Oczyszczalnia ścieków: Zasada działania i metody oczyszczania
- Szczegóły
Oczyszczalnia ścieków to zespół urządzeń i obiektów technologicznych oraz obiektów towarzyszących, które służą do usuwania zanieczyszczeń zawartych w ściekach. Oczyszczalnia jest to zespół urządzeń i obiektów technologicznych, których wykorzystanie prowadzi do usunięcia ze ścieków zanieczyszczeń. Zasada działania oczyszczalni ścieków z założenia jest bardzo prosta. Jednak proces ten jest o wiele bardziej skomplikowany.
Rodzaje oczyszczalni ścieków
Oczyszczalnie ścieków mogą być przystosowane do oczyszczania ścieków powstających w wyniku prowadzonych procesów przemysłowych. Istnieją również oczyszczalnie, które nie dają się zaliczyć ani do grupy typowych oczyszczalni komunalnych, ani oczyszczalni przemysłowych.
Etapy oczyszczania ścieków
Proces oczyszczania ścieków można podzielić na kilka etapów:
Oczyszczanie mechaniczne
Pierwszy, wstępny etap oczyszczania ścieków nazywa się oczyszczaniem mechanicznym. Ma na celu oddzielenie od ścieków większych zanieczyszczeń (m.in. śmieci, zawiesin mineralnych i organicznych oraz tłuszczów). Usuwanie innych zanieczyszczeń ze ścieków na tym etapie oczyszczania traktuje się jako drugorzędne. Ponadto na tym etapie można przeprowadzić również odświeżenie ścieków (poprzez ich napowietrzanie). Poprzez zastosowanie oczyszczania mechanicznego poza wydzieleniem ze ścieków skratek i piasku można uzyskać obniżenie zawartości zawiesiny ogólnej o 40-70% a BZT5 i ChZT o 25-40% (przeciętnie ok. Ścieki wpływając na oczyszczalnie najpierw przepływają przez kraty rzadkie i gęste, na których odbywa się proces cedzenia, który polega na zatrzymywaniu większych zanieczyszczeń pływających lub wleczonych. Następnym etapem jest usunięcie ze ścieków zawiesin organicznych oraz tłuszczy w osadniku wstępnym radialnym. Oddzielenie zawiesin następuje w wyniku ich opadania na dno osadnika (tzw. sedymentacji), a tłuszczów w wyniku ich wynoszenia na powierzchnię (tzw. flotacji). Piasek po wydzieleniu ze ścieków (w postaci pulpy piaskowej) jest poddawany procesowi płukania i separacji (mającej na celu oddzielenie części organicznych).
Oczyszczanie biologiczne
Oczyszczanie ścieków metodami biologicznymi polega na rozkładzie zanieczyszczeń w procesach biologicznego utleniania, tzn. przy dominującym udziale mikroorganizmów. Prawie wszystkie procesy biologicznego oczyszczania ścieków są procesami aerobowymi, w których ścieki muszą bezwarunkowo zawierać tlen, który jest zużywany przez bakterie i pierwotniaki w ich procesach życiowych, w związku z czym musi on być stale uzupełniany. W oczyszczalniach ścieków biologiczne oczyszczanie odbywa się w warunkach sztucznych polegających na wielokrotnym zintensyfikowaniu procesów biochemicznych poprzez zastosowanie odpowiednich urządzeń technicznych. W procesie oczyszczania biologicznego wykorzystywany jest tzw. osad czynny czyli kłaczkowata zawiesina mikroorganizmów głównie bakterii oraz pierwotniaków. Ścieki w tzw. komorach biologicznych mieszane są z osadem czynnym. Mikroorganizmy tworzące osad czynny rozkładają zanieczyszczenia obecne w ściekach wykorzystując procesy biologiczne zachodzące podczas ich rozwoju. Aby zapewnić właściwą redukcję zanieczyszczeń w ściekach należy zapewnić jak najlepsze warunki do rozwoju w/w mikroorganizmów poprzez m.in. zapewnienie odpowiedniej ilości tlenu, temperatury, pH. W tlenowym rozkładzie biochemicznym związki organiczne są rozkładane pod wpływem enzymów i wykorzystywane do syntezy nowych komórek mikroorganizmów (przyrost biomasy) oraz utleniane do prostych związków nieorganicznych takich jak: dwutlenek węgla, woda, azotany, siarczany i fosforany. Charakterystyczną cechą rozkładu tlenowego jest wydzielanie znacznej ilości energii co pozwala na przyrost biomasy i szybki przebieg procesu. W Polsce zgodnie z obowiązującymi przepisami, poza redukcją związków organicznych, dla oczyszczalni o wielkości powyżej 10000 RLM obowiązkowe jest usuwanie ze ścieków związków biogennych tj. związków azotu i fosforu.
