Ozonowanie Ścieków Surowych: Skuteczność i Zastosowanie
- Szczegóły
W ostatnich latach zaczęto zwracać coraz większą uwagę na problem przedostawania się farmaceutyków do środowiska naturalnego, w szczególności do wód, które następnie są źródłem wody do picia. Farmaceutyki to aktywne biologicznie związki, stosowane głównie w medycynie i weterynarii. Należą do nich tysiące związków chemicznych o specyficznych właściwościach biologicznych i fizykochemicznych. Liczba ta będzie ciągle rosnąć, z uwagi na to, iż zarówno medycyna, jak i weterynaria, cały czas starają się znaleźć nowe sposoby leczenia chorób.
Naukowcy od wielu lat zwracają uwagę na duży wpływ oddziaływania przemysłu farmaceutycznego na środowisko naturalne. Obecność w nim farmaceutyków jest bardzo niebezpieczna nie tylko dla ludzi, ale także dla roślin i zwierząt. Jedną z najważniejszych dróg przedostawania się tych związków do wód jest ich występowanie w ściekach oczyszczonych wypływających z oczyszczalni ścieków. Dzieje się tak dlatego, że w większości procesów stosowanych obecnie do oczyszczania ścieków usuwa się tylko niewielką część związków należących do szerokiej grupy mikrozanieczyszczeń.
W związku z tym najbardziej oczywistym rozwiązaniem tego problemu było opracowanie metody, umożliwiającej całkowite ich wyeliminowanie z odpływu z oczyszczalni. Ze względu na to, iż farmaceutyki i ich metabolity to jedne z najtrudniejszych zanieczyszczeń do usunięcia z wody lub ścieków, konieczne jest przeprowadzenie badań, w celu znalezienia skutecznych metod ich usuwania. Wykazano, że zastosowanie technologii, takich jak: procesy membranowe, adsorpcja na granulowanym węglu aktywnym, czy metody pogłębionego utleniania, w tym ozonowanie, mogą być efektywne w usuwaniu mikrozanieczyszczeń.
Wiele testów pilotażowych dowiodło, że ozonowanie ma wysoki potencjał utleniania farmaceutyków w wodzie i ściekach i jest uważane za najbardziej perspektywiczną i skuteczną metodę, którą można wprowadzić w skali technicznej do już istniejących oczyszczalni ścieków. Mikrozanieczyszczenia mogą być utleniane nie tylko przez bezpośrednie działanie ozonu na cząsteczkę, ale także poprzez działanie rodników hydroksylowych •OH. W przypadku wykorzystywania ozonowania do usuwania farmaceutyków ze ścieków, konieczne jest prowadzenie tego procesu na dobrze oczyszczonych ściekach.
Chodzi o to, aby wykorzystać silne działanie utleniające ozonu w kierunku dedykowanych do tego zanieczyszczeń, a nie tych, które mogą być usunięte przy użyciu klasycznych metod oczyszczania ścieków. Substancje w cieczy „konkurują ze sobą” o ozon, czyli w przypadku podwyższonych stężeń określonych substancji, może się okazać, że nie wystarczy go do utlenienia farmaceutyków. Pokazuje to jak ważne dla skuteczności ozonowania są wszystkie procesy technologiczne wykorzystywane w oczyszczalni ścieków przed tym procesem. Niskie wartości OWO i azotynów są kluczowe w przypadku ozonowania.
Przeczytaj także: Działanie ozonowania soli fizjologicznej
Zastosowanie procesu ozonowania w oczyszczaniu ścieków powinno zostać poprzedzone dokładnym oszacowaniem bezpieczeństwa prowadzenia tego procesu. Jest to związane z tym, iż reakcje ozonu w niektórych cieczach mogą prowadzić do powstawania potencjalnie toksycznych produktów ubocznych procesu ozonowania.
Badania i Analizy Technologiczne
W artykule opisano badania i analizy technologiczne wykonane w stacji pilotowej. Miały one na celu sprawdzenie, czy ozonowanie ścieków wypływających z konwencjonalnej oczyszczalni w technologii firmy WOFIL, jest skuteczną metodą usuwania ze ścieków określonych związków, należących do grupy farmaceutyków.
