Reaktor oczyszczalni ścieków: Definicja i działanie

Szczegóły: Opublikowano: 06. March 2026

Ścieki, zarówno te z gospodarstw domowych, jak i procesów technologicznych wielu rodzajów przemysłu, powinny być poddawane oczyszczaniu w oczyszczalniach. Celem jest uzyskanie odpowiedniej klasy czystości wody zrzucanej do odbiorników, tak aby czystość ścieków była wyższa niż czystość wody w odbiorniku.

Podstawowe parametry oceny ścieków

Do podstawowych parametrów oceny stopnia zanieczyszczeń w ściekach należą barwa, zapach, zawiesiny oraz biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT) i chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT).

Biochemiczne Zapotrzebowanie Tlenu (BZT)

Miara ilości tlenu zużywanego przez mikroorganizmy do rozkładu materii organicznej zawartej w ściekach w ciągu określonego czasu to tzw. BZT. Oznacza się je na wlocie i wylocie z oczyszczalni. Ponieważ ok. 68% zanieczyszczeń ulega rozkładowi przez bakterie w ciągu 3 dni, a po ok. 5 dniach ok. 70%, zwykle oznacza się BZT5, czyli biochemiczne zapotrzebowanie tlenu po 5 dniach inkubacji próbki ścieków.

Pomiar BZT jest mierzone za pomocą elektronicznych czujników. W starszych systemach pomiarowych używano manometrów rtęciowych, jednak jej pary są substancjami trującymi. Obecnie stosuje się np. system OxiTop® i OxiTop® Control firmy Wissenschaftlich-Technische Werkstaetten GmbH (WTW). Jest to manometryczny, bezrtęciowy pomiar BZT. Dwutlenek węgla powstający w procesie jest absorbowany przez NaOH, a spadek ciśnienia jest mierzony przez czujnik tzw. OxiTop®. Dane są gromadzone w kontrolerach i przedstawione tam w postaci wykresu.

Chemiczne Zapotrzebowanie Tlenu (ChZT)

ChZT to miara ilości tlenu potrzebnej do utlenienia związków organicznych i nieorganicznych zawartych w ściekach, z użyciem silnych utleniaczy - takich jak manganian(VII) potasu lub dichromian(VI) potasu. Utleniacze dodaje się w ściśle znormalizowany sposób. Stosuje się zwykle metody nadmanganianowe (zwyczajowa nazwa manganianu(VII)), do ścieków - dichromianową. ChZT oznaczone metodą nadmanganianową określa się także jako utlenialność. Należy pamiętać, że utlenieniu ulega tylko ok. 60-80% zanieczyszczeń.

Przeczytaj także: Bezpieczeństwo Reaktorów Jądrowych

Stężenie BZT5 i ChZT ma związek ze stężeniem tlenu rozpuszczonego w wodzie lub ściekach.

Etapy Oczyszczania Ścieków

Oczyszczanie ścieków składa się z kilku etapów, w tym:

Oczyszczanie mechaniczne
Oczyszczanie fizykochemiczne
Oczyszczanie biologiczne

Oczyszczanie Mechaniczne

Oczyszczanie mechaniczne ma na celu usunięcie ze ścieków zawiesin organicznych i mineralnych oraz ciał pływających. Wykorzystuje się do tego różnego typu urządzenia, takie jak:

Kraty
Sita
Piaskowniki
Tłuszczowniki
Osadniki wstępne

Kraty zatrzymują większe zanieczyszczenia stałe, które usuwa się okresowo ręcznie lub mechanicznie. Sita służą do oddzielania drobniejszych frakcji (ponad 0,2 mm, a nawet 0,03 mm). Piaskowniki usuwają zanieczyszczenia ziarniste takie jak piasek, muły węglowe itp., chroniąc w ten sposób elementy pracujące w przepompowniach, takie jak pompy, zawory itp. Tłuszczowniki mają postać basenu flotacyjnego, w którym separowane są tłuszcze i oleje. Osadniki wstępne służą do usuwania zawiesin o gęstości większej od gęstości ścieków z niewielką (9...12 m/min) prędkością.

Wadą osadników wstępnych jest fakt zajmowania przez nie dużej powierzchni.

Przeczytaj także: Metody oczyszczania ścieków przemysłowych

Rys. 1. Aparatura oczyszczalni.

Oczyszczanie Fizykochemiczne i Chemiczne

Do oczyszczania ścieków zawierających chemiczne związki organiczne, metale ciężkie itp. stosuje się metody fizykochemiczne jak i chemiczne, takie jak neutralizację, ekstrakcję, sorpcję, elektrolizę i destylację.

