Oczyszczanie wstepne

Oczyszczanie wstepne stanowi pierwszy stopien oczyszczania w oczyszczalni scieków. Ma na celu przygotowanie scieków do dalszych procesów technologicznych i obejmuje eliminacje wszelkich zanieczyszczen obecnych w sciekach, które mozna usunac w wyniku procesów mechanicznych, takich jak cedzenie, grawitacyjne opadanie (sedymentacja) czy flotacja.

Substancje o stosunkowo duzych rozmiarach oddzielane sa od scieków w pierwszym urzzdzeniu oczyszczalni - na kratach. Skratki sa okresowo zgarniane, prasowane i poddawane dalszej przeróbe takiej jak kompostowanie, spalani, fermentacja czy po prostu skladowanie na wysypiskach smieci.

Czastki mineralne - piasek, zwir, itp. usuwane sa w procesie sedymentacji w piaskownikach. W piaskownikach dzieki odpowiedniej konstrukcji i zachowaniu warunków hydraulicznych, piasek oddzielany jest od zawiesin organicznych. Wydobywany okresowo z dna piaskowników podlega kolejnym procesom przeróbki, takim jak plukanie, odwadnianie, skladowanie.

Pozostale w sciekach latwoodpadajace zawiesiny organiczne oddzielane sa w trzecim obiekcie mechanicznej oczyszczalni scieków - osadniku wstepnym. Stosunkowo dlugi czas przetrzymania scieków w zbiorniku w spokojny przeplyw zapewniaja maksymalne opadanie zawiesin. Zatrzymane w osadniku zawiesiny, zwane osadem wstepnym, sa odprowadzane i poddawane dalszej obróbce.

Ze sciekami miejskimi doplywa do oczyszczalni mieszanina tluszczów i olejów. W wyniku procesu flotacji sa one usuwane w oddzielnych urzadzeniach zwanych odtluszczaczami lub w piaskownikach napowietrzanych. Czesciowo usuwane sa tez w osadnikach wstepnych.
Przecietna redukcja zanieczyszczen w czesci mechanicznej waha sie dla BZT5 w granicach 30%, a dla zawiesiny ogólnej w granicach 70%.

Oczyszczanie biologiczne

Oczyszczanie biologiczne stanowi zazwyczaj drugi stopien oczyszczania pozostalych w sciekach po mechanicznym oczyszczeniu rozpuszczonych zwiazków organicznych i zawiesin nieopadajacych (koloidów).

Procesy biologicznego samooczyszczania, które zachodza w wodach naturalnych, moga zostac zintensyfikowane przez stworzenie odpowiednich warunków dla mikroorganizmów prowadzacych procesy rozkladu materii organicznej. Wystepujace procesy mozna podzielic na tlenowe i beztlenowe, w zaleznosci od tego w jakich warunkach zachodza. Mikroorganizmy moga byc przytwierdzone do podloza jako tzw. blona biologiczna lub bytowac w przestrzeni zbiornika w postaci klaczków.

Niezaleznie od wszelkich podzialów i odmian, proces biologicznego oczyszczania mozna najprosciej okreslić nastepujaco:

Oczyszczanie biologiczne polega na wykorzystaniu przez wprowadzone do scieków bakterie zanieczyszczen organicznych jako pozywienia i zamianie go na koncowe produkty gazowe, wode i nowa mase komórkowa. Istnieje szereg rozwiazan prowadzeni procesu biologicznego oczyszcania. Scieki stosunkowo malo stezone oczyszczane sa za pomoca mikroorganizmów zwanych osadem czynnym w komorach tlenowych - napowietrzanych. wyniku procesu tlenowe otrzymuje sie ustabilizowane produkty koncowe i przyrost mikroorganizmów, który stanowi okolo 10 - 80% doplywajacego ladunku BZT5. Scieki bardziej stezone i osady sciekowe oczyszczane sa w procesach biologicznych beztlenowych. Produktami biologicznego oczyszczania scieków jest gaz metan, który jest wykorzystywany energetycznie, gazy wymagajace dalszej stabilizacji - siarkowodór i dwutlenek wegla oraz nowa biomasa. Przyrost biomasy w procesach beztlenowych jest znacznie mniejszy i stanowi 5 - 15% doplywajacego ladunku BZT5.

Biomasa bioraca udzial w oczyszczaniu biologicznym moze znajdowac sie w stanie zawieszenia w sciekach dzieki mieszaniu (komory napowietrzania, laguny napowietrzane, reaktory beztlenowe) lub byc przytwierdzona do materialu nosnego jako blona biologiczna (zloza zraszane, tarczowe).

We wszystkich biologicznych procesach o sukcesie decyduje utrzymanie wlasciwego wieku osadu - WO (sredni okres przebywania klaczków osadu czynnego w ukladzie oczyszczalni zanim zostana usuniete jako osad nadmierny). Eksploatacja procesów biologicznych polega na zapewnieniu optymalnych i stalych warunków przebywania biomasy w ukladzie.

Najwazniejsze dla operatora jest, niezaleznie od tego jaki uklad oczyszczania zastosowano w jego oczyszczalni, poznanie ogólnych procesów i mechanizmów zachodzacych podczas biologicznego oczyszczania scieków, oraz zapewnienie w swojej oczyszczalni optymalnych warunków mikroorganizmom. Nalezy pamietac, ze najlepiej zaprojektowana oczyszczalnia nie przyniesie spodziewanych efektów, jezli procesy beda zle prowadzone lub jezli operator nie bedzie umial w pore przeciwdzialac niekorzystnym zjawiskom.

Dezynfekcja

Dezynfekcja, czyli odkazanie jest procesem niszczenia drobnoustrojów, w szczególnosci chorobotwórczych, metodami fizycznymi i chemicznymi. Dezynfekcja uniemozliwia przenoszenie chorób zakaznych droga wodna. Zaniechanie dezynfekcji scieków pochodzacych ze szpitali chorób zakaznych mogloby spowodować niekontrolowane rozprzestrzenianie sie groznych chorób. Nie ustabilizowane biologicznie osady nie nadaja sie do wykorzystania jako nawóz, a niekiedy nie wolno ich nawet skladować na wysypiskach odpadów komunalnych.

