Redukcja amoniaku w oczyszczalniach ścieków: skuteczne metody

Szczegóły: Opublikowano: 13. March 2026

Gospodarka komunalna obejmuje zarówno zarządzanie odpadami stałymi, jak i ciekłymi, w tym odpadami wodno-ściekowymi. Dotyczy ona właścicieli nieruchomości, władz gminnych i miast. Odbiór nieczystości ciekłych i osadów musi być udokumentowany, a oczyszczanie ścieków z niebezpiecznych związków jest obowiązkiem władz.

Źródła i rodzaje związków azotowych w ściekach

Związki azotowe w ściekach występują w dwóch głównych formach: amoniaku (NH4 -N) oraz związków organicznych. Są to naturalnie występujące jony, które powstają w wyniku przemian azotu. Dostają się one do wód powierzchniowych z różnych źródeł, głównie z kanalizacji ze ściekami komunalnymi i przemysłowymi, a także ze spływów z terenów rolniczych nawożonych sztucznymi nawozami azotowymi.

Pewna ilość azotu i fosforu jako substancji biogennych (odżywczych) jest potrzebna, ale ich nadmiar jest niebezpieczny. Wody powierzchniowe mają zapewniać życie organizmom wodnym i są niezastąpione w przemyśle i rolnictwie. W wodociągach wody te są surowcem do produkcji wody pitnej, a w kąpieliskach zaspokajają potrzeby rekreacyjne. Ich nadmierna podaż ma jednak trujący wpływ na biocenozę wodną i zdrowie ludzi.

Metody usuwania związków azotu ze ścieków

Nadmiar związków zawierających azot i fosfor może być usuwany zarówno metodami chemicznymi, jak i biologicznymi. Do biologicznych metod usuwania związków zawierających azot zalicza się nitryfikację i denitryfikację. Osiąga się to poprzez wprowadzenie do ścieków tzw. osadu czynnego.

Procesy chemiczne usuwania azotu ze ścieków polegają na dodawaniu do ścieków substancji chemicznych, które wiążą azot i tworzą nierozpuszczalne osady. Następnie osady te są oddzielane od wody i usuwane. Wykorzystuje się tu różne reakcje chemiczne, takie jak strącanie, koagulacja czy adsorpcja.

Przeczytaj także: Filtr powietrza kątowy - redukcja

Korzyści z usuwania azotu ze ścieków:

Ograniczenie ryzyka eutrofizacji wód powierzchniowych, czyli nadmiernego wzrostu glonów i roślin wodnych, co prowadzi do zmniejszenia ilości tlenu w wodzie i zakłócenia równowagi ekosystemu.
Poprawa jakości wody pitnej, co jest istotne dla zdrowia społeczeństwa.

Usuwanie fosforu ze ścieków, a także azotu, jest niezbędne dla ochrony środowiska naturalnego, utrzymania równowagi ekosystemów wodnych oraz zapewnienia zdrowia ludzi. Jednym z czynników wpływających na proces denitryfikacji jest koncentracja w ściekach rozkładalnych związków węgla (BZT5, ChZT). Źródłem węgla w procesie biologicznego usuwania azotu są ścieki dopływające do reaktora biologicznego lub na przykład zewnętrzne źródło węgla w postaci dodawanych do ścieków: kwasu octowego, etanolu i metanolu. Innym źródłem węgla mogą być wody nadosadowe, zawierające duże ilości lotnych kwasów tłuszczowych, które można wytworzyć w wyniku fermentacji osadu wstępnego.

Proces denitryfikacji, a więc redukcji azotanów lub azotynów do azotu gazowego, zachodzi z jednoczesnym utlenianiem związków organicznych, stanowiących źródło węgla i energii dla bakterii uczestniczących w procesie. Ilość bakterii nitryfikacyjnych w osadzie czynnym zależy od wielkości stosunku BZT5 do azotu ogólnego w ściekach surowych dopływających do reaktora biologicznego. Optymalna wartość powinna wynosić w ściekach dopływających do reaktora od 3 do 5, a często podkreśla się, że gdy stosunek jest niższy od 3, dominują procesy nitryfikacji, a kiedy przekracza 5, ulegają one znacznemu zahamowaniu.

