Strona 1 z 9
Piotr Romańczuk, Marek Pieczykolan
PORÓWNANIE EKSPLOATOWANYCH TECHNOLOGII
1. Wstęp
Oczyszczalnia ścieków Tychy - Urbanowice zakończyła proces remontu i modernizacji części
ściekowej oczyszczalni w grudniu 2005r. Modernizacja miała na celu m.in. dostosowanie
istniejących ciągów technologicznych do wymagań nałożonych na oczyszczalnię przepisami
prawa europejskiego i polskiego. Projekt wykonawczy zakładał zmianę istniejących komór
napowietrzania na przepływowe komory biologiczne z wydzielonymi strefami
predenitryfikacji, defosfatacji, denitryfikacji, naprzemiennego działania oraz nitryfikacji.
Dodatkowo zakładał wykorzystanie kubatur istniejących zbiorników otwartych basenów
fermentacyjnych wyłączonych z eksploatacji i zmianę ich funkcji na reaktory sekwencyjne
z wykorzystaniem technologii C-Tech dostarczanej przez austriacką firmę SFCU
Umwelttechnik.
Oczyszczalnia ścieków Tychy - Urbanowice o średnim przepływie 32000 m
3
/d przyjmuje
ścieki komunalne z terenu miasta Tychy. W ściekach przemysłowych głównie ścieki
pochodzą z Browaru Tyskiego po uprzednim ich podczyszczeniu na terenie browaru
w procesie fermentacji metanowej. Przepustowość oczyszczalni Tychy - Urbanowice wynosi
42000 m
3
/d.
Ścieki komunalne po procesie mechanicznego oczyszczania kierowane są na oba ciągi
technologiczne w określonym reżimie pracy, tzn. do części C-Tech dopływa 16500 m
3
/d i nie
więcej niż 1000 m
3
/h, natomiast reszta jest skierowana na komory osadu czynnego.
Przedmiotem niniejszego referatu jest porównanie wyników eksploatacji uzyskanych
w trakcie rozruchu technologicznego oraz wstępnej eksploatacji przez okres 6 miesięcy obu
technologii pracujących na tych samych ściekach surowych.
W referacie przedstawione zostały parametry technologiczne (np. reżim pracy, jakość
oczyszczonych ścieków, warunki techniczno - technologiczne prowadzenia procesów) oraz
wskaźniki ekonomiczne (porównanie kosztów inwestycyjnych, eksploatacyjnych,
energochłonność) obu pracujących ciągów technologicznych.
2. Opis technologii oczyszczania ścieków i przeróbki osadów
Ścieki surowe dopływają do oczyszczalni czterema kolektorami: dwoma Południowymi,
Północnym oraz Fiatowskim. Dodatkowo, z nieskanalizowanych dzielnic miasta Tychy,
dowożone są na oczyszczalnię wozami asenizacyjnymi. Ścieki z kolektora Północnego
dopływają bezpośrednio do komory rozdzielczej przed budynkiem krat, natomiast ścieki
z kolektorów Południowych i Fiatowskiego dopływają do pompowni Południe, skąd są
następnie tłoczone do komory rozdzielczej. Dalej całość ścieków przepływa grawitacyjnie do
Strona 2 z 9
budynku krat i do piaskowników. Skratki zatrzymane na kratach hakowo - taśmowych
transportowane są przenośnikiem spiralnym do płuczki skratek, a następnie są prasowane.
W celu ograniczenia emisji odorów do środowiska skratki są automatycznie pakowane do
rękawów foliowych. Piasek wydzielony na dnie piaskowników pompowany jest do
separatorów piasku, a następnie do płuczki piasku, w której zachodzi wypłukanie części
organicznych i zawrócenie ich na ciąg oczyszczania ścieków. Wysoka efektywność pracy
płuczki piasku powoduje, że proces separacji piasku nie jest uciążliwy dla środowiska
i zapewnia warunki higieniczne obsłudze oczyszczalni ścieków. Skratki i zawartość
piaskowników wywożona jest na miejskie składowisko odpadów.
Po piaskownikach następuje rozdział na dwa strumienie - ściekowy i wód burzowych.
