Biotechnologia w ochronie

środowiska

Oczyszczanie

ścieków

na złożach

biologicznych

Biologiczne Oczyszczanie

Ścieków

Biotechnologia ma istotne znaczenie dla ochron

środowiska, m.in. znajduje zastosowanie w procesach:



oczyszczania ścieków,



neutralizacji i bioutylizacji odpadów,



w produkcji biogazu.

Stosuje się trzy podstawowe grupy biologicznych

układów

oczyszczania ścieków, głównie tlenowych, różniących się
obiektami i urządzeniami:



metody oparte na

procesach naturalnych

,



metody oparte na

złożach biologicznych

,



metody oparte na

procesie osadu czynnego

.

ZŁOŻA BIOLOGICZNE

Złoża biologiczne

to urządzenia stanowiące

element biologicznej oczyszczalni ścieków.
Opracowane i wdrożone do powszechnego
stosowania już w XIX wieku, były niegdyś
najpopularniejszą oraz najbardziej wydajną formą
biologicznego oczyszczania ścieków, do momentu
opracowania i wdrożenia wysokosprawnych metod
osadu czynnego.

Obecnie złoża biologiczne są bardzo często
wykorzystywane do oczyszczania ścieków w
terenach wiejskich dla zlewni o wielkości do 10 000

RLM

.

RLM

(Równoważna Liczba

Mieszkańców, ang. Population

equivalents

)



RLM

– to liczba wyrażająca wielokrotność ładunku

zanieczyszczeń w ściekach odprowadzanych z obiektów
przemysłowych i usługowych w stosunku
do jednostkowego ładunku zanieczyszczeń w ściekach
z gospodarstw domowych, odprowadzanych od
jednego mieszkańca w ciągu doby.



W Polsce przyjęto
ładunek BZT5 pochodzący
od 1 mieszkańca równy
60 g O

2

/dobę.

Biochemiczne zapotrzebowanie

tlenu

(BZTn)



BZTn – umowny wskaźnik określający biochemiczne

zapotrzebowanie tlenu, czyli ilość tlenu wymaganą do

utlenienia związków organicznych przez mikroorganizmy

(bakterie aerobowe).



Wartość tę uzyskuje się w wyniku pomiaru zużycia tlenu

przez badaną próbkę wody lub ścieków w ciągu 5, 7 lub

20 dób (Oznaczając to odpowiedni BZT5, BZT7 lub

BZT20). Pośrednio określa się w ten sposób stężenie

substancji organicznej podatnej na biodegradację.



BZTn jest wskaźnikiem czystości wody i jakości

oczyszczanych ścieków: im wyższa wartość BZTn tym

większe zanieczyszczenie (ilość związków organicznych).



Z przyczyn praktycznych częściej stosowane jest BZT5

lub BZT7.

RLM dla niektórych rodzajów

przemysłu

Przemysł spożywczy

RLM

Puszkowanie (owoców/warzyw) 500
Przetwórstwo groszku 85-400
Przetwórstwo pomidorów

50-185

Przetwórstwo marchwi 160-390
Przetwórstwo ziemniaków

215-545

Przetwórstwo owoców cytrusowych

55

Przetwórstwo drobiu

70-1600

Przetwórstwo wołowiny

20-600

Przetwórstwo rybne

300-2300

Słodycze

40-150

Trzcina cukrowa

50

Nabiał (bez sera)

20-100

Nabiał (z serem)

100-800

Margaryna

500

Rzeźnictwo

10-100

Produkcja drożdży

21000

RLM dla niektórych rodzajów
przemysłu

Zamknięta hodowla zwierząt

RLM

Trzoda chlewna

35-100

Bydło mleczne (dojarnia)

1-2

Bydło domowe

65-150

Konie

65-150

Drób

15-20

Alkoholowy

Gorzelnia

4000

Napoje Browarnictwo

150-350

Napoje bezalkoholowe

50-100

Wino

5

RLM dla niektórych rodzajów

przemysłu

Włókiennictwo

RLM

Bawełna

2800

Wełna

5600

Sztuczny jedwab

550

Nylon

800

Poliester

3700

Pralnia wełny

2000-4500

Farbowanie

2000-3500

Wybielanie

250-350

RLM dla niektórych rodzajów

przemysłu

Garbarstwo

RLM

Garbowanie skóry

1000-3500

Obuwnictwo

300

Celulozowo-papierniczy

Pulpa

600

Papier

100-300

Pulpa i papier połączone

1000-10000

Chemiczny

Farby

20

Mydło

1000

Rafineria

1

Ogólna zasada działania złóż

biologicznych



Ścieki na złożach oczyszczane są

w

procesach biologicznego rozkładu materii

organicznej przez drobnoustroje tworzące błonę

biologiczną.



Błonę biologiczną

tworzą głównie organizmy

osiadłe na specjalnie przygotowanym podłożu

(wypełnieniu złoża biologicznego).



Zasadniczo proces oczyszczania ścieków na

złożach biologicznych jest procesem tlenowym,

chociaż podejmowano próby prowadzenia

beztlenowego oczyszczania ścieków na złożach,

które jednak nie zostały wprowadzone do

powszechnego użycia.

