RODZAJE ŚCIEKÓW

Ścieki to wody wodociągowe lub opadowe zanieczyszczone wskutek działalności człowieka substancjami stałymi, płynnymi lub gazowymi czy też drobnoustrojami.

Do ścieków zalicza się także podgrzane wody chłodnicze odprowadzane do wód naturalnych i słone wody kopalniane pochodzące z odwadniania kopalni.

Rys. 1 Podział ścieków

W zależności od pochodzenia wyróżnia się następujące rodzaje ścieków:

Ścieki miejskie są mieszaniną wód zużytych w gospodarstwach domowych, w drobnych zakładach przemysłowych, w zakładach usług komunalnych z wodami infiltrującymi do kanalizacji przez nieszczelności sieci. W kanalizacji ogólnospławnej ścieki miejskie zawierają także wody opadowe.

Ogółem, do kanalizacji dostają się następujące rodzaje ścieków:

• ścieki bytowo-gospodarcze,

• fekalia,

• ścieki przemysłu miejskiego,

• ścieki opadowe (deszczowe),

• wody infiltracyjne, drenażowe (przypadkowe),

• nielegalne zrzuty ścieków.

Ścieki bytowo-gospodarcze powstają w gospodarstwach do­mowych i obiektach użyteczności publicznej. Są to odpływy z ubi­kacji, umywalni, łaźni, kuchni, pralni itp.

Ścieki z drobnego przemysłu powstają w różnorodnych pro­cesach produkcyjnych, jak np.
z przetwórstwa rolno-spożywczego, utylizacji odpadów roślinnych i zwierzęcych, z produkcji materiałów ceramicznych, włókienniczych, tworzyw sztucznych, celulozy i pa­pieru, leków,
z naprawy samochodów, maszyn rolniczych, jak również podczas awaryjnych przecieków głównie produktów ropo­pochodnych. Ścieki przemysłowe są szczególnie uciążliwe w przy­padku, gdy zanieczyszczenia są trudno rozkładalne lub zrzucane porcjowo, np. z przemysłu farmaceutycznego lub z browaru.

Ścieki opadowe pochodzą z opadów atmosferycznych, top­niejącego śniegu, lodu, z polewania ulic, placów, itd. Ścieki opadowe spływające z ulic w ciągu pierwszych (10...15) minut są równie zanieczyszczone jak typowe ścieki z kanalizacji sanitarnej, natomiast po (30...60) minutach opadu
są podobne do ścieków z kanalizacji deszczowej.

Wody infiltracyjne, drenażowe (przypadkowe) to wody po­chodzące z. odwodnienia terenu odprowadzane do kanalizacji lub dostające się do niej przez nieszczelności. Duży udział tych wód w ściekach miejskich powoduje proporcjonalnie duże rozcieńczenie ścieków oraz zwiększa obciążenie hydrauliczne oczyszczalni ścieków.

Z terenów miast i osiedli w pełni skanalizowanych, do oczysz­czalni mogą być doprowadzone wszystkie z wymienionych ścieków.

Skład i ilość ścieków miejskich zależy od wielu czynników, między innymi od istnienia kanalizacji lub dowożenia ścieków, rodzaju i stanu technicznego kanalizacji, stopnia uprzemysłowienia osiedla czy miasta, wyposażenia mieszkań w urządzenia sanitarne, ilości zużytej wody, standardu życia mieszkańców, pory roku, klimatu.

KLASYFIKACJA ZANIECZYSZCZEŃ W ŚCIEKACH MIEJSKICH

„Ścieki charakteryzują następujące grupy zanieczyszczeń:

• ciała stałe rozpuszczone, zawiesiny opadające i nieopadające organiczne i nieorganiczne;

• substancje nieorganiczne, takie jak chlorki, azotany, fosforany, siarczany, węglany czy metale;

• materia organiczna określana ogólnymi oznaczeniami typu BZT, ChZT, OWO lub specyficznymi metodami analitycznymi, np. typu chromatografia gazowa;

• drobnoustroje, zwłaszcza chorobotwórcze bakterie, pierwot­niaki i robaki.

Inaczej można określić zanieczyszczenia w ściekach jako fizycz­ne (mętność, barwa, zawiesina), chemiczne (związki organicz­ne i nieorganiczne rozpuszczone) i biologiczne (drobnoustroje). Zanieczyszczenia i ich wpływ na odbiornik omówimy także w nastę­pnym rozdziale. Poniżej podamy najważniejsze parametry charakte­ryzujące ścieki surowe i podkreślimy zasadnicze różnice w składzie ścieków oczyszczonych.”

