Journal of Applied Economic Research
ISSN 2712-7435
УДК 502.3
Оценка технологий обработки осадков сточных вод в условиях перехода к циркулярной экономике
А.В. Киселев 1, Е.Р. Магарил 1, И.С. Глушанкова 2, Л.В. Рудакова 2
1 Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия
2 Пермский национальный исследовательский политехнический университет г. Пермь, Россия
Аннотация
В статье исследованы пути решения актуальной проблемы загрязнения водоисточников вследствие несовершенства технической и технологической вооруженности муниципальных сооружений очистки сточных вод, которая рассматривается с позиции перехода к экономике замкнутого цикла. Одним из ключевых элементов стратегии устойчивого развития в условиях экономики замкнутого цикла является разработка и реализация политики в области модернизации муниципальных станций очистки сточных вод с целью сокращения негативного воздействия на окружающую среду. Целью работы является создание системы комплексной оценки различных технологических решений обработки осадков сточных вод с использованием методов оценки жизненного цикла и анализа материальных потоков в условиях перехода к циркулярной экономике. Гипотеза настоящего исследования предполагает наличие определенного набора технологий, основанных на принципе «отходы-в-энергию», при котором возможно достижение чистого нулевого энергопотребления на станции очистки сточных вод. Предложен методический инструментарий к оценке полного цикла обработки и утилизации осадка сточных вод с применением методов оценки жизненного цикла и анализа материальных и энергетических потоков. Визуализация результатов произведена с использованием диаграммы Sankey. Авторы проводят апробацию предложенного метода по данным, представленным с реальных очистных сооружений, которые работают в городах-миллионниках Екатеринбурге и Перми. В результате исследования мы выяснили, что применение некоторых технологий обработки осадков сточных вод, основанных на принципе «отходы-в-энергию» не приводит к ожидаемому сокращению показателя среднего чистого потребления энергии совместно с сокращением массы отходов. По итогам исследования выявлены технологии-лидеры, которые делают возможным достижение чистого нулевого энергопотребления станции очистки сточных вод. Результаты исследования являются наглядными и простыми для интерпретации и могут быть использованы менеджерами разного уровня для выбора оптимального набора технологических стадий обработки и утилизации осадка сточных вод в соответствии с принципами циркулярной экономики, в том числе для эталонного сравнения в составе национальной отраслевой системы бенчмаркинга.
Ключевые слова
циркулярная экономика; осадок сточных вод; оценка; отходы в энергию; анаэробное сбраживание; термическая сушка; пиролиз.
JEL classification
Q01, Q32Список использованной литературы
1. Gherghel A., Teodosiu C., Notarnicola M., de Gisi S. Sustainable design of large wastewater treatment plants considering multi-criteria decision analysis and stakeholders’ involvement // Journal of Environmental Management. 2020. Vol. 261. P. 110158. DOI 10.1016/j.jenvman.2020.110158.
2. Kiselev A., Magaril E., Rada E.C. Energy and sustainability assessment of municipal wastewater treatment under circular economy paradigm // WIT Transactions on Ecology and the Environment. 2019. Vol. 237. Pp. 109–120. DOI 10.2495/ESUS190101.
3. Casiano Flores C., Bressers H., Gutierrez C., de Boer C. Towards circular economy – a wastewater treatment perspective, the Presa Guadalupe case // Management Research Review. 2018. Vol. 41, Issue 5. Pp. 554–571. DOI 10.1108/MRR-02-2018-0056.
4. Capodaglio A.G., Olsson G. Energy issues in sustainable urban wastewater management: Use, demand reduction and recovery in the urban water cycle // Sustainability. 2020. Vol. 12, Issue 1. P. 266. DOI 10.3390/su12010266.
5. Yu Y., Zou Z., Wang S. Statistical regression modeling for energy consumption in wastewater treatment // Journal of Environmental Sciences. 2019. Vol. 75. Pp. 201–208. DOI 10.1016/j.jes.2018.03.023.
6. Langone M., Ferrentino R., Trombino G., Waubert De Puiseau D, Rada E.C., Ragazzi M. Application of a novel hydrodynamic cavitation system in wastewater treatment plants // UPB Scientific Bulletin. Series D. 2015. Vol. 77, Issue 1. Pp. 225–234.
7. Yan P., Qin R.-C., Guo J.-S., Yu Q., Li Z., Shen Y., Fang F. Net-zero-energy model for sustainable wastewater treatment // Environmental Science and Technology. 2017. Vol. 51, Issue 2. Pp. 1017–1023. DOI 10.1021/acs.est.6b04735.
