Oczyszczanie ścieków: Procesy i technologie
- Szczegóły
Oczyszczanie ścieków to złożony proces inżynieryjny, którego celem jest usunięcie zanieczyszczeń ze ścieków, zanim trafią z powrotem do środowiska. Proces ten rozpoczyna się od wstępnego oczyszczania i obejmuje procesy mechaniczne oraz fizyczne, tj.: cedzenie, sedymentację i flotację.
Większość gospodarstw domowych oraz jednostek przemysłowych generuje ścieki na co dzień. Ścieki komunalne powiązane są z użytkowaniem wody i innych cieczy w domach, mieszkaniach, budynkach użyteczności publicznej czy w budynkach gospodarczych w gospodarstwach rolnych. Z kolei powstawanie ścieków przemysłowych wiąże się zwykle z produkcyjną i usługową działalnością zakładów i jest pochodną zachodzących w tych zakładach procesów technologicznych. Nie można zapominać jeszcze o trzeciej kategorii ścieków, czyli tych związanych z opadami atmosferycznymi i roztopami - tego rodzaju ścieki tworzą się oczywiście w sposób naturalny. Każdy z tych rodzajów ścieków, kiedy trafia drogą kanalizacji do oczyszczalni, ma szansę na poddanie oczyszczaniu.
Mechaniczne oczyszczanie ścieków
Oczyszczanie mechaniczne ścieków jest wstępnym, pierwszym krokiem w całym procesie ich oczyszczania. Na etapie mechanicznego oczyszczania najważniejszym celem tego procesu jest usunięcie ciał stałych i zawiesin. Ciała stałe dzięki technologii mechanicznego oczyszczania ulegają odseparowaniu z cieczy (odcedzaniu). Wstępna metoda oczyszczania mechanicznego cieczy polega na przepuszczeniu jej przez system krat i sit.
Kraty
Kraty pomagają usuwać ze ścieków zawiesiny i ciała stałe o dużych rozmiarach. Bardzo często stosowane są w ciągach urządzeń technologicznych (również tych do oczyszczania ścieków), kiedy istnieje ryzyko zaczopowania przepływu. W szczelinach krat zatrzymywane są zanieczyszczenia stałe, takie jak kamienie, kawałki drewna i wiele innych. Kraty i sita odseparowują części pływające i zawieszone dzięki prześwitom - różnej wielkości oczka i szczeliny pozwalają na swobodny przepływ wolnej od zanieczyszczeń stałych cieczy, a zatrzymane na kratach i sitach zostają cząstki zanieczyszczeń, które mogą być odprowadzone do dalszej obróbki. Zanieczyszczenia zebrane na kratach nazywane są skratkami.
Kraty stanowią kluczowy element pierwszego etapu oczyszczania ścieków i są używane do usunięcia większych elementów stałych, takich jak gałęzie, śmieci czy inne duże zanieczyszczenia znajdujące się w przepływających ściekach. Istnieją różne rodzaje krat stosowanych w oczyszczalniach ścieków, różniące się swoją budową i funkcjami.
Przeczytaj także: Jak Działają Przydomowe Oczyszczalnie Ścieków?
- Ręczne kraty: Są początkowym elementem filtracji, najczęściej stosowanym w mniejszych oczyszczalniach lub na wstępie większych systemów oczyszczania. To proste urządzenie, które składa się z równoległych prętów lub kratownic umieszczonych w konstrukcji, pozwalających na zatrzymanie większych zanieczyszczeń. Jednak ich wykorzystanie jest ograniczone, ponieważ wymagają częstego czyszczenia i konserwacji.
- Mechaniczne kraty: Działają automatycznie, wykorzystując napęd do usuwania zanieczyszczeń stałych z przepływających ścieków. Posiadają mechanizm, który przesuwa lub podnosi zatrzymane zanieczyszczenia poza obszar przepływu ścieków. Są bardziej efektywne niż kraty ręczne, ponieważ wymagają mniej interwencji ludzkiej.
- Kraty rzadkie: Znane również jako kraty o większych odstępach między prętami lub kratownicami, pozwalają na przepuszczenie mniejszych cząstek stałych w porównaniu z gęstymi kratami. Są one bardziej skuteczne w usuwaniu większych zanieczyszczeń, ale nie zatrzymują drobnych cząstek, co może być zarówno zaletą, jak i wadą w procesie oczyszczania.
- Kraty gęste: Posiadają mniejsze odstępy między prętami lub kratownicami, co umożliwia zatrzymywanie większej ilości zanieczyszczeń, w tym również drobniejszych cząstek stałych. Są bardziej skuteczne w usuwaniu różnorodnych zanieczyszczeń, jednak wymagają częstszego czyszczenia ze względu na skłonność do zatykania się.
