Деятельность медицинских учреждений сопряжена с производством большого количества биологических отходов, опасных для человека и окружающей среды. В первую очередь это относится к канализационным стокам. Их очистка и нейтрализация требуют применения особенно эффективных методов. Одно из таких решений реализовано в Дании, где при участии компании Grundfos запущены в эксплуатацию очистные сооружения, позволяющие превратить больничные стоки в чистую воду.

Грязная угроза

Медицинские стоки представляют большую опасность для окружающей среды, так как содержат болезнетворные бактерии, вирусы, а также многочисленные фармацевтические препараты и продукты их разложения. Однако в настоящий момент этой угрозе не уделяется должного внимания. Например, российский СанПиН 2.1.3.2630-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к организациям, осуществляющим медицинскую деятельность» содержит требование об обезвреживании перед сбросом в общую канализацию только жидких отходов инфекционных больниц и отделений. Очистка стоков прочих медицинских учреждений происходит с применением стандартных технологий, используемых на общегородских или локальных очистных сооружениях (пункт 5.2).

Ещё одна серьёзная проблема – систематические нарушения требований утилизации медицинских препаратов персоналом лечебных учреждений и клиник. Она характерна для многих стран, включая государства ЕС и США. Так, согласно исследованиям, примерно половина неиспользованных медикаментов не утилизируется должным образом. Например, в Германии 60 – 80 % препаратов спускаются в канализацию или выбрасываются вместе с обычным бытовым мусором. В результате сточные воды медицинских учреждений имеют примерно в 15 раз более высокий показатель экотоксичности, чем обычные городские стоки.

Больница в Херлеве

Херлев – пригород Копенгагена, коммуна в составе столичного региона Ховедстаден. Здесь расположена крупнейшая в столице Дании больница – Herlev Hospital. Стационар оказывает медицинские услуги широкого профиля, включая лечение онкологических заболеваний. Единовременно он способен принять до 700 пациентов, а после расширения в 2020 году ёмкость больницы увеличится до 900 коек.

В 2010 году Агентство по охране окружающей среды (DEPA) при Министерстве окружающей среды и продовольствия Дании выбрало госпиталь в Херлеве в качестве пилотного объекта для тестирования решений по очистке стоков. Перед инженерами поставили задачу добиться такого качества очистки, которое позволило бы без ущерба для экологии сбрасывать отработанные стоки больницы непосредственно в расположенную рядом реку. Очищенную воду стоков планировалось также использовать в качестве теплоносителя в системе отопления больницы и для подпитки русла реки, пересыхающего летом.

В рамках пилотного проекта специалисты Grundfos разработали уникальную очистную установку, действие которой основано на инновационном методе комплексной очистки стоков от вирусов и устойчивых к антибиотикам бактерий, а также от большого числа фармацевтических препаратов и ксенобиотиков, токсичных для водорослей, водной фауны и рыбы.

Проект был реализован в два этапа: в 2010-2011 гг. проведена серия лабораторных испытаний по очистке больничных стоков предложенным методом, а в 2013-2014 на территории больницы были построены очистные сооружения.

Оценка токсичности неочищенных сточных вод Herlev Hospital до реализации проекта

Показатель	Результат оценки
Токсичные и стойкие антибиотики (ципрофлоксацин, кларитромицин, сульфаметоксазол и т.д.), обезболивающие (диклофенак), цитостатики (капецитабин и т.д.).	Допустимый предел воздействия на водную флору и фауну (PNEC Freshwater) превышен в 10 – 300 раз.
Контрастные средства (иомепрол и т.д.)	Высокая концентрация (2,5 – 7 mg/l)
Устойчивые к антибиотикам бактерии	Высокая концентрация
Норовирусы	Высокая концентрация (1,7·105)
Проба на рыбе (рыба-зебра)	100 % смертность в течение 96 часов
Проба на ракообразных (дафнии)	Нет потомства (все подопытные животные погибли)
Эстрогенная активность (A-YES)	Присутствует

Инновационный биобустер: как это работает

Процесс обработки канализационных стоков начинается с их загрузки в два технологических резервуара, которые могут работать как объединённый буфер. На этой стадии происходит удаление из стоков азота и фосфора.

