Wzrost BZT w Oczyszczalni Ścieków: Przyczyny i Rozwiązania
- Szczegóły
Podstawowym zadaniem oczyszczalni ścieków jest ochrona ekosystemów wodnych, tj. zintegrowane usuwanie z zanieczyszczonych ścieków związków biogennych, przede wszystkim związków węgla, azotu i fosforu metodami mechanicznymi i biologicznymi. Właściwa eksploatacja oczyszczalni ścieków polega na osiągnięciu odpowiedniego poziomu oczyszczania ścieków i realizacji procesu technologicznego zgodnie z przyjętą technologią. Zaburzenia i niesprawności w pracy oczyszczalni ścieków powodują, że do ekosystemów wodnych wprowadzane są zwiększone ilości zanieczyszczeń. Obserwacje i pomiary są podstawowymi elementami kontroli pracy oczyszczalni. Analiza wyników badań próbek ścieków pozwala na prowadzenie aktualnej analizy sprawności działania oczyszczalni ścieków, ocenę stanu technicznego obiektów i ewentualne podejmowanie czynności technologicznych, np. korekty parametrów technologicznych w poszczególnych stopniach układu technologicznego.
Dostępne na rynku przydomowe oczyszczalnie ścieków wykorzystują różnego rodzaju technologie m.in. niskoobciążonego osadu czynnego, złoża biologicznego czy też systemy mieszane - hybrydowe. Niestety, nie wszystkie osiągają zakładany efekt ekologiczny. Indywidualne systemy oczyszczania ścieków, tzw. przydomowe oczyszczalnie ścieków (POŚ), budowane są na terenach, gdzie nie ma zbiorczego systemu kanalizacyjnego oraz gdy budowa zbiorczej kanalizacji sanitarnej jest nieuzasadniona ekonomicznie lub technicznie. Obecnie w Polsce funkcjonuje około 155 tys. indywidualnych instalacji, z czego około 90% instalowanych jest na trenach wiejskich (dla porównania: Niemcy to około 2 mln instalacji, a Francja 5,5 mln instalacji). Liczba ta najprawdopodobniej w najbliższych latach będzie znacząco rosła, ze względu na dofinansowania pochodzące ze środków UE.
Przydomowe Oczyszczalnie Ścieków w Technologii SBR
W ostatnich latach nastąpił znaczący wzrost instalowanych oczyszczalni tzw. „napowietrzanych”, głównie pracujących w technologii niskoobciążonego osadu czynnego, złoża biologicznego i tzw. systemów mieszanych-hybrydowych. Niestety, według wielu przeprowadzonych badań nie wszystkie indywidualne urządzenia oczyszczania ścieków osiągają zakładany efekt ekologiczny. Duży problem stanowią instalacje tzw. „przepływowe” pracujące w technologii osadu czynnego. Alternatywą dla przepływowych metod osadu czynnego są sekwencyjne reaktory porcjowe SBR.
Reaktory SBR to komory osadu czynnego, w których cały proces oczyszczania oraz separacji oczyszczonych ścieków od kłaczków osadu zachodzi cyklicznie w jednej komorze/zbiorniku. Działanie reaktora SBR opiera się na okresowym powtarzaniu następujących kolejno po sobie faz: napełniania (faza I), reakcji napowietrzania/mieszania (faza II), sedymentacji (faza III), dekantacji (faza IV) i recyrkulacji (faza V). Czas pomiędzy końcem dekantacji a początkiem kolejnego napełniania stanowi pełny cykl pracy reaktora porcjowego. Komora reaktora SBR pełni jednocześnie rolę komory napowietrzania oraz osadnika wtórnego.
W zależności od strategii działania, technologię SBR cechuje wiele zalet czyniących z niej rozwiązanie konkurencyjne w odniesieniu do klasycznych systemów osadu czynnego lub układów z biofilmem (złóż biologicznych). W porównaniu do systemów przepływowych zastosowanie reaktorów SBR pozwala w niektórych przypadkach w znaczący sposób zintensyfikować poszczególne procesy oczyszczania ścieków. Celowe jest stosowanie reaktorów SBR wszędzie tam, gdzie występują znaczne wahania ilości ścieków oraz gwałtowne zmiany stężenia zanieczyszczeń w ściekach dopływających.