Procesy biologicznego oczyszczania ścieków skupiają się przede wszystkim na skutecznym usuwaniu związków azotu i fosforu, ograniczając w ten sposób ich negatywny wpływ na środowisko wodne. Aktualnie gospodarka ściekowa znajduje się w fazie przemian, tzn. linearne oczyszczanie ścieków przechodzi w model cyrkularny. Rocznie na świecie powstaje około 380 mld m3 ścieków i oczekuje się, że ich globalna produkcja, w stosunku do obecnego poziomu, wzrośnie o 24 proc. do 2030 oraz o 51 proc. do 2050 r. Objętość ta generuje ogromny ładunek zanieczyszczeń.

Oczyszczanie ścieków odpowiada za około 5 proc. globalnych emisji gazów cieplarnianych, w tym za około 13 proc. podtlenku azotu oraz 5-8 proc. metanu. Coraz częściej oczyszczalnie poszukują długofalowych rozwiązań technologicznych, które umożliwiłyby im nie tylko obniżenie kosztów działalności, ale również stopniowe przekształcenie obiektów w fabryki surowców i energii. Wraz ze światową produkcją ścieków powstaje m.in. 17 mln ton azotu oraz 3 mln ton fosforu, które mogą zostać odzyskane i wykorzystane w rolnictwie, częściowo zastępując nawozy sztuczne.

Aktualnie dostępna wiedza technologiczna, analityczna i mikrobiologiczna umożliwia modyfikację procesów, w kierunku wyższej efektywności usuwania zanieczyszczeń, niższej emisji gazów cieplarnianych oraz odzysku użytecznych surowców.

Przeczytaj także: Wymiary i Zastosowanie Filtrów 38mm

Redukcja emisji gazów cieplarnianych

W żadnym z etapów transportu, oczyszczania ścieków lub unieszkodliwiania osadów nie dostrzega się takiego potencjału do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych jak w przypadku biologicznego usuwania związków azotu. Bioreaktory są uznane za główne źródło gazów w obiektach. To tam dochodzi do uwalniania aż w 90 proc. silnie cieplarnianego podtlenku azotu (którego współczynnik globalnego ocieplenia jest 310 razy wyższy niż dla dwutlenku węgla). Podtlenek azotu w oczyszczalniach ścieków pochodzi przede wszystkim z trzech reakcji mikrobiologicznych, które wymagają warunków tlenowych lub beztlenowych. Pośredniczą w nich bakterie utleniające amoniak (proces nitryfikacji) oraz heterotrofy biorące udział w denitryfikacji.

W strategii łagodzenia emisji podtlenku azotu kluczowe znaczenie ma wiedza technologiczna związana z optymalizacją procesu napowietrzania, mieszania czy całkowitej denitryfikacji, a także zapewniająca zewnętrzne źródło węgla. Wprowadzenie skomplikowanych zmian technologicznych wymaga współpracy z ekspertami i badaczami spoza grona obsługującego obiekt.

Z emisją podtlenku azotu w przemianach mikrobiologicznych nieodłącznie wiąże się konfiguracja procesów technologicznych. W tej chwili mamy dostęp do wielu modyfikacji klasycznego ciągu z wykorzystaniem osadu czynnego, które opierają się na beztlenowym utlenianiu amoniaku (anammox) oraz skracaniu procesów przemian związków azotu (tzw. częściowej/skróconej nitryfikacji). Dzięki czemu technologie te mogą skutecznie oczyszczać ścieki bogate w amoniak, jednocześnie zmniejszając zużycie energii i produkcję osadów.