Rys. 2 Podział zanieczyszczeń zawartych w ściekach

Zanieczyszczenia fizyczne

Zanieczyszczenia fizyczne ścieków to cechy, które można ob­serwować bezpośrednio, czyli za pośrednictwem zmysłów (wzroku, węchu). Do właściwości fizycznych ścieków zaliczamy: zawiesinę, mętność, barwę, zapach, temperaturę.

Całkowitą ilość zanieczyszczeń zawartych w ściekach określa sucha pozostałość, tj.: masa substancji pozostałych po odparowa­niu próbki ścieków i wysuszeniu jej do stałego ciężaru w tempera­turze 105°C. W skład suchej pozostałości wchodzą substancje mineralne oraz organiczne, zarówno rozpuszczalne jak i nierozpuszczone (zawiesina). Zawartość związków mineralnych w ściekach określa pozostałość po prażeniu, tj.: masa substancji pozostała po prażeniu suchej pozostałości w temperaturze 550°C. Strata przy prażeniu określona różnicą między wartością suchej pozostałości i pozostałości po prażeniu daje przybliżoną zawartość związków organicznych
w ściekach. Wskaźnik substancje rozpuszczone określa masę zanieczyszczeń rozpuszczonych, zarówno mineralnych jak i organicznych, zawartych w ściekach. Oznacza się ją przez odparowanie przesączonej próbki ścieków i wysuszenie do stałego ciężaru. Zawartość związków mineralnych rozpuszczonych w ście­kach określa wskaźnik mineralne (nielotne) substancje rozpusz­czone,
a oznacza się go przez wyprażenie w temperaturze 600°C substancji rozpuszczonych. Różnica pomiędzy wartością wskaźników substancje rozpuszczone i mineralne substancje rozpuszczone określa w przybliżeniu masę rozpuszczonych związków organicznych. Znajomość powyższych wskaźników umożliwia obliczenie zawartości w ściekach zawiesin ogólnych, zawiesin mineralnych i lotnych według formuły przedstawionej na rysunku 3

SUCHA POZOSTAŁOŚĆ	=	SUBSTANCJE ROZPUSZCZONE	+	ZAWIESINY OGÓLNE
=		=		=
POZOSTAŁOŚĆ PO PRAŻENIU	=	SUBSTANCJE ROZPUSZCZONE MINERALNE	+	ZAWIESINY MINERALNE
+		+		+
STRATA PO PRAŻENIU	=	SUBSTANCJE ROZPUSZCZONE LOTNE	+	ZAWIESINY LOTNE

Rys. 3 Schemat bilansu zanieczyszczeń w ściekach określony suchą pozo­stałością, substancjami rozpuszczonymi i zawiesinami

Istotnym dla jakości ścieków nieoczyszczonych jest stan ich świeżości. Ścieki świeże zawierają do kilku mg O2/dm³, posiadają ziemisty zapach, cząstki organiczne zawiesiny są w małym stopniu rozłożone, przez co po przesączeniu ścieki te wykazują wysoki stopień przezroczystości. Sprzyjające warunki do zagniwania ście­ków występują w lecie, w źle przewietrzanych kanałach o małym spadku. Jeśli ścieki dopływają do oczyszczalni w stanie zagniłym wówczas siarkowodór można z nich usunąć poprzez np. wstępne napowietrzanie lub recyrkulację osadu nadmiernego do piaskownika, przed osadnik wstępny.

Istotnymi oznaczeniami dla oceny stanu świeżości ścieków jest oprócz zapachu i zawartości tlenu także zagniwalność i siarkowo­dór. Zagniwalność określa czas (w godzinach lub dobach), po upływie którego w ściekach rozpoczynają się procesy beztlenowe (procesy gnicia), charakteryzujące się wydzielaniem siarkowodoru. W ściekach miejskich dopływających do oczyszczalni w stanie świe­żym zagniwanie rozpoczyna się zazwyczaj po (2...8) godzinach, a w ściekach biologicznie oczyszczonych po około 5 dobach.

Ścieki dowożone do oczyszczalni taborem asenizacyjnym są z reguły zagniłe. Ścieki zagniłe wydzielają nieprzyjemny zapach siarkowodoru i posiadają czarnoszarą barwę, a po przesączeniu pozostają znacznie mniej przezroczyste niż ścieki świeże.

