Ozonowanie Ścieków: Koszty Eksploatacji i Efektywność
- Szczegóły
Wiele oczyszczalni ścieków zostanie objęte wymogiem wprowadzenia dodatkowego etapu oczyszczania ścieków w celu usunięcia mikrozanieczyszczeń zgodnie ze zmienioną dyrektywą UE dotyczącą oczyszczania ścieków komunalnych. W oparciu o najnowszą technologię i praktyczne doświadczenie, ozonowanie podczas filtracji jest jednym z najskuteczniejszych metod usuwania zanieczyszczeń. Modułowy system ozonowania zapewnia elastyczną reakcję na silne wahania natężenia przepływu ścieków i ich składu. W artykule opisano działania podjęte przez właścicieli oczyszczalni ścieków biorąc pod uwagę czterostopniowe oczyszczanie ścieków tj. usuwanie szerokiego spektrum mikrozanieczyszczeń.
Zgodnie z fragmentem dyrektywy: “Do 2035 roku ścieki komunalne zostaną poddane wtórnemu oczyszczeniu przed wprowadzeniem ich do środowiska, we wszystkich aglomeracjach o wydajności co najmniej 1000 RLM. Do 2039 r. trzeci stopień oczyszczania (tj. usuwanie azotu i fosforu) będzie stosowany we wszystkich oczyszczalniach ścieków o RLM od 150 tys., a do 2045 r. w oczyszczalniach powyżej 10 tys. RLM. Dodatkowy, czwarty stopień oczyszczania mikrozanieczyszczeń będzie obowiązkowy dla wszystkich podmiotów o RLM powyżej 150 tys. Mikrozanieczyszczenia antropogeniczne obejmują farmaceutyki, pestycydy, środki czyszczące, produkty kosmetyczne i chemikalia przemysłowe. Obecnie w większości oczyszczalni ścieków te substancje śladowe nie są jeszcze w pełni degradowane i zatrzymywane. Pomimo tego, że wpływ poszczególnych substancji na ludzi i ekotoksykologię został już zbadany, bardzo niewiele wiadomo na temat możliwych skutków występowania różnych substancji w wodzie. W zmienionej dyrektywie zdefiniowano 12 kluczowych substancji i określono ich wartości referencyjne. Co najmniej sześć z wymienionych substancji musi zostać zredukowanych o co najmniej 80% podczas oczyszczania ścieków.
Zalety Ozonowania w Oczyszczaniu Ścieków
Adsorpcja na węglu aktywnym i ozonowanie w połączeniu z następującym po nich etapem są stosowane od kilku lat. Ozonowanie w połączeniu z granulowanym węglem aktywnym (GAC-Granular activated carbon) oferuje kilka zalet: 80% skuteczności podczas eliminacji zanieczyszczeń osiągana jest nawet przy zmiennym składzie ścieków. Substancje utleniające się i częściowo adsorbowane są usuwane przed zastosowaniem węgla aktywnego.
Systemy łączące ozonowanie i węgiel aktywny usuwają mikrozanieczyszczenia ponad 80%. Zastosowanie procesu ozonowania do wspomagania wyżej wymienionych procesów jednostkowych sprawia, że diametralnie obniżają się koszty inwestycyjne i eksploatacyjne kompleksowych instalacji uzdatniania wody.
Ozon (O₃) to silny utleniacz, który skutecznie niszczy bakterie, wirusy i inne mikroorganizmy. Jest to metoda ekologiczna, ponieważ ozon rozpada się do tlenu, nie pozostawiając szkodliwych pozostałości. Ozon ze względu na swoje właściwości jest jednym z najskuteczniejszych środków dezynfekcyjnych, mocniejszych niż chlor i jego związki. Ozon łatwo reaguje z wieloma substancjami obecnymi w wodzie stanowiącymi jej zanieczyszczenia, jest przy tym nietrwały, co przejawia się m.in. w skłonności do samorozpadu po rozpuszczeniu w wodzie.
Przeczytaj także: Działanie ozonowania soli fizjologicznej
Porównanie z Inymi Metodami Dezynfekcji
Skutki uboczne chlorowania (powstawanie rakotwórczych produktów, zagrożenie dla środowiska naturalnego, zatrucia, mutacje genowe prowadzące do chorób genetycznych), skomplikowana eksploatacja samego chloru oraz częsta konieczność dechloracji powodują, że coraz częściej odchodzi się od tej technologii dezynfekcji wody. Ultrafioletowe systemy LIT do dezynfekcji ścieków komunalnych, przemysłowych oraz deszczówki pozwalają na rezygnację z chlorowania i dechloryzacji, eliminując negatywny wpływ na środowisko i ekologię zbiorników wodnych, do których są doprowadzane oczyszczone ścieki. Dezynfekcja UV jest bezpieczna, w odróżnieniu od technologii utleniających (chlorowanie, ozonowanie). Po naświetlaniu w wodzie nie powstają̨ szkodliwe produkty uboczne, nawet w przypadku wielokrotnego przewyższenia wymaganej dawki.