Odzysk zasobów i innowacyjne technologie

Usuwanie związków azotu ze ścieków komunalnych zmniejsza ryzyko eutrofizacji wód oraz ich potencjalnej toksyczności dla żyjących w niej organizmów. Procesy biologicznego usuwania azotu pierwotnie skupiały się na reakcjach utleniania - redukcji i nie uwzględniały możliwości odzysku zasobów. W konwencjonalnym procesie nitryfikacji - denitryfikacji, azot amonowy w ściekach komunalnych jest utleniany do azotanów w obecności tlenu, co generuje wysokie zapotrzebowanie na energię związaną z napowietrzaniem (2,6-6,2 kWh/kg usuniętego azotu). Dodatkowo denitryfikacja, a więc redukcja powstających azotanów do azotu gazowego potrzebuje źródła węgla. Aktualnie musi być on dostarczony z zewnątrz, aby proces przebiegał efektywnie. Ponadto nawozy amonowe produkowane są w reakcji Habera-Boscha, która jest procesem wysoce energochłonnym. Tu pojawia się przestrzeń do połączenia wiedzy o procesach przemiany związków azotu w oczyszczalniach, z możliwościami jakie daje odzysk amoniaku ze ścieków.

Obecnie szacuje się, że ścieki miejskie zawierają około 40 mg azotu amonowego na litr. Przy założeniu, że rocznie na świecie powstaje 380 mld m3 ścieków, daje to możliwość wyprodukowania około 20 mln ton amoniaku rocznie.

Przeczytaj także: Redukcja Powierzchni w Membranowych Oczyszczalniach

Podtlenek azotu coraz częściej postrzegany jest nie tylko jako wysoce cieplarniany gaz, ale również jako reaktywna forma azotu posiadająca pewną ilość energii chemicznej, którą można wykorzystać. Próby odzysku podtlenku azotu ze ścieków i wykorzystania go jako paliwa były już podejmowane. Jednym z przykładów jest tzw. proces CANDO, który obejmuje częściową nitryfikację, częściową beztlenową redukcję azotynów (azotanów (III)) do podtlenku amonu, a następnie konwersję podtlenku azotu do gazowego azotu z odzyskiem energii w drodze katalitycznego rozkładu do azotu i tlenu. Ostatecznie podtlenek azotu ulega współspalaniu z metanem w biogazie, dostarczając o 30 proc. więcej energii w porównaniu do standardowej mieszanki biogazu. Około 60-80 proc. azotynów powstających w procesie CANDO może zostać przekształconych w użyteczny podtlenek azotu.

Obecnie istnieje coraz więcej dowodów, które potwierdzają, że systemy bioelektrochemiczne, np. mikrobiologiczne ogniwa paliwowe (MFC), mikrobiologiczne ogniwa elektrochemiczne (MEC) i mikrobiologiczne komórki odsalające (MDC), mogą stanowić alternatywne podejście do oczyszczania ścieków wraz z odzyskiem amoniaku oraz energii. W bioelektrochemii bakterie na anodzie mogą przekształcać związki chemiczne zmagazynowane w materii organicznej w energię, jednocześnie ułatwiając transfer azotu amonowego przez membranę kationowymienną. Stężony strumień amoniaku otrzymany na katodzie może być dalej zbierany różnymi metodami, takimi jak odpędzanie amoniaku czy wytrącanie. Do tej pory mikrobiologiczne ogniwa elektrochemiczne były wykorzystywane do oczyszczania ścieków z wysokim stężeniem amoniaku (np. moczu, odcieków z odwadniania osadów). Efektywność odzysku tego typu procesów wahała się od 30 do nawet 80 proc.

Drobnoustroje są kluczowe, jeśli chodzi o oczyszczanie ścieków i w najbliższych latach ich rola będzie tylko rosnąć. Nowoczesne techniki biologii molekularnej dają nam szczegółowy wgląd w mechanizmy i zależności panujące w mikrobiologicznych społecznościach. Ważne jest, aby wykorzystywać nowoczesne techniki do modyfikacji i ulepszania istniejących już procesów, równolegle z rozwijaniem innowacyjnych technologii przyszłości. Biotechnologia ścieków w ostatniej dekadzie przeszła szereg zmian, które umożliwiły jej wdrażanie założeń gospodarki cyrkularnej.

