточных вод, должны также включаться в расчет.

Количество органических загрязнений, поступающих в такие системы, определяет количество городских и сельских жителей, проживающих в таких условиях. Так как плотность населения в сельских и городских районах отличается, в расчете используется показатель U, отражающий урбанизацию региона, т.е. доли городских и сельских жителей, пользующихся каждой системой очистки/сброса. Эффективная практика заключается в рассмотрении трех категорий по отдельности: сельского населения, городского населения и городского населения, проживающего на высоко урбанизированных территориях.

На всех уровнях расчета эффективной практикой является разделение стоков по путям очистки/сброса с учетом региональных условий. Для того чтобы определить, какой тип системы очистки или сброса использовать, эффективная практика состоит в том, чтобы обратиться к региональной статистике по водопользованию и водоотведению, а также данным региональных водоканалов и ассоциаций по проблемам сточных вод. В иных случаях можно применить экспертную оценку (см. том 1). Остальные данные могут быть получены из региональной государственной статистики по благоустройству жилого фонда и демографии региона.

6.2.1.3 Выбор коэффициентов выбросов

Коэффициенты выбросов для разных источников парниковых газов от сточных вод (блоки, выделенные жирной рамкой на рисунке 6.1) отражают максимальный потенциал выбросов CH₄ (B_o) и поправочный коэффициент для метана (MCF) для каждого них, как показано в уравнении 6.4.

Уравнение 6.4

Коэффициент выбросов CH₄ для каждого пути

или системы очистки/сброса сточных вод

EF_j = B_o · MCF_j,

где:

EFj = коэффициент выбросов кг CH₄/кг БПК;

j = каждый путь или система очистки/сброса;

B_o = максимальная способность образования CH₄, кг CH₄/кг БПК;

MCF_j = поправочный коэффициент для метана (дробь).

Значение B_o - это максимальное количество CH₄, которое может быть выделено из определенного количества органических веществ (оцененного в БПК или ХПК) в сточных водах, отражает химический состав этих компонентов.

Коэффициент MCF отражает предел, до которого реализуется способность образования CH₄ (B_o) для каждого типа систем очистки и сброса, т.е. является показателем степени анаэробности и эффективности деятельности метаногенных бактерий. Рекомендуемые значения MCF приведены в таблице 6.2, а рекомендуемые для использования в расчетах системы очистки/сброса (T) подробно рассмотрены выше. Для системы 1 рекомендуется использовать значение 0,8 (для метантенков), для систем 2 - коэффициент 0,1 (централизованные аэробные системы с небольшим выделением метана), для 3 системы - 0,5 (септические системы). Для 4-й системы регионам рекомендуется выбрать коэффициент для отхожего места в зависимости от местных условий (или взять усредненное значение).

При использовании рекомендуемых коэффициентов MCF, выбросы сточных вод и их отстоя должны оцениваться совместно.

Эффективная практика заключается в использовании конкретных для региона данных для B_o и MCF, там, где они доступны, например, на основании эксплуатационных измерений. При этом разработчики инвентаризации должны согласованность единицы измерения, используемые для разлагаемого углерода в стоках и для B_o. Оба параметра должны основываться на одинаковых единицах (либо БПК, либо ХПК) для расчета выбросов. При необходимости, в отношении бытовых сточных вод значение B_o, основанное на ХПК, можно перевести в значение, основанное на БПК, умножив его на коэффициент 2,4. Если конкретных для региона данных не существует, можно использовать рекомендуемое значения максимальной производительности образования CH₄, равное 0,6 кг CH₄/кг БПК.