Grawitacyjna Oczyszczalnia Ścieków: Zasada Działania i Schemat
- Szczegóły
Oczyszczalnie ścieków wykorzystują różnorodne procesy i technologie do usuwania zanieczyszczeń ze ścieków komunalnych i przemysłowych. Jednym z podstawowych etapów jest oczyszczanie mechaniczne, często wykorzystujące siły grawitacji do oddzielania substancji stałych od cieczy.
Osadnik Gnilny: Pierwszy Etap Oczyszczania Grawitacyjnego
Ścieki dostarczane są przyłączem kanalizacyjnym do przepływowego osadnika gnilnego, gdzie następuje pierwszy (beztlenowy) etap ich oczyszczania. Jest to oczyszczanie mechaniczne wykorzystujące grawitacyjne przemieszczanie się substancji nierozpuszczalnych w toni ścieków zgromadzonych w komorze. Substancje cięższe od wody opadają na dno komory (sedymentacja), a lżejsze unoszą się na powierzchni cieczy (flotacja) tworząc kożuch.
Znajdująca się pomiędzy kożuchem a osadem dennym sklarowana ciecz przepływa grawitacyjnie do kolejnej (drugiej) komory. Tam procesy sedymentacji powtarzają się i sklarowana ciecz może przepłynąć do ostatniej komory, gdzie znów zostanie poddana analogicznym procesom. Na wyjściu z osadnika zamontowany jest filtr doczyszczający, który zapobiega przedostawaniu się osadów do pozostałych elementów systemu.
Z osadnika ścieki odpływają do drenażu rozsączającego - jest to układ podziemnych drenów równomiernie wprowadzających wstępnie podczyszczone ścieki do gruntu, gdzie następuje ich dalsze tlenowe oczyszczanie. Ścieki wprowadzone do porowatego gruntu, osadzają się na powierzchni jego cząstek i powodują intensywny rozwój tzw. błony biologicznej. Mikroorganizmy tlenowe tworzące tą błonę oczyszczają ścieki poprzez włączenie znajdujących się w nich substancji do własnych biochemicznych procesów życiowych. W wyniku tych procesów następuje rozkład substancji organicznych na nieszkodliwe dla środowiska proste związki nieorganiczne. Dzieje się to w sposób całkiem przyjazny dla środowiska i naturalny, dzięki czemu oczyszczona woda może swobodnie przesączać się do wód gruntowych, nie stwarzając ryzyka ich zanieczyszczenia.
Schemat Działania Osadnika Gnilnego typu EKO
Poniższy schemat przedstawia zasadę działania osadnika gnilnego typu EKO (niebieskimi strzałkami oznaczono kierunek przepływu ścieków w osadniku).
Przeczytaj także: Przydomowe oczyszczalnie ścieków Zawiercie
Oczyszczalnia Hydrobotaniczna (Filtr Gruntowo-Roślinny)
Chociaż jest kilka typów oczyszczalni roślinno-gruntowych, zasada ich działania pozostaje zbliżona. Wyróżniamy wśród nich oczyszczalnie z podpowierzchniowym przepływem ścieków (tu mamy dwa rodzaje filtrów: wertykalny i horyzontalny), z powierzchniowym przepływem ścieków oraz z przepływem kombinowanym. Z kolei w zależności od zastosowanej roślinności, oczyszczalnie hydrobotaniczne możemy podzielić na rozwiązania z roślinnością: bagienną, wodną zakorzenioną, wodną pływającą i wreszcie wierzbowe.
Zaletą oczyszczalni wykorzystującej filtr gruntowo-korzeniowy jest wysoka skuteczność - ścieki osiągają trzeci stopień oczyszczenia (niemal całkowicie, bo w 95%, jest z nich eliminowany fosfor, a w 90% - azot). Ponadto roślinność umożliwia efektownie i malowniczo zagospodarować teren, zaś oczyszczone ścieki nadają się do ponownego użycia np. do podlewania ogrodu. Niestety, z drugiej strony ten typ oczyszczalni jest drogi na etapie inwestycji i wymaga wyższych nakładów podczas eksploatacji. Niezbędna jest też duża powierzchnia działki.