Podwyższona temperatura ścieków przyspiesza procesy roz­kładu związków organicznych
i powoduje odtlenienie ścieków przy­śpieszając tym samym ich zagniwalność. Temperatura ścieków może zależeć od temperatury powietrza oraz od rodzaju ujmowa­nej wody. Dla porównania w mieście Winnipeg (Kanada) dzięki dużemu zagłębieniu kanalizacji tempera­tura ścieków nie spada poniżej +10°C mimo temperatury powietrza często spadającej poniżej -30°C.

Wyższe temperatury w ściekach mogą się pojawić w miesiącach letnich (szczególnie wówczas, gdy miasto jest zaopatrywane w wodę z ujęć powierzchniowych) lub w okresie zrzutu wód podgrzanych do sieci kanalizacyjnej.

Mętność - (a właściwie jej nagła zmiana) może być pomocna w ocenie nagłej zmiany stopnia zanieczyszczenia ścieków. Mętność może być także przydatna w kontroli efektów oczyszczania ścieków jak i dla określenia wpływu ścieków na odbiornik. W ściekach miejskich nieoczyszczonych mętność może przyjmować wartości w serokim zakresie od około 50 do 500 mg/dm³.

Barwa ścieków miejskich zależy od stanu ich świeżości, a także od dodatku ścieków przemysłowych, jeżeli posiadają one specyficzne zabarwienie. Barwę specyficzną określa się opisowo oraz oznacza się dla niej tzw. próg barwy, pod pojęciem którego rozumie się stopień rozcieńczenia ścieków wodą destylowaną, przy którym barwa zanika.

Zanieczyszczenia chemiczne, organiczne i nieorganiczne

Zanieczyszczenia chemiczne oznaczają rozpuszczone związki organiczne i nieorganiczne. Podział jest może nieco sztuczny, gdyż w wyniku często niemal natychmiastowej hydrolizy zawiesin orga­nicznych (a więc zanieczyszczenia „fizycznego") otrzymujemy za­nieczyszczenie chemiczne.

Znajomość składu chemicznego ścieków pozwala na określenie zmian składu w procesie np. biologicznego oczyszczania, eutrofizacji w odbiornikach, tworzenia się THM-ów
w wyniku chlorowania ścieków itp.

Zanieczyszczenia chemiczne można podzielić na:

• rozpuszczone substancje organiczne, głównie białko (około 40do 60%), węglowodany (około 25 do 50%) oraz oleje i tłuszcze (około 10%). Substancje te, jeśli są pochodzenia bytowo-gospodarczego są w większości biologicznie łatwo rozkładalne przez mikroorganizmy na substancje prostsze,

• rozpuszczone substancje mineralne, głównie siarczany, chlorki, węglany, kwaśne węglany, wapń, magnez, sód, kwasy, zasady, azotany, fosforany, rozpuszczone gazy (tlen, siarkowodór, dwu­tlenek węgla, azot).

Zanieczyszczenia organiczne można określać stosując apara­turę analityczną pozwalającą na oznaczenie poszczególnych związków, np. fenoli, trójchloroetylenu itp. Oznaczenia takie mogą być kosztowne gdy nie znamy składu ścieków i nie wiemy jakich związków (spośród tysięcy możliwych) szukać. Analiza kilku prób na zawartość np. wachlarza 100 związków specjalnych (szkodli­wych) wykonana metodą chromatografii gazowej lub cieczowej ze spektrofotometrią masową może kosztować tysiące (nowych) złotych. Wiedząc czego szukamy, można zlecić oznaczenie jednego lub paru związków za znacznie mniejsze pieniądze.

W oczyszczalni ścieków miejskich największe zastosowanie będzie miało oznaczenie zawartości wszystkich związków orga­nicznych. Stosuje się trzy oznaczenia: biochemiczne zapotrzebowa­nie tlenu (BZT), chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT), oraz ogólny węgiel organiczny (OWO).

Rys. 4 Uproszczony schemat pomiaru biochemicznego zapotrzebowania tlenu. W butelce muszą się znajdować bakterie zaaklimatyzowane do ścieków badanych, azot i fosfor oraz natleniona woda rozcieńczająca próbkę badanych ścieków

BZT - określa ilość tlenu potrzebną bakteriom do utlenienia (bio­logicznie rozkładalnych) związków organicznych w warunkach tle­nowych w temperaturze 20°C. Na rysunku 4 przedstawiono zasadę oznaczania BZT. Do butelki należy dodać rozcieńczoną próbkę ścieków, natlenioną wodę do rozcieńczeń ze związkami azotu i fo­sforu oraz bakterie zaaklimatyzowane do danych ścieków. Jeśli bakterie nie są przyzwyczajone do danych ścieków, np. do ścieków z papierni, BZT₅ będzie zaniżone, bo w ciągu 5 dni nie usuną zanieczyszczeń, co odzwierciedli się w wyższym stężeniu tlenu po końcu inkubacji. Z kolei jeśli związki organiczne są nierozkładalne biologicznie lub nawet są toksyczne to BZT₅ może wyjść zero, choć ścieki mogą być silnie zanieczyszczone! Potrzebne jest więc inne oznaczenie związków organicznych, niezależne od przeżywalności bakterii. Takimi oznaczeniami są ChZT i OWO.

