METODY OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW NA WYBRANYM PRZYKŁADZIE

Ścieki docierające do oczyszczalni w zależności od pochodzenia dzielimy na:

• Bytowo- gospodarcze – pochodzące z domów mieszkalnych, budynków użyteczności publiczne, budynków gospodarczych, zakładów pracy itp. Ścieki takie zawierają dużą ilość zawiesiny oraz związków organicznych i nieorganicznych, mogą znajdować się także wirusy i bakteria chorobotwórcze oraz jaja pasożytów.

• Przemysłowe – wytworzone w procesach produkcyjnych z różnych gałęzi przemysłu.

• Opadowe- powstające z topnienia śniegu, spływów wody opadowej. Zawierają różnego rodzaju zanieczyszczenia np. aerozole, surowce, półprodukty oraz odpady przemysłowe z zakładów przemysłowych, środki służące usuwaniu gołoledzi.

Zanieczyszczenia występujące w ściekach – możemy wyróżnić tu 4 grupy zanieczyszczeń:

• Zanieczyszczenia fizyczne- można je rozpoznać za pomocą wzroku i węchu

• Zanieczyszczenia chemiczne- tworzone przez związki organiczne i nieorganiczne np. rozpuszczone substancje organiczne, rozpuszczone substancje mineralne .

• Zanieczyszczenia organiczne- w celu ustalenia rodzaju tych zanieczyszczeń stosowane są oznacza się : zapotrzebowanie na tlen, chemiczne zapotrzebowanie na tlen oraz ogólny węgiel organiczny.

• Zanieczyszczenia biologiczne- obejmują ogromne ilości drobnoustrojó, wirusy, bakterie i grzyby.

Sposoby oczyszczania ścieków.

Pierwszym etapem oczyszczania ścieków jest oczyszczanie mechaniczne. Proces mechanicznego oczyszczania ścieków opiera się na cedzeniu. Cedzenie odbywa się na kratach i sitach.

KRATY- usuwają ze ścieków zanieczyszczenia w postaci stałej o dużych wymiarach. Konstrukcję stanowią rzędy prętów metalowych ustawionych w poprzek kanału. Odległość między prętami nazywany jest prześwitem. Decyduje on o wielkości zatrzymywanych zanieczyszczeń.

Kraty można podzielić na:

• Gęste – prześwit 10-15mm

• Średnie- prześwit 20-30mm

• Rzadkie- prześwit > 40 mm

Można także dokonać podziału na pręty ruchome i stałe a pod względem oczyszczania na mechaniczne lub ręczne.

SITA- urządzenia pozwalające zatrzymywać zawiesinę o wymiarach cząstek powyżej 5 mm. Rozróżniamy sita oczyszczane mechanicznie i poprzez spłukiwanie

ROZDRABNIARKI- urządzenia służące do rozdrabniania zawartych w ściekach stałych większych zanieczyszczeń. Dzielone są na dwie zasadnicze grupy: zatopione i niezatopione.

PIASKOWNIKI- służąco usuwania ze ścieków zawiesin mineralnych przy wykorzystaniu procesów sedymentacji. Piaskowniki są urządzeniami przepływowymi, w których panuje ruch burzliwy. Wyróżniamy rodzaje piaskowników:

• O przepływie poziomym

• O przepływie pionowym

• O ruchu okrężnym cieczy

• Przedmuchiwane

ODTŁUSZCZACZE – wykorzystują zjawisko zwane flotacją, czyli usuwania ze ścieków zawiesiny cięższej od wody. Stosuje się je do oczyszczania ścieków miejskich w których znajdują się tłuszcze oleje i inne substancje organiczne.

Stosowane są dwa rodzaje odtłuszczaczy: z napowietrzaniem i bez napowietrzania.

OSADNIKI WSTĘPNE- mają za zadanie zatrzymanie zawiesin mineralnych, usunięcie olejów i tłuszczów oraz usunięcie nadmiernego osadu czynnego. Osadniki wstępne stosuje się zawsze przed złożami biologicznymi celem obniżenia biochemicznego zapotrzebowania na tlen (BZT).

