Pasywna Oczyszczalnia Ścieków: Zasada Działania i Technologie
- Szczegóły
Oczyszczalnie ścieków to systemy urządzeń służących eliminacji zanieczyszczeń ze ścieków stanowiących zagrożenie dla ludzi, zwierząt oraz środowiska. Niezwykle istotna z punktu widzenia środowiska jest też sama technologia oczyszczania ścieków. Trendy związane z ochroną środowiska naturalnego, oszczędnością energetyczną i pozyskiwaniem energii ze źródeł odnawialnych dotyczą również rynku małych oczyszczalni ścieków.
Pasywne Oczyszczalnie Ścieków - Alternatywa dla Tradycyjnych Rozwiązań
Coraz większe zainteresowanie budzą systemy efektywnego oczyszczania ścieków bytowo-gospodarczych bez użycia energii elektrycznej. W artykule zostaną zaprezentowane różne rozwiązania pasywne, w których proces oczyszczania zachodzi bez zużycia energii elektrycznej.
Drenażowa Oczyszczalnia Rozsączająca
Drenażowa oczyszczalnia rozsączająca to najprostszy typ przydomowej oczyszczalni ścieków. Warunkiem zastosowania tego rozwiązania są odpowiednie warunki gruntowe. Oczyszczanie ścieków odbywa się tu bowiem w oparciu o dwa procesy: tlenowym oraz beztlenowym. Ważne zatem, by grunt był dobrze przepuszczalny, a poziom wód gruntowych stosunkowo niski.
Skuteczność oczyszczania zawiesiny ogólnej w samodzielnych osadnikach gnilnych wynosi mniej niż 80%, natomiast eliminacja zanieczyszczeń organicznych oraz związków azotu kształtuje się zaledwie na poziomie 40%. Jeszcze gorsze wyniki osiąga technologia drenażowa w przypadku biogenów, jakimi są związki fosforu.
Kolmatacja systemu rozsączającego ścieki do gruntu to jedno z poważniejszych zagrożeń w przypadku drenażowych oczyszczalni. Mniejsza wydajność odprowadzania ścieków do gruntu może powodować (zwłaszcza w okresach długotrwałych opadów) lokalne podtopienia systemu rozsączającego. To z kolei prowadzi do odcięcia dopływu powietrza dla mikroorganizmów tlenowych bytujących w gruncie oraz ich obumieranie.
Przeczytaj także: Pasywne oczyszczalnie: zasady działania i korzyści
Ze względu na występujące procesy beztlenowe, podczas eksploatacji zalecane jest stosowanie biopreparatów dbających o florę bakteryjną i przyśpieszających rozkład zanieczyszczeń.
Oczyszczalnia Fann - Innowacyjne Rozwiązanie Drenażowe
Przydomowa oczyszczalnia ścieków Fann wyróżnia się nietypowym, prostopadłościennym zbiornikiem gnilnym. Jednak jej najważniejszą odmiennością są specjalnie opracowane moduły rozsączające, które zastępują tradycyjny system rur perforowanych, wykorzystywanych przez inne oczyszczalnie drenażowe. Po przeanalizowaniu, z jakich elementów zbudowana jest najprostsza wersja oczyszczalni Fann, można dojść do wniosku, że poza nietypowym, prostopadłościennym zbiornikiem gnilnym, jest to dobrze znana drenażowa oczyszczalnia ścieków.
W zbiorniku zachodzą procesy flotacji (wytworzenia kożucha na powierzchni ścieku), sedymentacji (powstawanie osadu na dnie zbiornika) i fermentacji metanowej, których wynikiem jest pozbawienie cząstek stałych i wstępne podczyszczenie ścieków. Zamiast drenażu złożonego z perforowanych rur oraz odpowiednio przygotowanej warstwy żwiru i piasku zastosowano gotowe moduły In-Drän. Są to konstrukcje złożone z materiałów tekstylnych oraz elementów dystansujących wykonanych z tworzyw termoplastycznych.
Konstrukcja modułu sprawia, że podczyszczone ścieki, które napływają rurą drenażową ze zbiornika gnilnego, nie wypełniają całej wolnej przestrzeni. Pracujący moduł In-Drän przypomina zestaw płaskich kieszeni na przemian wypełnionych ściekami i powietrzem. Moduły pełnią podobną rolę, jak złoże w reaktorach oczyszczalni biologicznych. Zapewniają one na tyle dużą powierzchnię aktywną biologicznie, że można ograniczyć wielkość poletka rozsączającego. Dzięki temu oczyszczalnie Fann można instalować na stosunkowo niewielkich działkach.