Złoża biologiczne



Złoża biologiczne - stosy kamieni, czy koksu

poukładane na rusztowaniu z cegieł lub specjalnych

elementów betonowych (muszą być

prefabrykowane). Oprócz kamieni czy koksu stosuje

się również żużel i tworzywa sztuczne.



W złożu biologicznym ścieki przepuszcza się przez

napowietrzone wypełnienie (np. kruszywo), które je

wypełnia.



Po przepływie ścieków wypełnienie (kruszywo)

zostaje pokryty błoną biologiczną. Zachodzące

procesy biochemiczne, to enzymatyczne utlenianie

związków organicznych oraz powstawanie komórek

drobnoustrojów, które tworzą błoną biologiczną.

Złoża biologiczne



Warunkiem pracy złoża biologicznego

jest utrzymanie ścieku w kontakcie z

błoną biologiczną i oczywiście

dostateczne napowietrzenie złoża.



Do doprowadzania ścieku najczęściej

stosuje się specjalne zraszacze

obrotowe.



W porze wiosennej oraz jesiennej

niezbędna jest regeneracja błony

(nazywa się to odbudową złoża).

Złoża biologiczne

Złoża biologiczne dzieli się na:



Złoża z

wypełnieniem stałym:

►

zanurzone,

►

zalewane,

►

zraszane.



Złożą z

wypełnieniem ruchomym:



złoża tarczowe



złoża zawieszone.

Złoża zanurzone



Złoża zanurzone

są rodzajem złoża

biologicznego, umieszczonego pod

powierzchnią ścieków w sposób stały.



W tych konstrukcjach najczęściej

wykorzystuje się pakietowe wypełnienia z

tworzyw sztucznych.



Tlen niezbędny do zwiększenia

efektywności procesów biologicznych

dostarczany jest w formie sprężonej

poprzez dyfuzory umieszczone pod złożem.

Złoża zalewane



Złoża zalewane

są znane i stosowane od bardzo

dawna. To niejako pierwotna forma złoża

biologicznego. Złoża zalewane były wykonywane

najczęściej w zbiornikach betonowych lub

żelbetowych, i wypełnione były materiałem

naturalnym np. kamieniem, keramzytem, lawą

wulkaniczną czy koksem.



Złoże takie było okresowo zalewane wstępnie

oczyszczonymi ściekami, a po kilkugodzinnym

kontakcie z błoną biologiczną, tworzącą się na

wypełnieniu zbudowanym z materiałów

naturalnych, ścieki były odprowadzane poza

zbiornik jako oczyszczone.

Złoża zalewane



Obecnie złóż zalewanych praktycznie
już się nie stosuje, nie znajdują
zastosowania, gdyż mają niską
sprawność i podlegają szybkiej

kolmatacji

.

Kolmatacja

(ang. colmatage) –

osadzanie się w przestrzeni porowej
ośrodka porowatego drobnych
cząstek stałych unoszonych przez
przepływający płyn.

Złoża zraszane



Złoża zraszane

(zwilżane) są to obecnie

jedne z najczęściej spotykanych
konstrukcji złóż biologicznych.



Złoże zraszane wykonane jest
najczęściej
w szczelnym zbiorniku o kształcie
cylindrycznym.



W takim złożu ścieki stale się przez nie
przesączają, ale nie następuje
zatapianie złoża,  dzięki czemu możliwa
jest ciągła wymiana powietrza.

Złoża zraszane



Zasada działania złóż biologicznych
zraszanych polega na tym, że ścieki
doprowadzane są od dołu złoża i
grawitacyjnie lub pompowo doprowadzane
są ponad złoże do zraszacza obrotowego
lub specjalnej dyszy rozbryzgowej.



System zraszania złoża rozprowadza ścieki
równomiernie po całej powierzchni złoża,
a oczyszczone ścieki zbierane są pod
złożem
i odprowadzane do osadnika wtórnego.

Złoża zraszane



Napowietrzanie ścieków odbywa się
poprzez ciągły kontakt ścieków z
powietrzem atmosferycznym
doprowadzanym do oczyszczalni
podczas zraszania złoża.



Stosuje się tez konstrukcje zamknięte
(szczelne), a w takim przypadku
nieprzerwany dopływ powietrza
zapewnia wentylator umieszczony w
obudowie złoża.

Złoża tarczowe (obrotowe)



Złoża tarczowe

(obrotowe) to rodzaj

oczyszczalni



z ruchomym wypełnieniem.



Złoże tworzy szereg tarcz, umieszczonych
współosiowo na wale napędzanym silnikiem
elektrycznym. Tarcze są częściowo zanurzone



w ściekach.



Ruch obrotowy tarcz pozwala na dostarczenie
tlenu atmosferycznego wymaganego do
procesów tlenowego rozkładu oraz na
dostarczenie materii organicznej ze ścieków.