Koagulacja

Koagulacja to proces, w którym pod wpływem dodatku koagulantu następuje destabilizacja zolu i wytrąca się osad w postaci zwartego koagulatu. Stosuje się np. sole glinu i żelaza, wapno, magnez oraz polielektrolity. Należą do nich np. kopolimery kwasu akrylowego i jego pochodnych. Zaletą koagulacji jest wysoka skuteczność (redukcja ChZT do 85% i zawiesin do 90%). Powstaje tu jednak duża ilość osadów.

Neutralizacja

Neutralizacja polega na doprowadzeniu ścieków do odczynu obojętnego poprzez dodanie substancji o odczynie przeciwnym. Do neutralizacji ścieków kwaśnych stosuje się np. wapno, sodę, ługi, a do ścieków zasadowych - kwaśne gazy spalinowe, powstające np. w wyniku spalania paliw (dwutlenek węgla, tlenki siarki i azotu) lub kwasy. Można również przepuszczać ścieki przez złoża sporządzone np. z marmuru, dolomitu lub magnezytu.

Adsorpcja

Pochłanianie zanieczyszczeń na powierzchni sorbenta, jakim jest np. węgiel aktywowany, nazywamy adsorpcją. Jest to typowy proces pomiędzy fazą ciekłą i stałą doprowadzony do stanu równowagi. Opisuje to równanie izotermy adsorpcji Freundlicha: A = Kcⁿ, gdzie: A - ilość pochłoniętej substancji na jednostkę adsorbenta, c - równowagowe stężenie adsorbowanej substancji w roztworze, K i n - są to współczynniki określone na drodze doświadczalnej. Stężenie równowagowe należy pojmować jako takie, w którym szybkość adsorpcji jest równa szybkości desorpcji z powierzchni sorbenta. Ten prosty opis może służyć do charakteryzowania zjawisk tzw. adsorpcji monomolekularnej, tj. takiej, w której cząsteczki adsorbatu tworzą tylko jedną warstwę na powierzchni adsorbentu.

Przeczytaj także: Przydomowe oczyszczalnie ścieków Zawiercie

Oczyszczanie Biologiczne

Oczyszczanie biologiczne wykorzystuje zdolność mikroorganizmów (bakterii, grzybów, pierwotniaków) do rozkładu związków organicznych zawartych w ściekach przy udziale mikro i makroorganizmów. Proces ten naśladuje procesy samooczyszczania się zbiorników wodnych. Metody biologiczne dzieli się na naturalne i sztuczne.

Metody Naturalne

W metodach naturalnych wykorzystuje się metodę pól irygacyjnych i pól filtracyjnych. Pole irygacyjne to obszar ziemi, na powierzchni której rozprowadza się ścieki. Oczyszczanie polega na utlenieniu i mineralizacji substancji zawartych w ściekach przez mikroorganizmy roślinne i zwierzęce. Złoże biologiczne po zbudowaniu nie jest aktywne - jego dojrzewanie trwa kilka tygodni. Złoża zraszane mają grubość 1,5...3 m. Optymalna temperatura to 6...25 st. C, minimalna ok. 6 st. C. Poniżej aktywność złoża zanika. Stopień oczyszczania jest wysoki: redukcja BZT5 do 95%, zawiesiny do 92%, bakterie chorobotwórcze do 95%. Są to złoża o podobnej budowie do pól irygacyjnych i filtracyjnych, jednak proces oczyszczania nie zachodzi na nich całkowicie. Nadają się do oczyszczania ścieków o niewielkim stężeniu. W przypadku ścieków stężonych należy stosować recyrkulację.

Fot. 1. Złoże biologiczne.

Metody Sztuczne

W metodach sztucznych wykorzystuje się:

Złoża biologiczne
Osad czynny
Reaktory membranowe

Złoża biologiczne

Złoża biologiczne to konstrukcje wypełnione materiałem o dużej powierzchni, na której rozwijają się mikroorganizmy tworzące błonę biologiczną. Materiałem wypełniającym złoża jest koks (właściwą nazwą jest "koksik", w odróżnieniu od koksu hutniczego) o granulacji 20 - 50 mm, 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 przepływają przez złoże tylko raz.

Osad czynny

Osad czynny to zawiesina mikroorganizmów (bakterii, grzybów, pierwotniaków) w ściekach, zdolnych do rozkładu zanieczyszczeń organicznych. Mikroorganizmy te posiadają zdolność oddychania zarówno tlenowego jak i azotanowego, dlatego nazywane są względnymi beztlenowcami. Do mikroorganizmów osadu czynnego należą m.in. Aeromonas, Flavobacterium, Achromobacter i Micrococus. Proces oczyszczania zależy od procesów metabolizmu zachodzących w mikroorganizmach. W celu zapewnienia odpowiednich warunków, zawartość reaktora jest intensywnie mieszana i napowietrzana za pomocą aeratorów (turbin napowietrzających), a także jedne i drugie razem. Proces mieszania i napowietrzania jest energochłonny. Ważne jest odpowiednie dobranie kształtów łopat i dysz aeratorów poprzez odpowiednie dobranie kształtów łopat i dysz zapewniają napowietrzanie drobnopęcherzykowe. Po procesie oczyszczania następuje oddzielenie osadu czynnego od cieczy, np. w osadnikach wtórnych. Woda w stawach ulega dalszemu samooczyszczeniu.