Kraty, niezależnie od rodzaju, odgrywają kluczową rolę w eliminacji większych zanieczyszczeń w początkowej fazie oczyszczania ścieków. Ich wybór zależy od potrzeb oczyszczalni, wielkości i rodzaju zanieczyszczeń, jakie występują w przetwarzanych ściekach. W połączeniu z innymi etapami oczyszczania, kraty stanowią istotny element w zapewnieniu skutecznego procesu usuwania zanieczyszczeń ze ścieków.
Piaskowniki
Piaskowniki służą do oddzielania ze ścieków żwiru, kamyków i piasku. Różne rodzaje piaskowników mogą działać w nieco odmienny sposób. Niektóre piaskowniki wykorzystują zjawisko sedymentacji, czyli opadania ciała stałego w cieczy dzięki działaniu grawitacji lub siły bezwładności. Wówczas piasek i żwir opadają na dół piaskownika, skąd mogą być usunięte. Inne piaskowniki o lejkowatym kształcie wykorzystują do oczyszczania ruchy wirowe i siłę odśrodkową do zbierania osadu. Jeszcze inne zaś posiadać mogą koryta żelbetowe, w których nadmuchiwane jest sprężone powietrze, powodujące opadanie zanieczyszczeń na dno. Niektóre piaskowniki dodatkowo wyposażone są w odtłuszczacze. To specjalne urządzenia skonstruowane specjalnie w celu usuwania takich zanieczyszczeń jak tłuszcze i oleje.
Piaskownik w oczyszczalni ścieków jest kluczowym elementem, mającym na celu usunięcie zanieczyszczeń w postaci ziaren piasku o wielkości do 0,1 mm. Zapobiega to przedostawaniu się tych ziaren do dalszych części oczyszczalni, co mogłoby prowadzić do problemów, takich jak szybkie zużycie pomp czy też twardnienie osadu w komorach fermentacyjnych.
Proces działania piaskownika polega na zmniejszeniu prędkości przepływu ścieków poprzez powiększenie przekroju poprzecznego koryta piaskownika. W wyniku tego spowolnienia cięższe od wody ziarna piasku opadają na dno. Dodatkowo, zastosowanie napowietrzania piaskownika generuje spiralny ruch, niezależny od przepływu prądu, co dodatkowo wspomaga separację piasku.
Opadający piasek jest zgarniany do komór osadowych za pomocą zgarniacza, a następnie grawitacyjnie kierowany do budynku płuczki piasku. Funkcją płuczki jest ostateczne oddzielenie piasku od cząstek organicznych. Oczyszczony piasek gromadzi się na dnie stożkowej komory, skąd jest transportowany przenośnikiem ślimakowym do kontenera, a następnie wywożony przez uprawnione firmy.
Przeczytaj także: Oczyszczanie Ścieków Opadowych - Przewodnik
Ścieki przetwarzane przez piaskownik są kierowane do komory rozdzielczej przed osadnikami wstępnymi, co pozwala na dalsze etapy oczyszczania ścieków.
Osadniki
Osadniki wykorzystywane są w kolejnym etapie oczyszczania mechanicznego, kiedy w ściekach pozbawionych piasku czy żwiru nadal pozostawać mogą zanieczyszczenia zawiesinowe, koloidalne czy tłuszcze lub organiczne zanieczyszczenia rozpuszczone w wodzie.
Po przejściu przez piaskownik ścieki trafiają do osadników. Zbudowane są z dwóch osadników radialnych. Ich główną funkcją jest oddzielenie zawiesin łatwo opadających, wykorzystując grawitację do separacji substancji.
Proces mechanicznego oczyszczania wykorzystuje właściwości grawitacyjne, gdzie substancje cięższe od wody opadają na dno, a te lżejsze unoszą się na powierzchni. Około 1/3 zanieczyszczeń opada na dno osadników, a pozostałe 2/3 to zawiesiny nieopadające i substancje rozpuszczone. Te substancje rozpuszczone są usuwane w późniejszych etapach procesu biologicznego.
Osady opadające na dnie oraz pływające części są zbierane w lejach osadników wstępnych i okresowo odprowadzane pod ciśnieniem hydrostatycznym do dwóch zagęszczaczy grawitacyjnych wyposażonych w mieszadła. Zagęszczone osady wstępne odprowadza się do przepompowni, skąd są przetłaczane do komór fermentacyjnych.
Przeczytaj także: Przydomowe oczyszczalnie ścieków Zawiercie
Cały system, włącznie z kanałami dopływowymi i komorami, został zhermetyzowany poprzez zadaszenie wykonane z laminatu, co zapobiega wydostawaniu się niepożądanych zapachów. Te zapachy są usuwane do biofiltra, gdzie przechodzą przez złoże zraszane, a następnie są emitowane do atmosfery po oczyszczeniu.