Przeczytaj także: Przydomowe oczyszczalnie ścieków Zawiercie
Proces usuwania fosforu i azotu
Ścieki oczyszczone mechanicznie z osadnika wstępnego kierowane są do komory predenitryfikacji i defosfatacji. W komorze predenitryfikacji następuje częściowa fermentacja osadu i wydzielenie lotnych kwasów tłuszczowych niezbędnych do biologicznego usuwania związków fosforu i azotu. W komorze defosfatacji zachodzą warunki beztlenowe, w których następuje uwolnienie fosforu z mikroorganizmów osadu do ścieków (I etap defosfatacji). Fosfor ten jest później pobierany przez bakterie tlenowe w komorze tlenowej i zakumulowany w biomasie osadu czynnego (II etap defosfatacji). Rezultatem w/w procesów jest zmniejszenie zawartości fosforu w ściekach. Z komory predenitryfikacji i defosfatacji ścieki kierowane są do 4 bloków biologicznych. Każdy blok podzielony jest na 3 strefy: nitryfikacji, zmienną i denitryfikacji. W każdej z tych stref panują odmienne warunki, które zapewniają zachodzenie właściwych procesów oczyszczania m.in. nitryfikacji, denitryfikacji, defosfatacji. Obecny w ściekach azot amonowy jest przekształcany w procesie nitryfikacji do azotanów. Te z kolei na drodze denitryfikacji są redukowane do azotu cząsteczkowego N2, który trafia do atmosfery.
Osadniki wtórne
Z bloków biologicznych mieszanina ścieków z osadem czynnym kierowana jest do 2 osadników wtórnych, w których następuje oddzielenie osadu czynnego od ścieków w wyniku opadania ( tzw. sedymentacji) osadu na dno osadników. Sklarowane ścieki oczyszczone odpływają przez przelewy pilaste umieszczone na obwodzie osadników wtórnych do kanału odprowadzającego je do odbiornika. Odbiornikiem ścieków oczyszczonych jest kanał Roznos, którym ścieki oczyszczone płyną do rzeki Białej, a następnie do rzeki Przemszy. Ścieki oczyszczone wprowadzane do odbiornika podlegają kontroli jakościowej.
Oczyszczanie chemiczne
Chemiczne oczyszczanie ścieków polega na dodawaniu do nich koagulantów, tj. związków żelaza (np. siarczan żelaza) lub glinu (np. siarczan glinu) oraz niekiedy flokulantów (polimerów anionowych), celem przeprowadzenia procesu koagulacji objętościowej. W uzasadnionych przypadkach (gdy pH jest zbyt niskie) do ścieków dodaje się również związki wapnia (mleko wapienne). Nadrzędnym celem chemicznego oczyszczania ścieków jest obniżenie stężenia fosforu ogólnego poniżej wartości, którą można osiągnąć w wyniku biologicznego oczyszczania ścieków (1-1,5 g/m³). Z tego powodu oczyszczanie chemiczne często jest określane mianem chemicznego strącania fosforu. Jednocześnie należy mieć na uwadze, że wprowadzenie środków chemicznych do ścieków spowoduje nie tylko obniżenie stężenia fosforu ogólnego, ale także znaczne obniżenie stężenia BZT5 i ChZT (o 80%), stężenia zawiesiny ogólnej (nawet o 90%) oraz stężenia azotu ogólnego (o 20-25%).
