Komunalna Oczyszczalnia Ścieków: Definicja i Proces Działania
- Szczegóły
Nieoczyszczone ścieki komunalne mogą stanowić poważne zagrożenie - zarówno dla ludzi, zwierząt, jak i okolicznej przyrody. Z tego względu tak ważne jest, by gminy i miasta dbały o prawidłowy przebieg procesów oczyszczania ścieków.
Oczyszczalnia ścieków to zespół obiektów technologicznych oraz urządzeń, które służą do usuwania ze ścieków różnego rodzaju zanieczyszczeń, w tym substancji szkodliwych. Na oczyszczalnie składa się także wiele obiektów dodatkowych, odpowiadających m.in. za doprowadzenie ścieków z kanalizacji, dostarczanie ścieków z terenów nieskanalizowanych, a także prądu i wody niezbędnych do właściwej pracy urządzeń i systemów kontroli. Oczyszczalnie można podzielić uwzględniając kilka kryteriów.
Wiedząc, co to są ścieki komunalne, warto zastanowić się, w jaki sposób dochodzi do ich oczyszczania. Zanim przejdziemy do opisu procesu oczyszczania ścieków komunalnych, wyjaśnijmy, czym dokładnie są ścieki komunalne. Definicja Głównego Urzędu Statystycznego trafnie wskazuje, że są to ścieki bytowe, jak również mieszaniny ścieków bytowych ze ściekami przemysłowymi albo z wodami opadowymi lub roztopowymi.
Według popularnej definicji ściekami określa się zużyte ciecze, roztwory, koloidy lub zawiesiny, a także odpadowe substancje stałe odprowadzane za pomocą rurociągów do kanalizacji, szamb, zbiorników oczyszczalni lub cieków wodnych. Jako ścieki odprowadza się odpadowe substancje przemysłowe oraz komunalne z gospodarstw domowych. Ścieki powstają więc w wyniku procesów bytowych lub produkcyjnych i z założenia są kierowane do oczyszczalni ścieków, gdzie podlegają oczyszczeniu przed wprowadzeniem do środowiska w postaci relatywnie czystej wody.
W gospodarstwie mogą powstawać różne rodzaje ścieków i wód odpadowych. O ile ściekami bytowymi można dość łatwo zarządzać (kanalizacja komunalna, szamba), o tyle wykorzystanie wód odpadowych wytwarzanych w produkcji rolniczej wymaga pewnych nakładów i dyscypliny operacyjnej. Należy odpowiednio zbierać i składować płynne i stałe nawozy organiczne, dbając o ograniczenie wielkości wszelkich odcieków i ich troskliwe zbieranie w odpowiednich zbiornikach, w celu zagospodarowania. Brak gromadzenia i wykorzystania odcieków powoduje straty azotu i innych cennych składników odżywczych, np. soki kiszonkowe odpływające z 25 ton zakiszanej masy zielonej (średni plon z 1 ha) zawierają do 14 kg azotu, co w wypadku dostania się do wód powierzchniowych powoduje ich zanieczyszczenie oraz pozbawia wodę tlenu.
Przeczytaj także: Oczyszczalnia dla 4000 osób
Gospodarstwa wyposażone w wodociąg zużywają znacznie więcej wody, niż gospodarstwa korzystające z ujęcia własnego (studni), co powoduje zwiększenie ilości ścieków i wód odpadowych. Zgodnie z wytycznymi Kodeksu Dobrej praktyki Rolniczej gospodarstwa posiadające indywidualne ujęcie wody powinny posiadać szczelny zbiornik do czasowego gromadzenia ścieków komunalnych. Zbiornik powinien być wyposażony w szczelną pokrywę z zamykanym otworem do usuwania nieczystości. Bezodpływowe zbiorniki - szamba - powinny być opróżniane przy pomocy wozów asenizacyjnych, a zawartość dostarczana do najbliższej oczyszczalni ścieków.
W trakcie prac produkcyjnych powstaje szereg popłuczyn rolniczych z mycia pojazdów, urządzeń, zbiorników, budynków itd.. W gospodarstwie rolnym szczególnie szkodliwe substancje dostają się do wody przy myciu ciągników, rozsiewaczy nawozów i opryskiwaczy, w tym różne związki organiczne (paliwo, smary, chemiczne środki ochrony roślin) oraz nawozy mineralne. Często lekceważonym tematem jest woda spływająca z utwardzonych placów i dróg w gospodarstwie, która może nieść ze sobą substancje szkodliwe, zwłaszcza oleiste.