W okresie bezdeszczowym oraz deszczowym, ale o niewielkiej intensywności opadów
(Q≤2000m
3
/h), ścieki płyną przez osadnik wstępny do części biologicznej oczyszczalni. Przy
dopływie wód burzowych, nadmiar ścieków (Q>2000m
3
/h), kierowany jest przelewem do
zbiornika retencyjnego. Po całkowitym wypełnieniu się zbiornika, przejmuje on rolę osadnika
wstępnego. Zawartość zbiornika zostaje odprowadzona do części biologicznej oczyszczalni
w godzinach zmniejszonego dopływu ścieków. Każde koryto (ścieków i wód burzowych)
wyposażone jest w pomiary natężenia przepływu, pozwalające na precyzyjne określenie
obciążenia oczyszczalni, zarówno w okresach deszczowych jak i bezdeszczowych.
Następnie ścieki dopływają do części biologicznej oczyszczalni: reaktorów C-Tech i komór
osadu czynnego KOCz. Przepustowość ciągu technologicznego C-Tech została określona na
16500 m
3
/d, co stanowi około 46% całości dopływających ścieków w okresie
bezdeszczowym do oczyszczalni. Reszta ścieków kierowana jest do komór osadu czynnego.
Maksymalny dopływ do części biologicznej ustalono na 2000 m
3
/h (po 1000 m
3
/h na każdą
komorę), co umożliwia przyjęcie wszystkich ścieków w okresie bezdeszczowym oraz
dodatkowo część ścieków opadowych. Rozdział ścieków mechanicznie podczyszczonych
realizowany jest przez pompownię C-Tech wyposażoną w pompy z falownikami
i współpracującą z urządzeniem pomiarowym zainstalowanym na rurociągu tłocznym.
2.1. Opis technologii komór osadu czynnego KOCz
Komory KOCz oparte są na technologii osadu czynnego w systemie przepływowym. Ścieki
mechanicznie podczyszczone w ilości 400 - 1000 m
3
/h dopływają do dwóch komór osadu
czynnego. W komorach, za pomocą dodatkowych ścian wewnętrznych wydzielono komory
o zróżnicowanych warunkach tlenowych, tj. w kolejności: komorę beztlenową (defosfatacji),
dwie komory niedotlenione (predenitryfikacji i denitryfikacji), komorę naprzemiennego
działania, która w zależności od potrzeb może pracować jako komora denitryfikacji lub
nitryfikacji oraz komorę tlenową (nitryfikacji). W skrajnym przypadku strefę denitryfikacji
można powiększyć o początkową część nitryfikacji. Dla zintensyfikowania procesu
denitryfikacji wprowadzono wysoką recyrkulację wewnętrzną ścieków z komory tlenowej do
niedotlenionej. Do napowietrzania ścieków zastosowano dyfuzory membranowe (zasilane
sprężonym powietrzem ze stacji dmuchaw), do mieszania zawartości komór mieszadła wolno-
lub średnioobrotowe, a do recyrkulacji wewnętrznej mieszadła pompujące. Z komór osadu
czynnego ścieki płyną do osadnika wtórnego i dalej zbiorczym korytem odpływowym, razem
z oczyszczonymi ściekami z reaktorów C-Tech, odprowadzane są do odbiornika. W celu
utrzymania w komorach właściwego stężenia osadu czynnego, do komór beztlenowych
recyrkulowany jest osad z osadnika wtórnego. Osad recyrkulowany może być dostarczany do
Strona 3 z 9
komory defosfatacji i/lub predenitryfikacji. Ze względu na wysokie stężenie zanieczyszczeń
w ściekach surowych, obok biologicznej defosfatacji, dodatkowo istnieje możliwość
chemicznego strącania fosforu. Zainstalowana stacja pozwala na prowadzenie procesu
w sposób symultaniczny, wstępny i mieszany.
2.2. Opis technologii reaktorów C-Tech
Oczyszczanie ścieków w reaktorach C-Tech oparte jest na technologii osadu czynnego
w systemie SBR doposażonym w beztlenowy selektor kontaktowy. Ścieki mechanicznie
podczyszczone, w ilości 300 - 1000 m
3
/h, dopływają rurociągiem do pompowni C-Tech, skąd
następnie są tłoczone do wyniesionego selektora. Rurociąg tłoczny wyposażony jest w pomiar
natężenia przepływu. Do selektora doprowadzany jest również osad recyrkulowany
z reaktorów C-Tech. Selektor składa się z dwóch identycznych komór. Każda komora
współpracuje z parą reaktorów C-Tech, do których mieszanina ścieków i osadu
recyrkulowanego dopływa z selektora. W reaktorach, pracujących w układzie cyklicznym,
zachodzą procesy biologicznej defosfatacji, denitryfikacji, nitryfikacji i końcowej
sedymentacji. Do napowietrzania ścieków zastosowano dyfuzory membranowe rurowe,
zasilane sprężonym powietrzem z hali dmuchaw. Z reaktorów sklarowane ścieki
odprowadzane są do zbiorczego koryta odpływowego z oczyszczalni i dalej razem ze
ściekami oczyszczonymi w komorach osadu czynnego odpływają do odbiornika. Istnieje
także możliwość chemicznego strącania fosforu: koagulant żelazowy dawkowany jest do
selektora.