Oczyszczalnia Fann jest wolna od ograniczeń związanych z niską przepuszczalnością gruntu i wysokim poziomem wód gruntowych. Moduły In-Drän zapewniają właściwy odbiór ścieków w każdych warunkach glebowych - należy tylko pamiętać o odpowiednim dostosowaniu wielkości poletka rozsączającego. Prostopadłościenny, wyposażony w mocne żebrowanie zbiornik gnilny zapewnia pełną odporność na wypieranie przez wody gruntowe.
Przeczytaj także: Przydomowe oczyszczalnie ścieków Zawiercie
Fann oferuje przydomową oczyszczalnię ścieków, która jest faktycznie bezobsługowa i pasywna (nie wymaga zasilania energią elektryczną). Jeżeli prace ziemne oraz montaż oczyszczalni przeprowadzono zgodnie z zaleceniami instrukcji przekazanej przez producenta, użytkowanie oczyszczalni Fann nie wymaga żadnych zabiegów serwisowych: nie musimy wymieniać filtrów, nie musimy stosować bioaktywatorów, nie ponosimy kosztów energii elektrycznej.
Filtr Piaskowy lub Piaskowo-Żwirowy
Ciekawym rozwiązaniem w przypadku niedostatecznej przepuszczalności gruntu lub wysokiego poziomu wód gruntowych może być filtr piaskowy lub piaskowo-żwirowy. Stwarza on zdecydowanie lepsze warunki do oczyszczania ścieków, poza tym jest dość prosty w budowie i stosunkowo niedrogi w eksploatacji. Filtr można umieścić zarówno na powierzchni gruntu, czyli w nasypie, jak również pod jego poziomem.
Podczyszczone biologicznie w osadniku gnilnym ścieki kierowane są do drenażu zbierającego, którego rury zasypane są warstwą filtracyjną w postaci żwiru i piasku. W filtrze piaskowym, oczyszczone wstępnie ścieki są doczyszczane, a następnie z pomocą drenów rozsączane lub odprowadzane do odbiornika.
Ta metoda, w porównaniu z drenażem rozsączającym, wymaga niestety większych nakładów inwestycyjnych, np. na zakup folii, budowę filtra czy przepompowni. Kolejną wadą jest spora powierzchnia, jaką zajmuje cały system, a także konieczność zabezpieczenia filtra przed czynnikami zewnętrznymi.
Oczyszczalnie Ścieków z Filtrami Gruntowo-Roślinnymi (Hydrofitowe)
Podobne działanie do oczyszczalni piaskowych mają oczyszczalnie ścieków z filtrami gruntowo-roślinnymi. Tutaj jednak proces biologicznego oczyszczania wspierany jest przez systemy korzeniowe roślin. Aby wzmocnić skuteczność czyszczenia można postawić kilka filtrów gruntowo-roślinnych usytuowanych względem siebie w sposób kaskadowy.
Przeczytaj także: Oczyszczalnia oksydacyjna: zasady działania
Sam filtr zbudowany jest z kilku warstw. Pierwsze dwie, to warstwy żwiru: o większej granulacji 2-16 mm i mniejszej do 2 mm. Podczyszczone w osadniku gnilnym ścieki kierowane są do odizolowanych od podłoża powierzchni filtracyjnych. Tam zachodzi biologiczna filtracja przy pomocy błony biologicznej. W wyniku licznych tlenowych i beztlenowych procesów rozkładane są białka i redukowane azotany. Wytrącane są też fosforany oraz następuje neutralizacja związków siarki ze ścieków.
Jeżeli przepuszczalność gruntu jest duża i zagraża przenikaniem ścieków, dno wykopu należy wyłożyć grubą folią z tworzywa sztucznego. Zaletą takiej oczyszczalni jej wysoka skuteczność. Ich wysoka czystość sprzyja ponownemu wykorzystaniu. Niestety ten typ oczyszczalni jest dość drogi, zarówno na etapie inwestycji, jak też eksploatacji.
Oczyszczalnie hydrofitowe nazywane są również hydrobotanicznymi, korzeniowymi lub trzcinowymi. Ich cechą charakterystyczną jest zastosowanie odpowiedniej roślinności wodolubnej. Oczyszczalnie te wykorzystują procesy sorpcji, chemiczne reakcje utleniania i redukcji, biologiczną aktywność roślin makrofitowych oraz aktywność mikroorganizmów. Mikroorganizmy odpowiedzialne są za bioakumulację oraz biodegradację związków organicznych i biogennych.