Ścieki powinno się poddawać je oczyszczeniu w oczyszczalniach. Ścieki powstają w procesów technologicznych wielu rodzajów przemysłu. W zależności od wytwarzanego w danym dziale lub zakładzie, ścieki mogą zawierać różne substancje wpływające na klasę czystości wody. Oczyszczanie ścieków powinno zapewnić lepszą jakość ścieków niż czystość wody w odbiorniku.
Do zanieczyszczeń w ściekach zaliczamy produkty naftowe, detergenty, pestycydy itp. oraz substancje azotanowe, fosforanowe, węglanowe, amonowe itd.. Oprócz tego, ścieki mogą charakteryzować się specyficzną barwą, zapachem, zawiesinami. Źródłem zanieczyszczeń organicznych powierzchniowego wody są detergenty, mydła i saponiny. Ścieki komunalne nie są tak groźne, gdyż nie zawierają bakterii chorobotwórczych. Inaczej jest w przypadku ścieków przemysłu spożywczego, garbarni i zakładów utylizacji odpadów.
Miarą ilości zanieczyszczeń w ściekach jest tzw. BZT. Jest to ilość tlenu zużyta w procesie oksydacji związków organicznych zawartych w ściekach w ciągu określonego czasu. Ponieważ ok. 90% węgla w związkach organicznych ulega utlenieniu przez bakterie w ciągu 3 dni, a po ok. 20 dniach proces ten jest zakończony - dlatego najczęściej oznacza się tzw. pięciodobowe biochemiczne zapotrzebowanie tlenu. Parametr BZT5 oznacza się na wlocie i wylocie z oczyszczalni.
Przeczytaj także: Oczyszczalnia Ścieków – Regulacje
Jest to manometryczny, bezrtęciowy pomiar BZT. Spadek ciśnienia w naczyniu (butelce) jest spowodowany zużyciem tlenu przez mikroorganizmy i mierzony jest za pomocą elektronicznych czujników. Wydzielony w procesie rozkładu CO2 jest absorbowany przez NaOH. Spadek ciśnienia jest mierzony przez specjalny czujnik tzw. głowicę pomiarową (OxiTop®). Dane pomiarowe są gromadzone w kontrolerach i przedstawione tam w postaci wykresu. Dawniej w systemach pomiarowych używano manometrów rtęciowych, jednak jej pary są substancjami trującymi.
ChZT czyli chemiczne zapotrzebowanie tlenu, to umowna miara określająca ilość tlenu potrzebną do utlenienia związków chemicznych zawartych w wodzie. Do utleniania używa się silnych utleniaczy - takich jak manganian(VII) potasu lub dichromian(VI) potasu. Utlenianie prowadzi się je w ściśle znormalizowany sposób. Do oznaczania ChZT w wodach czystych stosuje się zwykle metody nadmanganianowe (zwyczajowa nazwa manganianu(VII)), do ścieków - dichromianową. ChZT oznaczone metodą nadmanganianową określa sie także jako utlenialność. Utlenialność wskazuje na to, że utlenieniu ulega tylko ok. 20% związków organicznych.
Zawartość tlenu rozpuszczonego w ściekach jest jednym z podstawowych parametrów, który należy kontrolować w procesie oczyszczania.Oczyszczanie mechaniczne polega na usunięciu ze ścieków zawiesin organicznych i mineralnych oraz ciał pływających. Wstępnym etapem oczyszczania mechanicznego jest cedzenie ścieków. W tym celu stosuje się kraty rzadkie i sita różnego typu. Zatrzymane na kratach i sitach skratki usuwa się okresowo ręcznie lub mechanicznie.
W celu oddzielenia od ścieków piasku i innych zawiesin mineralnych stosuje się piaskowniki. Zatrzymywane są w nich zanieczyszczenia ziarniste takie jak piasek, muły węglowe itp. Piaskowniki chronią instalacje i urządzenia takie jak pompy, zawory itp. pracujących w przepompowniach. Ścieki przepływają przez piaskownik z niewielką (9...12 m/min) prędkością.
Osadniki Imhoffa to zbiorniki dwukomorowe (fot.1 i fot.2). Ich wadą jest fakt zajmowania przez nie dużej powierzchni. Tłuszczowniki mają postać basenu flotacyjnego.
Przeczytaj także: Sarzyna: Komunalna Oczyszczalnia Ścieków
W procesie fermentacji beztlenowej następuje rozkład związków organicznych w wyniku działania bakterii beztlenowych. Proces ten prowadzi do upłynniania i mineralizacji osadów oraz fermentacji z wydzieleniem metanu i dwutlenku węgla. Powstający gaz może służyć do celów opałowych (metan 65...70% i dwutlenek węgla ok. 30%). Czas oraz intensywność fermentacji zależą od temperatury. W temperaturze ok. 10...15 st. C całkowity rozkład osadu następuje po 2...4 miesiącach. W wyniku fermentacji objętość osadu zmniejsza się o ok. 40%, a zawiesiny o ok. 60%.