Poniżej przedstawiono zalety i wady różnych metod dezynfekcji:
| Metoda Dezynfekcji | Zalety | Wady |
|---|---|---|
| Ozonowanie | Brak toksycznych produktów ubocznych, wysoka skuteczność, usuwa zapach i kolor wody. | Wysokie koszty instalacji i konieczność wykwalifikowanej obsługi. |
| Dezynfekcja kwasem podchlorawym (Neuthox) | Bezpieczny dla ludzi i środowiska, niski koszt eksploatacji, długotrwała skuteczność. | Wymaga odpowiedniego systemu dozowania i monitorowania. |
| Chlorowanie | Niska cena, prostota stosowania, długotrwały efekt. | Może tworzyć toksyczne produkty uboczne, takie jak trihalometany (THM), oraz wpływać na smak i zapach wody. |
| Promieniowanie UV | Brak chemikaliów, szybkie działanie, brak wpływu na smak wody. | Brak efektu resztkowego, wymaga czystej wody do skutecznego działania. |
Koszty Eksploatacji Ozonowania
Najbardziej ekonomiczne rozwiązania zależą przede wszystkim od rodzaju ścieków i stężenia mikrozanieczyszczeń. Każdy generator ozonu ma optymalny punkt pracy, w którym koszty eksploatacji są zminimalizowane. Ten optymalny punkt pracy zależy od wydajności i stężenia ozonu, a także kosztów energii elektrycznej, tlenu i wody chłodzącej. Optymalna wydajność w trybie nominalnym powinna być niższa niż 8 kWh/kg ozonu. Poziomy DOC po konwencjonalnym oczyszczaniu zwykle mieszczą się w zakresie od 5 do 15 mg/l. Wymagana szybkość dozowania ozonu wynosi od 0,3 do 0,8 g ozonu/g DOC, co stanowi kluczowe parametry do obliczenia potrzebnej ilości ozonu. Systemy ozonowania są zwykle projektowane w oparciu o maksymalne natężenie przepływu ścieków i najwyższą oczekiwaną zawartość DOC, aby zapewnić utrzymanie wydajności redukcji nawet w godzinach szczytu.
Modułowe Systemy Ozonowania
Dla porównania, system modułowy działa znacznie wydajniej. W jednej instalacji możliwe jest uruchomienie do 16 niezależnie działających modułów generujących ozon, w zależności od rzeczywistego zapotrzebowania na ozon. System ozonowania firmy ProMinent w połączeniu z wydajnym mieszaniem, umożliwia znaczne skrócenie czasu kontaktu ze ściekami. W zależności od rodzaju ścieków i wymagań dotyczących wydajności oczyszczania, system oczyszczania można elastycznie dostosować do warunków poprzez automatyczne włączanie i wyłączanie modułów ozonatora. Dzięki modułowej koncepcji istniejące systemy można łatwo rozbudowywać, wymieniać lub modernizować. Udowodniono, że kompaktowa konstrukcja wymaga o 70% mniej miejsca.
Badania i Wyniki
Badania przeprowadzone w kilku projektach pilotażowych przez firmę ProMinent GmbH z Heidelbergu w Niemczech wykazały, że wymagana wydajność ozonu wynosi mniej niż 50% maksymalnej wydajności ozonu przez ponad 75% czasu pracy konwencjonalnych systemów. Maksymalna wydajność jest wymagana tylko przez 12% całkowitego czasu pracy. Rozmowy z pracownikami oczyszczalni ścieków potwierdzają te wyniki.
Przeczytaj także: Opinie o ozonowaniu w Mysiadle
Do tej pory standardem skutecznej eliminacji mikrozanieczyszczeń przy maksymalnych przepływach czas kontaktu czynników wynosił od 20 do 30 minut. Wymaga to dużych zbiorników procesowych wykonanych z betonu i stali, które są kosztowne w budowie i zajmują dużo miejsca. Z drugiej strony projekt pilotażowy w oczyszczalni ścieków w Luksemburgu z systemem modułowym przyniósł pozytywne wyniki pomimo znacznie krótszych czasów kontaktu.
Czynniki Wpływające na Efektywność Ozonowania
W badaniach na instalacji pilotowej stwierdzono, że podstawowymi (krytycznymi) parametrami, które można i należy wykorzystać do sterowania procesów oczyszczania wody, w technologii ozonowania są zawartość ozonu resztkowego w wodzie po kolumnach kontaktowych oraz względnie stały czas kontaktu ozonu z wodą. Stabilność czasu kontaktu jest o tyle istotna, że w tych przypadkach, gdzie instalacje są przewymiarowane, czas kontaktu może wahać się w granicach do 1000% zalecanej wartości, co ma ogromny wpływ na ilość powstających bromianów.
Pomiar ozonu resztkowego, a nie ilość dozowanego ozonu do wody jest parametrem umożliwiającym optymalne sterowanie procesem. Zwłaszcza przy zmiennych przepływach i zmiennej jakości wody. Im woda lepszej jakości, tym mniejsze zapotrzebowanie na ozon przy stałym przepływie. I odwrotnie: im woda jest gorszej jakości, tym większe zapotrzebowanie na ozon przy stałym przepływie, aby utrzymać ozon resztkowy po kolumnach kontaktowych na stałym poziomie.
Skład ścieków jest ogromnym wyzwaniem, ponieważ pochodzą one z różnych źródeł (prywatnych i przemysłowych). Masa organiczna jest stosunkowo wysoka, a dodatkowo mamy podwyższony poziom bromku.
Przeczytaj także: Oczyszczanie powietrza: Ozonowanie czy adsorpcja?
tags: #ozonowanie #ścieków #koszty #eksploatacji