Złoża tarczowe (obrotowe)



Nadmiar błony biologicznej, która odrywa
się z tarcz, usuwany jest w osadniku
umieszczonym pod obracającymi się
tarczami lub odprowadzany do
wydzielonego osadnika wtórnego.



Osad nadmierny może być następnie
zawracany do osadnika wstępnego.

Złoża zawieszone



Złoża zawieszone

można uznać za system

hybrydowy, łączący w sobie cechy osadu czynnego i
złóż biologicznych.



Lekkie kształtki wykonane z tworzyw sztucznych
utrzymywane są w ściekach przy użyciu sprężonego
powietrza lub mieszadeł. Takie rozwiązanie pozwala
prowadzić procesy oczyszczania ścieków w sposób
bardzo podobny do technologii osadu czynnego.



Możliwość transportu masy biologicznej pomiędzy
reaktorami o zmiennym stężeniu tlenu pozawala
także na usuwanie fosforu na drodze biologicznej.

Złoża zawieszone



Obecnie można także spotkać takie
rozwiązania na większych oczyszczalniach
ścieków pracujących w technologii osadu
czynnego.



Wprowadzenie do reaktorów z biomasą
zawieszoną niewielkich kształtek lub innego
materiału umożliwiającego rozwój
mikroorganizmów prowadzi do zwiększenia
koncentracji materii biologicznej, co ma
znaczący wpływ na szybkość usuwania
zanieczyszczeń ze ścieków.

Złoża biologiczne

Złoża biologiczne
współpracują z
osadnikami:



wstępnym

– najczęściej

gnilnym



wtórnym

– dla oddzielenia

osadu nadmiernego ze
ścieków.

Osadnik
gnilny

Opis procesów przebiegających

w osadniku gnilnym

1 -

flotacja (unoszenie się) zanieczyszczeń

, 2 -

sedymentacja

(opadanie) osadu,

3 -

osad

, 4 -

dno osadnika

, 5 -

kosz

filtracyjny

, 6 -

napływ ścieków do filtra

, 7 -

wylot

podczyszczonych ścieków i napływ powietrza

, 8 -

kożuch

fermentacyjny

, 9 -

wylot gazów fermentacyjnych.

Wypełnienie złóż

biologicznych



Nowoczesny materiał stanowiący podbudowę
dla rozwoju mikroorganizmów wykonany jest z
tworzyw sztucznych w formie pakietów lub
pojedynczych kształtek luźno usypanych.



Powierzchnia właściwa nowoczesnych
wypełnień

sięga

200m2/m3

, co pozwala na

efektywne oczyszczanie ścieków.



Dawniej jako wypełnienie złóż biologicznych
stosowano

kamień, żużel

, które

charakteryzowały się powierzchnią sięgającą

50-60m2/m3

.

Zalety złóż biologicznych



duża bezawaryjność



nie wymagają stałej specjalistycznej
obsługi jak w przypadku osadu
czynnego



procesy oczyszczania ścieków są
stabilne



osad nadmierny dobrze sedymentujący



niskie koszty eksploatacji

Wady złóż biologicznych



brak możliwości biologicznego usuwania
fosforu ze ścieków



ekonomicznie nieopłacalne dla dużych
oczyszczalni ścieków

Przydomowe oczyszczalnie typu

ZBO



W przypadku bardzo trudnych warunków takich

jak wysoki poziom wód gruntowych, gliniasta

gleba, brak miejsca na dreny, stosuje się złoża

biologiczne.



Złoża te umieszcza się w zbiorniku o pojemności

zbliżonej do osadnika gnilnego wypełnionego,

kamieniem polnym, tłuczniem, torfem, lub

kształtkami plastykowymi.



Odbiornikiem w przypadku tego rozwiązania może

być np. rów melioracyjny lub studnia chłonna.



Oczyszczalnie typu ZBO mogą obsłużyć od 5 do 75

osób, w zależności od zastosowanego osadnika

gnilnego i reaktora biologicznego.

Oczyszczalnia z reaktorem
biologicznym Wobet-
Hydret.

Oczyszczalnie przydomowe typ

ZBO

Mechaniczno-Biologiczna

Oczyszczalnia Ścieków – zraszanie

złoża

Pakietowe krzyżowe wypełnienia do

zraszanych lub zanurzonych złóż

biologicznych.

PRZEDSIĘBIORSTWO CEMET
Głównie produkuje

pakietowe krzyżowe

wypełnienia do zraszanych

lub zanurzonych złóż

biologicznych. Złoże jest

chronione patentem na

terenie Polski.
Dotychczas złoża produkcji

CEMET pracują w 27

oczyszczalniach

komunalnych

i przemysłowych.

złoże biologiczne - tzw.

BioCeraMax.

element złoża biologicznego,

Tworzywo sztuczne

Puzzolana 20/50 - materiał
porowaty stosowany jako
wypełnienie złóż
biologicznych oraz filtrów
doczyszczających

tarczowe złoże biologiczne

Specjalne wyprofilowanie tarcz zapewnia błonie
biologicznej podczas ruchu obrotowego wystarczającą
ilość tlenu.

Obrotowe złoża biologiczne