Cykl pracy reaktorów C-Tech
W celu wizualizacji, sterowania i optymalizacji procesu oczyszczania, obiekty i urządzenia
wyposażone są w aparaturę kontrolno - pomiarową (tlenomierze, pehametry, mierniki
potencjału redox, przepływomierze, stację on-line ścieków oczyszczonych) przesyłającą
wyniki pomiarów do centralnej dyspozytorni.
2.3. Przeróbka osadów
Aktualnie, aż do końca 2008r. na oczyszczalni ścieków Tychy - Urbanowice trwa
modernizacja ciągu przeróbki osadów ściekowych. W chwili obecnej gospodarka osadowa
przedstawia się następująco. Osad wstępny kierowany jest poprzez wymiennik ciepła do
komór fermentacyjnych. Osad nadmierny z osadnika wtórnego poprzez pompownię osadu
recyrkulowanego i nadmiernego kierowany jest do stacji zagęszczania mechanicznego,
a następnie do komór fermentacyjnych. Osad nadmierny z C-Tech odpompowywany jest pod
Strona 4 z 9
koniec fazy dekantacji do jednego z zagęszczaczy grawitacyjnych pełniącego funkcję
zbiornika buforowego, a następnie poprzez stację mechanicznego zagęszczania kierowany
jest do WKF
z
. Osady nadmierne z obu technologii mieszane są ze sobą dopiero w komorze
fermentacyjnej. Osad przefermentowany kierowany jest do drugiego z zagęszczaczy
grawitacyjnych pełniącego funkcję zbiornika buforowego, skąd następnie podawany jest do
stacji odwadniania osadów: wirówki i prasy taśmowej. Ustabilizowany i odwodniony osad
gromadzony jest na tymczasowym składowisku osadów odwodnionych, a następnie
wykorzystywany do rekultywacji terenów.
3. Analiza ilościowo - jakościowa ścieków dopływających
Ścieki komunalne doprowadzane są do oczyszczalni z terenu miasta Tychy za pomocą sieci
ogólnospławnej. Dopływające ścieki przemysłowe pochodzą głównie z Browaru Tyskiego,
gdzie zostają wstępnie podczyszczone w procesie fermentacji metanowej ścieków.
W rozpatrywanym okresie natężenie przepływu ścieków kształtowało się w przedziale:
Q
śr.d.ogólem
= 28081 - 43840 m
3
/d
Q
śr.d.C-Tech
= 14032 - 19477 m
3
/d
Q
śr.d.KOCz
= 14049 - 24363 m
3
/d
przy jednoczesnym stężeniu dopływających ścieków w przedziale:
S
ChZT
=
421 - 1251,1 mg/dm
3
S
BZT5
=
232 - 612 mg/dm
3
S
zaw.og.
= 176 - 581 mg/dm
3
S
Nog
=
36,1 - 53,6 mg/dm
3
S
Pog
=
7,1 - 12,6 mg/dm
3
oraz stężeniu ścieków po części mechanicznej oczyszczalni przedstawionych w poniższej
tabeli.
Tabela 1. Zestawienie ilości i jakości ścieków po mechanicznym oczyszczaniu w okresie VII
2005r. - V 2006r.
Strona 5 z 9
4. Rozruch technologiczny oczyszczalni ścieków
Harmonogram wykonania robót modernizacyjnych zakładał w pierwszej kolejności
wykonanie robót budowlanych, montażowych i rozruch technologiczny reaktorów C-Tech,
przy równoczesnej dalszej modernizacji komór osadu czynnego KOCz. Rozruch nitki
technologicznej C-Tech rozpoczął się w VII 2005r i trwał do X 2005r, natomiast ciągu komór
osadu czynnego rozpoczął się w IX 2005 i trwał do XII 2005r. Od I 2006r. do chwili obecnej
realizowane jest pełne mechaniczno - biologiczne oczyszczanie dopływających ścieków.