8. Awad H., Gar Alalm M., El-Etriby H.K. Environmental and cost life cycle assessment of different alternatives for improvement of wastewater treatment plants in developing countries // Science of the Total Environment. 2019. Vol. 660. Pp. 57–68. DOI 10.1016/j.scitotenv.2018.12.386.
9. Hares M., Dayem M.A. Difficulties encountered in executing and running of waste water plants in developing countries. Coating Conference // Proceedings of the Technical Association of the Pulp and Paper Industry. 2017. Pp. 175–185.
10. Ragazzi M., Catellani R., Rada E.C., Torretta V., Salazar-Valenzuela X. Management of urban wastewater on one of the Galapagos Islands // Sustainability. 2016. Vol. 8, Issue 3. P. 208. DOI 10.3390/su8030208.
11. Saidani M., Yannou B., Leroy Y., Cluzel F., Kendall A. A taxonomy of circular economy indicators // Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 207. Pp. 542–559. DOI 10.1016/j.jclepro.2018.10.014.
12. Pinter L. International Experience in Establishing Indicators for the Circular Economy and Considerations for China // Report for the Environment and Social Development Sector Unit. East Asia and Pacific Region. The World Bank, 2006. [Электронный ресурс]ю Режим доступа: https://www.iisd.org/sites/default/files/publications/measure_circular_economy_china.pdf (дата обращения: 22.02.2020).
13. Lind M., Witherspoon J., Gokul B., Surti J. From wastewater treatment to total resource recovery – Changes are Happening in Auckland // 86th Annual Water Environment Federation Technical Exhibition and Conference. 2013. Vol. 9. Pp. 5729–5747.
14. Oladejo J., Shi K., Luo X., Yang G., Wu T. A Review of Sludge-to-Energy Recovery Methods // Energies. 2019. Vol. 12, Issue 1. P. 60. DOI 10.3390/en12010060.
15. Kiselev A., Magaril E., Magaril R., Panepinto D., Ravina M., Zanetti M.C. Towards circular economy: evaluation of sewage sludge biogas solutions // Resources. 2019. Vol. 8, Issue 2. P. 91. DOI 10.3390/resources8020091.
16. Туровский И.С. Осадки сточных вод. Обезвоживание и обеззараживание. М.: ДеЛи принт, 2008. 375 с.
17. Bernadiner I.M., Stepanova T.A., Klyuchniko A.D., Chevychelov D.D., Khoreva P.V., Nikolayev D.A., Toumanovsky V.A., Bernadiner M.N. Thermal methods of sewage sludge neutralization // Ecology and Industry of Russia. 2012. No. 7. Pp. 4–7.
18. Paukov A., Magaril R., Magaril E. An investigation of the feasibility of the organic municipal solid waste processing by coking // Sustainability. 2019. Vol. 11, Issue 2. P. 389. DOI 10.3390/su11020389.
19. Merzari F., Langone M., Andreottola G., Fiori L. Methane production from process water of sewage sludge hydrothermal carbonization. A review. Valorising sludge through hydrothermal carbonization // Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 2019. Vol. 49, Issue 11. Pp. 947–988. DOI 10.1080/10643389.2018.1561104.
20. Rada E.C., Ragazzi M., Villotti S., Torretta V. Sewage sludge drying by energy recovery from OFMSW composting: Preliminary feasibility evaluation // Waste Management. 2014. Vol. 34, Issue 5. Pp. 859–866. DOI 1010.1016/j.wasman.2014.02.013.
21. Pintilie L., Torres C.M., Teodosiu C., Castells F. Urban wastewater reclamation for industrial reuse: An LCA case study // Journal of Cleaner Production. 2016. Vol. 139, Issue 15. Pp. 1–14. DOI 10.1016/j.jclepro.2016.07.209.
22. Molina-Moreno V., Leyva-Díaz J.C., Llorens-Montes F.J., Cortés-García F.G. Design of indicators of circular economy as instruments for the evaluation of sustainability and efficiency in wastewater from pig farming industry // Water. 2017. Vol. 9, Issue 9. P. 653. DOI 10.3390/w9090653.
23. Buonocore E., Mellino S., De Angelis G., Liu G., Ulgiati S. Life cycle assessment indicators of urban wastewater and sewage sludge treatment // Ecological Indicators. 2018. Vol. 94, Part 3. Pp. 13–23. DOI 10.1016/j.ecolind.2016.04.047.
24. Grönlund S.E. Indicators and methods to assess sustainability of wastewater sludge management in the perspective of two systems ecology models // Ecological Indicators. 2019. Vol. 100. Pp. 45–54. DOI 10.1016/j.ecolind.2018.07.013.