Metody strącania fosforu
- Strącanie wstępne - dozowanie koagulantu do ścieków surowych (przed osadnikami wstępnymi). W tym przypadku zachodzi proces koagulacji objętościowej, której efektywność wymaga zastosowania określonych operacji jednostkowych, takich jak: szybkie mieszanie (ok. 1 min), flokulacja (15-30 min) oraz sedymentacja (1-2 h). Strącanie wstępne pozwala na obniżenie BZT5 o 60-70%, zawiesin ogólnych o 75-85%, azotu ogólnego o 20-25% oraz fosforu ogólnego o 80-90%.
- Strącanie symultaniczne - dozowanie koagulantu bezpośrednio do reaktora biologicznego lub przed nim, w rezultacie czego fosfor jest strącany podczas procesu biologicznego oczyszczania ścieków. Jednocześnie zachodzi proces flokulacji a powstające osady: biologiczny i chemiczny są oddzielane od ścieków w procesie sedymentacji prowadzonym w osadnikach wtórnych.
- Strącanie końcowe - fosfor jest oddzielany ze ścieków po oczyszczeniu biologicznym w wydzielonym procesie koagulacji objętościowej, obejmującej procesy: szybkiego mieszania, flokulacji i sedymentacji (jako operacji wydzielonych). Zastosowanie strącania końcowego pozwala na obniżenie stężenia fosforu w ściekach oczyszczonych do poziomu poniżej 0,5 g/m³, a nawet do ok.
Odnowa wody
Procesy oczyszczania ścieków w tym stopniu mają na celu zapewnienie, że ścieki będą mogły być ponownie użyte jako woda nadająca się do spożycia przez ludzi lub do potrzeb gospodarczych. Jest to tzw. odnowa wody. Procesy odnowy wody stanowią uzupełnienie stosowanych obecnie metod oczyszczania ścieków i są oparte na procesach dobrze znanych w inżynierii chemicznej i powszechnie wykorzystywanych do uzdatniania wód podziemnych i powierzchniowych.
Oczyszczalnie biologiczne a ekologiczne
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. W praktyce, przekreśla to szanse inwestora na uzyskanie dofinansowania na taką oczyszczalnię. W przypadku urządzeń biologicznych z natlenianiem, uzyskanie dotacji jest możliwe. Można uznać, że oczyszczalnia drenażowa, niesprawnie działająca, przez wykorzystanie warunków beztlenowych, może być równie niebezpieczna dla środowiska co nieszczelne szambo.
Przeczytaj także: Oczyszczalnia oksydacyjna: zasady działania
| 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 |
Podsumowując, oczyszczalnie biologiczne wykazują liczne zalety w porównaniu do oczyszczalni ekologicznych. 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.
Korzyści z zastosowania przydomowej oczyszczalni biologicznej
Przydomowe oczyszczalnie biologiczne oferują szereg korzyści, które czynią je atrakcyjnym wyborem dla właścicieli domów. Przede wszystkim zapewniają wysoki komfort użytkowania dzięki swojej bezobsługowości. Proces oczyszczania ścieków przebiega automatycznie, bez konieczności regularnej ingerencji użytkownika. Co więcej, nowoczesne oczyszczalnie biologiczne charakteryzują się brakiem nieprzyjemnych zapachów, co jest szczególnie istotne w przypadku instalacji zlokalizowanych blisko domu.
Kolejną zaletą przydomowych oczyszczalni biologicznych jest oszczędność i niskie koszty eksploatacji. W porównaniu do tradycyjnych szamb, oczyszczalnie biologiczne nie wymagają częstego opróżniania, co przekłada się na niższe koszty użytkowania. Dodatkowo, dzięki możliwości zagospodarowania oczyszczonych ścieków, np. do podlewania ogrodu, można zaoszczędzić na zużyciu wody pitnej.
Nie można również pominąć aspektu ochrony środowiska. Przydomowe oczyszczalnie biologiczne skutecznie usuwają zanieczyszczenia ze ścieków, zapobiegając ich przedostawaniu się do gleby i wód gruntowych. To ekologiczne rozwiązanie, które przyczynia się do zachowania równowagi w lokalnym ekosystemie. Warto też wspomnieć o łatwym montażu i niezawodności działania oczyszczalni biologicznych.
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.
Przeczytaj także: Jak ustawić napowietrzanie?
| 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 |
tags: #oczyszczalnia #ścieków #zasada #działania