Przeczytaj także: Przydomowe oczyszczalnie ścieków Zawiercie
Obiektami badań, którym poświęcono artykuł, były cztery indywidualne oczyszczalnie ścieków Actibloc firmy Sotralentz pracujące w technologii osadu czynnego w systemie SBR o przepustowości od 0,6 do 1,8 m3/d. Instalacje znajdują się na terenie województwa dolnośląskiego i wielkopolskiego w powiatach głogowskim, polkowickim i kościańskim. Zostały zbudowane i oddane do eksploatacji w latach 2013-2014. Trzy badane oczyszczalnie funkcjonują przy budynkach mieszkalnych, natomiast jedna to instalacja przy zakładzie pracy (tylko dla ścieków bytowo-gospodarczych). Ścieki dopływające charakteryzują się typowymi parametrami dla ścieków bytowo-gospodarczych. Dopływ ścieków do oczyszczalni w ciągu tygodnia jest nierównomierny.
Metodyka Badań
Badania trwały od sierpnia 2014 r. do maja 2015 r. Próbki ścieków surowych i oczyszczonych we wszystkich obiektach pobierane były w takich samych okresach: sierpień i listopad 2014 oraz styczeń i maj 2015 r. W pobieranych próbkach oznaczono: biologiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT₅), chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT), zawiesinę ogólną, azot ogólny oraz fosfor ogólny.
Każda z badanych oczyszczalni składa się z dwóch zbiorników. Pierwszy pełni funkcję osadnika wstępnego, w którym ścieki surowe podlegają wstępnemu podczyszczeniu polegającemu na mechanicznym oddzieleniu zanieczyszczeń w procesach sedymentacji, flotacji i fermentacji. Natomiast drugi jest reaktorem biologicznym, w którym realizowane są tlenowe procesy biologicznego oczyszczania ścieków. Praca systemu odbywa się w czterech sześciogodzinnych cyklach na dobę. Po ostatniej fazie następuje krótka przerwa, po której rozpoczyna się kolejny sześciogodzinny cykl oczyszczania.
Oczyszczalnie pracują w pełni automatycznie. Całością steruje specjalny układ automatyki oparty o sterownik PLC. Automatyka za pomocą zespołu elektrozaworów podaje ze sprężarki membranowej strumień powietrza, który poprzez elementy wykonawcze (pompy mamutowe, dyfuzor napowietrzający) realizuje proces oczyszczania. Na wyświetlaczu sterownika znajduje się informacja o aktualnej fazie oczyszczania. Na bieżąco kontrolowane są wszystkie elementy systemu, takie jak: sprężarka, automatyka, elektrozawory, czujnik ciśnienia.
Wyniki Badań i Analiza
Zawiesina Ogólna
W badanych obiektach zawartość zawiesiny ogólnej w ściekach surowych zawierała się w przedziale od 430 do 560 mg/dm3, natomiast w ściekach oczyszczonych od 17 do 55 mg/dm3. Efektywność usuwania zawiesiny w rozpatrywanym okresie wynosiła od 90,2 do 97%. Według rozporządzenia Ministra Środowiska z 18 listopada 2014 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego zawartość zawiesiny ogólnej w oczyszczalniach poniżej 2000 RLM nie powinna przekraczać 50 mg/dm3. Przekroczenie tej wartości wystąpiło w sierpniu 2014 r. w oczyszczalni „Kłębanowice- 1”, osiągając 55 mg/dm3. Podczas poboru próbek w sierpniu 2014 r. oczyszczalnia znajdowała się w okresie rozruchu. Pozostałe systemy pracowały stabilnie, a ilość zawiesiny ogólnej w oczyszczonych ściekach mieściła się w zakresie wymaganym rozporządzeniem. Wysoki poziom usuwania zawiesiny wynika z odpowiedniego zwymiarowania osadnika wstępnego, prawidłowo prowadzonych procesów biochemicznych i stabilnej fazy sedymentacji. W żadnym z badanych obiektów nie zauważono problemów związanych z nieprawidłową pracą osadu czynnego - bakterie nitkowate, pęcznienie osadu itp.