W okresie trwania rozruchu technologicznego oczyszczalnię ścieków obowiązywało
pozwolenie wodno - prawne z dnia 06.05.2005r na wprowadzanie ścieków oczyszczonych do
rzeki Gostyni o następujących wymaganiach:
BZT
5
45,0 min % redukcji
ChZT
37,5 min % redukcji
Zawiesina ogólna
45,0 min % redukcji
Azot ogólny
42,5 min % redukcji
Fosfor ogólny
45,0 min % redukcji
4.1. Rozruch technologiczny reaktorów C-Tech
Rozruch technologiczny reaktorów C-Tech składał się z trzech etapów, tj.: rozruchu
mechanicznego, hydraulicznego i biologicznego. Proces adaptacyjno - hodowlany rozpoczęto
od zaszczepienia mieszaniną osadu czynnego reaktorów C-Tech, a następnie kontynuowano
jego hodowlę, aż do wymaganego stężenia osadu czynnego w reaktorach. Obserwowano
sukcesywny przyrost osadu czynnego w reaktorach, koniecznego do odprowadzenia z układu
jako osad nadmierny. Dla uzyskania wymaganego stężenia fosforu ogólnego w ściekach
oczyszczonych konieczne było dozowanie koagulantu żelazowego w ilości ca. 10,0 l/h.
Tabela 2. Jakość ścieków oczyszczonych w trakcie rozruchu reaktorów C-Tech
Strona 6 z 9
4.2. Rozruch technologiczny komór osadu czynnego KOCz
Rozruch technologiczny KOCz składał się również z trzech etapów, tj. rozruchu
mechanicznego, hydraulicznego i biologicznego. W pierwszej fazie rozruchu biologicznego,
proces adaptacyjno - hodowlany rozpoczęto w jednej komorze osadu czynnego przez
zaszczepienie osadem nitryfikująco - denitryfikującym z reaktorów C-Tech. Po uzyskaniu
wymaganej jakości ścieków oczyszczonych proces rozruchu rozpoczęto na drugiej komorze.
Wymaganą jakość ścieków oczyszczonych z komór osadu czynnego uzyskano w grudniu
2005r. Redukcja fosforu w komorach osadu czynnego zachodzi tylko na drodze biologicznej.
Tabela 3. Jakość ścieków oczyszczonych w trakcie rozruchu komór osadu czynnego
4.3. Wnioski z okresu rozruchu technologicznego
Rozruch dwóch, niezależnych ciągów technologicznych eksploatowanych na oczyszczalni
ścieków Tychy - Urbanowice przebiegał bez większych problemów technicznych
Strona 7 z 9
i technologicznych. Uzyskana jakość ścieków oczyszczonych świadczy o wysokim stopniu
redukcji zanieczyszczeń w ściekach. Redukcja związków węgla wyrażonych w postaci ChZT
i BZT
5
w przypadku obu technologii, tj. reaktorów porcjowych SBR oraz komór
biologicznych przepływowych KOCz, kształtuje się na poziomie wynoszącym odpowiednio
90% dla ChZT i 98,2% dla BZT
5
. Wyniki zawiesiny ogólnej potwierdzają wysoką
skuteczność i efektywność zastosowanego, o specjalnej konstrukcji, dekantera do
odprowadzania ścieków oczyszczonych z reaktorów C-Tech. Nawet nieznaczne zwiększenie
obciążenia hydraulicznego osadnika wtórnego może powodować wynoszenie osadu czynnego
przez przelewy i wtórne zanieczyszczenie ścieku oczyszczonego. Uzyskana redukcja azotu
ogólnego na poziomie 86,5% dla reaktorów C-Tech i 79,2% dla KOCz zdecydowanie
pokazuje w tym przypadku wyższą skuteczność procesu denitryfikacji w reaktorach SBR.
Usuwanie związków fosforu w przypadku KOCz zachodzi tylko i wyłącznie na drodze
biologicznej (istnieje także możliwość dozowania soli żelaza), podczas gdy w reaktorach C-
Tech proces defosfatacji musi być wspomagany chemicznym strącaniem.