Ten kompleksowy system osadników wstępnych, wraz z odpowiednim zabezpieczeniem i procesami usuwania zapachów, jest kluczowym elementem w procesie oczyszczania ścieków, zapewniając skuteczne oddzielenie zanieczyszczeń przed dalszym przetwarzaniem biologicznym.
Mechaniczne sposoby oczyszczania
Mechaniczne sposoby na oczyszczanie ścieków polegają więc głównie na cedzeniu, rozdrabnianiu, sedymentacji czy flotacji. Dzięki odcedzaniu przy użyciu barier, takich jak kraty czy sita, wyłuskuje się większe zanieczyszczenia typu kamienie, piasek, szkło, drewno, gałęzie. Zanieczyszczenia te rozdrabnia się i przekazuje do odpowiedniej obróbki. Z kolei w wyniku sedymentacji w piaskownikach następuje rozdzielanie zawiesin od reszty ścieków - zawiesiny tworzą osad, który nie przedostaje się do dalszego etapu oczyszczania ścieków, z których pochodzi. W osadnikach i odtłuszczaczach wykorzystuje się też proces flotacji.
Biologiczne oczyszczanie ścieków
W kolejnej fazie stosuje się oczyszczanie zaawansowane, obejmujące techniki chemiczne i fizyczne, takie jak koagulacja, flokulacja oraz filtracja. Dodatkowe etapy sprawiają, że oczyszczone ścieki spełniają rygorystyczne normy jakościowe.
Kolejnym etapem jest oczyszczanie biologiczne, w którym kluczową rolę odgrywają mikroorganizmy. W specjalnych zbiornikach, zwanych reaktorami biologicznymi, bakterie i inne mikroorganizmy rozkładają związki organiczne na prostsze substancje.
Komory fermentacyjne
Komory fermentacyjne w oczyszczalni ścieków są kluczowym elementem przetwarzania osadu nadmiernego.
Fermentacja metanowa to biochemiczny proces, który zachodzi w warunkach beztlenowych. W tym procesie bakterie rozkładają wysokocząsteczkowe substancje organiczne zawarte w osadzie, wykorzystując tlenek węgla, dwutlenek węgla i wodór gazowy, co prowadzi do powstawania biogazu. Skład biogazu zależy od rodzaju biomasy użytej do fermentacji oraz od sposobu prowadzenia procesu.
Powstały gaz jest zbierany na szczycie komór fermentacyjnych i transportowany rurociągami do zbiornika biogazu, gdzie jest magazynowany. Dodatkowo, dla czasowego przechowywania przefermentowanego osadu wybudowano nowy zbiornik żelbetowy o pojemności 238 m3. Ten zbiornik pełni rolę przechowywania osadu przed podaniem go do instalacji odwadniania.
Komory fermentacyjne są kluczowym etapem w procesie przetwarzania osadu nadmiernego, umożliwiającym jego stabilizację poprzez fermentację metanową. Proces ten przekształca osad w biogaz oraz stabilizuje jego skład chemiczny.
Komory flokulacji
Floklacja, czyli tworzenie flokulacji, to istotny etap w oczyszczaniu ścieków, gdzie dodawane są substancje chemiczne, które sprzyjają zlepianiu się małych cząstek w większe struktury zwane flokami. To ułatwia dalsze procesy separacji i usuwania zanieczyszczeń z wody. Dzięki odpowiedniej konstrukcji i wyposażeniu, flokulacja może być skutecznie kontrolowana, co wpływa na efektywność oczyszczania ścieków.
Komora fluktuacyjna, znana także jako komora mieszająca lub reaktor mieszania, stanowi istotny element w procesach oczyszczania ścieków. Jej budowa i konstrukcja mają na celu zapewnienie równomiernego mieszania substancji w ściekach, co sprzyja procesom biochemicznym oraz separacji zanieczyszczeń.
Komory fluktuacyjne mogą mieć różne kształty, najczęściej spotykanym jest prostokątny lub cylindryczny. Wymiary są projektowane w taki sposób, aby zapewnić odpowiedni czas mieszania ścieków.
Ścieki doprowadzane są do komory fluktuacyjnej za pomocą kanałów dopływowych, które często umieszczone są w górnej części komory. To umożliwia równomierne wprowadzenie substancji do mieszania.
Często w komorze fluktuacyjnej znajdują się mieszadła, które mogą być mechaniczne lub pneumatyczne. Ich rola polega na zapewnieniu równomiernego i skutecznego mieszania ścieków, co sprzyja kontaktowi substancji z procesami biochemicznymi.
Niektóre komory fluktuacyjne wyposażone są w czujniki temperatury, pH lub czystości ścieków. Te elementy kontrolne pomagają w monitorowaniu i utrzymaniu odpowiednich warunków dla procesów biochemicznych.