Zasada działania oczyszczalni jest prosta - wstępnie podczyszczone w osadniku gnilnym ścieki kierowane są na szczelnie odizolowane od podłoża poletka filtracyjne. To filtr glebowo-korzeniowy, na którym następuje mechaniczna i biologiczna filtracja przy pomocy błony biologicznej. W efekcie zachodzących procesów tlenowych i beztlenowych dochodzi do rozkładu białek i redukcji azotanów do azotu cząstkowego. Z kolei w strefie beztlenowej zachodzi proces defosfatacji i denitryfikacji - fosforany wytrącają się do nierozpuszczalnych związków; następuje też neutralizacja związków siarki ze ścieków.
Następnie doczyszczone ścieki są kierowane do gruntu lub do odbiornika (np. stawu, jeziora, rzeki) - na ogół za pomocą systemu drenażu lub studni chłonnej. Ich bardzo wysoka czystość sprzyja ponownemu ich wykorzystaniu do nawadniania ogrodu itp. Filtr glebowo-korzeniowy zbudowany jest z kilku warstw. Dno musi być zabezpieczone przed przenikaniem ścieków do wód gruntowych i do gruntu - może to być podłoże naturalne, jeśli jest niemal nieprzepuszczalne (np. jest to glina). Generalnie jednak dno wykopu wykłada się grubą folią z tworzywa sztucznego.
Na nim znajduje się warstwa płukanego żwiru o granulacji 2-16 mm, która ma grubość ok. 20 cm. Następnie mamy ok. półmetrową warstwę żwiru o gr. do 2 mm, a na końcu warstwę z mieszaniny keramzytu, słomy i kory. Ostatnia to roślinność. Filtr można obsadzić dowolnym gatunkiem bagiennym - pałką wodną, sitowiem, oczeretem, wierzbą, trzciną itp. Dobór odpowiednich roślin jest bardzo ważny, gdyż ich zadaniem jest spulchnianie i napowietrzanie substratu. Wielkość poletka zależy od tego, czy wybrany został filtr horyzontalny, czy wertykalny (bardziej efektywny). W pierwszym przypadku powierzchnia nie powinna być mniejsza niż 5 m2 na jednego mieszkańca, w drugim minimalny obszar na jednego mieszkańca to 3,5 m2. Przepływ ścieków i złoże powinny znajdować się na głębokości poniżej strefy przemarzania.
Przeczytaj także: Oczyszczalnia oksydacyjna: zasady działania
Do najbardziej znanych i efektywnych rozwiązań oczyszczania hydrobotanicznego należą oparte na podobnych założeniach systemy Seidl’a i Kickuth’a, czyli trzyetapowe technologie trzcinowe, wykorzystujące mikroorganizmy tlenowe i beztlenowe. Dzięki precyzyjnemu i ściśle określonemu doborowi składowych filtra mineralno-organicznego uzyskują one wyjątkową sprawność i skuteczność. Jako wypełnienie stosuje się grunt rodzimy z dodatkami takimi jak bentonit, słoma, kora, torf, opiłki żelaza; jako nasadzenia roślinne - trzcinę. Inna metoda budowy oczyszczalni trzcinowych wykorzystuje jako wypełnienie żwir. Oczyszczone na filtrze glebowo-korzeniowym ścieki trafiają do odbiornika (stawu), gdzie ma miejsce ich dalsze oczyszczanie (III stopień). Na podobnej zasadzie działa tzw. oczyszczalnia wierzbowa.
Schemat Oczyszczalni Przydomowej Gruntowo-Roślinnej
Rysunek 4. Schemat (przykład) oczyszczalni przydomowej gruntowo-roślinnej.