Komora fermentacji

Beztlenowe oczyszczanie ścieków prowadzi do produkcji metanu i niewielkiej ilości osadu nadmiernego. Tlenowa przeróbka stężonych ścieków przemysłowych jest kosztowna i nieskuteczna. Od kilkunastu lat stosuje sie z powodzeniem beztlenową stabilizację ścieków z produkcją metanu. Proces jest podobny do tego, który zachodzi w warunkach beztlenowych, w reaktorze o pełnym wymieszaniu. W wyniku fermentacji otrzymuje się stabilizację związków organicznych, a głównym produktem końcowym jest gaz metan, który może być wykorzystywany energetycznie. Oprócz metanu otrzymuje się produkty rozkładu, które wymagają dalszej stabilizacji - siarkowodór czy amoniak. Produkcja biomasy w procesach beztlenowego rozkładu jest znacznie niższa niż w procesach tlenowych, ponieważ waha się w przedziale 10 - 15% dopływającego ładunku BZT5. Dla porównania, w systemach tlenowych produkcja biomasy może wynosić 50 - 80% dopływającego ładunku.

Produkt fermentacji - gaz metan może być wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej i cieplnej. Rysunek przedstawia zbiornik biogazu w oczyszczalni ścieków w Tarnobrzegu:

W procesie fermentacji beztlenowej ścieki zawierające materiał organiczny są przetwarzane biologicznie przez mikroorganizmy do produktów końcowych, głównie metanu i dwutlenku węgla. Oczyszczanie zachodzi w szczelnym, nieprzepuszczającym powietrza reaktorze o pełnym wymieszaniu. Ścieki doprowadzane ciągle lub porcjowo przebywają w komorze przez odpowiedni czas. Oczyszczona, pozbawiona związków organicznych i organizmów chorobotwórczych mieszanina ścieków i osadu odprowadzana jest również w sposób ciągły lub porcjowy do osadnika wtórnego. Beztlenowy osad zatrzymany w osadniku jest zawracany z powrotem do komory i jest mieszany z surowymi ściekami. Ponieważ przyrost organizmów beztlenowych jest niewielki, objętość osadu nadmiernego jest minimalna. Zaletą beztlenowego oczyszczania ścieków jest więc niskie zużycie energii (nie trzeba energii na napowietrzanie), wytwarzanie metanu i niski przyrost osadu. Usunięcie Chzt w procesie sięga 75 - 85%.

Biologiczny proces rozkładu związków organicznych przebiega w trzech fazach, które przepowadzane są przez bakterie beztlenowe oraz fakultatywne:

1. Przetworzenie złożonych związków organicznych na związki przyswajalne przez mikroorganizmy - hydroliza

2. Przetworzenie związków powstałych w fazie I na związki prostsze (faza kwaśna) przez bakterie kwasowe

3. Rozkład związków prostych do końcowych produktów, głównie metanu i dwutlenku węgla (faza metanowa) przez bakterie metanowe

Aby uzyskać wysoki efekt beztlenowego oczyszczania ścieków, muszą być spełnione następujące warunki:

• zawartość komory powinna być całkowicie pozbawiona tlenu

• doprowadzane ścieki nie powinny zawierać osobno metali ciężkich lub siarczków, które mogą hamować proces fermentacji

• pH powinno mieścić się w zakresie 6,6 - 7,6 ponieważ poza tym zakresem bakterie metanowe nie pracują z optymalną wydajnością

• musi być zapewnione odpowiednie stężenie substancji pożywkowych, takich jak azot i fosfor, które są konieczne dla właściwego wzrostu bakterii fermentacyjnych

• musi być zapewniona odpowiednia temperatura; optymalne zakresy to 30 - 38 stopni C dla fermentacji mezofilowej i 49 - 57 stopni C dla fermentacji termofilowej

Jeżeli ścieki są bardzo stężone, ilość energii uzyskanej z przetwarzania prze bakterie materii organicznej jest większa od energii koniecznej do podgrzania zawartości reaktora do wymaganej temperatury (często do 33 - 35 stopni C). Teoretyczna ilość produkowanego metanu wynosi 0,35 m3/kg ChZt usuwanego. Konieczność przeprowadzania procesu w temperaturach wyższych niż naturalne należy do wad systemu, chociaż właściwie zaprojektowany i poprawnie włączony do eksploatacji reaktor beztlenowy może pracować w temperaturach niższych (10 - 30 stopni C). Wadą w porównaniu z procesem tlenowym osadu czynnego, zwłaszcza w fazie rozruchu reaktora,jest też wolny przyrost bakterii metanowych i długi czas przetrzymania ścieków w komorze. Natomiast ilość powstającego osadu nadmiernego jest znikoma, co ma szczególne znaczenie w przypadku problemów ze znalezieniem miejsca na jego składowanie.

Komora osadu czynnego

Proces osadu czynnego jest biologiczna, tlenowa metoda oczyszczania scieków. Wykorzystywana jest tu metaboliczna reakcja mikroorganizmów (bakterii), w wyniku której otrzymuje sie w wysokim stopniu oczyszczone scieki. Metoda ta nazywana jest drugim stopniem oczyszczania scieków.

Mikroorganizmy (glównie bakterie) przetwarzaja zwiazki organiczne w gazy, proste zwiazki organiczne i nowe bakterie. W procesie osadu czynnego nastepuje przyrost masy mikroorganizmów proporcjonalnych do usunietych zanieczyszczen.

Tlenowy proces osadu czynnego jest najczesciej stosowanym procesem oczyszczania scieków i ma za zadanie zmniejszenie stezenia nieopadajacych, rozpuszczonych i koloidalnych zwiazków organicznych (zwiazków wegla, powodujacych zapotrzebowanie na tlen - BZT5) obecnych w sciekach stosunkowo nisko stezonych. Coraz czesciej stosuje sie osad czynny takze do usuwania azotu i fosforu (czyli pierwiastków biogennych). Mikroorganizmy, glównie bakterie, przetwarzaja zwiazki organiczne do koncowych produktów gazowych i wody. W wyniku tego procesu nastepuje przyrost masy mikroorganizmów w ilosci 10 - 80% w stosunku do doplywajacego ladunku BZT5. Aby proces biologicznego rozkaadu zwiazków organicznych nastapil, trzeba do ukladu dostarczyć tlen, który jest niezbedny mikroorganizmom do zycia.