ChZT - jest oznaczeniem ilości wszystkich związków organicz­nych (i niektórych nieorganicznych, np. amoniaku, siarczków) podatnych na utlenianie silnym związkiem utleniającym, np. dwuchromianem potasu (ChZT) lub nadmanganianem potasu (tzw. utle-nialność). Podczas oznaczania ChZT utleniane jest prawie (95...100)% węgla organicznego. Podczas oznaczania utlenialności (coraz rzadziej używany wskaźnik) utleniane jest tylko (50...80)% węgla orgnicznego. Wartość ChZT jest zawsze wyższa od BZT całkowitego (to znaczy BZT₂₀ - po 20 dniowej inkubacji) i najczęściej jest 1,4 raza większe od BZT₅.
W Polsce w wielu oczyszczalniach stosowane są częściowo zautomatyzowane zestawy pomiaru ChZT, pozwalające na kolorymetryczne oznaczenie ChZT w czasie do 2 godzin a nawet i krótszym. Jest to znacznie szybsze niż czekanie 5 dni na zakończe­nie inkubacji oznaczenia BZT₅!

Oznaczeniem prawie natychmiastowym jest oznaczenie węgla organicznego OWO, które wykonuje się poprzez spalenie (w stru­mieniu tlenu) próbki ścieków w aparacie, który następnie mierzy ilość wytworzonego dwutlenku węgla. Jest to najdokładniejszy po­miar ilości związków organicznych węgla w ściekach - niestety tylko większe oczyszczalnie mogą pozwolić sobie na zakup aparatu do pomiaru OWO. Istnieją też wersje aparatu do pomiaru OWO wprost na rurociągu czy kanale, co pozwala operatorowi regulować proces oczyszczania ścieków na podstawie prawie natychmiastowej ob­serwacji zmian dopływającego ładunku.

Niestety, jak dotąd nic nie może całkowicie zastąpić testu BZT ponieważ jest to jedyne oznaczenie informujące nas o podatności zanieczyszczeń na rozkład biologiczny, czy też ostrzegające nas
o toksyczności w ściekach dopływających.

Do zanieczyszczeń chemicznych, mających istotny wpływ na efekty oczyszczania ścieków zaliczamy grupy substancji biogennych, refrakcyjnych i toksycznych.

Zanieczyszczenia te w ściekach miejskich występują w znacznie mniejszych ilościach
od wymienionych wcześniej, ale ich wpływ na właściwości ścieków jest znaczący.

Zanieczyszczenia biogenne - to pierwiastki i sole mineralne potrzebne do rozwoju żywych organizmów. Do podstawowych biogenów zaliczamy związki azotu i fosforu. W ściekach miejskich zarówno nieoczyszczonych jak i biologicznie oczyszczonych znaj­dują się duże ilości tych zanieczyszczeń. Ścieki te odprowadzane do rzek i jezior zwiększają ich żyzność wzbogacając
w substancje pokarmowe, powodując ich przedwczesne starzenie, czyli eutrofizację. Wynikiem eutrofizacji jest masowy rozwój glonów, które obumierając i ulegając rozkładowi powo­dują wtórne zanieczyszczenie wód do wystąpienia procesów gnicia włącznie.

Zanieczyszczenia refrakcyjne - są to zanieczyszczenia chemicz­ne, które nie podlegają bądź podlegają jedynie w minimalnym stopniu rozkładowi biologicznemu za pośrednictwem mikroorga­nizmów. Zanieczyszczenia te są w niewielkim stopniu usuwane ze ścieków
w klasycznych procesach oczyszczania w oczyszczalniach komunalnych. Do tego typu zanieczyszczeń zaliczamy miedzy in­nymi:

• substancje mineralne takie jak metale ciężkie,

• niektóre substancje powierzchniowo czynne (np.: alkilobenzenosulfonian ABS),

• środki owadobójcze (insektycydy) głównie z grupy związków chloroorganicznych
  (np.: DDT).

