Oczyszczalnia aglomeracyjna: Definicja i procesy
- Szczegóły
System oczyszczania ścieków w miastach jest jednym z kluczowych elementów ochrony środowiska, zdrowia publicznego i zrównoważonego rozwoju infrastruktury wodnej. Sprawne oczyszczanie ścieków miejskich nie tylko zapobiega skażeniu rzek i jezior, ale pozwala także na odzysk wody i cennych surowców.
Definicja i znaczenie oczyszczalni ścieków
Oczyszczalnia ścieków to zespół urządzeń i obiektów technologicznych oraz obiektów towarzyszących (niezbędnych dla dostarczenia energii, stworzenia odpowiednich warunków pracy obsługi, przebiegu, kierowania i kontroli procesów technologicznych) służących do usuwania zanieczyszczeń zawartych w ściekach.
Oczyszczanie ścieków miejskich to proces niezbędny do utrzymania jakości wód powierzchniowych i podziemnych oraz zapewnienia bezpieczeństwa sanitarnego. Zanieczyszczenia te, bez odpowiedniego oczyszczenia, stanowiłyby poważne zagrożenie dla fauny i flory wodnej, a także dla zdrowia ludzi korzystających z wody do celów rekreacyjnych czy spożywczych.
Podstawowym zadaniem oczyszczalni ścieków jest usuwanie zanieczyszczeń ze ścieków przed ich ponownym wprowadzeniem do środowiska naturalnego. Nowoczesne oczyszczalnie są istotną częścią strategii ESG (Environmental, Social, Governance), która ma minimalizować negatywny wpływ, jakie firmy wywierają na środowisko. Dlatego muszą spełniać coraz bardziej rygorystyczne normy środowiskowe, dbając przy tym o bezpieczeństwo i efektywność oczyszczania ścieków.
Procesy oczyszczania ścieków
Procesy oczyszczania ścieków w miastach obejmują szereg etapów, z których każdy odpowiada za eliminację określonego rodzaju zanieczyszczeń. Mechanizm oczyszczania ścieków w aglomeracjach polega na stopniowym przechodzeniu ścieków przez kolejne strefy technologiczne, gdzie poddawane są one różnym procesom fizycznym, biologicznym i chemicznym. W nowoczesnych oczyszczalniach stosuje się także dodatkowe systemy, takie jak dezynfekcja promieniami UV czy filtracja membranowa, które pozwalają osiągnąć bardzo wysoką jakość oczyszczonej wody.
Przeczytaj także: Przydomowe oczyszczalnie ścieków Zawiercie
Oczyszczanie mechaniczne
To pierwszy etap, podczas którego usuwane są większe zanieczyszczenia stałe, takie jak piasek, żwir, plastik czy tłuszcze. W oczyszczalniach ścieków mechanicznych stosuje się urządzenia takie jak kraty, sita, piaskowniki oraz osadniki wstępne, które pozwalają na szybkie oddzielenie frakcji stałych i tłuszczów od fazy ciekłej.
W pierwszej kolejności ścieki zostają pozbawione części stałych tzw. Dalej ścieki przepływają przez osadniki wstępne, gdzie w wyniku procesu sedymentacji, wyodrębnione zostają z nich zanieczyszczenia łatwo opadające, tzw. osad wstępny oraz zanieczyszczenia pływające, które nie zostały wcześniej wydzielone.
Odpady powstające podczas mechanicznego oczyszczania, po odpowiednim zagospodarowaniu (np. kompostowaniu lub spalaniu), mogą być wykorzystywane jako surowce wtórne. Po wydzieleniu ze ścieków (w postaci pulpy piaskowej) piasek jest poddawany procesowi płukania i separacji (mającej na celu oddzielenie części organicznych).
Poza wydzieleniem ze ścieków skratek i piasku można uzyskać obniżenie zawartości zawiesiny ogólnej o 40-70% a BZT5 i ChZT o 25-40% (przeciętnie ok.
Usuwanie innych zanieczyszczeń ze ścieków na tym etapie oczyszczania traktuje się jako drugorzędne.