Oczyszczalnia ścieków, w której przeprowadzono badania charakteryzuje się obciążeniem wyrażonym wartością RLM równą 125 000. Oczyszczane są ścieki dopływające do oczyszczalni kolektorem ogólnospławnym, dopływ średni dobowy wynosi 25 000 m3/d.
Stacja pilotowa jest zespołem urządzeń odwzorowujących rzeczywiste procesy technologiczne możliwe do wykorzystania w oczyszczaniu ścieków. Urządzenie zostało wyprodukowane przez polską firmę Wofil Robert Muszański. Jest to urządzenie wykorzystywane do prowadzenia badań, które może być używane do precyzyjnego projektowania kompletnych instalacji wraz z doborem parametrów pracujących urządzeń.
Ścieki oczyszczone doprowadzane są ciśnieniowo do stacji pilotowej, gdzie na wejściu mierzone i regulowane jest natężenie przepływu. Ciecz wpływa do aeratora, w którym następuje proces usunięcia potencjalnie występujących cząstek rozpuszczonych gazów oraz stopniowanie napowietrzania ścieków powietrzem zjonizowanym. Ma to na celu wstępne utlenienie niektórych związków w cieczy. Po procesie napowietrzania, woda jest tłoczona do kolejnego procesu technologicznego jakim jest filtracja I stopnia na złożu żwirowo-piaskowym. Wewnątrz filtra wykorzystano wysokiej jakości naturalny piasek kwarcowy.
Przeczytaj także: Opinie o ozonowaniu w Mysiadle
W bloku ozonowania, ścieki przepływają przez mieszacz statyczny i dopływają do pierwszej kolumny kontaktowej, którą zaczynają wypełniać. Konstrukcja kolumn pozwala na ustalenie tego samego czasu kontaktu dla różnych przepływów, jak i różnego czasu kontaktu dla takiego samego przepływu, co jest niezwykle ważne przy badaniach pilotowych procesu ozonowania. Jest to rozwiązanie, które zapewnia stały czas kontaktu ścieków z ozonem, przy zmiennych przepływach. Żadne ze stosowanych rozwiązań na świecie nie pozwala na uzyskanie takiego efektu.
Ozon wytwarzany jest w generatorze ozonu chłodzonym powietrzem. Ozonator jest urządzeniem pracującym w technologii nietermicznej plazmy, w którym możliwa jest płynna regulacja mocy w zakresie wydajności od 1-100%. Do wytwarzania ozonu wykorzystywany jest czysty tlen wytwarzany na miejscu przez wytwornicę tlenu. W procesie ozonowania, ozon desorbujący znad lustra cieczy w kolumnach kontaktowych jest mieszany z filtrowanym powietrzem, tworząc w ten sposób powietrze zjonizowane. Po procesie ozonowania, ścieki poddawane są kolejnemu procesowi technologicznemu, którym jest filtracja II stopnia na złożu żwirowo-piaskowym.
Badania przeprowadzono w dniu 14 czerwca 2018 r., w godzinach porannych, w oczyszczalni ścieków zlokalizowanej w województwie śląskim. W kanale odpływowym umieszczono małą zatapialną pompę do ścieków, która tłoczyła ścieki do beczki znajdującej się w pobliżu samochodu. Przewód tłoczny pompy w beczce podłączono do wejścia stacji pilotowej. Badania przeprowadzono przy natężeniu przepływu ścieków równym 1 m3/h. Badania były prowadzone przy ustalonej dawce ozonu i stałym czasie kontaktu.
Po pierwszym włączeniu stacji, pracowała ona według pierwszego schematu przez około 2 godziny. Najpierw pobrano próbki ścieków surowych. Następnie, przystąpiono do pomiaru ozonu resztkowego po procesie ozonowania. Badanie to miało na celu sprawdzenie, jaka ilość dozowanego ozonu do cieczy pozostaje w nim po procesach utleniania w kolumnach kontaktowych. Po pobraniu wszystkich próbek z pracy stacji według pierwszego schematu, przestawiono ją na pracę według schematu drugiego. Konieczne było odczekanie niezbędnego czasu, który pozwolił na to, aby ścieki przepłynęły przez filtr węglowy. Ponownie skontrolowano stężenie ozonu resztkowego po procesie ozonowania.