Przeczytaj także: Oczyszczalnia oksydacyjna: zasady działania
BZT5 i ChZT
W rozpatrywanym okresie badawczym wartości BZT5 w ściekach surowych zawierały się w przedziale od 399 do 876 mgO2/dm3 oraz od 12 do 86 mgO2/dm3 w ściekach oczyszczonych. Efektywność usuwania zanieczyszczeń organicznych wyrażonych przez BZT5 wynosiła od 90,2 do 97,2%. Wartość BZT5 w ściekach oczyszczonych we wszystkich instalacjach jest niższa od wymaganej rozporządzeniem - 40 mgO2/dm3. Tylko w oczyszczalni „Kłębanowice-1” odnotowano jednorazowe przekroczenie tej wartości (w sierpniu 2014 r.). W pozostałych próbkach ścieków oczyszczonych wartości BZT5 były dużo niższe, poniżej 25 mgO2/dm3.
Wartość ChZT w ściekach surowych zawierała się w przedziale od 810 do 1200 mgO2/dm3, a w ściekach oczyszczonych od 85 do 188 mgO2/dm3. Efektywność usuwania zanieczyszczeń organicznych wyrażonych ChZT wynosiła od 84,3 do 89,9%. Według rozporządzenia wartość ChZT w ściekach oczyszczonych powinna być niższa od 150 mgO2/dm3. W oczyszczalni w „Kłębanowice- 1” wartość ta została przekroczona w sierpniu 2014 r. i wyniosła 188 mgO2/dm3.
Stosunek ChZT/BZT5
Na podstawie analizy korelacji ChZT/BZT5 można oszacować podatność ścieków na rozkład biochemiczny. Według danych literaturowych ścieki są podatne na rozkład zanieczyszczeń na drodze biologicznej, jeśli iloraz ChZT/BZT5 w ściekach surowych zawiera się przedziale 1,5 < ChZT/BZT5 < 2,5. W badanych oczyszczalniach ścieków stosunek ChZT/BZT5 w ściekach surowych zawierał się w przedziale od 1,36 do 2,29. Można więc uznać, że ścieki dopływające do badanych oczyszczalni są łatwo biodegradowalne i podatne na rozkład biochemiczny.
Uzyskane wartości ChZT/BZT5 były porównywalne z wartościami podawanymi w literaturze, według których wartość ilorazu dla ścieków jest w przybliżeniu stała i wynosi od 2,0 do 2,2 w ściekach surowych oraz od 1,8 do 2,0 w ściekach wstępnie oczyszczonych. W ściekach oczyszczonych zawartość ilorazu związków łatwo rozkładalnych maleje, podczas gdy ilość związków trudno rozkładalnych pozostaje w przybliżeniu stała. Powoduje to zwiększenie wartości ilorazu ChZT/BZT5 do około 4-6, a nawet powyżej 10-12. Wyznaczony iloraz ChZT/BZT5 dla ścieków oczyszczonych przyjmował wartości 2,54-9,91. Wartości ilorazu powyżej 6, mogą świadczyć o zawartości w ściekach dużych ilości związków trudno rozkładalnych.
Na podstawie uzyskanych stężeń zanieczyszczeń w ściekach surowych i oczyszczonych oraz natężenia przepływu ścieków, obliczono ładunki zanieczyszczeń doprowadzanych i odprowadzanych z badanych obiektów.
Przeczytaj także: Jak ustawić napowietrzanie?