Przeczytaj także: Oczyszczalnia oksydacyjna: zasady działania
Oczyszczanie biologiczne
W tym etapie wykorzystuje się mikroorganizmy, głównie bakterie tlenowe, które rozkładają związki organiczne zawarte w ściekach. Oczyszczanie ścieków metodami biologicznymi polega na rozkładzie zanieczyszczeń w procesach biologicznego utleniania, tzn. przy dominującym udziale mikroorganizmów. Prawie wszystkie procesy biologicznego oczyszczania ścieków są procesami aerobowymi, w których ścieki muszą bezwarunkowo zawierać tlen, który jest zużywany przez bakterie i pierwotniaki w ich procesach życiowych, w związku z czym musi on być stale uzupełniany.
W bioreaktorach zachodzą najważniejsze i najtrudniejsze technologicznie procesy, czyli rozkład materii organicznej i usuwanie ze ścieków związków biogennych, tj. związków azotu i fosforu. Dzieje się tak za sprawą wielu gatunków bakterii tworzących biomasę (tzw.
Procesy zachodzące w reaktorze biologicznym obejmują: utlenianie związków węgła organicznego (wyrażające się obniżką BZT5 ścieków), utlenianie związków azotowych redukcję utlenionych związków azotu (azotanów) do azotu gazowego (denitryfikacja) wyrażająca się obniżeniem poziomu azotu ogólnego, przemiany związków fosforu prowadzące do zwiększonego (w stosunku do standardowego osadu czynnego) wbudowywania związków fosforu w biomasę osadu czynnego (defosfatacja biologiczna), syntezę biomasy osadu czynnego wyrażającą się przyrostem masy osadu czynnego, który dla zachowania równowagi usuwany jest z układu jako osad nadmierny.
W tlenowym rozkładzie biochemicznym związki organiczne są rozkładane pod wpływem enzymów i wykorzystywane do syntezy nowych komórek mikroorganizmów (przyrost biomasy) oraz utleniane do prostych związków nieorganicznych takich jak: dwutlenek węgla, woda, azotany, siarczany i fosforany. Charakterystyczną cechą rozkładu tlenowego jest wydzielanie znacznej ilości energii co pozwala na przyrost biomasy i szybki przebieg procesu.
Dla zapewnienia wymaganej ilości tlenu i wymuszenia krążenia ścieków, zastosowano w bioreaktorach rotory z przegrodami kierującymi i mieszadła. Praca rotorów sterowana jest automatycznie, w zależności od zapotrzebowania tlenu i stężenia azotu amonowego. Zastosowanie automatycznego wyłączania i włączania rotorów, jak również możliwość spiętrzania poziomu ścieków w komorach, pozwala na elastyczny podział komory na strefy tlenowe i beztlenowe, a także ułatwia kierowanie procesami i ich optymalizację.
Przeczytaj także: Jak ustawić napowietrzanie?
Dodatkowo od 2013r, czyli od czasu modernizacji oczyszczalni bakterie można wspomagać dozując do reaktora tzw. zewnętrzne źródło węgla, czyli pożywkę, która poprawia biologiczne usuwanie azotu ze ścieków w procesie denitryfikacji.
Oczyszczanie chemiczne
Stosowane jest m.in. do usuwania związków biogennych (azotu i fosforu) oraz neutralizacji pozostałych zanieczyszczeń chemicznych. Chemiczne oczyszczanie ścieków polega na dodawaniu do nich koagulantów, tj. związków żelaza (np. siarczan żelaza) lub glinu (np. siarczan glinu) oraz niekiedy flokulantów (polimerów anionowych), celem przeprowadzenia procesu koagulacji objętościowej. W uzasadnionych przypadkach (gdy pH jest zbyt niskie) do ścieków dodaje się również związki wapnia (mleko wapienne).
Nadrzędnym celem chemicznego oczyszczania ścieków jest obniżenie stężenia fosforu ogólnego poniżej wartości, którą można osiągnąć w wyniku biologicznego oczyszczania ścieków (1-1,5 g/m³). Z tego powodu oczyszczanie chemiczne często jest określane mianem chemicznego strącania fosforu.