Biologiczne oczyszczanie scieków przy uzyciu osadu czynnego jest osiagane poprzez doprowadzanie scieków do reaktora, w którym znajduje sie w stanie zawieszenia tlenowa kultura bakteryjna, a nastepnie po uplywie odpowiedniego czasu reakcji rozdzielenie oczyszczonych juz scieków od bakterii i odprowadzenie z ukladu. W reaktorze bakterie przeprowadzaja procesy rozkladu zwiazków organicznych zgodnie z reakcja:

Materia organiczna + Tlen + Substancje pozywkowe + Mikroorganizmy = Nowe mikroorganizmy + +Dwutlenek wegla + Woda + Energia do zycia

W klasycznym układzie osadu czynnego scieki doprowadzane sa do komory napowietrzania, gdzie mieszaja sie z klaczkami osadu czynnego. Proces osadu czynnego przedstawia ponizszy

Osad z komory osadu czynnego oddziela sie w osadniku wtórnym i jest zawracany do komory. Podstawowym parametrem kontrolnym dla operatora jest ilosc recyrkulowanego osadu i ilosc usuwanego osadu nadmiernego. Osad nadmierny powienien byc odprowadzany z ukladu w sposób ciagly, a w najgorszym przypadku raz dziennie w scisle okreslonych porcjach.

Celem napowietrzania jest:

• rozpuszczenie w mieszaninie scieków i osadu wystarczajacego dla mikroorganizmów tlenu

• dostateczne wymieszanie scieków i osadu oraz utrzymanie osadu w stanie zawieszenia

Krata

Na kratach odbywa sie proces usuwania ze scieków substancji stalych, o stosunkowo duzych rozmiarach w wyniku procesu cedzenia. Obecnosc tych zeniaczyszczen moglaby zaklócic dzialanie nastepnych obiektów oczyszczalni i przyczyniac sie do awarii takiego typu jak zapychanie rurociagów, pomp czy dyfuzorów do napowietrzania piaskowników. Z tego wzgledu kraty sa pierwszym obiektem oczyszczalni scieków. Czasami kraty instaluje sie równiez w przepompowniach scieków (przed oczyszczalnia) w celu ochrony wirników pomp przed uszkodzeniem lub pomp przed zapchaniem.

Typowa krata to rzad metalowych pretów ustawionych pochylo lub pionowo w poprzek kanalu doprowadzajacego scieki. Odleglosc pomiedzy sasiednimi pretami nazywamy przeswitem kraty. Najczesciej stosowana krata byla krata gesta o przeswicie 20mm. Obecnie projektowane kraty maja najczesciej przeswit 6 - 10mm.

Zanieczyszczenia zatrzymane na kracie - skratki - sa okresowo zgarniane, niekiedy prasowane i dezynfekowane, oraz skladowane na wysypiskach smieci w stanie surowym lub po spaleniu. Kraty w bardzo malych oczyszczalniach moga byc oczyszczane recznie za pomoca grabi, zwykle w czasie I zmiany pracy. Najczesciej jednak w zespól wyposazenia kraty wchodzi mechaniczne urzadzenie do zgarniania skratek. Obecnie coraz czestsze jest stosowanie praski do skratek, zwlaszcza w duzych oczyszczalniach, co znacznie zmniejsza objetosc gromadzonych skratek a tym samym koszty transportu do miejsca skladowania.

W porównaniu z recznym oczyszczaniem, zastosowanie mechanicznego usuwania skratek obniza koszty zatrudniania obslugi, zapewnia lepsze warunki przeplywu scieków oraz eliminuje niedogodnosci zwizzane z ta nieprzyjemna czynnoscia. Ponizszy rysunek przedstawia schemat kraty oraz fazy pracy zgrzebla do zgarniania skratek:

Pomimo, ze na kratach nie nastepuje redukcja BZT5 i zawiesiny, to zatrzymane czesci (np. jablko) maja potencjalny ladunek, który nie dostaje sie do czesci biologicznej oczyszczalni.

Odtluszczacz

Ze sciekami miejskim doprowadzana jest do oczyszczalni mieszanina tluszczów i olejów pochodzenia organicznego oraz mineralnego, a takze pochodnych ropy naftowej. Wydzielanie tluszczów i innych substancji nastepuje w wyniku uspokojenia i zmniejszenia predkosci przeplywu scieków. W celu zwiekszenia stopnia ich usuwania stosuje sie dodawanie sprezonego powietrza w urzadzeniach zwanych odtluszczaczami. Odtluszczanie zachodzi w wyniku procesu flotacji - porywania przez pecherzyki powietrza (lub innego gazu) czastek lzejszych od cieczy na powierzchnie, gdzie tworza plywajaca blone lub kozuch.

Obecnosc tluszczów wywiera niekorzystny wplyw na proces osadu czynnego i fermentacje osadów. W poprawnie eksploatowanych odtluszczaczach scieków komunalnych mozna uzyskac stopien usuniecia tluszczy w wysokości 80 - 90%.

Schemat odtluszczania napowietrzanego:

Scieki doprowadza sie do komory napowietrzania przewodem doplywowym lub za pomoca deflektora pod powierzchnia zwierciadla scieków. Odplyw zlokalizowany jest po przeciwnej stronie komory równiez pod zwierciadlem scieków. Tluszcz zgromadzony w bocznych komorach odprowadzany jest dzialajacym samoczynnie przelewem do specjalnego zbiornika, skad odprowadza sie go do unieszkodliwiania lub w przypadku obecnosci tluszczów i olejów pochodzenia organicznego do wydzielonych komór fermentacji.

