Сравнительный анализ эффективности биологической очистки сточных вод в России и Германии

Эффективность биологической очистки сточных вод в значительной степени определяется параметрами аэротенков, методики расчета которых различаются в международной практике. Особый интерес представляет сравнительный анализ российских и немецких подходов к проектированию, учитывающий различия в нормативной базе, климатических условиях и технологических традициях.

Ключевое отличие заключается в системе экологического нормирования: в Германии действуют высокие требования к качеству очищенных сточных вод [3], в России же для обеспечения сопоставимого уровня защиты водных экосистем приняты предельно допустимые концентрации (ПДК) для водных объектов рыбохозяйственного значения, которые являются наиболее строгими.

В данной работе проведено сопоставление расчетных объемов аэротенков и динамики очистки по российским [1] и немецким [2] методикам для сооружений производительностью 3137,6 м³/сут. Исходные данные включали характерные показатели загрязненности: БПК₅ – 304,87 мг/л, аммонийный азот – 36,94 мг/л, общий фосфор – 9,08 мг/л при температуре 10°C.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью поиска оптимальных решений, сочетающих высокую эффективность очистки с экономической целесообразностью. Немецкий опыт представляет особый интерес благодаря развитой системе нормирования и отработанным технологическим решениям, в то время как российские методики адаптированы к местным условиям эксплуатации.

Проведенный анализ позволил выявить ключевые различия в распределении объемов технологических зон и их влиянии на динамику снижения концентраций основных загрязняющих веществ.

Инженерно-технические показатели

Сравнение расчётных параметров аэротенков выявило ключевые различия в подходах. Немецкая методика [2] увеличивает общий объём на 3,7% (5357 м³ против 5164 м³), преимущественно за счёт расширения предварительных стадий: анаэробной зоны (+64%, до 229 м³) и аноксидной (+63%, до 1071 м³). При этом аэробная зона сокращена на 7% (4057 м³ против 4365 м³), что отражает различное распределение акцентов в технологических схемах. Российский подход [1] делает основной упор на аэробную стадию, тогда как немецкий стандарт уделяет больше внимания предварительной обработке.

Рис. 1. Объёмы технологических зон аэротенка, рассчитанные по российской и немецкой методике

Анализ динамики изменения БПК₅ показывает схожую эффективность очистки по российским и немецким технологиям. На начальных этапах (после анаэробной зоны) снижение концентрации незначительно (294 мг/л в обоих случаях), что согласуется с данными [4]. Основное уменьшение БПК₅ происходит в аноксидной зоне: российская технология демонстрирует более интенсивное снижение (до 120 мг/л против 150 мг/л), что обусловлено различиями в зонировании аэротенков [1, 2]. В аэробной стадии обе методики обеспечивают глубокую очистку (15–19 мг/л), а после вторичного отстойника достигаются близкие конечные показатели (1,7–2,1 мг/л), соответствующие требованиям [3]. Различия в динамике объясняются особенностями зонирования аэротенков и распределения нагрузок.

Рис. 2. Динамика изменения концентрации БПК₅ по стадиям очистки

Анализ динамики очистки по аммонийному азоту (NH₄⁺) выявил характерные особенности технологий. Обе методики показывают минимальное снижение концентрации в анаэробной зоне (36,9 мг/л). Основное удаление происходит на аноксидной (30,2 мг/л в РФ против 28,5 мг/л в Германии), что связано с различиями в объеме этой зоны [1, 2], и особенно аэробной стадии (1,2–1,8 мг/л). Более глубокая очистка по российским нормативам (0,4 мг/л против 0,6 мг/л) объясняется жесткими требованиями [1] и активным использованием нитрификации в аэробных условиях [4].

Рис. 3. Динамика изменения концентрации аммонийного азота по стадиям очистки

Динамика удаления фосфора (P) показывает различия в технологических подходах. В анаэробной зоне немецкая методика демонстрирует более эффективное снижение концентрации (до 6,6 мг/л против 7,67 мг/л в РФ), что соответствует принципам биологического удаления фосфора по ATV-DVWK-A 131E [2]. Основное удаление происходит в аэробной стадии, где российская технология обеспечивает более глубокую очистку (1,41 мг/л против 2,48 мг/л) за счет комбинации биологических и реагентных методов [1]. Конечные показатели после отстойника (0,5 мг/л в РФ и 0,8 мг/л в Германии) соответствуют нормативам [1, 3] и отражают различия в требованиях к содержанию фосфора в очищенных сточных водах.

Рис. 4. Динамика изменения концентрации фосфора по стадиям очистки

Российская технология демонстрирует более глубокую очистку по ключевым параметрам: БПК₅ (1,7 мг/л против 2,1 мг/л), аммонийному азоту (0,4 мг/л против 0,6 мг/л) и общему фосфору (0,5 мг/л против 0,8 мг/л). Это связано с более жесткими нормативами и активным использованием реагентных методов. Взвешенные вещества удаляются до 2,5 мг/л (Россия) и 3,3 мг/л (Германия), что подтверждает высокую эффективность обеих систем.

Таким образом, обе технологии обеспечивают соответствие экологическим требованиям, но российский подход показывает несколько лучшие результаты, особенно по биогенным элементам.

Рис. 5. Эффективность очистки по основным показателям

Представленные данные демонстрируют, что российская система [1] показывает:

• Более высокое качество очистки по аммонийному азоту и фосфору;
• Меньшую зависимость от реагентной обработки;
• Более высокую устойчивость к пиковым нагрузкам.

Немецкая технология [2] обеспечивает:

• Более рациональное зонирование аэротенков (увеличение аноксидной зоны на 64,5%);
• Значительное снижение энергопотребления (на 23,5%);
• Сопоставимую общую эффективность очистки при менее строгих нормативах.