Jednocześnie należy mieć na uwadze, że wprowadzenie środków chemicznych do ścieków spowoduje nie tylko obniżenie stężenia fosforu ogólnego, ale także znaczne obniżenie stężenia BZT5 i ChZT (o 80%), stężenia zawiesiny ogólnej (nawet o 90%) oraz stężenia azotu ogólnego (o 20-25%).
Wyróżnia się następujące metody strącania:
- Strącanie wstępne - dozowanie koagulantu do ścieków surowych (przed osadnikami wstępnymi). W tym przypadku zachodzi proces koagulacji objętościowej, której efektywność wymaga zastosowania określonych operacji jednostkowych, takich jak: szybkie mieszanie (ok. 1 min), flokulacja (15-30 min) oraz sedymentacja (1-2 h). Strącanie wstępne pozwala na obniżenie BZT5 o 60-70%, zawiesin ogólnych o 75-85%, azotu ogólnego o 20-25% oraz fosforu ogólnego o 80-90%.
- Strącanie symultaniczne - dozowanie koagulantu bezpośrednio do reaktora biologicznego lub przed nim, w rezultacie czego fosfor jest strącany podczas procesu biologicznego oczyszczania ścieków. Jednocześnie zachodzi proces flokulacji a powstające osady: biologiczny i chemiczny są oddzielane od ścieków w procesie sedymentacji prowadzonym w osadnikach wtórnych.
- Strącanie końcowe - fosfor jest oddzielany ze ścieków po oczyszczeniu biologicznym w wydzielonym procesie koagulacji objętościowej, obejmującej procesy: szybkiego mieszania, flokulacji i sedymentacji (jako operacji wydzielonych). Zastosowanie strącania końcowego pozwala na obniżenie stężenia fosforu w ściekach oczyszczonych do poziomu poniżej 0,5 g/m³, a nawet do ok.
Gospodarowanie osadami
Część osadu z osadników wtórnych jest zawracana do reaktora biologicznego, a część (tzw. osad nadmierny) trafia do zbiornika osadu nadmiernego. Zostaje on zagęszczony, zmieszany z osadem wstępnym i poddany procesowi fermentacji metanowej w zamkniętych komorach fermentacyjnych w temperaturze 37°C przez około trzydzieścikilka dni.
Przefermentowany osad poddawany odwodnieniu na prasach filtracyjnych i wirówce do uzyskania suchej masy rzędu 21-22%. Po odwodnieniu osad jest jeszcze higienizowany poprzez dodanie do niego wapna palonego.
W ten sposób pozyskany ze ścieków osad jest wykorzystywany przyrodniczo, m.in. do rekultywacji terenów zielonych, pod uprawy roślin przeznaczonych do produkcji biopaliw itp., lub przeznaczony do odzysku.
Odzysk biogazu
Biogaz powstaje w komorach fermentacyjnych w procesie fermentacji mezofilowej osadów. Jest on odzyskiwany i oczyszczany a następnie gromadzony w specjalnym do tego celu zbiorniku.
Biogaz kierowany jest jako paliwo do dwóch kotłów produkujących energię cieplną. Priorytetem wykorzystania wytworzonej energii jest podgrzewanie osadu kierowanego do procesu fermentacji. To źródło ciepła produkowane pokrywa całkowicie zapotrzebowanie zarówno w procesie technologicznym, jak i socjalnym.
Ponadto biogaz kierowany jest do dwóch kogeneratorów, gdzie wytwarza się energię elektryczną oraz ciepło (z układu chłodzenia). Ilość wyprodukowanej energii elektrycznej pokrywa zapotrzebowanie obiektu na energię elektryczną w ok.