Azot i Fosfor Ogólny
W oczyszczalniach ścieków poniżej 2000 RLM stężenie azotu i fosforu ogólnego jest normowane tylko wtedy, gdy oczyszczone ścieki są odprowadzane do jezior i ich dopływów oraz bezpośrednio do sztucznych zbiorników wodnych. Ilość azotu ogólnego w ściekach oczyszczonych nie powinna przekraczać 30 mgN/dm3, natomiast fosforu ogólnego 5 mgP/dm3.
Odnosząc się do poziomu wymaganego rozporządzeniem, tylko w oczyszczalni „Kłębanowice- ” w sierpniu 2014 r. odnotowano wyższe stężenie azotu ogólnego w ściekach oczyszczonych. W pozostałych próbkach ścieków oczyszczonych ilość azotu ogólnego była w zakresie od 12 do 21 mgN/dm3, a efektywność jego usuwania wynosiła od 50,8 do 83%. Zawartość fosforu ogólnego w ściekach surowych zawierała się w przedziale od 8,2 do 14 mgP/dm3, natomiast w ściekach oczyszczonych od 2,9 do 6,4 mgP/dm3. Efektywność usuwania fosforu ogólnego wynosiła od 46,5 do 73,6%.
Małe oczyszczalnie słabiej radzą sobie z biologicznym usuwaniem fosforu, dlatego też w badanych oczyszczalniach tylko kilkukrotnie udało się osiągnąć wartość poniżej 5 mgP/dm3, głównie w obiektach, w których ilość fosforu ogólnego w ściekach surowych była na niższym poziomie. Problemem może być zbyt mała ilość związków węgla potrzebnego do prowadzenia procesu defosfatacji. Rozwiązaniem mogłoby być zastosowanie pompy z układem dozowania koagulantu lub modyfikacja algorytmu, poprzez wprowadzenie naprzemiennego napowietrzania w fazie tlenowej. W najbliższych latach należy jednak poszukiwać nowych rozwiązań techniczno-technologicznych, które pozwolą zwiększyć efektywność usuwania fosforu w systemach indywidualnych.
Studium Przypadku: Oczyszczalnia Ścieków w Żorach
Analizę technologiczną pracy oczyszczalni ścieków w Żorach dokonano w oparciu o dane własne Przedsiębiorstwa Wodociągów i Kanalizacji Żory Sp. z o.o. oraz dane autorów literatury przedmiotowej. Technologia oczyszczania ścieków oparta jest na systemie procesów mechaniczno-biologicznych wraz z beztlenową przeróbką osadów. Procesy biologicznego oczyszczania realizowane są w trzystopniowym układzie Bardenpho, natomiast powstający osad poddawany jest stabilizacji beztlenowej w wydzielonych komorach fermentacyjnych.
Średniodobowy dopływ ścieków w latach 2014-2017 kształtował się na poziomie 8128 m3/d i był niższy o ok. 1468 m3/d od wartości projektowych. W analizowanych latach stwierdzono tendencję wzrostową ilości ścieków dopływających do oczyszczalni. Obecnie obserwuje się zmniejszenie ilości dopływających ścieków, głównie wód przypadkowych, spowodowanych m.in. suszą, obniżeniem poziomu wód gruntowych oraz uszczelnianiem eksploatowanej sieci kanalizacyjnej.
Na przełomie lat 2014-2017 zaobserwowano wzrost takich parametrów jak BZT5, ChZT oraz zawiesin ogólnych w zakresie od 4% do 35%. Pomimo wzrostu stężeń zanieczyszczeń oraz ilości oczyszczanych ścieków, oczyszczalnia spełnia wymagania dotyczące jakości ścieków odprowadzanych do odbiornika wymagane przez Rozporządzenie Ministra Środowiska oraz warunki pozwolenia wodnoprawnego. Ładunek ChZT, BZT5, zawiesin oraz fosforu ogólnego redukowane są w zakresie od 92 do 99%.