Osadnik wstepny

Po usunieciu piasku scieki zawieraja zanieczyszczenia organiczne rozpuszczone, koloidalne i zawiesine. W osadniku wstepnym dokonuje sie usuniecia zawiesin latwo opadajacych poprzez zapewnienie wystarczajaco powolnego przeplywu laminarnego scieków, pozwalajacego opasc zawiesinom, które maja mase niewiele wieksza od wody - rzedu 1,1g/cm3. Dla porównania piasek ma mase 2,5 raza wieksza od wody. Osadniki wstepne pelnia nastepujace funkcje:

• usuwaja do 60 - 70% calkowitej zawiesiny organicznej ze scieków

• usuwaja ok. 30% BZT5

• produkuja osad wstepny, który poddany fermentacji kwasnej w celu uzyskania prostych kwasów lotnych pozwala wspomagac biologiczne procesy usuwania fosforu i azotu

• usuwaja tluszcze i oleje

• czesciowo wyrównuja nierównomiernosc przeplywu i ladunku scieków doplywajacych do czesci biologicznej

• przyczyniaja sie do zmniejszenia ilosci nadmiernego osadu czynnego

W osadnikach wstepnych w wyniku procesu sedymentacji nastepuje oddzielenie latwoopadajacych zawiesin organicznych od scieków. W osadnikach wstepnych zachodzi równiez odtluszczanie.

Efektywnosc pracy osadników wstepnych zalezy od obciazenia hydraulicznego powierzchni zbiornika, czasu przetrzymania scieków, konfiguracji zbiornika, rodzaju scieków, rodzaju zawiesin, temperatury i udzialu scieków przemyslowych. Podczas okolo dwugodzinnej sedymentacji w osadnikach wstepnych z zawiesin zawartych w doplywajacych sciekach miejskich, mozna uzyskac 70% ich redukcji oraz okolo 30% redukcji calkowitego BZT5. Jednak uzyskiwane efekty sa mniejsze i wynosza przecietnie 50 - 60% usuniecia zawiesin i 25% redukcji calkowitego BZT5.

Urzadzenia do zgarniania osadu przemieszczaja osady do miejsca, z którego sa odprowadzane do dalszej przeróbki za pomoca pomp lub grawitacyjnie.

Osadnik wtórny

Osadniki wtórne sluza do oddzielenia osadu czynnego od oczyszczonych scieków. Oddzielenie osadu czynnego jest ostatnim krokiem w produkcji oczyszczonych scieków: klarownych, o stalym wymaganym stezeniu BZT5 i zawiesiny ogólnej. Realizacja tego zadania odbywa się w osadnikach wtórnych.

Sedymentacja zachodzaca w osadnikach wtórnych rózni sie od przeprowadzanej w osadnikach wstepnych. Zawiesiny osadu czynnego wystepuja w osadnikach wtórnych w znacznie wyzszych koncentracjach i sedymentuja znacznie trudniej, poniewaz sa bardzo lekkie. Poza tym wymagany efekt usuwania zawiesin jest znacznie wyzszy. Mimo, ze osad wtórny gorzej opada niz zawiesina ziarnista (osadnik wstepny), efekt pracy osadnika wtórnego jest znacznie wyzszy. Spowodowane jest to klaczkowaniem osadu w ciezkie, wielkie klaczki oraz wystepowaniem warstwy osadu zawieszonego, który w pewnym sensie filtruje odplywajace scieki, wylapujac drobne, lekkie czastki zawiesiny.

W osadnikach wtórnych nastepuje klarowanie scieków i zageszczanie osadu. Eksploatacja osadnika wtórnego polega na utrzymaniu wlasciwej grubosci warstwy zawieszonej osadu.

Czas przetrzymania scieków okreslany jest jako stosunek natezenia przeplywu scieków do objetosci osadnika, zmniejszonej o objetosc przeznaczona na zageszczanie osadu. Wymagany czas przeplywu scieków zalezy od wymaganego efektu oczyszczania, stezenia zawiesin i indeksu osadowego. Czas ten wzrasta wraz ze wzrostem wymaganego efektu klarowania scieków. Najczesciej stosowany czas przetrzymania scieków w osadniku wtórnym wynosi 2,5 - 3,5h.

Czas przeplywu osadu recyrkulowanego przez dolna czesc osadowa osadnika wplywa na stopien zageszczenia osadu, a wiec na jego stezenie. Minimalny czas przebywania osadu w strefie osadowej nie powinien byc krótszy niz 0,5h.

Wraz ze wzrostem temperatury efekt sedymentacji poprawia sie.

Najczesciej stosowane osadniki wtórne to zbiorniki okragle lub prostokatne. Osadniki kwadratowe stosowane sa bardzo rzadko, poniewaz zawiesiny gromadza sie w naroznikach zbiornika i czesto przedostaja sie prze przelewy do odplywu. Usuwanie osadu zgromadzonego na dnie osadnika odbywa sie w sposób identyczny jak w przypadku osadników wstepnych, tzn. albo za pomoca mechanicznych zgarniaczy, które popychaja osad w kierunku leja osadowego znajdujacego sie pod komora centralna, albo bezposrednio z dna dzieki zastosowaniu specjalnych ssawek umieszczonych na promienistych przewodach przesuwanych obrotowo, które równomiernie zasysaja osad. Odplyw z osadnika odbywa sie przez przelewy pilaste umieszczone na obwodzie oasadnika lub przez zatopione (20 - 50cm) rury perforowane, umieszczone na obwodzie osadnika lub promieniscie w równych odstepach.

Piaskownik

Piasek to generalnie wszelkie zanieczyszczenia typu: zuzel, piasek, drobne kamienie, pestki, zmielona kawa itp. Usuwanie piasku ze ścieków zachodzi w piaskownikach i zabezpiecza kolejne obiekty oczyszczalni przed:

• zapychaniem rurociagów

• scieraniem mechanicznym elementów pomp, a tym samym ich zuzywaniem

• akumulacja piasku w komorach napowietrzania i w komorach fermentacji, prowadzacaa do zmniejszenia ich pojemnosci czynnej

Podstawowym zadaniem piaskowników jest rozdzielenie zawiesin mineralnych od organicznych, które maja byc oddzielone w osadniku wstepnym.

W wiekszosci piaskowników predkosc przeplywu scieków 0,3m/s gwarantuje opadanie piasku pozbawionego zanieczyszczen organicznych. Predkosci mniejsze przyczyniaja sie do sedymentacji takze zawiesin organicznych, natomiast predkosci przekraczajace 0,3m/s powoduja wyplukiwanie piasku z komór piaskownika.