Szczególną grupę zanieczyszczeń chemicznych refrakcyjnych stanowią związki toksyczne- to jest pierwiastki, związki chemiczne, substancje, a także czynniki fizyczne wywołujące
w organizmach roślinnych, zwierzęcych i u człowieka zaburzenia fizjologiczne, usz­kodzenia,
a przy odpowiednio wysokich dawkach śmierć. Do groź­nych trucizn zaliczamy między innymi:

• metale ciężkie (np.: ołów, kadm, rtęć, cynk, chrom),

• pestycydy,

• wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (np.: benzopiren),

• aminy aromatyczne (np.: aminonaftalen, aminostilben),

• nitrozoaminy (np.: nitrozodimetyloamina - NDMA),

• polichlorowane dwufenyle (PGR),

• dioksyny

• trójchlorometany (np.: chloroform),

• substancje promieniotwórcze.

Wymienione powyżej zanieczyszczenia toksyczne mają co najmniej jedną z następujących właściwości: działanie rakotwórcze, działanie mutagenne (wywołujące zmiany dziedziczne - mutacje prowadzące do kalectwa), działanie teratogenne (prowadzące do zaburzeń w ro­zwoju embrionalnym człowieka lub zwierząt wywołujące w efekcie kalectwo), zdolność
do bioakumulacji w łańcu­chu pokarmowym zwierząt i ludzi.

Większość zanieczyszczeń toksycznych posiada również cechy refrakcyjne, przez co nie są one usuwane ze ścieków w procesach oczyszczania w oczyszczalniach miejskich i przedostają się do wód powierzchniowych. Mogą one także zahamować procesy biolo­gicznego oczyszczania ścieków. Niektóre z tych zanieczyszczeń zachowują cechy groźnych trucizn nawet wówczas gdy ich ilość
w wodach powierzchniowych jest śladowa (np. niektóre dioksyny) rzędu setnych i tysięcznych części mg/dm³ (mikrozanieczyszczenia). Dzieje się tak dzięki zdolności do kumulowania się tych zanieczyszczeń w organizmach. Możliwość wyeliminowania lub znacznego ograniczenia zawartości tych zanieczyszczeń w dopływie do oczy­szczalni wynika z przestrzegania warunków doprowadzania ścieków przemysłowych do miejskiej sieci kanalizacyjnej.

Warunki te określają konieczność i zakres podczyszczania ście­ków przemysłowych,
w szczególności wówczas gdy zawierają one metale ciężkie i inne substancje toksyczne, wolne kwasy i zasady, oleje i tłuszcze, odpływy ze szpitali zakaźnych i substancje wybu­chowe, łatwopalne czy radioaktywne.

Zanieczyszczenia biologiczne - to ogromna liczba drobnoustrojów głównie wirusów, bakterii, grzybów, a także jaja helmintów (roba­ków pasożytniczych). Większość tych drobnoustrojów należy do typowej flory heterotroficznej żyjącej w przewodzie pokarmowym człowieka i zwierząt. Wśród tych gatunków są gatunki chorobo­twórcze wywołujące: dur brzuszny, czerwonkę, cholerę, zakażenie żołądkowo-jelitowe, żółtaczkę, gruźlicę, chorobę Heinego-Medina, schorzenia skóry i inne.

Opracowanie własne

Praca zbiorowa, Poradnik eksploatatora oczyszczalni ścieków, Poznań 1997 r.

Opracowanie własne

Praca zbiorowa, Poradnik eksploatatora oczyszczalni ścieków, Poznań 1997 r. s. 15.

Opracowanie własne

Praca zbiorowa, Poradnik eksploatatora oczyszczalni ścieków, Poznań 1997 r.

MIEJSKIE

BYTOWO-GOSPODARCZE

Z DROBNEGO PRZEMYSŁU

OPADOWE

WODY INFILTRACYJNE, DRENAŻOWE

ŚCIEKI

ZANIECZYSZCZENIA

W ŚCIEKACH

FIZYCZNE

CHEMICZNE

ORGANICZNE

REFRAKCYJNE

BIOGENNE

BIOLOGICZNE

Sonda

tlenowa

Sonda

tlenowa

6 mg O₂/dm³

2 mg O₂/dm³

czas = 0

czas = 5 dni

1 dm³ ścieków

- zanieczyszczenia

organiczne

- bakterie

- tlen

BIOCHEMICZNE ZAPOTRZEBOWANIE TLENU (BZT₅)

BZT₅ = (6-2)mg O₂/dm³ = 4mg O/dm³

---