CHARAKTERYSTYKA OSADU CZYNNEGO ŚCIEKÓW I OSADÓW ŚCIEKOWYCH.

Autor: Anita Walasek, L09; gr.105

Bibliografia: - A. Pajdak- Stós, K. Wiąckowski „Osad czynny”, -M . Borowski „Podstawy biologii sanitarnej” Zanieczyszczenie wód rozumiane jest jako niekorzystne zmiany właściwości fizycznych, chemicznych i bakteriologicznych wody spowodowanym wprowadzanym w nadmiarze substancji nieorganicznych, organicznych, radioaktywnych czy też ciepła, które ograniczają lub uniemożliwiają wykorzystanie wody do picia i celów gospodarczych. Wyróżniamy zanieczyszczenia naturalne(pochodzące z domieszek zawartych w wodach powierzchniowych i podziemnych) oraz sztuczne czyli inaczej antropogeniczne, związane z działalnością człowieka, pochodzące głównie ze ścieków, a także z powierzchniowych i gruntowych spływów z terenów rolniczych i przemysłowych. Często dzieje się tak że ilość szkodliwych zanieczyszczeń w ściekach czy to bytowo-gospodarczych czy też przemysłowych jest zbyt duża żeby można było pozwolić sobie na bezpośrednie odprowadzanie ich do zbiorników wodnych ponieważ wpłynęło by to negatywnie na środowisko- doprowadziło by do skażenie środowiska wodnego(rzeki, jeziora czy innego zbiornika wodnego)co z kolei pociągnie za sobą następstwa w postaci pojawiania się martwych stref na obszarze skażonym. By zapobiec takim sytuacją konieczne jest usuwanie zanieczyszczeń na skalę przemysłową w specjalnie do tego przeznaczonych miejscach, czyli w oczyszczalniach ścieków. Ścieki takie by zostały przetworzone i były zdolne do jakiegoś wykorzystania muszą przejść różnego rodzaju procesy fizykochemiczne oraz biologiczne, cały ten proces jest kilku etapowy. Pierwszy etap polega na mechanicznym usuwaniu ze ścieków ciał stałych o stosunkowo dużych, makroskopowych rozmiarach oraz nierozpuszczalnych w wodzie, mikroskopijnych cząstek stałych utrzymujących się w postaci zawiesiny. Tutaj znajdują zastosowanie takie urządzenia jak: kraty i sita, rozdrabniarki, piaskowniki oraz osadniki, a w niektórych przypadkach odolejacze i odtłuszczacze, aparaty flotacyjne, sepatory i filtry. Często jest również tak że jest to proces fizyczno-chemiczny, procesy chemiczne prowadzą do: neutralizacji ścieków, usunięcia substancji silnie toksycznych i trudno opadających zawiesin, wytrącaniu substancji koloidalnych w procesach koagulacji lub flokulacji. Tak przygotowane ścieki przechodzą drugi z etapów oczyszczania- jest to oczyszczanie biologiczne. W czasie owego oczyszczania zachodzi biodegradacja, rozkład rozpuszczalnych w wodzie substancji organicznych. Oczyszczanie to polega na aktywności biochemicznej drobnoustrojów. Użyć tu możemy albo błony biologicznej albo osadu czynnego. Ja skupie się na oczyszczaniu osadem czynnym. Na wstępie kilka słów czy nawet zdań co to w ogóle osad czynny. Osad czynny to żywa kłaczkowata zawiesina, czyli zespół mikroorganizmów, złożony z bakterii, grzybów mikroskopowych i pierwotniaków. Mikroflora osadu rozkłada związki organiczne wstępujące w ściekach na substancje proste zaś mikrofauna odżywiająca się grzybami i bakteriami reguluje ich ilość. Osad czynny ma strukturę luźną, gąbczastą złożoną z drobnych, kłaczkowatych różnokształtnych tworów. Dobrze wykształcone kłaczki osadu czynnego mają wielkość 50-300 um. Jeżeli średnica kłaczków zawiera się poniżej normy to sedymentacja kłaczków w osadnikach wtórnych i klarowanie odpływu zachodzi bardzo opornie. Problemy stwarzają również za duże rozmiary kłaczków.

Osad składa się z kłaczków, a co to są kłaczki?