Badanie stężenia ozonu resztkowego w ściekach przeprowadzono dwukrotnie w odstępie 45 minut według każdego ze schematów pracy stacji pilotowej. Wartość ozonu resztkowego w trakcie badań utrzymywała się na stałym poziomie. Było tak niezależnie od realizowanego schematu pracy instalacji pilotowej, co wskazuje na bardzo zbliżone parametry ścieków wypływających z osadnika wtórnego w czasie oraz stabilną pracę układu.
Przeczytaj także: Oczyszczanie powietrza: Ozonowanie czy adsorpcja?
Próbki ścieków pobrano do przezroczystych, plastikowych butelek, o pojemności 500 ml. każda. Dzięki temu możliwe było zaobserwowanie zmiany barwy cieczy po przeprowadzonych procesach. Ścieki surowe charakteryzowały się delikatnie żółtawą barwą, która w dużym stopniu została zredukowana po procesie ozonowania. Można było spodziewać się takiego efektu, z uwagi na to, iż ozonowanie jest jedną ze skuteczniejszych metod usuwania barwy z cieczy. Po procesie filtracji na złożu piaskowym barwa była niemalże identyczna jak po ozonowaniu. Z drugiej strony, ścieki przefiltrowane na złożu z węgla aktywnego nie były tak przezroczyste, jak te bezpośrednio po utlenianiu ozonem.
Potwierdziło to sens stosowania filtracji I stopnia na złożu żwirowo-piaskowym przed procesem ozonowania, z uwagi na to, iż w jego trakcie zostaje usunięta wspomniana zawiesina, która powodowałaby zwiększenie zapotrzebowania na ozon w procesie utleniania zanieczyszczeń.
Badanie stężenia azotynów w ściekach przeprowadzono dla każdej z pobranych w trakcie badań próbek. Azotyny bardzo szybko reagują z ozonem, są utleniane do azotanów. W powyższej tabeli widać, że stężenie azotynów w ściekach po osadniku wtórnym jest niemalże na poziomie, dla którego zalecane jest stosowanie podwyższonych dawek ozonu. Skuteczność usuwania azotynów w procesie ozonowania, była na poziomie około 88 %.
Badanie stężenia bromianów w ściekach przeprowadzono wyłącznie dla próbki ścieków surowych oraz po procesie filtracji na złożu z węgla aktywnego. Jak widać w tabeli 5.1, stężenie bromianów w ściekach surowych oraz po procesie filtracji jest poniżej granicy wykrywalności metody. Wyniki te wskazują na to, że zastosowanie ozonowania jako metody usuwania farmaceutyków w oczyszczalni jest możliwe. Z uwagi na to, iż nie wykonano badania bromków w ściekach surowych, nie jest możliwe ustalenie czym spowodowany jest brak bromianów po procesie ozonowania.
Bezpośrednio po pobraniu każdej z próbek wykonano pomiar temperatury każdej z nich. Założono, że temperatura ścieków może mieć duży wpływ na usuwanie farmaceutyków. Jest to związane z tym, że rozpuszczalność ozonu w wodzie maleje wraz ze wzrostem temperatury cieczy. Oznacza to, że im wyższa temperatura ścieków, tym większa jest wymagana dawka ozonu do skutecznego przeprowadzenia procesu. Na podstawie powyższych wyników, można zaobserwować, że temperatura oczyszczanych ścieków była stosunkowo wysoka.
Badanie stężenia diklofenaku w ściekach przeprowadzono dla każdej z pobranych w trakcie badań próbek. Do roku 2018, w Polsce nie istniały żadne rozporządzenia dotyczące dopuszczalnych wartości tego parametru w ściekach oczyszczonych i najprawdopodobniej, w najbliższym czasie sytuacja ta nie ulegnie zmianie. Zdecydowano się na badanie stężenia diklofenaku, z uwagi na jego występowanie w odpływie z oczyszczalni, co potwierdziły badania przeprowadzone około pół roku wcześniej.
Skuteczność usuwania farmaceutyków w oczyszczalniach ścieków
W ostatnich latach dużym zainteresowaniem cieszą się badania dotyczące wykrywania, oznaczania oraz usuwania z wód i ścieków mikrozanieczyszczeń, w tym leków. Zarówno w Polsce, jak i na świecie obserwuje się wzrost konsumpcji, a tym samym wzrost stężenia leków w ściekach surowych. Wykazano, że najczęściej identyfikowanymi lekami w ściekach są: ibuprofen, karbamazepina (CBZ), diklofenak (DCF), sulfametoksazol (SMX) czy estron.