Wyzwania stojące przed nowoczesnymi oczyszczalniami ścieków
Stały rozwój miast, zmiany klimatyczne oraz rosnące wymagania środowiskowe stawiają przed systemami oczyszczania ścieków coraz wyższe wymagania. Nowoczesne oczyszczalnie są też istotną częścią strategii ESG (Environmental, Social, Governance), która ma minimalizować negatywny wpływ, jakie firmy wywierają na środowisko. Dlatego muszą spełniać coraz bardziej rygorystyczne normy środowiskowe, dbając przy tym o bezpieczeństwo i efektywność oczyszczania ścieków.
Efektywność energetyczna
Oczyszczalnie ścieków zużywają duże ilości energii, co jest nie tylko sporym obciążeniem dla środowiska, ale i finansów. Oznacza to z kolei, że oczyszczalnie powinny koncentrować się na poprawie efektywności energetycznej instalacji (poprzez m.in. modernizację infrastruktury czy zmianę procesów technologicznych).
Konieczne jest też poszukiwanie rozwiązań, mających zredukować zużycie energii przez oczyszczalnie komunalne i oczyszczalnie ścieków przemysłowych w Polsce.
Efektywne zagospodarowanie osadów ściekowych
Problem zagospodarowania osadów ściekowych (stanowiących odpady) rośnie razem z ilością ścieków. A co ważne, znaczną część osadów można przetworzyć i ponownie wykorzystać, realizując w ten sposób koncepcję gospodarki o obiegu zamkniętym (GOZ).
Osady ściekowe mogą być wykorzystywane m.in. do produkcji energii (poprzez spalanie lub fermentację), jako nawóz w rolnictwie (po odpowiednim przetworzeniu), czy w rekultywacji terenów. Takie podejście wpisuje się w ideę GOZ, gdyż przekształca odpady w zasoby, minimalizuje składowanie i maksymalizuje ponowne wykorzystanie materiałów.
Aby było to możliwe, niezbędne są jednak inwestycje w infrastrukturę oraz stosowane technologie.
Utrzymanie jakości ścieków oczyszczonych
Uzyskanie odpowiedniej jakości ścieku oczyszczonego to podstawowy cel, jaki realizuje gospodarka ściekowa. Wiąże się to również z bezpieczeństwem sanitarnym oraz normami prawnymi.
Utrzymanie odpowiedniego poziomu jakości oczyszczania ścieków wymaga z kolei przeprowadzania sukcesywnych modernizacji i stosowania nowoczesnych metod eksploatacji.
Zapewnienie ciągłego odbioru ścieków
Oczyszczalnie ścieków w Polsce pracują w trybie 24/7. Dłuższe wyłączenie instalacji jest więc niemożliwe. Jakie wiążą się z tym wyzwania? Oczyszczalnia musi działać efektywnie i zachować pełną funkcjonalność nawet w trakcie przeprowadzania działań modernizacyjnych. Każdy, bieżący strumień ścieków ma być zagospodarowany oraz zgodny z normami.
Oczyszczalnie w Polsce - dane
Zgodnie z informacjami udostępnionymi przez Państwowe Gospodarstwo Wodne „Wody Polskie” na koniec 2016 roku w polskich aglomeracjach funkcjonowało 1658 biologicznych oczyszczalni ścieków, z czego 601 o podwyższonym usuwaniu związków biogennych. Ilość wygenerowanych zanieczyszczeń, w przeliczeniu na RLM, wyniosła 38 793 Gg/rok z czego 33 591 Gg/rok zostało skierowane do oczyszczalni ścieków z podwyższonym usuwaniem biogenów.
| Rodzaj oczyszczalni | Liczba |
|---|---|
| Biologiczne oczyszczalnie ścieków | 1658 |
| Oczyszczalnie o podwyższonym usuwaniu biogenów | 601 |
Równocześnie rośnie znaczenie edukacji mieszkańców w zakresie właściwego korzystania z kanalizacji i ograniczania wprowadzania do niej substancji trudno biodegradowalnych.
System oczyszczania ścieków w miastach stanowi złożoną infrastrukturę, której efektywność zależy od precyzyjnie opracowanych procesów technologicznych oraz współpracy użytkowników i operatorów.
tags: #oczyszczalnia #aglomeracyjna #definicja