Piasek usuwany jest ze scieków w zbiornikach o ksztalcie (w przekroju poziomym) kwadratowym, prostokatnym lub okraglym w wyniku procesu sedymentacji albo w hydrocyklonach pod wplywem dzialania sil odsrodkowych. Wydobyty z dna piaskownika piasek, po oddzieleniu od niego czesci organicznych (np. w hydrocyklonie) czesto jest przemywany i dezynfekowany zanim trafi na wysypisko. Przemywanie piasku i oddzielanie od niego zawiesiny organicznej jest realizowane w separatorach piasku.

W hydrocyklonach jest realizowane hydrauliczne wykorzystanie sily odsrodkowej ruchu scieków do oddzielenia i zageszczania piasku, jak pokazuje schemat:

Poniewaz piasek z najlepszego nawet piaskownika moze zawierac czesci organiczne, nalezy oddzielony piasek przeplukiwac w separatorach piasku, a nastepnie jak najszybciej wywozic na wysypisk

Pompa

robocza maszyna transportowa do podnoszenia cieczy z poziomu niższego na wyższy, np. ze studni do zbiornika, albo do przetłaczania cieczy z obszaru o ciśnieniu niższym do obszaru o ciśnieniu wyższym, np. z otwartego zbiornika do kotła parowego; działanie pompy opiera się na wytwarzaniu różnicy ciśnień między stroną ssawną i stroną tłoczną ruchomego elementu roboczego (czynnego), np. tłoka, wirnika; ciecz przepływając przez pompę zwiększa swoją energię; pod względem energetycznym zasada działania pompy jest odwrotna niż zasada działania silnika hydraulicznego. W zależności od sposobu przenoszenia cieczy wewnątrz kadłuba pompy rozróżnia się pompy wyporowe (rotacyjne i tłokowe) oraz wirowe. Układ złożony z rury ssawnej pompy i rury tłocznej nazywa się układem pompowym; zależnie od warunków pracy dzieli się pompy (i układy pompowe) na: ssące - gdy pompa znajduje się powyżej dolnego i górnego zwierciadła cieczy, tłoczące - poniżej dolnego i górnego zwierciadła cieczy, ssąco-tłoczące - powyżej dolnego, lecz poniżej górnego zwierciadła cieczy.

Pompa wirowa

elementem roboczym jest szybko obracający się wirnik łopatkowy, powodujący wzrost ciśnienia i energii kinetycznej pompowanej cieczy; ciągłe zasysanie cieczy z przewodu ssawnego jest wywoływane przez podciśnienie spowodowane wypływem cieczy z wirnika do przewodu tłocznego. Pompy przepływowe mogą być jednostopniowe lub wielostopniowe (o kilku wirnikach na jednym wale). W III w. p.n.e. gr. konstruktor Ktesibios wynalazł pompę tłokową (sikawkę pożarniczą), od XV w. tłokowe pompy używano w kopalniach; pierwsze pompy przepływowe (z drewnianym wirnikiem) zastosowano w portug. kopalniach w V w.; w końcu XVII w. francuski fizyk D. Papin zbudował pompę przepływową odśrodkową do odwadniania gruntów, jednak pompy przepływowe zaczęły być powszechnie stosowane dopiero pod koniec XIX w., gdy do ich napędu użyto silników elektrycznych. Pompy należą do najbardziej rozpowszechnionych maszyn roboczych; są stosowane we wszystkich dziedzinach przemysłu i w gospodarce komunalnej. Czasami pompami nazywa się niektóre inne przenośniki cieczy, np. mówi się o pompach strumienicowych. Istnieje grupa maszyn odwracalnych (tzw. pompoturbiny), które mogą pracować okresowo jako pompy lub silniki (turbiny) wodne.

Pompa diagonalna

pompa wirowa, w której wirniku ciecz przepływa w kierunku skośnym, po czym kierownice, także skośne, nadają cieczy pompowej żądany kierunek. Pompy diagonalne mogą być jedno i wielostopniowe. Pompa diagonalna mająca zamiast kierownic spiralny kanał tłoczny rozszerzający się w kierunku wylotu lub o stałym przekroju, nazywa się pompą helikoidalną. P.d. stosowane są najczęściej do pompowania wody z większych głębokości, przy czym jednostopniowa p.d. może podnieść wodę o 80 metrów.

Pompa łopatkowa

pompa rotacyjna, której elementem roboczym jest wirnik z ruchomymi (przesuwnymi) łopatkami. Pompy Łopatkowe stosuje się w napędach hydraulicznych, do przenoszenia skroplonych gazów i cieczy samosmarujących.

Pompa strumienicowa

pompa strumieniowa, podnośnik cieczy, którego elementem roboczym jest strumień czynnika roboczego; ze względu na rodzaj czynnika roboczego rozróżnia się pompy strumienicowe: cieczowe - czynnikiem roboczym jest płyn, stosowane do odwadniania szybów kopalnianych, pompowania wody do sieci cieplnych itp., gazowe - czynnikiem roboczym jest gaz lub para, stosowane dawniej do pompowania wody do kotłów parowozowych.

Pompa rotacyjna

elementem roboczym jest wirnik, zależnie od jego budowy rozróżnia się: pompy łopatkowe, wałeczkowe, zębate, krzywkowe, śrubowe, pompy o wirujących cylindrach, pompy o wirujących tłokach.

Pompa tłokowa

pompa w której elementem roboczym jest tłok wykonujący ruchy posuwisto-zwrotne w cylindrze; do rozdzielenia obszarów ssawnego i tłocznego oraz do ich połączenia z cylindrem pompy służą umieszczone w jej korpusie zawory ssawne i tłoczne; przy suwie tłoka zwiększającym przestrzeń roboczą cylindra następuje samoczynne otwarcie zaworu ssawnego i zassanie dawki cieczy, a przy suwie zmniejszającym tę przestrzeń - samoczynne otwarcie zaworu tłocznego i wyparcie tej dawki do obszaru tłocznego; pompy tłokowe dzieli się na: jednostronnego działania (jedna strona tłoka pracuje) i dwustronnego działania (obie strony tłoka pracują).