После этого стоки поступают в мембранный биореактор Grundfos, где осуществляется их ультрафильтрация на дисковых керамических мембранах с диаметром пор 0,2 мкм. Здесь на 16-ти мембранных фильтрах происходит осаждение и удержание биологического шлама и ила, которые, не покидая установку, обезвоживаются на 90%. Затем эти отходы в виде герметично брикетированного сухого вещества отправляются на мусоросжигательный завод, где уничтожаются при температуре 850 – 1200 °C.

Заключительный этап обработки включает несколько стадий: фильтрацию через гранулированный активированный уголь, озонирование и УФ-облучение. Полученная в результате очищенная вода используется для технических нужд или сбрасывается в естественный водоём.

Чтобы найти оптимальный и наиболее эффективный способ очистки, технологический процесс разделили на два параллельных потока, отличающихся очерёдностью стадий заключительного этапа. Это позволило протестировать две различных технологии, сравнить полученные результаты и выбрать наилучший метод.

Первый предполагал очистку прошедших биореактор стоков гранулированным активированным углём с последующей обработкой озоном и УФ-облучением. Второй – озонирование с последующей очисткой активированным углём и обработкой ультрафиолетом. Облучение в обоих случаях происходит на заключительной стадии и используется как дополнительное средство обеззараживания и для нейтрализации остатков озона. Сравнительная оценка результатов показала, что второй метод более эффективен.

Воздух из системы вентиляции установки перед удалением в атмосферу проходит каталитическую очистку и подвергается фотоионизации под действие УФ-лучей. Это позволяет полностью нейтрализовать содержащиеся в нем патогены и избежать появления неприятных запахов рядом с очистными сооружениями.

Результаты и эффективность

Для оценки эффективность очистки сточных вод с использованием технологии Grundfos была проведена серия исследований. В ходе испытаний анализу подверглись 118 активных образцов, протестированных на наличие следов 122 фармацевтических препаратов и продуктов их распада. Кроме того, были проведены тесты на патогенные бактерии, вирусы и токсичность стоков для водной флоры и фауны.

Результаты показали, что остатки лекарственных препаратов из очищенной воды были удалены на 99,9 %, а концентрация в ней любых химических веществ, всё ещё поддающихся обнаружению, оказалась ниже той, которая способна оказать какое-либо влияние на живые организмы и их жизнедеятельность. Наиболее стойкие к разложению, но менее токсичные контрастные вещества были удалены из стоков на 99 %. Фекальные и устойчивые к антибиотикам бактерии, а также норовирусы в процессе биологической очистки были уничтожены полностью.

Токсического воздействия очищенных стоков на рыбу и дафнии, как и воздействия эстрогенов, обнаружено не было. При этом эффективность очистки от обычной органики, типичной для канализационных стоков, оказалась выше, чем этого требуют действующие санитарные нормы.

Производительность установки позволяет обрабатывать в среднем 500 м³ стоков в сутки, что полностью покрывает текущие потребности больницы (объем стоков – около 150 000 м³/год) и примерно соответствует запросам небольшого городка с населением 2,5 тысячи жителей.

Результаты исследований очищенных стоков Herlev Hospital

Показатель	Результат оценки
Токсичные и стойкие антибиотики (ципрофлоксацин, кларитромицин, сульфаметоксазол и т.д.), обезболивающие (диклофенак), цитостатики (капецитабин и т.д.).	Следы препаратов удалены на 99,9 %. Воздействие на водную флору и фауну не выявлено.
Контрастные средства (иомепрол и т.д.)	Удалены на 99 %
Устойчивые к антибиотикам бактерии	Фекальные и устойчивые к антибиотикам бактерии не обнаружены
Норовирусы	Концентрация ниже предела обнаружения (менее 26 GC/l)
Проба на рыбе (рыба-зебра)	0 % смертность в течение 96 часов
Проба на ракообразных (дафнии)	Выживаемость потомства аналогична показателю для чистой воды
Эстрогенная активность (A-YES)	Отсутствует

Реализация проекта очистных сооружений для больницы в Херлеве – один из примеров эффективного сотрудничества между государством и частным инвестором. Такая форма партнёрства, которая развивается и в России, позволяет внедрять инновационные технологии для решения общественно значимых задач, повышая при этом качество услуг, оказываемых населению.