25. Papangelou A., Achten W., Mathijs E. Phosphorus and energy flows through the food system of Brussels capital region // Resources, Conservation and Recycling. 2020. Vol. 156. P. 104687. DOI 10.1016/j.resconrec.2020.104687.
26. Fisher R.M., Alvarez-Gaitan J.P., Stuetz R.M., Moore S.J. Sulfur flows and biosolids processing: using material flux analysis (MFA) principles at wastewater treatment plants // Journal of Environmental Management. 2017. Vol. 198. Pp. 153–162. DOI: 10.1016/j.jenvman.2017.04.056.
27. Yuan H., Xing S., Lu T., Huhetaoli, Chen Y., Kobayashi N. Main organic pollutants migration and transformation laws in sewage sludge landfill and composting process // WIT Transactions on Biomedicine and Health. 2014. Vol. 18. Pp. 1183–1190. DOI: 10.2495/HHME131342.
28. Mills N., Pearce P., Farrow J., Thrope R.B., Kirkby N.F. Environmental & economic life cycle assessment of current & future sewage sludge to energy technologies // Waste Management. 2014. Vol. 34. Pp. 185–195. DOI: 10.1016/j.wasman.2013.08.024.
29. Grilc V., Mislej V., Šalej S. Thermal utilisation of biologically stabilised and dried waste sludge from wastewater treatment plants // 3rd International Symposium on Energy from Biomass and Waste. Venice, 2010.
30. Chen G., Wang X., Li J., Yan B., Wang Y., Wu X., Velichkova R., Cheng Zh., Ma W. Environmental, energy, and economic analysis of integrated treatment of municipal solid waste and sewage sludge: A case study in China // Science of the Total Environment. 2019. Vol. 647. Pp. 1433–1443. DOI 10.1016/j.scitotenv.2018.08.104.
31. Pincetl S. A living city: using urban metabolism analysis to view cities as life forms // Metropolitan Sustainability. Understanding and Improving the Urban Environment. Woodhead Publishing Series in Energy, 2012. Pp. 3–25. DOI 10.1533/9780857096463.1.3.
32. Soundararajan K., Ho H.K., Su B. Sankey diagram framework for energy and exergy flows // Applied Energy. 2014. Vol. 136. Pp. 1035–1042. DOI 10.1016/j.apenergy.2014.08.070.
33. Trulli E., Torretta V., Rada E.C. Water restoration of an urbanized karst stream by free-water-surface constructed wetlands as municipal wastewater post treatment // UPB Scientific Bulletin. Series D. 2016. Vol. 78, Issue 4. Pp. 163–174.
34. Киселев А.В., Магарил Е.Р. Обеспечение эффективности водоочистки в условиях циркулярной экономики как элемент эколого-экономической безопасности территорий // Вестник УрФУ. Серия экономика и управление. 2019. Т. 18, № 6. С. 911–929. DOI 10.15826/vestnik.2019.18.6.044.
Информация об авторах
Киселев Андрей Владимирович
Аспирант, младший научный сотрудник кафедры экономики природопользования Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия (620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19); ORCID 0000-0002-4199-2582; e-mail: ipkiselyov@mail.ru.
Магарил Елена Роменовна
Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой экономики природопользования Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия (620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19); ORCID 0000-0003-3034-9978; e-mail: magaril67@mail.ru.
Глушанкова Ирина Самуиловна
Доктор технических наук, профессор кафедры охраны окружающей среды Пермского национального исследовательского политехнического университета, г. Пермь, Россия (614990, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29); ORCID 0000-0003-3376-8000; e-mail: irina_chem@mail.ru.
Рудакова Лариса Васильевна
Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой охраны окружающей среды Пермского национального исследовательского политехнического университета, г. Пермь, Россия (614990, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29); ORCID 0000-0003-3292-8359; e-mail: larisa.rudakova.007@gmail.com.
Для цитирования
Киселев А.В., Магарил Е.Р., Глушанкова И.С., Рудакова Л.В. Оценка технологий обработки осадков сточных вод в условиях перехода к циркулярной экономике // Journal of Applied Economic Research. 2020. Т. 19, № 3. С. 329--347. DOI: 10.15826/vestnik.2020.19.3.016.
Информация о статье
Дата поступления 19 мая 2020 г.; дата поступления после рецензирования 15 июля 2020 г.; дата принятия к печати 24 июля 2020 г.
DOI: http://dx.doi.org/10.15826/vestnik.2020.19.3.016
Скачать полный текст статьи:
~1 МБ, *.pdf
(Размещен
05.10.2020)
Создано / Изменено: 18 августа 2015 / 20 сентября 2021
© ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Увидели ошибку?
выделите фрагмент и нажмите:
Ctrl + Enter
Дизайн портала: Artsofte