Rys. 2. Schemat oczyszczalni z osadem czynnym.

Reaktory Membranowe (MBR)

Reaktory membranowe to połączenie biologicznego oczyszczania z separacją membranową. Pozwalają na utrzymanie wyższych stężeń osadu czynnego niż w klasycznym procesie. Membrany zatrzymują zawiesinę, ale ulegają zatykaniu. Dlatego ścieki przepływają stycznie do powierzchni membrany, co zapobiega tzw. polaryzacji stężeniowej membran. Membrany wymagają okresowego czyszczenia lub wymiany.

Usuwanie Związków Biogennych

Oprócz usuwania zanieczyszczeń organicznych, istotne jest usuwanie związków biogennych (azotu i fosforu) i tzw. odnowy wody. Usuwanie ich odbywa się metodami innymi niż biologiczne, np. na węglu aktywowanym. Stosuje się także metody selektywnej eliminacji związków, np. z wykorzystaniem szczepów bakteryjnych działających selektywnie na konkretny związek chemiczny, immobilizowanymi na nośniku, np. piance poliuretanowej.

Denitryfikacja i Nitryfikacja

Bakterie nitryfikacyjne (Nitrosomonas i Nitrobacter) utleniają amoniak do azotynów, a następnie do azotanów. Bakterie denitryfikacyjne redukują azotany do azotu cząsteczkowego, który ulatnia się do atmosfery. Proces denitryfikacji wymaga obecności materii organicznej jako źródła węgla.

Przykładowe Rozwiązania Technologiczne

Rys. 3. Schemat technologiczny oczyszczalni ścieków typu "Bioset"

Oznaczenia: 1. Osadnik wstępny, 2. Krata gęsta, 3. Piaskownik, 4. Reaktor biologiczny, 5. Biostruktury, 6. Zwężka pomiarowa, 7. Osadnik wtórny. Oczyszczalnia sterowana jest komputerowo z prowadzeniem wielu pomiarów i optymalizacją procesu.

Innym przykładem jest oczyszczalnia typu BIOSTYRR®, działająca na zasadzie złoża biologicznego na granulowanym wypełnieniu z poliestyrenu. Charakteryzuje się strefą beztlenową na dole złoża i strefą tlenową na górze złoża. Usuwa zanieczyszczenia organiczne i związki biogenne, np. azot. Cząsteczki zawiesiny są zatrzymywane na filtrze. Proces denitryfikacji zachodzi w strefie niedotlenionej, gdzie dodawany jest metanol. Po procesie oczyszczania następuje płukanie złoża przy pomocy ścieków i powietrza.

Porównanie Oczyszczalni Biologicznych i Ekologicznych

Oczyszczalnie biologiczne wykazują liczne zalety w porównaniu do oczyszczalni ekologicznych (osadników gnilnych z drenażem rozsączającym). Wyższy stopień oczyszczania ścieków, zaawansowana technologia i efektywne usuwanie zanieczyszczeń to główne powody, dla których coraz więcej osób decyduje się na wybór oczyszczalni biologicznej dla swojego gospodarstwa domowego.

Podstawowa różnica to napowietrzanie. W oczyszczalniach ekologicznych w ogóle ono nie występuje. Nie dają one możliwości rozwoju osadu czynnego, a więc ich skuteczność jest bardzo niska. Ta nieefektywność przekłada się na jeszcze jedną ważną rzecz, oczyszczalnie ekologiczne są ekologiczne tylko z nazwy.

Przyjęło się określać osadniki gnilne jako oczyszczalnie ekologiczne, ale procesy beztlenowe nie pozwalają na osiągnięcie wyników redukcji zanieczyszczeń, których wymaga europejska norma zaimplementowana także do polskich przepisów prawa.