Wykonanie Oczyszczalni Hydrofitowej na Bazie Filtrów Pionowych
Przy projektowaniu i wykonywaniu takiej oczyszczalni szczególną uwagę należy zwrócić na odpowiedni dobór materiału filtracyjnego oraz prawidłowe wykonanie złoża żwirowo-roślinnego. Według wytycznych firmy Ekoprom, na 1 RLM należy przyjąć około 3,5-4 m2 powierzchni filtra, ale licząc w podstawie. Na samym dnie złoża układana jest folia budowlana, najlepiej dwuwarstwowa, grubości min. 1 mm, która powinna być na tyle duża, aby można było wywinąć ją na ściany boczne.
Po ułożeniu foli, na dnie złoża układane są rury zbierające oczyszczone ścieki. Ważne jest, aby jedna z końcówek takiej rury wyprowadzona była powyżej poziomu gruntu w celu doprowadzenia tlenu niezbędnego do procesów oczyszczania; druga końcówka prowadzona jest do studzienki kontrolnej. W kolejnym kroku układana jest warstwa piasku grubości 60 cm, która potem musi być dobrze ustabilizowana. I w tej właśnie warstwie wykonywane są nasadzenia - najlepiej typowej trzciny. Wymagane jest około 4-5 sadzonek na 1 m2.
Użyteczne Właściwości Roślin Makrofitowych
Rośliny wykorzystywane w oczyszczalniach hydrofitowych mają charakterystyczną tkankę powietrzną zwaną aerynchymą, dzięki której możliwe jest dostarczanie tlenu z powietrza atmosferycznego do ich podwodnych części. Tlen tworzy wokół kłączy i korzeni lokalne mikrosfery tlenowe, otoczone mikrosferami niedotlenionymi, po których pojawiają się mikrosfery redukcyjne. Powstaje więc mozaika stref tlenowych i beztlenowych, które zasiedlane są przez różnego rodzaju mikroorganizmy: bakterie, grzyby, glony i pierwotniaki.
Jak Pracuje Pasywna Oczyszczalnia Hydrofitowa?
Ścieki, które dopływają do osadnika, są w nim wstępnie mechanicznie podczyszczane, głównie w procesach sedymentacji zawiesin łatwoopadających i flotacji. W osadniku wstępnym następuje znacząca redukcja zawiesin ogólnych oraz BZT5. W kolejnym etapie podczyszczone ścieki przepływają do przepompowni, która w odpowiednich porcjach „rozdeszczowuje” je na powierzchni filtra żwirowo-roślinnego/złoża (o przepływie pionowym). Ważne jest, aby ścieki były równomiernie rozsączane - złoże jest wówczas na całej powierzchni równo obciążone. Następnie ścieki, przepływając w kierunku dna złoża, są oczyszczane przez tlenowe i beztlenowe bakterie glebowe (powstaje błona biologiczna). W dolnej części filtra ścieki są zbierane przez drenaż i odprowadzane do odbiornika.
Stosowanie filtrów żwirowo-roślinnych gwarantuje bardzo dobre efekty oczyszczania ścieków. We Francji przeprowadzono badania skuteczności tej metody w około 70 obiektach.
Pasywne Oczyszczalnie Ze Złożem Biologicznym Zraszanym
Pasywne biologiczne oczyszczalnie ścieków ze złożem biologicznym zraszanym charakteryzują się brakiem poboru energii elektrycznej, a co za tym idzie - niskim kosztem utrzymania. Jednocześnie gwarantują one równie wysoką skuteczność oczyszczania jak oczyszczalnie mechaniczno-biologiczne, które potrzebują prądu do swojej pracy. Zazwyczaj cechują się niezawodnością, prostą budową oraz wykorzystaniem elementów, które są ogólnie dostępne.
Budowa Kompaktowych Oczyszczalni Pasywnych
Wszystkie wymienione oczyszczalnie zbudowane są z osadnika wstępnego oraz bioreaktora pasywnego, w którym przepływ ścieków od momentu dopływu do osadnika do odpływu z oczyszczalni realizowany jest w sposób grawitacyjny. Żadna nie wymaga zasilania energią elektryczną do prowadzenia procesów oczyszczania. Rozwiązania te pracują w technologii złóż biologicznych zraszanych, wykorzystując odpowiedni materiał jako podłoże złoża biologicznego.
Wypełnienie kokosowe jest materiałem naturalnym, który powstaje z odpadów kokosowych. Włókna i granulat kokosowy mają dużą powierzchnię właściwą i dobre właściwości filtracyjne. Z kolei wypełnienie biofiltracyjne z wełny mineralnej to odpowiedniej wielkości kostki. Materiał ten, podobnie jak włókna kokosowe, ma bardzo dużą powierzchnię właściwą, która jest doskonałym podłożem dla rozwoju błony biologicznej, gdzie żyją mikroorganizmy odpowiedzialne za usuwanie zanieczyszczeń ze ścieków.