Regulacje prawne dotyczące uciążliwości zapachowej

Uciążliwość zapachowa to stan subiektywnego dyskomfortu odczuwanego przez człowieka w sferze fizycznej i psychicznej powodowany zapachem substancji wprowadzonej do powietrza. Uciążliwość zapachowa jest wynikiem oddziaływania źródeł emitujących związki odorowe, które są rozpoznawane przez receptory ludzkiego narządu węchu. Cząsteczki odpowiedzialne za zapach można podzielić na trzy grupy: związki siarki (siarkowodór (H2S) ), związki azotu (amoniak (NH3) ) oraz związki zawierające węgiel (aldehydy, ketony, związki alifatyczne i aromatyczne).

Źródła emisji substancji odorowych występują praktycznie we wszystkich rodzajach działalności gospodarczej, a nawet mogą być związane z powszechnym lub zwykłym korzystaniem ze środowiska. Mogą to być źródła zarówno punktowe (komin, wyrzutnia wentylacji), jak również powierzchniowe (składowiska) lub liniowe (rzeka). Emisje z tych źródeł mogą mieć charakter zorganizowany lub niezorganizowany i odbywać się w sposób stały lub okresowy.

Należy zaznaczyć, że w prawie każdej kategorii ludzkiej działalności, w pewnych warunkach może wystąpić emisja różnych ilości zróżnicowanych związków zapachowoczynnych. Trzeba również wskazać, że w wielu przypadkach emitowane są substancje, które same w sobie nie powodują uciążliwości zapachowej. Jednak w wyniku reakcji w powietrzu z innymi substancjami powstają związki, które będą wyczuwalne przez ludzi. Związki zapachowe w mieszaninach mogą posiadać zupełnie inne właściwości i cechy zapachu niż pojedyncze substancje odorowe.

Wpływ odorów na zdrowie

Odory mogą mieć negatywny wpływ na zdrowie człowieka. Wynika to przede wszystkim z destruktywnego oddziaływania na psychikę człowieka. Długotrwałe narażenie na uciążliwość zapachową może wywołać depresję, znużenie, problemy oddechowe, bóle głowy, nudności, podrażnienie oczu i gardła. Odczucia zapachowe są bardzo często subiektywne. Takie samo stężenie zapachu może wywołać u różnych odbiorców odmienne wrażenie dyskomfortu z powodu różnej oceny źródła zapachu, wrażliwości oraz stopnia aktywności.

Resort środowiska kilkukrotnie podejmował próby uregulowania problemu uciążliwości zapachowej w postaci przepisów prawnych, tzn. w postaci rozporządzenia w sprawie wartości odniesienia substancji zapachowych w powietrzu i metod oceny zapachowej jakości powietrza na podstawie art. 222 ustawy z dnia 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony środowiska. W tym celu przeprowadzono szereg dyskusji, konsultacji merytorycznych i uzgodnień wewnątrzresortowych z wiodącymi w tej dziedzinie ośrodkami naukowymi.

W wyniku analiz ustalono, że w istniejącej sytuacji społecznej i ekonomiczno - gospodarczej efektywniejsze będzie podjęcie działań ukierunkowanych na zwiększenie skuteczności obowiązujących przepisów oraz ewentualne ich uzupełnienie, a nie tworzenie nowych przepisów ustawowych wprowadzających dodatkowe obowiązki zarówno dla samorządów lokalnych, jak i przedsiębiorców.

Istniejące przepisy prawne

Obecnie w Polsce istnieją przepisy pośrednio związane z omawianą problematyką. Dlatego też wykorzystując istniejące prawodawstwo krajowe można już obecnie podejmować różne działania mające na celu ograniczenie uciążliwości zapachowej.