Filtr Piaskowy
To rozwiązanie wykorzystywane przede wszystkim na działkach z wysokim poziomem wód gruntowych lub z gruntami zbyt przepuszczalnymi albo ilastymi czy gliniastymi, nieprzepuszczalnymi, wykluczającymi ułożenie drenażu rozsączającego. Podczyszczone w osadniku gnilnym ścieki kierowane są - w sposób grawitacyjny lub mechanicznie przy użyciu przepompowni - do studzienki rozdzielczej i dalej na filtr piaskowy, na którym są równomiernie rozsączane przewodami drenarskimi. Dla czteroosobowej rodziny optymalna wielkość filtra pionowego to 5×4 m, poziomego - 6×5,5 m.
Filtr piaskowy można wykonać napowierzchniowo - umieszczany jest w nasypie, nad poziomem gruntu - lub podpowierzchniowo. Dno wykopu, w którym budowany jest filtr - poziomy lub pionowy - może stanowić nieprzepuszczalny grunt (np. glina). Jeśli mamy do czynienia z gruntami o bardzo wysokiej przepuszczalności lub takimi, na których lustro wód podziemnych położone jest tuż przy powierzchni - aby uniknąć przesączenia ścieków do gruntu i wody - dno i brzegi wykopu należy wyłożyć mocną folią z tworzywa sztucznego.
Następnie układa się perforowane rury drenażu zbierającego ścieki biologicznie oczyszczone (otworami do dołu) - na głębokości min. 140 cm, zasypując je zasadniczą warstwą filtracyjną, czyli żwirem o dużej granulacji. Pozwala to na dobre napowietrzenie warstwy filtracyjnej i intensywny rozwój błony biologicznej rozrastającej się na materiale filtrującym. Grubość filtra piaskowego powinna oscylować w granicach 60-100 cm i kończyć się na wysokości drenażu zbierającego (na głębokości min. 60 cm pod powierzchnią gruntu), który - po przysypaniu cienką warstwą kruszywa zabezpiecza się geowłókniną i przysypuje gruntem rodzimym. Powierzchnię poletka filtracyjnego można obsiać trawą.
Przeczytaj także: Jak ustawić napowietrzanie?
Biologicznie oczyszczone ścieki trafiają do drenażu zbierającego, a następnie do studzienki kontrolnej, skąd kierowane są do odbiornika. Może być nim woda (płynąca, stojąca) lub grunt (trafiają do niego za pomocą drenażu rozsączającego lub studni chłonnej).
Ten typ oczyszczalni jest bardzo prosty w budowie i tani w eksploatacji. Jego zaletą jest też obojętność na nierównomierny dopływ ścieków. Jednak w porównaniu z drenażem rozsączającym wymaga większych nakładów inwestycyjnych (folia, budowa filtra, często przepompownia).
Schemat Oczyszczalni Przydomowej z Filtrem Piaskowym
Rysunek 5. Schemat (przykład) oczyszczalni przydomowej z filtrem piaskowym.
Oczyszczalnia ze Złożem Biologicznym
Charakteryzuje ją to, że proces oczyszczania ścieków przebiega w hermetycznym zamknięciu, wewnątrz zbiornika. W efekcie technologia ta znakomicie sprawdza się wszędzie tam, gdzie warunki gruntowo-wodne czy niewielka powierzchnia działki (lub niechęć do jej rozkopywania w celu budowy filtra) utrudniają lub uniemożliwiają zastosowanie innego rozwiązania.
Wstępnie oczyszczone w osadniku gnilnym ścieki trafiają do szczelnego zbiornika o dużej pojemności. Można go wykonać samodzielnie, jednak najczęściej komorę stanowi gotowy pojemnik z tworzywa sztucznego, o wzmacnianych żebrowaniem, grubych ścianach, mocny, odporny na uszkodzenia mechaniczne, ekstremalne temperatury oraz korozję biologiczną i chemiczną. Zbiornik ten może być jedno- lub kilkukomorowy, o pojemności od ok. 2 tys. litrów wzwyż. Jest on wyposażony we właz z hermetycznie zamykaną pokrywą.