Oczyszczanie fizyczno-chemiczne stosuje się do ścieków przemysłowych zawierających chemiczne związki organiczne, metale ciężkie itp.. Stosuje się metody fizyko-chemiczne jak i chemiczne. Do metod tych zalicza się neutralizację, ekstrakcję, sorpcję, elektrolizę i destylację. Koagulacja polega na łączeniu się cząsteczek koloidalnych w większe skupiska, które następnie wytrąca się osad w postaci zwartego koagulatu. Koagulantami są elektrolity silnie neutralizujące ładunek elektryczny cząsteczek zolu. Należą do nich np. wodorotlenek glinu Al(OH)3, siarczan żelaza(III) FeCl3 i wapno palone CaO. Flokulanty to substancje wielkocząsteczkowe, które ułatwiają łączenie się cząstek koloidalnych i wytrącenia ich w postaci osadu. Należą do nich np. kopolimery kwasu akrylowego i jego pochodnych. Metoda koagulacji pozwala na usunięcie ze ścieków do 85% koloidów i zawiesin do 90%. Powstaje tu jednak duża ilość osadów.
Neutralizacja polega na zobojętnianiu odczynu ścieków o odczynie przeciwnym. Do ścieków zasadowych dodaje się np. kwaśnych gazów spalinowych, powstających np. w elektrociepłowniach: dwutlenek węgla, tlenki siarki i azotu. Do ścieków kwaśnych dodaje się substancje o odczynie zasadowym np. przez złoża sporządzone np. z dolomitu.
Biologiczne Oczyszczanie Ścieków
Biologiczne oczyszczanie ścieków to proces rozkładu zanieczyszczeń zawartych w ściekach przy udziale mikro i makroorganizmów. Proces ten wykorzystuje naturalne procesy rozkładu materii, podobne do tych, które występują w procesie samooczyszczania się zbiorników wodnych. Metody biologiczne dzieli się na naturalne i sztuczne. Do metod naturalnych zalicza się metodę pól irygacyjnych i pól filtracyjnych.
Bakterie osadu czynnego posiadają zdolność oddychania zarówno tlenowego jak i azotanowego. Są to tzw. względnymi beztlenowcami. W procesie oddychania azotanowego bakterie redukują azotany do azotynów i azotany. Do bakterii osadu czynnego zalicza się m.in. Aeromonas, Flavobacterium, Achromobacter i Micrococus. Efektywność oczyszczania zależy od procesów metabolizmu zachodzących w mikroorganizmach. Do napowietrzania ścieków stosuje się różne metody. Najprostszą z nich jest napowietrzanie powierzchniowe przepływającej przez komorę napowietrzania. Wydajne napowietrzanie wymaga czasu. Dlatego stosuje się różne typy mieszadeł w zawartości reaktora. Stosuje się również aeratory powierzchniowe (turbin napowietrzających), a także jedne i drugie razem. Proces mieszania i napowietrzania jest energochłonny. Konstruktorzy starają się obniżyć koszty energii poprzez optymalizację aeratorów poprzez odpowiednie dobranie kształtów łopat i dysz zapewniają napowietrzanie tzw. drobnopęcherzykowe.
W stawach osadowych następuje oddzielenie osadu czynnego od cieczy. Stawy osadowe są zbiornikami wodnymi, na dnie których gromadzą się osady, jakimi mogą być np. glony i inne mikroorganizmy oczyszczających. Woda w stawach ulega dalszemu samooczyszczeniu. Stawy osadowe zapewniają usunięcie BZT5 i zawiesiny do 95%, bakterie chorobotwórcze do 98%.
Złoża biologiczne to filtry, na których osiedlają się mikroorganizmy tworząc tzw. błonę biologiczną. Błona biologiczna rozkłada zanieczyszczenia organiczne zawarte w ściekach. Złoża biologiczne wykonuje się z różnych materiałów, np. żużlu, koksu, łupków, tufów wulkanicznych, kamienia, gruzu ceglanego itp. Obecnie coraz częściej znajdują zastosowanie kształtki wykonane ze spienionych tworzyw sztucznych. Ich niewielka masa nasypowa umożliwia konstruowanie lżejszych obudów, równiez z tworzyw sztucznych. Zraszanie realizowane jest systemem przelewów, zraszaczami rotacyjnymi, młynkami Segnera itp. Ścieki rozprowadzane są na powierzchni gleby pól irygacyjnych. Gleba stanowi tu podłoże biologicznie czynne, w skład której wchodzą mikroorganizmy roślinne i zwierzęce. Proces oczyszczania ścieków polega na utlenieniu i mineralizacji substancji zawartych w ściekach. Nowo założone pole irygacyjne po zbudowaniu nie jest aktywne. Jego dojrzewanie trwa kilka tygodni. Warstwy zraszane mają grubość 1,5...3 m. Procesy biologiczne zachodzą najintensywniej w temperaturze ok. 6 st. C. Poniżej aktywność złoża zanika. Stopień usunięcia zanieczyszczeń zależy od stopniem oczyszczania. Złoża biologiczne zapewniają usunięcie BZT5 do ok. 95%, zawiesiny do 92%, bakterie chorobotwórcze do 95%. Są to złoża o podobnej budowie. Procesy biologiczne, które m. nie zachodzi na nich całkowicie. Nadają się do oczyszczania ścieków o niewilkim stężeniu. Do oczyszczania ścieków stężonych należy stosować recyrkulację.