Pompa skrzydełkowa

pompa wyporowa, której element roboczy (tzw. tłok skrzydełkowy) wykonuje ruch obrotowo-zwrotny. W p. s. podwójnego działania tłok skrzydełkowy wykonuje ruch wahadłowy dokoła osi, powodując przy ruchu zasysanie cieczy przez otwarty zawór ssawny do przestrzeni i jednocześnie wytłaczanie przez zawór tłoczny cieczy z przestrzeni B, a przy ruchu II otwierają się zawory: ssawny 5 i tłoczny 6. P. s. stos. się najczęściej do cieczy czystych i napędza się je ręcznie, wahając dźwignię

Pompa ślimakowa

pompa rotacyjna, której elementami roboczymi są ślimak i zazębiające się z nim koło ślimakowe. Pompa ślimakowa uważana bywa za rodzaj pompy śrubowej, ze względu na podobny charakter pracy i zastosowania.

Pompa wyporowa

pompa, której ruchomy element roboczy jest szczelnie dopasowany do kadłuba, w którym się porusza, co powoduje podczas jego ruchu powstawanie różnicy ciśnień przed tym elementem i za nim, a w wyniku zasysanie i wypieranie (wytłaczanie) pompowanej cieczy. Cechą charakterystyczną wielu p. w. jest przetłaczanie cieczy dawkami (porcjami). Ruch elementu roboczego może być posuwisto zwrotny w pompach tłokowych, nurnikowych i przeponowych, obrotowo-zwrotny (wahadłowy) w pompach skrzydełkowych, obrotowy w pompach rotacyjnych, obiegowy w pompach mimośrodowych, lub precesyjny w pompach tarczowych.

Rodzaje kanalizacji 

Ogółem, do kanalizacji dostają się następujące rodzaje ścieków:  

• kanalizacja ogólnospławna - ścieki bytowo gospodarcze,  
     przemysłowe i opadowe mieszają się i są odprowadzane 
    do oczyszczalni ścieków wspólnymi kanałami,

• kanalizacja rozdzielcza - występują tu dwie odrębne sieci  
     kanalizacyjne: sieć sanitarna doprowadzająca do oczyszczalni  
     ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe oraz  
     sieć deszczowa zbierająca i odprowadzająca ścieki opadowe,  
     najczęściej do odbiornika,

• kanalizacja półrozdzielcza - składa się z sieci sanitarnej 
    i deszczowej, a od sieci rozdzielczej różni się tym, że sieć  
    sanitarna przystosowana jest do przyjęcia pierwszej fali opadowej 
  z sieci deszczowej dzięki separatorom łączącym w pewnych  
    miejscach obie sieci.

Rodzaje ścieków 

Ogółem, do kanalizacji dostają się następujące rodzaje ścieków:  

• ścieki bytowo gospodarcze,

• ścieki przemysłu miejskiego,

• ścieki opadowe (deszczowe),

• wody infiltracyjne, drenażowe (przypadkowe),

• nielegalne zrzuty ścieków

Klasyfikacja Zanieczyszczeń Ścieków Miejskich 

Ścieki charakteryzują następujące grupy zanieczyszczeń:

• ciała stałe rozpuszczone, zawiesiny opadające i nieopadające,

   organiczne i nieorganiczne,

• substancje nieorganiczne, takie jak chlorki, azotany, fosforany,

   siarczany, węglany, metale ...

• materia organiczna, białka, węglowodany, tłuszcze,

• drobnoustroje, wirusy, bakterie, grzyby, pierwotniaki, robaki ...

 Inaczej zanieczyszczenia w ściekach można określić jako:

• Fizyczne,

• Chemiczne,

• Biologiczne,

 Zanieczyszczenia fizyczne 

Zanieczyszczenia fizyczne to takie, które możemy obserwować 
za pomocą zmysłów. Zaliczamy do nich: mętność, barwę, zawiesinę.  

Zanieczyszczenia Biogenne 

Zanieczyszczenia biogenne to pierwiastki i sole mineralne potrzebne do rozwoju żywych organizmów.  

• Do podstawowych biogenów zalicza się związki azotu i fosforu.

• W ściekach miejskich zarówno nieoczyszczonych jak i biologicznie  oczyszczonych znajdują się duże ilości tych zanieczyszczeń.

• Ścieki te odprowadzane do rzek i jezior zwiększają ich żyzność wody wzbogacając w substancje pokarmowe, powodując ich  przedwczesne starzenie (masowy rozwój glonów, które obumierają  i ulegając rozkładowi powodują wtórne zanieczyszczenie wód).

Zanieczyszczenia chemiczne, organiczne, nieorganiczne 

Zanieczyszczenia chemiczne to rozpuszczone związki organiczne  
i nieorganiczne.   

Zanieczyszczenia chemiczne można podzielić na:

• rozpuszczone substancje organiczne (białko 40-60%),  
    węglowodany (25-50%), oleje i tłuszcze (10%).

• rozpuszczone substancje mineralne (siarczany, chlorki, węglany,  
    wapń, magnez, sód, kwasy, zasady, azotany, fosforany,  
    gazy rozpuszczone).  

 Zanieczyszczenia refrakcyjne 

Zanieczyszczenia refrakcyjne to zanieczyszczenia chemiczne które w minimalnym stopniu podlegają rozkładowi biologicznemu (np. metale ciężkie, środki owadobójcze, DDT itp.).  

 Zanieczyszczenia biologiczne 

Zanieczyszczenia biologiczne to drobnoustroje, wirusy, bakterie, grzyby, jaja pasożytów itp.  Zanieczyszczenia biologiczne mogą spowodować choroby, min: dur brzuszny, czerwonkę, cholerę, żółtaczkę, gruźlicę, chorobę Heinego-Medina, schorzenia skóry i wiele innych. 

 Zanieczyszczenia Toksyczne 

Zanieczyszczenia toksyczne są to zanieczyszczenia chemiczne, które  nie podlegają bądź podlegają jedynie w minimalnym stopniu  rozkładami biologicznemu za pośrednictwem mikroorganizmów.Wywołują w organizmach roślinnych, zwierzęcych i u człowieka  zaburzenia fizjologiczne, uszkodzenia, a przy odpowiednio  wysokich dawkach śmierć.

 

Wskaźniki określające skład ścieków 

Wyróżniamy następujące grupy wskaźników: 

      - podstawowe,

      - eutroficzne,

      - nieorganiczne,

      - nieorganiczne niebezpieczne,

      - organiczne niebezpieczna.  

 zawiesiny to cząstki substancji stałych mineralnych lub organicznych o wymiarach większych niż 0,1 *m.