art. 362 ust. 1 ustawy z dnia 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony środowiska (Dz. U. z 2016 r. poz. 672, z późn. zm.) (dalej ustawa Poś), zgodnie z którym, jeżeli osoba fizyczna prowadzi działalność, której negatywne oddziaływanie na środowisko nie jest objęte obowiązkiem posiadania pozwolenia, organ ochrony środowiska może, w drodze decyzji, nałożyć na nią obowiązek ograniczenia negatywnego oddziaływania na środowisko i jego zagrożenia.
art. 362 ust. 2) art. 363, umożliwiający wójtowi, burmistrzowi lub prezydentowi miasta, w drodze decyzji, nakazać osobie fizycznej, której działalność negatywnie oddziałuje na środowisko, wykonanie w określonym czasie czynności zmierzających do ograniczenia negatywnego oddziaływania na środowisko.
ustawie z dnia 10 lipca 2007 r. o nawozach i nawożeniu (Dz. U. z 2015 r. poz. 625, z późn. zm.).
rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 23 grudnia 2002 r. w sprawie szczególnych wymagań, jakim powinny odpowiadać programy działań mających na celu ograniczanie odpływu azotu ze źródeł rolniczych (Dz. U. z 2003 r. Nr 4, poz. 44), wydane na podstawie ustawy z dnia 18 lipca 2001 r. Prawo wodne (Dz. U. z 2015 r. poz. 469, z późn. zm.).

Ponadto, na podstawie art. 7 ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane (Dz. U. z 2016 r. poz. Minister Rolnictwa i Gospodarki Żywnościowej wydał rozporządzenie z dnia 7 października 1997 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle rolnicze i ich usytuowanie (Dz. U. z 2014 r. poz. 81, z późn. zm.), które reguluje sprawy związane z konstrukcją i usytuowaniem obiektów budowlanych. Rozporządzenie określa odległości, których zachowanie przy lokalizacji budowli rolniczych ma na celu ograniczenie ich negatywnego oddziaływania na tereny przyległe.

Minister Infrastruktury wydał rozporządzenie z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. z 2015 r. poz. Minister Gospodarki wydał rozporządzenie z dnia 21 listopada 2005 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać bazy i stacje paliw płynnych, rurociągi przesyłowe dalekosiężne służące do transportu ropy naftowej i produktów naftowych i ich usytuowanie (Dz. U. z 2014 r., poz. 1853), w którym uregulowano także kwestie konstrukcji i usytuowania stacji paliw, zbiorników do przechowywania paliw oraz transportu ropy naftowej, tak aby zapobiegać niekontrolowanym rozszczelnieniom zbiorników, rurociągów i wyciekom substancji będących źródłem uciążliwości zapachowej.

Dodatkowo w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 26 stycznia 2010 r. w sprawie wartości odniesienia dla niektórych substancji w powietrzu (Dz. U. z 2010 r. Nr 16, poz. 87) ustalono wartości odniesienia ze względu na potrzebę ochrony zdrowia dla 167 substancji lub grup substancji, w tym również dla substancji zapachowoczynnych takich jak: amoniak (NH3), dimetyloamina (C2H7N), merkaptany czy siarkowodór (H2S). Przy ustalaniu wartości odniesienia tych substancji nie uwzględniono jednakże ich uciążliwości złowonnych. W celu ochrony przed uciążliwością zapachową wartości wielu substancji powinny być zasadniczo mniejsze.

Duża grupa instalacji przemysłowych, z których wprowadzane są substancje do powietrza, zgodnie z przepisami art. 201 ustawy Poś, objęte są systemem pozwoleń zintegrowanych. Instalacje te są wymienione w załączniku do rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 27 sierpnia 2014 r. w sprawie rodzajów instalacji mogących powodować znaczne zanieczyszczenie poszczególnych elementów przyrodniczych albo środowiska jako całości (Dz. U. z 2014 r. poz. 1169). Powinny one spełniać wymagania ochrony środowiska wynikające z najlepszych dostępnych technik (BAT).

W zakresie ochrony środowiska bardzo ważnym zagadnieniem jest właściwa orientacja w skali zagrożeń dla środowiska, wynikających z określonych rodzajów działalności. Instrumentem o podstawowym znaczeniu w tym zakresie są pozwolenia na korzystanie ze środowiska. W obowiązującym stanie prawnym przypadki, w których wprowadzanie gazów lub pyłów do powietrza z instalacji nie wymaga pozwolenia są określone w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 2 lipca 2010 r. w sprawie przypadków, w których wprowadzanie gazów lub pyłów do powietrza z instalacji nie wymaga pozwolenia (Dz. U. Nr 130, poz. 881).

tags: #redukcja #amoniaku #w #oczyszczalni #ścieków #metody