Planowane badania określą możliwość przyjęcia przez część biologiczną ww. strumieni oraz ocenią pracę komór biologicznych (np. rozkład stężenia wybranych wskaźników zanieczyszczeń) i kondycję osadu czynnego (obserwacje mikroskopowe, struktura osadu, ocena wskaźnikowa). Dodatkowo w czasie realizacji ww. programu badawczego prowadzone będą zadania związane z optymalizacją systemu sterowania pracą komór biologicznych przy wykorzystaniu pomiarów on-line.
Analiza Proporcji Związków Biogennych w Żorach
Podstawowym warunkiem prawidłowego procesu rozkładu związków biogennych przez mikroorganizmy jest optymalny stosunek składników odżywczych. W praktyce eksploatacyjnej zależności pomiędzy wartościami podstawowych wskaźników jakości ścieków (BZT5, ChZT, OWO, Pog, Nog) pozwalają na ocenę podatności ścieków na rozkład biologiczny.
Miarą biologicznego rozkładu zanieczyszczeń są proporcje ChZT/BZT5. Dobrą efektywność rozkładu obserwuje się zwykle, jeżeli stosunek tych parametrów jest mniejszy od 2. Wyższe wartości stosunku ChZT/BZT5 zmniejszają skuteczność procesu rozkładu biologicznego. Skutkiem obecności substancji opornych na biodegradację (ChZT/BZT5 >> 2) może być niewystarczająca denitryfikacja, a zatem podwyższone wartości azotanów, a także ChZT na odpływie.
Stosunek ChZT/OWO pozwala na analizę właściwości chemicznych zanieczyszczeń. Wartość tego stosunku w ściekach maleje po procesach oczyszczania biologicznego. Ocenę skuteczności defosfatacji biologicznej można oszacować na podstawie stosunku zawartości łatwo rozkładalnych substancji organicznych do zawartości fosforu, tj. na podstawie stosunku BZT5/Pog. W ściekach obecna jest odpowiednia ilość substancji łatwo rozkładalnych w stosunku do fosforu, jeżeli proporcja ChZT/Pog wynosi powyżej 40. Z kolei proces denitryfikacji przebiega najsprawniej, gdy stosunek BZT5/Nog jest wyższy od 4. Niekorzystny dla procesu denitryfikacji stosunek BZT5/Nog może powodować hamowanie procesu, a więc proces będzie częściowy, co z kolei powoduje wzrost azotanów na odpływie. Skutkiem pośrednim może być także intensywny rozwój bakterii nitkowatych oraz wysokie wartości ChZT/OWO na odpływie oczyszczalni. Denitryfikacja zachodzi bez zakłóceń, jeżeli stosunek ChZT/Nog wynosi od 5 do 10.
Analiza tego parametru pozwoliła na stwierdzenie, że efektywność procesu oczyszczania ścieków może zostać zakłócona na skutek obecności substancji trudno podatnych na rozkład biologiczny. Jedną z przyczyn może być np. szybki rozkład BZT5 w sieci kanalizacyjnej. Na przykład, w roku 2016 proporcja BZT5/Nog wzrosła z 2,9 do 3,2, natomiast proporcja ChZT/Nog wzrosła z 6,53 do 7,21.
Stwierdzono ponadto, wysoką skuteczność procesu defosfatacji biologicznej. Wartość stosunku BZT5/Pog była wyższa od 25 w ściekach mechanicznie oczyszczonych, a wartość ChZT/Pog wyższa od 40 w ściekach zarówno surowych, jak i wstępnie oczyszczonych. Jedynie w 2016 roku proporcja ta wynosiła około 20.
Tabele
Tabela 1. Parametry projektowe i parametry rzeczywiste ścieków dopływających do oczyszczalni w latach 2014-2017
Tabela 2. Dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych oraz jakość ścieków odprowadzanych z oczyszczalni w latach 2014-2016.
Tabela 3. Proporcje związków biogennych w ściekach surowych i mechanicznie oczyszczonych.
tags: #wzrost #bzt #w #oczyszczalni #ścieków #przyczyny