Dokonano podziałów osadników na:

• Osadniki konwencjonalne

  • Poziome podłużne

  • Poziome radialne

• Osadniki wielostrumieniowe

OCZYSZCZANIE BIOLOGICZNE

Metody biologicznego oczyszczania wiążą się z funkcjonowaniem do tego biocenozy. Zanieczyszczenia służą mikroorganizmom jako pokarm i budulec komórek. Dzięki mikroorganizmom następuje rozkład, utlenianie i zmniejszenie zanieczyszczeń.

Istotą w tym procesie oczyszczania są procesy tlenowe, biochemiczne oraz sedymentacji wytworzonej biomasy za pośrednictwem bakterii rozkładających zanieczyszczenia organiczne i związki fosforu oraz azotu.

W wyniku tych procesów w ściekach dochodzi do:

• Syntezy biomasy

• Rozkładu zanieczyszczeń organicznych

• Nitryfikacji ( utlenianie azotu amonowego do azotanów w warunkach tlenowych)

• Usuwanie azotu w wyniku denitryfikacji

• Podwyższenie usuwania fosforu poprzez jego zwiększone przyswajanie w biomasie.

METODY OSADU CZYNNEGO

Osad czynny używany do oczyszczania ścieków jest jedną ze sztucznych metod pozbywania się zanieczyszczeń za ścieków. Osad czynny interpretuje się jako kłaczkowate zawiesiny składające się z galaretowatej zooglei, w której żyją bakterie i pierwotniaki. Skład biologiczny zawiesiny jest zależny od czynników biotycznych i abiotycznych z których należy wymienić:

• Stężenie BZT₅ ścieków oczyszczonych

• Prawdopodobny czas przebywania osadu czynnego w komorach napowietrzania i osadnikach wtórnych.

• Warunki tlenowe i ich zmienność w czasie przepływu ścieków przez reaktor

• Stosunek C/N

• Stosunek substratów pokarmowych zawartych w ściekach do biomasy osadu czynnego.

Organiczna część osadu czynnego stanowi 67-70%, natomiast nieorganiczna 30-33%.

Skład mikroflory osadu czynnego nie jest jednorodny i zależy od rodzaju ścieków. Biocenoza składa się z następujących grup bakterii:

• Bakterie nitryfikacyjne ( Nitrosomonas, Nitrobacter)

• Bakterie akumulujące polifosforany (Aeromonas, Pseudomonas)

• Bakterie redukujące związki siarki (Desulfovibrio, Desulfobacter)

• Bakterie utleniające związki siarki (Thiobacillus, Thioploca)

• Bakterie heterotroficzne (Moraxella, Flavobacterium)

• Bakteria zdolne do przeprowadzania procesu fermentacji (Aeromonas, Alcaligens)

• Bakterie denitryfikacyjne (Pseudomonas, Arthobacter)

Powyższe bakterie stanowią 90% ogólnej zawartości mikroorganizmów osadu, pozostałe 5% to wiciowce, wrotki, wicienie, drapieżniki i korzenionóżki.

Proces pozbywania się zanieczyszczeń z zastosowaniem osadu czynnego zachodzi w dwóch fazach. Faza pierwsza polega na adsorpcji zanieczyszczeń przez osad czynny ze ścieków doprowadzanych do komór napowietrzania. Efekt oczyszczania w tej fazie przy pełnym biologicznym oczyszczeniu wyraża się redukcją BZT₅ wynoszącą około 80-90%.

Druga faza zachodzi wolniej i związana jest z asymilacją i utlenianiem zaadsorbowanych zanieczyszczeń przez osad czynny.

Jako zaletę stosowania osadu czynnego do czyszczenia ścieków zaliczyć trzeba dużą skuteczność oczyszczania np. BZT₅ i zawiesiny do 95%, bakteria chorobotwórcze do 98%.

