Оценка взаимосвязи экологических и энергетических характеристик процесса очистки сточных вод в условиях перехода к циркулярной экономике

Abstract

Wastewater treatment plays an important role in ensuring ecological safety for water bodies. The achievement of the standard quality of wastewater treatment is being fulfilled through the introduction of the best available techniques. However, the process of wastewater treatment and sludge utilization itself is quite energy intensive. In the course of investment program planning and implementation, corporate managers and local authorities often focus on individual tasks such as how to improve the wastewater treatment quality or to improve energy efficiency; these factors are, however, however interrelated. Achieving the standard quality of wastewater treatment through the introduction of best available techniques and an increase in the number of technological stages usually leads to an increase in the overall energy consumption of the facilities. The hypothesis of the research suggests that the performance assessment of wastewater treatment plants needs mutual accounting of two main factors: wastewater treatment quality and energy efficiency. The main purpose of this work is to develop a methodological approach for assessing the effectiveness of wastewater treatment plants on the way towards the implementation of circular economy principles, followed by its trial application. The authors proposed a methodological framework that consists of three stages: (1) assessing the quality of wastewater treatment, (2) assessing energy efficiency, and (3) constructing a sustainability index on a correlation matrix. The outputs of the operation activities of wastewater treatment plants in Yekaterinburg for 2015-2018 were used for methodological framework approbation. The results of the investigation develop existing knowledge regarding the assessment of the effectiveness of management at treatment facilities and confirm the research hypothesis: the obtained values of the sustainable index correlate with the technical condition of the facilities both in terms of the achievement of the standard treatment quality the energy efficiency of the technological process. The practical significance of the study lies in the creation of a convenient and simple management tool for assessing the current success of wastewater treatment plants and progress in implementing successful circular economy practices. The proposed approach can be used as an element of environmental and economic assessment in the energy sector.

Очистные сооружения канализации играют ключевую роль в обеспечении экологической безопасности водных объектов. Нормативное качество работы очистных сооружений достигается за счет внедрения наилучших доступных технологий, однако процесс очистки сточных вод и обработки осадка является достаточно энергоемким. При реализации инвестиционных программ руководители предприятий и главы муниципалитетов зачастую уделяют внимание отдельным задачам – повышению качества очистки или энергетической эффективности, однако эти факторы взаимосвязаны: достижение нормативного качества очистки сточных вод за счет внедрения наилучших доступных технологий и увеличения количества технологических стадий обычно приводит к увеличению общего энергопотребления сооружений. Гипотеза исследования заключается в необходимости взаимного учета факторов повышения качества очистки сточных вод и энергетической эффективности при оценке эффективности работы канализационных очистных сооружений. Целью работы является разработка методологического подхода к оценке эффективности работы очистных сооружений, который учитывает качество очистки сточных вод и энергетические затраты на технологический процесс, с последующей его апробацией. Методологический подход включает в себя следующие этапы: 1) оценка качества очистки сточных вод, 2) оценка энергоэффективности и 3) построение индекса устойчивости на корреляционной матрице. Для апробации предлагаемого подхода использованы параметры работы очистных сооружений в городе Екатеринбурге за 2015–2018 гг. Результаты исследования развивают существующие знания относительно оценки эффективности управления на очистных сооружениях и подтверждают сформулированную гипотезу исследования: полученные значения индекса устойчивости коррелируют с техническим состоянием сооружений и в части достижения нормативного качества очистки, и в части энергетической эффективности всего процесса. Практическая значимость исследования заключается в создании удобного и простого управленческого инструмента оценки текущего успеха на очистных сооружениях и прогресса в реализации успешных практик циркулярной экономики. Предлагаемый подход может быть использован в качестве элемента эколого-экономической оценки в энергетике.

Очистные сооружения канализации играют ключевую роль в обеспечении экологической безопасности водных объектов. Нормативное качество работы очистных сооружений достигается за счет внедрения наилучших доступных технологий, однако процесс очистки сточных вод и обработки осадка является достаточно энергоемким. При реализации инвестиционных программ руководители предприятий и главы муниципалитетов зачастую уделяют внимание отдельным задачам – повышению качества очистки или энергетической эффективности, однако эти факторы взаимосвязаны: достижение нормативного качества очистки сточных вод за счет внедрения наилучших доступных технологий и увеличения количества технологических стадий обычно приводит к увеличению общего энергопотребления сооружений. Гипотеза исследования заключается в необходимости взаимного учета факторов повышения качества очистки сточных вод и энергетической эффективности при оценке эффективности работы канализационных очистных сооружений. Целью работы является разработка методологического подхода к оценке эффективности работы очистных сооружений, который учитывает качество очистки сточных вод и энергетические затраты на технологический процесс, с последующей его апробацией. Методологический подход включает в себя следующие этапы: 1) оценка качества очистки сточных вод, 2) оценка энергоэффективности и 3) построение индекса устойчивости на корреляционной матрице. Для апробации предлагаемого подхода использованы параметры работы очистных сооружений в городе Екатеринбурге за 2015–2018 гг. Результаты исследования развивают существующие знания относительно оценки эффективности управления на очистных сооружениях и подтверждают сформулированную гипотезу исследования: полученные значения индекса устойчивости коррелируют с техническим состоянием сооружений и в части достижения нормативного качества очистки, и в части энергетической эффективности всего процесса. Практическая значимость исследования заключается в создании удобного и простого управленческого инструмента оценки текущего успеха на очистных сооружениях и прогресса в реализации успешных практик циркулярной экономики. Предлагаемый подход может быть использован в качестве элемента эколого-экономической оценки в энергетике.