Złoże biologiczne składa się z grubej warstwy kształtek z tworzywa sztucznego, tłucznia, żużlu, koksu czy innego tego typu kruszywa o właściwościach filtracyjnych, na powierzchni którego rozwija się błona biologiczna. Mikroorganizmy i bakterie neutralizują zanieczyszczenia rozpuszczone w wolno przesączającej się przez filtr cieczy i usuwają je z niej. Bardzo ważny jest dobór granulacji kruszywa - musi ono gwarantować dopływ powietrza na całej swej powierzchni i jak największej grubości. Zanieczyszczenia usuwane są w warunkach tlenowych, ale w tych fragmentach złoża, które pozostają niewystarczająco natlenione, zachodzą procesy oczyszczania beztlenowego (częściowa denitryfikacja).
Złoże biologiczne może mieć wypełnienie stałe (zanurzone, zalewane i zraszane) lub ruchome (tarczowe i zawieszone). W przypadku złoża biologicznego stałego zraszanego ścieki rozsączane są równomiernie po powierzchni złoża za pomocą zraszacza. Zbiornik ma kształt cylindra, a ponieważ materiał filtrujący nie jest zalany, lecz ścieki stale się przez niego przesączają, cyrkulacja powietrza i jego wymiana nie jest niczym zakłócona. Doprowadzone z osadnika gnilnego ścieki są metodą grawitacyjną lub mechanicznie (przy użyciu pompy) transportowane do znajdującego się w górnej części zbiornika urządzenia zraszającego. Następnie urządzenie to rozbryzguje je równomiernie na całej powierzchni filtra, przez który powoli przepływają. Każda porcja ścieków tak długo krąży i przepływa przez złoże, aż osiągnie wymagany stopień oczyszczenia i może zostać zebrana i odprowadzona do odbiornika.
Z kolei charakterystyczną cechą złoża ruchomego obrotowego jest wykorzystanie specjalnych tarcz zamocowanych na wale napędzanym elektrycznie i częściowo zanurzonych w ściekach. Pod wpływem ruchu obracających się tarcz do ścieków doprowadzany jest tlen, zaś pokrywająca je błona biologiczna neutralizuje zanieczyszczenia.
Oczyszczalnie ze złożem biologicznym są kompaktowe, zajmują mało miejsca, są bardzo efektywne i skuteczne. Ponieważ zachodzące w zbiorniku procesy praktycznie nie wymagają nadzoru, nie ma problemu z ich konserwacją i eksploatacją. Zbiorniki są trwałe, odporne na działanie czynników zewnętrznych. Niemniej jednak, w porównaniu z wcześniej opisanymi, ten typ oczyszczalni wymaga regularnych zabiegów konserwacyjnych, w tym przede wszystkim oczyszczania złoża.
Dzięki wyjątkowo wysokiemu poziomowi oczyszczenia, ścieki można bez obaw odprowadzić do dowolnego zbiornika wodnego, rozsączyć w gruncie korzystając z drenażu lub przy użyciu studni chłonnej, wreszcie wykorzystać np. do podlewania trawnika.
Schemat Oczyszczalni Przydomowej ze Złożem Biologicznym
Rysunek 6. Schemat (przykład) oczyszczalni przydomowej ze złożem biologicznym.
Oczyszczalnia z Osadem Czynnym
W tym przypadku zbiornik, do którego wpływają ścieki, składa się z dwóch komór: osadu czynnego i osadnika wtórnego. Tutaj podczyszczone w osadniku gnilnym ścieki poddawane są procesom doczyszczenia, zachodzącym w warunkach tlenowych. W reaktorze (komorze osadu czynnego) znajdują się specjalne mikroorganizmy, które nie mają zdolności przyklejania się do podłoża, lecz unoszą się swobodnie tworząc tzw. kłaczki, a dzięki stałemu dopływowi tlenu są one zdolne do niezwykle szybkiego namnażania się i oddzielania zanieczyszczeń.