Proces membranowy polega na oddzieleniu wody od osadu czynnego [10]. Część oczyszczonej wody zawraca się bądź w części do bioreaktora. Reaktor membranowy pozwala na stosowanie wyższych stężeń osadu czynnego niż w klasycznym procesie. Moduły membranowe umieszcza się wewnątrz reaktora lub na zewnątrz. W reaktorach zewnętrznych ścieki przepływają stycznie do powierzchni membrany. Zatrzymane związki tworzą warstwę z tzw. polaryzacją stężeniową membran. Membrany posiadają ograniczoną żywotność. Po pewnym czasie są czyszczone lub w przypadku utraty właściwości - wymieniane.
Ozonowanie jest to jedna z metod utleniania chemicznego. Ozon jest silnym utleniaczem i dezynfektantem. Stosuje się go do usuwania związków biogennych i tzw. odnowy wody. Usuwanie ich odbywa się metodami innymi niż biologiczne, np. na węglu aktywowanym. Sorpcja jest procesem fizykochemicznym. Polega na wiązaniu się cząsteczek zanieczyszczeń z powierzchnią materiału sorpcyjnego. Wykorzystuje się w tym celu specjalnie przygotowane materiały, np. węgiel aktywny, żywice jonowymienne, zeolity. Adsorpcja jest to pochłanianie zanieczyszczeń na powierzchni sorbenta, jakim jest n.p. węgiel aktywowany. Jest to typowy proces pomiędzy fazą ciekłą i stałą doprowadzony do stanu równowagi. Matematycznym i graficznym wyrazem tego jest równanie i wykres tzw. izotermy adsorpcji Freundlicha. Ten prosty opis może służyć do charakteryzowania zjawisk tzw. adsorpcji monomolekularnej, tj. tworzenia się tylko jednej warstwy cząsteczek na powierzchni sorbentu. Proces sorpcji jest odwracalny (desorpcja), co umożliwia regenerację materiału sorpcyjnego i jego ponowne wykorzystanie.
Przykładowe Technologie Oczyszczania Ścieków
Technologia "Bioset" wykorzystuje procesy biologicznej defosfatacji, nitryfikacji i denirtyfikacji. Obejmuje ona m.in. kratę, piaskownik, reaktor biologiczny, osadnik wtórny, pompę recyrkulacji osadu oraz system napowietrzania. System napowietrzania jest energooszczędny i wykorzystuje pompy zatapialne z głębokich lejów osadowych. Oczyszczalnia charakteryzuje się zwartą konstrukcją (głębokość komory osadu czynnej 6,5 m. oraz zastosowaniem materiałów trwałych (sztuczne, a elementy złączne z nie korodującej stali jakościowej). Możliwa jest przeróbkę odwodnionego osadu na biohumus z wykorzystaniem dżdżownic.
Technologia BIOSTYRR® to proces oczyszczania ścieków działający na zasadzie złoża biologicznego. Złoże to składa się z granulowanego wypełnienia z poliestyrenu. Charakteryzuje się ono strefą beztlenową na dole i strefą tlenową na górze złoża. Umożliwia to usuwanie zarówno zanieczyszczeń organicznych i związków biogennych, np. azot. W procesie tym cząsteczki zawiesiny są zatrzymywane na filtrze. Proces oczyszczania ścieków odbywa się w jednym niewielkim zbiorniku - nazywanym komorą. Ścieki surowe doprowadzane są do komory z osadnikiem lub bez niej. Dopływają one od dołu komory. Następnie ścieki przepływają do góry przez złoże. W procesie tym zachodzi jednocześnie sedymentacja i filtracja, tzn. zawiesina jest usuwana wraz z osadem już podczas ich mechanicznego oczyszczania. Denitryfikacja zachodzi w strefie niedotlenionej. W strefie niedotlenionej zachodzi proces denitryfikacji.
tags: #komunalna #oczyszczalnia #ścieków #definicja #i #proces