Wełna mineralna ma właściwości kapilarne, co nie pozwala przesączającej się cieczy na przepływ ze zbyt dużą prędkością i zapobiega wytworzeniu się ścieżek szybkiej migracji cieczy w dół złoża biologicznego. Właściwości kapilarne wełny mineralnej umożliwiają też długie utrzymywanie wilgoci podłoża, co jest bardzo korzystne dla mikroorganizmów.
Złoże biologiczne zraszane jest bardzo odporne na nierównomierny dopływ ilościowy oraz jakościowy ścieków podczyszczonych wcześniej w osadniku wstępnym.
Działanie Oczyszczalni Ze Złożem Biologicznym Zraszanym
W tego typu oczyszczalniach proces oczyszczania ścieków jest realizowany w oparciu o dwa stopnie: mechaniczny oraz biologiczny. Oczyszczanie mechaniczne - ścieki surowe dopływają do osadnika wstępnego, gdzie podlegają wstępnemu podczyszczeniu polegającemu na mechanicznym oddzieleniu zanieczyszczeń w procesach sedymentacji zawiesin łatwoopadających (opadają na dno zbiornika) oraz flotacji frakcji lekkich (pływających), które tworzą kożuch na powierzchni toni ściekowej.
Gromadzony osad ulega stabilizacji biologicznej w warunkach beztlenowych, znanej powszechnie jako fermentacja metanowa, trwającej 90-180 dni. W tej części dominują głównie bakterie beztlenowe. Następnie sklarowane ścieki ze środkowej strefy zbiornika, pozbawione zawiesin, przepływają grawitacyjnie przez filtr na odpływie do bioreaktora (do części biologicznej).
Oczyszczanie biologiczne odbywa się poprzez równomierne rozprowadzanie wstępnie podczyszczonych ścieków na powierzchni całego złoża biofiltracyjnego (za pomocą perforowanych rur, czyli tzw. systemu dystrybucji). Następnie przepływają przez pierwszą warstwę biofiltracyjną, gdzie dzięki różnym grupom mikroorganizmów są biologicznie oczyszczane. Potem przepływają przez warstwę napowietrzającą i w ostatnim etapie - przez drugą warstwę biofiltracyjną, która oprócz biologicznego oczyszczania (przez mikroorganizmy) zapewnia także odpowiednią filtrację ścieków. Złoże biofiltracyjne jest ciągle napowietrzane w sposób naturalny dzięki zastosowaniu wentylacji niskiej i wysokiej oraz warstwy filtracyjnej z kształtek PP.
Opisane zasady dotyczą większości złóż zraszanych, czyli systemów pasywnych.
Fotowoltaika dla Przydomowej Oczyszczalni
Jeżeli inwestor zastosował już inne (niż pasywne) rozwiązania w zakresie oczyszczania ścieków bytowych lub też przekonany jest do innej technologii, to warto rozważyć dodatkowo montaż mikroinstalacji PV, która pozwoli zredukować wydatki na energię elektryczną.
Na naszym rynku są rozwiązania fotowoltaiczne dedykowane specjalnie do małych oczyszczalni ścieków, jak np. minielektrownia PV Sapling Elektro-ONE, zbudowana na bazie pojedynczego panelu fotowoltaicznego, który instaluje się na specjalnym stelażu. Całość wyposażona jest w miniinwerter oraz system zabezpieczeń prądowych. Urządzenie to współpracuje z siecią elektroenergetyczną i w przypadku braku energii ze słońca, oczyszczalnia automatycznie przechodzi na zasilanie z sieci.
Kierunek na Energooszczędność
W ostatnich latach w sektorze małych oczyszczalni ścieków obserwuje się aktywność w zakresie nowych rozwiązań. Producenci starają się wprowadzać modyfikacje służące poprawie skuteczności działania oczyszczalni, ale też ograniczeniu zużycia energii elektrycznej potrzebnej do prowadzenia procesów oczyszczania. Coraz częściej w oczyszczalniach zasilanych elektrycznie stosuje się dmuchawy energooszczędne, zmniejszając tym samym konsumpcję prądu. Równolegle rozwija się rynek przydomowych oczyszczalni pasywnych, które do podstawowego procesu oczyszczania tlenowego nie wymagają zasilania w energię elektryczną.
Tabela 1. Jakość Oczyszczonych Ścieków na Odpływie z Oczyszczalni Ze Złożem Biologicznym Zraszanym
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| BZT5 | Niska |
| Inne zanieczyszczenia | Niski poziom |
tags: #pasywna #oczyszczalnia #ścieków #zasada #działania