W konwencjonalnych oczyszczalniach ścieków stopień usuwania karbamazepiny wynosi zwykle poniżej 20%. Raportowane stężenia karbamazepiny mieściły się w zakresie 1-3,6 tys. ng dm-3 w wodach powierzchniowych, szpitalach i ściekach oczyszczonych. SMX był również często wykrywany zarówno w ściekach, jak i wodach powierzchniowych, gruntowych i przeznaczonych do spożycia - ze względu na szerokie zastosowanie tego antybiotyku w medycynie i weterynarii oraz niską skuteczność usuwania w oczyszczalniach ścieków. Zwykle stężenia SMX w ściekach oczyszczonych plasowały się w zakresie od 0,3 do 783 ng dm-3. Obecność DCF była często dokumentowana w stężeniach.
Ozonowanie jako metoda dezynfekcji ścieków
Zastosowana przez nas metoda dezynfekowania ścieków ozonowaną wodą przynosi bardzo dobre efekty. Bieżące badania pokazują, że redukcja bakterii w nieczystościach zrzucanych do Wisły to ponad 90%, a wzrost zawartości tlenu po procesie dezynfekcji ozonem to ponad 300%. Od soboty Miejskie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji w Warszawie wprowadziło proces ozonowania tych ścieków, aby zredukować stopień ich zanieczyszczenia.
Ozonowanie jest jedną z metod dezynfekcji, stosowaną na końcu całego procesu oczyszczania ścieków, tj. po 99% redukcji liczby bakterii w klasycznym procesie oczyszczania ścieków. Z uwagi na silne działanie utleniające ozonu - w kierunku dedykowanych do tego zanieczyszczeń a nie tych, które mogą być usunięte przy użyciu klasycznych metod oczyszczania -stosuje się go do usuwania drobnoustrojów na oczyszczonych ściekach.
Aby proces ozonowania był efektywny, kontakt ścieków z ozonem powinien wynosić około 15-20 minut, a skład ścieków powinien wykazywać się niskimi wartościami ogólnej zawartości węgla organicznego - OWO - oraz azotynów. Jest to spowodowane tym, że większa ilość materii organicznej, jak i opisywanej formy azotu, automatycznie wpływa na konieczność stosowania większych dawek ozonu, aby osiągnąć wysoką skuteczność usuwania drobnoustrojów ze ścieków.
Zastosowanie ozonowania po awariach kanalizacji
Po wybiciu kanalizacji konieczne jest ozonowanie zalanych pomieszczeń. Metoda ta jest zarówno doskonałym rozwiązaniem na usunięcie nieprzyjemnych zapachów, jak i dezynfekcję. Ozon zabija większość bakterii, grzyby, wirusy i inne szkodliwe mikroorganizmy. Sprzątanie po wybiciu kanalizacji za pomocą ozonowania to sprawdzone rozwiązanie, które stosują firmy specjalizujące się w tej branży. Metoda ta sprawdza się również w przypadku awarii szamba.
Pierwszy krok to usunięcie wszelkich przedmiotów z miejsca awarii i utylizacja mienia, którego nie da się odzyskać. Następne czynności powinny dotyczyć oczyszczenia wszystkich zabrudzonych powierzchni i ich dezynfekcji. Pomieszczenie koniecznie powinno zostać poddane ozonowaniu, aby zneutralizować nieprzyjemne zapachy i oczyścić je ze związków chorobotwórczych. Celem działania usługodawców jest przede wszystkim przywrócenie równowagi biologicznej w pomieszczeniu.
Awaria kanalizacji nie należy do przyjemnych zdarzeń. Nie mając doświadczenia i odpowiedniego sprzętu oraz wiedzy na temat, w jaki sposób poradzić sobie z zanieczyszczeniami typu fekalia i nieprzyjemnym zapachem, oczyszczanie pomieszczeń lub terenu najlepiej powierzyć specjalistom. Mają długoletnie doświadczenie i doskonałe zaplecze techniczne, co jest gwarancją satysfakcji klientów.
tags: #ozonowanie #ścieków #surowych #skuteczność