5. Wstępna eksploatacja oczyszczalni ścieków Tychy Urbanowice
Po poprawnie przeprowadzonym rozruchu technologicznym i uzyskaniu efektu
ekologicznego oraz spełnieniu warunków, jakim muszą odpowiadać ścieki oczyszczone
wprowadzane do wód, oczyszczalnia ścieków uzyskała w dniu 27.12.2005r. pozwolenie
wodnoprawne na okres 10 lat nakładające na oczyszczalnię obowiązek oczyszczania ścieków
do następujących wartości:
ChZT
125 mg/dm
3
BZT
5
15 mg/dm
3
Zawiesina ogólna
35 mg/dm
3
Azot ogólny
10 mg/dm
3
Fosfor ogólny
1 mg/dm
3
Tabela 4. Jakość ścieków oczyszczonych w okresie III V 2006r.
Jakość ścieków oczyszczonych odpływających z oczyszczalni ścieków spełnia wymagania
określone w polskim prawie. Ścieki oczyszczone odprowadzane są do odbiornika jednym
wspólnym kanałem odpływowym, w którym mieszają się ścieki z KOCz i C-Tech. Następuje
również uśrednienie stężeń ścieków odpływających.
Strona 8 z 9
6. Zestawienie kosztów inwestycyjnych i wskaźników energochłonności
Jednym z głównych celów modernizacji części biologicznej było wykorzystanie kubatur
istniejących zbiorników i zmiana ich funkcji na wysokoefektywne reaktory biologiczne.
Powodem były trudne warunki hydrogeologiczne terenów przyległych do oczyszczalni,
tj. wysoki stan wód gruntowych, torfowiska. Rozbudowa oczyszczalni ścieków Tychy -
Urbanowice o ciąg technologiczny C-Tech wymagała wprowadzenia następujących zmian
w stosunku do stanu istniejącego:
Zmianę funkcji istniejących basenów fermentacyjnych na reaktory C-Tech,
Zmianę funkcji istniejącego budynku na stację dmuchaw dla reaktorów C-Tech,
Wybudowanie pompowni C-Tech, selektora oraz komory pomiarowej ścieków.
Modernizacja ciągu biologicznego KOCz polegała na:
Zmianie funkcji komór napowietrzania na komory osadu czynnego KOCz
z wydzielonymi strefami biologicznymi komory,
Wymianie wyposażenia technologicznego w osadnikach wtórnych,
Wymianie dmuchaw dla komór KOCz,
Wymianie pomp osadu recyrkulowanego i nadmiernego,
Wybudowaniu komory pomiarowej osadu recyrkulowanego.
Dla całości zadania zabudowano aparaturę kontrolno - pomiarową z przesyłaniem wyników
pomiarów do centralnej dyspozytorni.
Zestawienie kosztów inwestycyjnych
Zestawienie wskaźników energochłonności technologii C-Tech i KOCz
Strona 9 z 9
W wyniku przeprowadzonej modernizacji uzyskano oprócz poprawy jakości ścieków
oczyszczonych także niską energochłonność procesów, która w przypadku obu technologii
jest porównywalna.
7. Podsumowanie
Jednym z głównych celów modernizacji było zastosowanie takich technologii oczyszczania
ścieków, które pozwolą na wykorzystanie istniejących kubatur zbiorników. Jednocześnie
wykonanie modernizacji miało zagwarantować spełnienie warunków, jakim muszą
odpowiadać ścieki oczyszczone wprowadzane do wód, zarówno dla aktualnej ilości
dopływających ścieków jak i okresu perspektywicznego. Biorąc pod uwagę czynniki
technologiczne, inwestycyjne i eksploatacyjne zdecydowano się na wybór przepływowych
komór osadu czynnego oraz reaktorów porcjowych SBR wg austriackiej technologii C-Tech.
Wyniki uzyskane podczas rozruchu oraz wstępnej eksploatacji świadczą o wysokim stopniu
redukcji zanieczyszczeń. Eksploatowana oczyszczalnia ścieków spełniała i realizuje ciągle
wymagania nałożone na nią posiadanymi pozwoleniami wodno - prawnymi.
Duża elastyczność prowadzenia procesów technologicznych pozwala na oczyszczanie
ścieków w stopniu wymaganym prawem, nawet w sytuacjach występujących w ściekach
surowych pików przepływów i ładunków. Ponadto, ciągła optymalizacja pracy oczyszczalni
ścieków obniża koszty eksploatacyjne. Obie eksploatowane technologie charakteryzują się
niskimi wskaźnikami energochłonności procesu.
Dalsza eksploatacja biologicznych ciągów technologicznych na oczyszczalni ścieków Tychy
Urbanowice pozwoli, oprócz realizacji oczyszczania ścieków, na pełną analizę porównawczą
zdecydowanie dwóch różnych technologii osadu czynnego.