Głównie są to: ziarna piasku, cząstki gliny, zawiesiny mineralne, chlorki, siarczany, rozpuszczone ciała mineralne, metale ciężkie.   
 
 Wskaźniki podstawowe 
 
 temperatura - istotnie wpływa na szybkość procesów biochemicznych.

 Wskaźniki podstawowe- zanieczyszczania organiczne 

W oczyszczalniach ścieków miejskich, największe zastosowanie mają oznaczenia zawartości wszystkich związków organicznych: biochemiczne zapotrzebowanie na tlen (BZT), chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT), ogólny węgiel organiczny (OWO). 
 

• biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT), jest oznaczeniem ilości substancji organicznych podatnych na rozkład biologiczny. Określa ilość tlenu  potrzebną bakteriom do utlenienia (biologicznie rozkładalnych)  związków organicznych w warunkach tlenowych w temp. 20°C.

W praktyce najczęściej oznacza się BZT5 (pięciodniowe BZT), które określa substancje organiczne biochemiczne szybko rozkładalne (np. cukry proste, lotne kwasy tłuszczowe), natomiast pozostałe BZT odpowiada substancjom wolno rozkładającym się (np. substancje toksyczne).

• chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT), jest oznaczeniem  wszystkich związków organicznych (i niektórych  nieorganicznych np. amoniaku i siarczków) podatnych na  utlenianie silnym związkiem utleniającym.

 ChZT określane jest jako równoważna ilość tlenu potrzebna do utlenienia związków organicznych do prostych form mineralnych, 

Zmniejszenie ilości pobieranego tlenu jest miarą toksyczności badanych ścieków.  

Stosunek ChZT/BZT5 jest wskaźnikiem udziału związków organicznych podatnych na rozkład biologiczny.  

W ściekach komunalnych ChZT/BZT5 = (1,5- 2,5), natomiast w ściekach przemysłowych jest większy od 2,5.  

Wskaźniki podstawowe- zanieczyszczania organiczne 

• ogólny węgiel organiczny (OWO), oznaczanie węgla organicznego,  które wykonuje się poprzez spalanie (w strumieniu tlenu) próbki  ścieków w aparacie, który następnie mierzy ilość wytworzonego  dwutlenku węgla.

Oznaczenie to daje najdokładniejszą informację o zawartości węgla organicznego w ściekach.  
 Wskaźniki podstawowe- zanieczyszczania organiczne

 Wskaźniki zanieczyszczeń BZT, ChZT, OWO nie rozróżniają indywidualnych zanieczyszczeń chemicznych. Wskaźniki ChZT i OWO charakteryzują zawartość związków organicznych, nie precyzując ich zdolności do biologicznego rozkładu.

Jedynie oznaczenie BZT informuje o podatności zanieczyszczeń na rozkład biologiczny, oraz ostrzega o toksyczności dopływających ścieków.  
 

Wskaźniki podstawowe- zanieczyszczania organiczne

 Do wskaźników eutroficznych należą związki biogenne: azot amonowy, azot azotanowy, azot ogólny, fosfor ogólny, ortofosforany.  

• azot może mieć postać związków mineralnych (głównie związki amonowe) i organicznych. Najczęściej przeprowadzamy badania azotu całkowitego (ogólnego) oraz azotu amonowego.

Azot ogólny to suma azotu organicznego, amonowego, azotynowego i azotanowego.  

Związki azotu mogą mieć działanie toksyczne dla organizmów żywych.  
 

• fosfor może mieć postać związków nieorganicznych (ortofosforany, polifosforany) oraz związków organicznych.

Oznacza się stężenia w ściekach: ortofosforanów oraz fosforu ogólnego. 

Związki fosforu nie oddziaływują bezpośrednio toksycznie na organizmy wodne.  

Wskaźniki eutroficzne

Twardość wody, chlorki, siarczany, sód, potas, związki żelaza  

Wskaźniki nieorganiczne: 
 
Związki arsenu, bor, cynk, chrom, kadm, związki miedzi, nikiel, ołów, rtęć, srebro, wanad, wolny chlor, fluorki, siarczki, siarkowodór, ...  

Wskaźniki nieorganiczne niebezpieczne: 
 
Fenole lotne, weglowodory chlorowane, ...  

 Oczyszczanie wstępna- cele 

• Oczyszczanie wstępne ma na celu przygotowanie ścieków do dalszych procesów technologicznych i obejmuje procesy mechaniczne oraz fizyczne: cedzenie, sedymentacje i flotacje.

• Usunięcie większych zanieczyszczeń mechanicznych, piasku, zawiesin łatwo opadających, olejów i tłuszczy umożliwia bezawaryjne działanie kolejnych obiektów oczyszczalni ścieków oraz zmniejsza ładunek zanieczyszczeń dopływających do części biologicznej.

• Przeciętna redukcja zanieczyszczeń w części mechanicznej oczyszczalni waha się dla BZTs w granicach 30%, a dla zawiesiny ogólnej w granicach 70%.

 KRATY 

• Typowa krata to rząd metalowych prętów ustawionych pochyło lub pionowo w poprzek kanału doprowadzającego ścieki. Odległość pomiędzy sąsiednimi prętami nazywamy prześwitem kraty.

• Dawniej najczęściej stosowaną kratą była krata o prześwicie 20mm.

• Obecnie projektowane kraty mają najczęściej prześwit 6 - 10mm.

• Zanieczyszczenia zatrzymane na kracie - skratki - są okresowo zgarniane, niekiedy prasowane i dezynfekowane, oraz składowane na wysypiskach śmieci w stanie surowym lub po spaleniu. Kraty w bardzo małych oczyszczalniach mogą być oczyszczane ręcznie za pomocą grabi

 Separatory tłuszczu 

    Separacja substancji tłuszczowych jest efektem zjawiska grawitacyjnego rozdziału tłuszczów ze ścieków podczas przepływu przez separator. Cząstki tłuszczu, ze względu na gęstość mniejszą od gęstości wody, gromadzą się na jej powierzchni. Inne zanieczyszczenia, o większej gęstości, opadają na dno zbiornika.

 
 
 
 

PIASKOWNIK 

Zanieczyszczenia mechaniczne, mineralne, generalnie niezagniwalne, posiadają większą prędkość opadania niż zawiesiny zagniwalne, organiczne i składają się z cząstek ziarnistych.