Znaczną objętość kłaczka zajmuje śluzowata, silnie uwodniona masa zooglealna(zawiera 98,5% wody i 1,5% suchej pozostałości). W niej rozpuszczone są nierównomiernie żywe komórki drobnoustrojów biorące udział w procesie biodegradacji zanieczyszczeń, a przede wszystkim komórki bakterii i pierwotniaków. W skład masy zooglealnej kłaczków wchodzą również substancje nieorganiczne(30-33%). W śród związków nieorganicznych spotykamy tu: drobne cząsteczki o strukturze gliniastej, stanowiące mieszaninę ditlenku krzemu, tritlenków glinu i żelaza oraz fosforanów wapniowych. Główny składnikami organicznymi masy zooglealnej są długie łańcuchy polisacharydowe, zbudowane z cząsteczek cukrów prostych(najczęściej aminocukrów). Ogólny skład chemiczny kłaczków osadu czynnego najlepiej charakteryzuje stosunek zawartości węgla organicznego, azotu i fosforu(stosunek C:N:P). Dla dobrze wykształconych kłaczków osadu czynnego pobranych z prawidłowo eksploatowanych komór napowietrzania stosunek ten wynosi 5:1:0,15 Biocenoza osadu czynnego. Zdecydowanie najważniejszymi składnikami osadu czynnego są bakterie heterotroficzne, dla których substancje ściekowe stanowią pożywkę. Poszczególne gatunki bakterii różnią się możliwością korzystania z konkretnych substratów lub wykazują różne preferencje w tym zakresie. Wielkie, trudno rozkładalne cząsteczki są dostępne tylko dla niektórych gatunków lub kategorii dysponujących odpowiednimi enzymami. Ścieki bytowe zawierają dużą liczbę przeróżnych substancji organicznych toteż w osadzie czynnym możemy spodziewać się dużej różnorodności gatunkowej bakterii. Podstawową rolę odgrywają tu bakterie odpowiadające za proces flokulacji, to dzięki nim powstają kłaczki osadu, które to z kolei mogą być siedliskiem dla innych organizmów. Spotkać tu również możemy: chemolitotroficzne bakterie siarkowe, przekształcające silnie toksyczny sulfan w siarczany(VI) oraz bakterie nitryfikacyjne utleniające azan i jony amonowe do azotanów(V). Drugim bardzo ważnym składnikiem biotycznym osadu czynnego są pierwotniaki, a w śród nich tzw. „pełzające” orzęski z rodzaju Aspidisca oraz orzęski osiadłe z rodzaju Vorticella, Carchesium i Opercularia , spotykamy tu również heterotroficzne wiciowce, ameby. Dzięki swojej różnorodności i ruchliwości są grupą najbardziej rzucającą się w oczy. Co robią w osadzie? Przede wszystkim żywią się bakteriami czym stymulują ich ilość, w sposób pośredni stymulują prowadzony przez bakterie zooglealne proces flokulacji, ci obecność o osadzie wyraźnie polepsza właściwości sedymetacyjne kłaczków. Oprócz bakterii i pierwotniaków w prawidłowo eksploatowanym osadzie czynnym występują także wrotki i nicienie i inne zwierzęta wyższe. Zarówno wrotki jak i nicienie, mogą odżywiać się kłaczkami osadu. Obecność tego rodzaju robaków , a w szczególności wrotków, może być nawet korzystna. Mikroskopijne grzyby mają większe znaczenie tylko w szczególnych rodzajach ścieków o niskim pH. Glony nie mają możliwości rozwoju w osadzie czynnym ze względu na brak światła, które nie wnika w głąb reaktora z powodu dużej mętności. Skład jakościowy i ilościowy organizmów obecnych w kłaczkach osadu czynnego może ulegać daleko idącym zmianom i zależy od wielu czynników , tj.: -charakter substancji organicznych stanowiących główne zanieczyszczenie w ściekach poddawanych oczyszczaniu, -stężenie substancji organicznych w ściekach doprowadzanych do komory napowietrzania, czyli obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń, -dostępność związków azotu i fosforu w ściekach oraz wzajemny stosunek zawartości węgla organicznego do zawartości azotu i fosforu w ściekach, czyli stosunek C:N:P,-stopień natlenienia kłaczków w komorze napowietrzania, -wartość potencjału oksydoredukcyjnego substancji organicznych w doprowadzanych ściekach , -temperatura i pH ścieków, - obecność w ściekach substancji toksycznych.