Prawidłową eksploatację oczyszczalni ścieków, pracujących metodą osadu czynnego wymaga wszechstronnej analitycznej kontroli procesu. Niezbędnym elementem są badania mikroskopowe biocenozy osadu czynnego. Obserwując skład biocenozy można ocenić warunki środowiskowe w bioreaktorze, efekty pracy oczyszczalni i dokonać identyfikacji problemów eksploatacyjnych oraz źródeł ich powstania. Jedynie połączenie wyników obserwacji mikroskopowych osadu czynnego z fizyko- chemicznymi danymi procesów zachodzących przy oczyszczaniu ścieków. Wyczerpuje informację na temat funkcjonowania oczyszczalni i stanowi prawidłową postawę do obliczeń technologicznych .

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 1000 RLM.

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.

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 ale nie zostały one wprowadzone do powszechnego użycia.

Złoża biologiczne współpracują z osadnikami

• wstępnym – najczęściej gnilnym

• wtórnym – dla oddzielenia osadu nadmiernego ze ścieków.

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

OCZYSZCZANIE CHEMICZNE- strącanie

Chemiczne strącanie polega na przekształceniu rozproszonych form fosforu w związki nierozpuszczalne, które będą usunięte na drodze sedymentacji w osadnikach. W tym celu do ścieków dawkuje się reagenty-koagulanty (siarczan żelazawy lub żelazowy, chlorek żelazowy, siarczan glinu, wapno) powodując koagulację. Wybór reagenta zależy od pH oczyszczanych ścieków.

Oprócz strącania najczęściej wykorzystywaną metodą w chemicznym oczyszczaniu ścieków jest neutralizacja, utlenianie i redukcja chemiczna.

Celem nadrzędnym oczyszczania chemicznego jest redukcja fosforu metodyte są często nazywane „chemicznym usuwaniem fosforu”.

Wyróżniamy 3 metody chemicznego oczyszczania (strącania):

• Wstępne

• Symultaniczne

• Końcowe

Strącanie wstępne polega na dawkowaniu reagentów do ścieków surowych, najczęściej piaskownika, koryta lub dopływu do osadnika wstępnego. Strącony fosfor jest usuwany z osadem wstępnym. Osiąga się wtedy zmniejszenie BZT₅ do 75%, zawiesin ogólnych do 90%,fosforu ogólnego do 90% i azotu ogólnego do 25%

Strącanie symultaniczne roztwór koagulantu dawkowany jest bezpośrednio do reaktora biologicznego lub przed nim. W wyniku tego fosfor jest strącany chemicznie w czasie oczyszczania ścieków. Jednocześnie zachodzi proces flokulacji, powstające osady chemiczne i biologiczne są oddzielane w procesie sedymentacji w osadniku wtórnym. Przy uzyskaniu tego typu strącania uzyskuje się stężenie fosforu na poziomie 1gr/m³

Strącanie końcowe polega na tym, że fosfor oddzielany jest od ścieków biologicznie oczyszczonych w wydzielonym procesie koagulacji objętościowej, która obejmuje operacje szybkiego mieszania, flokulacji i sedymentacji jako operacje wydzielone. Osad chemiczny powstający w wyniku omawianego typu strącania jest najczęściej poddawany stabilizacji beztlenowej. W wyniku zastosowania procesu strącania końcowego możliwe jest uzyskanie w oczyszczonych ściekach miejskich stężenia fosforu na poziomie nie niższym niż 0,5 g/m³.

Chemiczne strącanie oczyszcza ścieki w pośredni sposób między oczyszczaniem mechanicznym a pełnym biologicznym.

Wyżej opisane metody chemicznego oczyszczania ścieków znalazły zastosowanie w lokalnych podoczyszczalniach ścieków przemysłowych, przed ich odprowadzeniem do instalacji zbiorczej i mają na celu ochronę urządzeń kanalizacyjnych lub niedopuszczenie do zaburzeń procesów biologicznego oczyszczania. Szczególnie jednak model strącania chemicznego nadaje się do oczyszczania ścieków z miast przemysłowych w których oczyszczanie biologiczne jako wrażliwe może zawodzić.