W ich skład wchodzi żużel, piasek, drobne kamienie, pestki, zmielona kawa itp.

W większości piaskowników prędkość przepływu ścieków 0,3 m/s gwarantuje opadanie piasku pozbawionego zanieczyszczeń organicznych.

Prędkości mniejsze przyczyniają się do sedymentacji także zawiesin organicznych, natomiast prędkości przekraczające 0,3 m/s powodują wypłukiwanie piasku z komór piaskownika. 

• Przemiana azotanów w azot gazowy i ulotnienie się do

      atmosfery (denitryfikacja). 

5. Odpływ ścieków pozbawionych azotu. 

Przemiany form azotu w ściekach poddanych biologicznemu

usuwaniu azotu: 

• Dopływ ścieków zawierających azot w formie organicznej i

      amonowej. 

2. Rozkład azotu organicznego do postaci amonowej

      (proces amonifikacji). 

• Przemiana azotu amonowego w azotyny, a następnie w

      azotany (proces nitryfikacji).

Proces amonifikacji  

Amonifikacja jest procesem, w którym azot zawarty w związkach organicznych przy udziale bakterii heterotroficznych jest przekształcany do azotu amonowego. Schematycznie amonifikację biologiczną można przedstawić za pomocą reakcji:  Proces ten może przebiegać w warunkach zarówno tlenowych jak i beztlenowych.

Proces nitryfikacji  

Proces nitryfikacji przebiega w dwóch etapach, które można przedstawić schematycznie w następującej postaci: Bakterie Nitrosomonas i Nitrobacter nalezą do najważniejszych bakterii odpowiedzialnych za denitrifikację. Bakterie te energię uzyskują dzięki węglowi zawartemu w rozpuszczonym dwutlenku węgla (nie potrzebują węgla organicznego), są tlenowcami, w związku z tym dla swojego rozwoju wymagają obecności tlenu.

Proces asymilacji  

Mikroorganizmy uczestniczące w procesach biologicznego oczyszczania ścieków wykorzystują związki azotu dla swojego rozwoju i wzrostu (przyrost biomasy). Najchętniej wykorzystują go w postaci azotu organicznego i amonowego, a przy jego braku źródło stanowią azotany.

Proces denitryfikacji   

Biochemiczne przemiany wewnątrz komórkowe zachodzą w różnorodny sposób u poszczególnych rodzajów bakterii. Nie wszystkie bakterie są zdolne do przeprowadzenia pełnej redukcji od azotanów do wolnego azotu, proces ten można przedstawić schematycznie jako:  Część z nich prowadzi jedynie redukcję do produktów pośrednich, a inne kontynuują ten proces wykorzystując produkty pośrednie jako substraty, redukując je do wolnego azotu. Azot w tej postaci jest na trwałe wydmuchiwany ze środowiska wodnego do atmosfery. Denitryfikacja jest, więc procesem, który pozwala na zmniejszenie stężenia związków azotu w ściekach.

Biologiczne usuwanie fosforu 

W ściekach komunalnych fosfor zawarty jest głównie w postaci fosforanów i fosforu organicznego. Podczas oczyszczania ścieków część usuwanego fosforu zostaje zasymilowana przez przyrastającą biomasę. Zasymilowany ładunek usuwany jest ze ścieków wraz z osadem nadmiernym. Wyspecjalizowane bakterie heterotroficzne (np. Acinetoobacter, Pseudomonas) osadu czynnego uwalniają ortofosforany z komórek w warunkach beztlenowych, natomiast akumulują je w środowisku tlenowym.  Ilość pobranych ortofosforanów jest większa od uprzednio uwolnionych.  

 Biologiczne usuwanie fosforu 

Fosfor jest akumulowany w komórkach bakterii w postaci polifosforanów. Związki te służą jako „magazyny” energii, pozwalając przeżyć posiadającym je mikroorganizmom podczas krótkotrwałych warunków beztlenowych, dzięki temu dając im przewagę nad innymi organizmami w danym ekosystemie. W warunkach deficytu energii mogą one rozkładać polifosforany, co jest obserwowane jako uwalnianie ortofosforanów do środowiska.

 Chemiczne usuwanie fosforu 

Najczęściej stosowanymi koagulantami są:

• wapno, w postaci CaO lub Ca(OH)3

• siarczan glinowy, Al2(SO4)3 x 18H2O,

• chlorek żelazowy, FeCl3,

• siarczan żelazawy, FeSO4,

• siarczan żelazowy, Fe2(SO4)3

Ze względu na miejsce dawkowania reagentów można wyróżnić trzy metody prowadzenia procesu:

    -    strącanie wstępne

   -    strącanie symultaniczne

   -    wtórne.

 Podstawowe technologie oczyszczania ścieków 

• Oczyszczalnie biologiczne ze złożem biologicznym:

• zbudowane w formie zbiornika z drenażami w dnie umożliwiającymi odpływ oczyszczonych ścieków,

• wewnątrz zbiornika na rusztowaniu znajduje się właściwe złoże, które stanowi gruboziarnisty materiał porowaty (tłuczeń, koks, żużel), na ściankach „wypełnienia” osadzają się mikroorganizmy, które tworzą galaretowate skupiska, a po pewnym czasie - błonę biologiczną,

• substancje zawarte w ściekach stanowią pożywkę dla mikroorganizmów zawartych w błonie biologicznej,  które utleniają je do składników mineralnych

 Podstawowe technologie oczyszczania ścieków 

• Oczyszczalnie biologiczne z systemem osadu czynnego:

• wzorowane na tlenowych procesach samooczyszczania, zachodzących w wodach powierzchniowych,

• polega na mineralizacji zanieczyszczeń organicznych przez drobnoustroje osadu czynnego w instalacjach technicznych,

• osad czynny jest kłaczkowatą zawiesiną złożoną głównie z bakterii oraz wrotków i niektórych grzybów.

Podstawowe parametry pracy osadu czynnego 

• czas napowietrzania,

• zawartość zawiesin osadu czynnego w komorze napowietrzania,

• obciążenie komór napowietrzania ładunkiem zanieczyszczeń

• obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń,

• wiek osadu,

• czas zatrzymania ścieków,

• index Mohlmana (osadowy)

 

1

---