Oczyszczanie ścieków osadem czynnym jest uważane za bardzo wydajną i szeroko rozpowszechnioną metodą biologicznego oczyszczania ścieków. Proces ten przebiega następująco: ścieki, które przeszły oczyszczanie mechaniczne i zostały pozbawione nawet tych najdrobniejszych cząstek stałych w osadniku wstępnym przekierowywane są do komór napowietrzania, to tutaj właśnie znajduje się osad czynny. Dochodzi do kontaktu cząstek zanieczyszczeń z kłaczkami osadu czynnego czego skutkiem jest biodegradacja substancji organicznych i mineralizacji. Czas zalegania ścieków w komorze napowietrzania waha się w granicach od 4 do 10 godzin, następnie zawartość komory kierowana jest do osadnika wtórnego. Tu z kolei dochodzi do klarowania innym słowy mówiąc do oddzielania oczyszczonych ścieków od kłaczków osadu, które wędrują na dno. Następnie ścieki wędrują albo bezpośrednio do odbiornika albo przechodzą dalsze oczyszczanie , które polega na usunięciu substancji biogennych – tzw. Trzeci stopień oczyszczania. Jako że osad nie jest „czymś jednorazowym” toteż część jego jest zwracana do komory napowietrzania gdzie może zostać ponownie użyty. W czasie pracy osadu czynnego w komorze napowietrzania, równolegle z procesem mineralizacji zanieczyszczeń organicznych przebiega proces biosyntezy substancji komórkowych czego wynikiem jest przyrost masy drobnoustrojów tworzących osad czynny. Gdy przyrost ten jest zbyt intensywny część osadu zalegającego w osadniku wtórnym odrzuca się, najczęściej poprzez przepompowanie go do komory fermentacyjnej gdzie na równi z osadem z osadnika wstępnego poddawany jest obróbce. By proces oczyszczania przebiegał sprawnie musi być spełnione kilka warunków, a mianowicie: - temperatura 20-30 stopni C, -pH 7-7,5, -stężenie rozpuszczonego tlenu 1-4mg tlenu/dm3, -zawartość aktywnej biomasy w komorze napowietrzania 1,5-6g suchej masy/ dm3, -łączna powierzchnia kłaczków 20-100 m2/m3 objętości komory napowietrzania, -obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń 0,05-0,2hg BZT5/kg suchej masy w komorach niskoobciążonych, -0,4-1,5kg BZT5/kg suchaj masy w komorach wysokoobciążonych. Oczyszczaniu ścieków towarzyszy powstawanie różnego rodzaju osadów ściekowych. Ich ilość i skład fizyczno-chemiczny oraz biologiczny są różne i zależą od ilości i poziomu zanieczyszczenia oczyszczanej wody., stopnia usunięcia z niej zanieczyszczeń oraz rodzaju i dawki stosowanych chemikaliów. Przy ciągłym odprowadzaniu osadów z osadników ich ilości są znaczne, natomiast przy usuwaniu okresowym ich objętość jest nieznacznie większa od pojemności osadnika. Osady należą do odpadów nieorganicznych i są mieszaniną usuniętych z wody zanieczyszczeń i dodanych do niej chemikaliów. Mały udział substancji organicznych przeciwdziała zagniwaniu osadu. Poziom skażenia biologicznego tych odpadów zależy głównie od skażenia biologicznego(bakterie, wirusy, pasożyty, glony)oczyszczanej wody. Osady powstające podczas oczyszczania wód powierzchniowych są znacznie bardziej skażone bakteriologicznie niż osady pochodzące z oczyszczania wód podziemnych. W pierwszych stwierdza się dużą ilość bakterii, wirusów i cyst. Główne właściwości osadów to: -wysokie uwodnienie (ponad 99% dla osadów surowych, 55-80% dla osadów odwodnionych, poniżej 10% po termicznym suszeniu). -wysoka zawartość związków organicznych (około 75-85 % suchej masy dla osadów niestabilizowanych, 45-55% dla osadów ustabilizowanych). -wysoka zawartość związków azotu (2-7% s.m.), niższa związków fosforu i potasu. -zróżnicowana zawartość metali ciężkich (największa w przypadku oczyszczalni ścieków zlokalizowanych w silnie uprzemysłowionych miastach). -zróżnicowany stopień zagrożenia sanitarnego – największy dla osadów surowych wstępnych, najmniejszy dla osadów ustabilizowanych i z higienizowanych . Wśród wykrywanych w osadach ściekowych organizmów patogennych występują bakterie chorobotwórcze (pałeczka duru brzusznego, czerwonki, tężca, gruźlicy), grzyby (np. grzyby pleśniowe i dermofity), wirusy, pierwotniaki oraz jaja pasożytów (Ascaris – glista ludzka, Toxocara – glista psia lub kocia, Trichuris – włosogłówka). Zawartość składników nawozowych, takich jak azot, fosfor i wapń w osadzie jest 1,5 razy większa niż w dobrej jakości oborniku. Niższy natomiast jest poziom potasu i magnezu.

-niektóre osady przemysłowe pochodzące z zakładowych oczyszczalni ścieków, szczególnie z przemysłu spożywczego oraz celulozowego, skórzanego i ceramicznego, mogą być poddawane odzyskowi metoda R10(rozprowadzanie na powierzchni ziemi w celu nawożenia lub ulepszenia gleby), jeśli spełniają m.in. wymagania jak dla komunalnych osadów ściekowych określone w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 1 sierpnia 2002 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych (Dz. U. Nr 134, poz. 1140 i zm. Dz. U. Nr 155/2002, poz. 1299). Warunki odzysku określa rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 14 listopada 2007 r. w sprawie procesu odzysku R10 (Dz. U. Nr 228, poz. 1685). Zarówno ścieki jak i osady ściekowe muszą być właściwie unieszkodliwione, a następnie zagospodarowane.