Ostatecznie, przetworzone ścieki opuszczają komorę fluktuacyjną poprzez systemy odpływowe, które kierują je do kolejnych etapów procesu oczyszczania.
Ważnym celem komory fluktuacyjnej jest zapewnienie jednolitego mieszania substancji w ściekach, co umożliwia procesom biologicznym oraz mechanicznym efektywne oddziaływanie na zanieczyszczenia. W zależności od skali oczyszczalni oraz specyfiki procesów oczyszczania, konstrukcja komory fluktuacyjnej może być dostosowana, aby zapewnić optymalne warunki dla całego systemu oczyszczania ścieków.
Wyposażenie flokulatora jest zróżnicowane i obejmuje różne elementy, takie jak przepływomierz do kontrolowania przepływu ścieków, automatyczną zasuwę do regulacji ilości chemikaliów dodawanych do procesu, króćce służące do dozowania reagentów chemicznych oraz odpowiednie czujniki monitorujące zachodzące procesy.
Przykładowy schemat technologiczny oczyszczalni ścieków
Ścieki sanitarne doprowadzane są na teren oczyszczalni rurociągiem grawitacyjnym z lewobrzeżnej części miasta oraz tłocznym przez pompownie z prawobrzeżnej części miasta. Oprócz tego do oczyszczalni dowożone są ścieki z osadników bezodpływowych z posesji nieskanalizowanych.
Ścieki po oczyszczaniu mechanicznym na kratach są pompowane poprze pompy pompowni głównej na piaskownik poziomy. Nadmiar ścieków jest tłoczony do zbiornika retencyjnego skąd w okresach zmniejszonego przepływu odpływa do pompowni głównej.
Po odseparowaniu zawiesiny mineralnej i części zawiesiny flotującej w piaskowniku ścieki napływają grawitacyjnie do podwójnego osadnika wstępnego. Podczas sedymentacji i flotacji oddzielana jest frakcja organiczna, która przedostała się przez kraty.
Ścieki po osadnikach trafiają do komory rozdziału, predenitryfikacji, defosfatacji. Po procesie defosfatacji i predenitryfikacji ścieki są kierowane na trzy ciągi biologicznego oczyszczania składające się z komory denitryfikacji, komory fakultatywnej i komory nitryfikacyjnej każdy.
Ściek oczyszczony biologicznie odpływa grawitacyjnie do osadników wtórnych, w których zachodzi sedymentacja osadu. Ścieki oczyszczone po osadnikach wtórnych odprowadzane są do kanału odpływowego, którym przez komory pomiaru jakości i ilości przepływu odpływają do odbiornika, a niewielka część pobierana jest jako woda technologiczna.
Przeróbka osadów odbywa się w następującym ciągu technologicznym: osad wstępny odebrany z osadników wstępnych, zrzucany jest do zbiornika osadu wstępnego i nadmiernego zagęszczonego. Osad nadmierny po zagęszczeniu mechanicznym podawany jest do tego samego zbiornika osadu i mieszany z osadem wstępnym oraz flotatem z piaskownika.
Zmieszane osady oraz części pływające są podawane do zamkniętej komory fermentacyjnej. Osad przefermentowany jest gromadzony w zbiorniku (komorze) odgazowania osadu, a następnie odwadniany w stacji odwadniania (budynek odwadniania I i II). W zależności od wyników laboratoryjnych może on być higienizowany popiołami bądź suszony w suszarni słonecznej.
Ujmowany w komorze fermentacyjnej biogaz, jest odsiarczany w odsiarczalni, magazynowany w zbiorniku przeponowym, a następnie wykorzystywany w kotłowni.
Procesy technologiczne oraz działanie urządzeń oczyszczalni są kontrolowane automatycznie przy pomocy zainstalowanych urządzeń pomiarowych (tlenomierze, pomiary azotu amonowego, azotanowego, fosforu fosforanowego, pH-metry, czujniki rozdziału faz, sondy pomiaru poziomu, przepływomierze).
| Numer | Nazwa |
|---|---|
| 1 | Osadnik wtórny |
| 2 | Kraty |
| 3 | Piaskownik |
| 4 | Osadniki |
| 5 | Komory fermentacyjne |
| 6 | Komora flokulacji |
| 7 | Wirówka dekantacyjna |
| 8 | Odtłuszczacz |
| 9 | Pompownia pulpy |
| 10 | Pompownia II stopnia |
| 11 | Zbiornik wodny |
| 12 | Filtr taśmowy |
| 13 | Odtłuszczacz |
| 14 | Kompresownia |
| 15 | Neutralizator |
| 16 | Chlorownia |
| 17 | Komora reakcji |
| 18 | Filtry pośpieszne grawitacyjne otwarte |
| 19 | Trafostacja |
| 20 | Mieszacze |
tags: #cedzenie #oczyszczalnia #ścieków #proces