Cecha	Oczyszczalnie biologiczne	Oczyszczalnie ekologiczne (osadnik gnilny z drenażem rozsączającym)
Stopień oczyszczania ścieków	Do 98%	Niski, niemierzalny
Technologia	Tlenowa z udziałem mikroorganizmów	Beztlenowa
Osad czynny	Tak	Nie
Klarowność wody pościekowej	Tak	Nie
Koszt inwestycji	Wyższy	Niższy

Zalety Przydomowych Oczyszczalni Biologicznych

Kolejnym atutem przydomowych oczyszczalni biologicznych są niskie koszty ich serwisu i użytkowania. W porównaniu do tradycyjnych szamb, które wymagają regularnego opróżniania, oczyszczalnie biologiczne są praktycznie bezobsługowe. Nie ma potrzeby częstego wzywania wozu asenizacyjnego, co przekłada się na wymierne oszczędności w domowym budżecie. Ponadto, dzięki energooszczędnym rozwiązaniom stosowanym w nowoczesnych oczyszczalniach, zużycie prądu jest minimalne, co dodatkowo obniża koszty użytkowania.

Wybierając przydomową oczyszczalnię biologiczną, przyczyniamy się do ochrony środowiska naturalnego. Oczyszczone ścieki, o wysokich parametrach jakościowych, można z powodzeniem wykorzystać do nawadniania ogrodu lub podlewania roślin. Takie ekologiczne podejście pozwala na oszczędność cennych zasobów wody pitnej i wspiera ideę zrównoważonego rozwoju. Co więcej, oczyszczalnie biologiczne nie emitują nieprzyjemnych zapachów i nie stanowią zagrożenia dla okolicznych terenów, jak ma to miejsce w przypadku nieszczelnych szamb.

Zaleta	Opis
Wysoki stopień oczyszczania	Usuwanie do 98% zanieczyszczeń ze ścieków
Niskie koszty eksploatacji	Bezobsługowość i energooszczędność
Ekologiczne rozwiązanie	Możliwość ponownego wykorzystania ścieków i ochrona środowiska

Możliwości Zagospodarowania Oczyszczonych Ścieków

Ścieki oczyszczone w przydomowej oczyszczalni biologicznej stanowią cenny zasób, który można w różnoraki sposób zagospodarować. Ponowne wykorzystanie ścieków nie tylko ogranicza zużycie wody, ale także przyczynia się do ochrony środowiska. Jedną z opcji jest odprowadzanie oczyszczonych ścieków do gruntu poprzez studnie chłonne lub drenaż rozsączający. Takie rozwiązanie umożliwia naturalne wsiąkanie wody w głąb gruntu, nawadniając teren i wspierając wegetację roślin. Innym sposobem jest wykorzystanie wody pościekowej do nawadniania i podlewania roślin. To szczególnie korzystne rozwiązanie w przydomowych ogrodach i na terenach zielonych. Rozsączanie ścieków za pomocą drenażu zapewnia stały dopływ wody do gleby, co sprzyja bujnemu wzrostowi roślinności.

Metoda zagospodarowania	Zalety
Odprowadzanie do gruntu	Naturalne nawadnianie terenu, Wsparcie wegetacji roślin, Ochrona zasobów wody pitnej
Wykorzystanie do podlewania roślin	Oszczędność wody pitnej, Bujny wzrost roślinności, Korzyści dla przydomowych ogrodów i terenów zielonych

Jak Działa Przydomowa Oczyszczalnia Biologiczna?

Przydomowa oczyszczalnia biologiczna działa w oparciu o procesy tlenowe z udziałem mikroorganizmów zasiedlających złoże biologiczne. Ścieki przepływają przez kolejne etapy: osadnik wstępny, komorę separacji, reaktor biologiczny, komorę klarowania i osadnik wtórny, gdzie zachodzą procesy mechaniczne, biologiczne i chemiczne prowadzące do efektywnego oczyszczenia ścieków.

Etapy Oczyszczania w Przydomowej Oczyszczalni Biologicznej

Osadnik wstępny: Ścieki z domu trafiają najpierw do osadnika, gdzie następuje oddzielenie części stałych i tłuszczów. To tutaj zaczyna się proces beztlenowego rozkładu zanieczyszczeń, czyli fermentacji.
Komora separacji: Pełni rolę dodatkowego zabezpieczenia przed przedostawaniem się tłuszczów do reaktora biologicznego.
Reaktor biologiczny: Podczyszczone ścieki przepływają do komory tlenowej, w której działa złoże biologiczne oraz tzw. osad czynny. W tej części bytują różnorodne mikroorganizmy, które rozkładają zanieczyszczenia organiczne. W komorze zastosowano napowietrzanie drobnopęcherzykowe, które dostarcza bakteriom odpowiednią ilość tlenu.
Klarowanie i osadnik wtórny: W specjalnie ukształtowanej komorze następuje oddzielenie wody od zawiesin. Oczyszczona w 97% woda wypływa poza zbiornik, a osad opada na dno osadnika wtórnego i jest kierowany do osadnika wstępnego dzięki systemowi recyrkulacji.

tags: #reaktor #oczyszczalnia #ścieków #definicja #działanie