Dno komory osadu czynnego wyłożone jest membraną, a przez którą kompresor umieszczony poza biologicznym reaktorem nieustannie dostarcza odpowiednią ilość tlenu. Jednocześnie napowietrzanie sprawia, że drobiny osadu bez przerwy się unoszą w ściekach, co przekłada się na wysoką efektywność ich oczyszczenia. Z komory osadu czynnego ścieki przepływają do osadnika wtórnego, gdzie ma miejsce sedymentacja i recyrkulacja osadu czynnego, a czystą już ciecz kieruje się do odbiornika. Osad należy regularnie usuwać z osadnika wtórnego i neutralizować.
Ten typ oczyszczalni jest droższy i na etapie inwestycji, i eksploatacji. Przede wszystkim napowietrzanie wymaga stosowania urządzeń elektrycznych - niezbędny jest więc stały dopływ prądu. W razie przerw w dostępie do niego istnieje ryzyko zaburzenia efektywności pracy urządzenia.
Oczyszczalnia Biologiczna Oparta na Technologii Niskoobciążonego Osadu Czynnego i Zanurzonego Złoża Biologicznego
Oczyszczalnia biologiczna oparta jest na technologii niskoobciążonego osadu czynnego i zanurzonego złoża biologicznego. W komorze napowietrzania unoszące się pęcherzyki powietrza, powodują taki sam przepływ ścieku znajdującego się w rurze oraz porywanie cząstek stałych z dna zbiornika. Siły grawitacji powodują opadanie cząsteczek stałych na dno, skąd ponownie zostają porwane strumieniem pęcherzyków powietrza ku górze, itd. Umożliwia to wytworzenie się odpowiedniej grupy mikroorganizmów niezbędnych do prowadzenia procesu oczyszczania w warunkach tlenowych na złożu.
W chwili napływu nowych ścieków do komory napowietrzania następuje przemieszanie masy cieczy w kierunku odpływu. Tworzący się w procesie oczyszczania osad czynny mieszany jest w sposób ciągły ze świeżymi ściekami doprowadzanymi do komory napowietrzania. Procesowi oczyszczania ścieków towarzyszy tlenowa stabilizacja, pozostającego w reaktorze osadu (mineralizacja).
W środku komory napowietrzania umieszczona jest rura o średnicy 20 cm zawieszona w odległości 10 cm od dna zbiornika. Powietrze wtłaczane przewodem uwalniane jest przy końcu rury przez dyfuzor w kształcie dysku. Kształt komory napowietrzania oraz umiejscowienie dyfuzora zapewniają mieszanie się oczyszczonych ścieków z powietrzem.
Schemat Oczyszczalni Przydomowej z Osadem Czynnym
Rysunek 7. Schemat (przykład) oczyszczalni przydomowej z osadem czynnym.
| Typ Oczyszczalni | Zasada Działania | Zalety | Wady |
|---|---|---|---|
| Osadnik Gnilny | Sedymentacja i flotacja substancji stałych pod wpływem grawitacji. | Prosty, tani w budowie. | Wymaga dalszego oczyszczania ścieków. |
| Filtr Gruntowo-Roślinny | Filtracja mechaniczna i biologiczna z wykorzystaniem roślin i mikroorganizmów. | Wysoka skuteczność, możliwość ponownego wykorzystania ścieków, estetyczny wygląd. | Wysoki koszt inwestycji i eksploatacji, wymaga dużej powierzchni. |
| Filtr Piaskowy | Przepuszczanie ścieków przez warstwę piasku, gdzie zachodzi filtracja i rozwój błony biologicznej. | Prosty w budowie i tani w eksploatacji, obojętny na nierównomierny dopływ ścieków. | Wymaga większych nakładów inwestycyjnych niż drenaż rozsączający. |
| Złoże Biologiczne | Oczyszczanie ścieków przez błonę biologiczną rozwijającą się na złożu. | Kompaktowy, efektywny, nie wymaga nadzoru. | Wymaga regularnych zabiegów konserwacyjnych. |
| Osad Czynny | Oczyszczanie ścieków przez mikroorganizmy unoszące się w komorze osadu czynnego. | Wysoka efektywność oczyszczania. | Drogi w inwestycji i eksploatacji, wymaga stałego dopływu prądu. |
tags: #grawitacyjna #oczyszczalnia #ścieków #zasada #działania #schemat
