TECHNOLOGIE I STANDARDY OCZYSZCZANIA

TECHNOLOGIE I STANDARDY OCZYSZCZANIA

Ś

Ś

CIEK

CIEK

Ó

Ó

W PRZEMYS

W PRZEMYS

Ł

Ł

OWYCH

OWYCH

Dr hab. in

ż

. Krzysztof BARBUSI

Ń

SKI prof. Pol.

Ś

l

ą

skiej

Wydział In

ż

ynierii

Ś

rodowiska i Energetyki

E-mail: [e-mail]

Ś

CIEKI PRZEMYSŁOWE

PEŁNE OCZYSZCZANIE

w Oczyszczalni Zakładowej

OCZYSZCZALNIA

KOMUNALNA

KANALIZACJA

MIEJSKA

ODBIORNIK

Ś

CIEKÓW

W zale

ż

no

ś

ci od potrzeb:

Oczyszczanie fizyko-chemiczne
(technologie konwencjonalne i
zaawansowane np. AOPs)
Oczyszczanie biologiczne
(metody tlenowe, beztlenowe,
beztlenowo-tlenowe, metody
bez lub z usuwaniem biogenów)

PODCZYSZCZANIE

w Podczyszczalni Zakładowej

Ś

cieki

Zbiornik

wyrównawczy

Inne dopływy

Neutralizacja

Koagulant Zasada

Pompy

Kwas

Flokulant

Flotacja

ci

ś

nieniowa

Pompy

M

Pompy

Odgazo-

wanie

dmuchawy

Reaktor

biologiczny

Osadnik

Chemiczne

Utlenianie

Neutralizacja

Zbiornik

Buforo-

wy

Powietrze

Zwi

ą

zki biogenne

Utleniacz

Kwas

Zasada

Filtr

wielowar-

stwowy

Filtr z

w

ę

glem

aktywnym

Pompy

Zag

ę

szczacz

Zbiornik

ko

ż

ucha

Prasa

Filtracyjna

Pompy

Pompy

Zbiornik

kontrolny

Pompy

Odpływ

Odcieki

Osad

PRZYKŁADOWA

OCZYSZCZALNIA

PRZEMYSŁOWA

Powietrze

Powietrze

Zb. bu-

forowy

M

Powietrze

opcja

Metody oczyszczania

ś

cieków przemysłowych:

konwencjonalne

• biologiczne: tlenowe, beztlenowe;

• fizykochemiczne i chemiczne;

• kombinowane;

zaawansowane

• procesy pogł

ę

bionego utleniania (AOPs)

-

bez wspomagania UV,

-

ze wspomaganiem UV,

-

katalityczne – np. z wykorzystaniem TiO

2

• zintegrowane metody chemiczno-biolog. utleniania

Metody biologiczne – tlenowe:

głównie metoda osadu czynnego

osadu czynnego

Osad czynny

tworz

ą

biologiczne aglomeraty (kłaczki) zło

ż

one głównie z

heterotroficznych bakterii zlepionych wydzielanym z komórek

ś

luzem. Kłaczki

absorbuj

ą

zawarte w

ś

ciekach zanieczyszczenia rozpuszczone i koloidalne, a

zawarte w kłaczkach mikroorganizmy rozkładaj

ą

je.

Metody biologiczne – beztlenowe:

głównie w reaktorach z osadem granulowanym

w reaktorach z osadem granulowanym

oczyszczanie szerokiego zakresu

ś

cieków przemysłowych

mo

ż

liwo

ść

odzysku energii,

stosunkowo wysokie efekty oczyszczania,

niskie koszty eksploatacyjne,

niewielka produkcja osadu nadmiernego,

mo

ż

liwo

ść

okresowej pracy bez utraty

biologicznej aktywno

ś

ci,

małe zapotrzebowanie terenu pod reaktory

• skojarzenie systemów beztlenowych i tlenowych

umo

ż

liwia uzyskanie

tak dobrych efektów degradacji zanieczyszcze

ń

,

ż

e oczyszczone

ś

cieki s

ą

ponownie wykorzystywane w procesach produkcyjnych.

osad czynny w formie granuli (pelet) –

mikroorganizmy tworz

ą

ce specyficzne agregaty

PORÓWNANIE PROCESÓW TLENOWYCH I BEZTLENOWYCH

ciepło

Proces beztlenowy

osad

CH

4

ChZT

90%

10%

Proces tlenowy

osad

ChZT

50%

+ O

2

50%

Dzi

ę

ki takim reaktorom obecnie technologia beztlenowa uwa

ż

ana jest za

efektywn

ą

i ekonomicznie atrakcyjn

ą

metod

ę

oczyszczania

ś

cieków

Wymienione zalety s

ą

zasług

ą

stosowania reaktorów o du

ż

ej wydajno

ś

ci i

szybko

ś

ci procesu, takich jak

IC

czy

EGSB

,

DOPŁYW

ODPŁYW

BIOGAZ

P

Ę

CHERZYKI BIOGAZU

POWIERZCHNIA OSADU

SYSTEM ROZDZIAŁU

SEPARATORY

BEZTLENOWEGO

Ś

CIEKÓW

Reaktor UASB

(ang. Upflow Anaerobic Sludge Blanket)

•

Typowa wysoko

ść

5-7 m,

•

pr

ę

dko

ść

pionowa

ś

cieków od 0,5 do 1,0

m/h,

•

obci

ąż

enie reaktora ładunkiem ChZT 5 - 15

kg/m

3

·d,

•

st

ęż

enie osadu od 50-100 kg s.m.o/m

3

(w

dolnej cz

ęś

ci) do 5-40 kg s.m.o/m

3

(w

cz

ęś

ci górnej).

Reaktor IC

(ang. Internal Circulation)

system

rozdziału

przewód
biogazu

separator 2

recyrkulacja

osadu

sekcja
doczyszczająca

(nisko obciążona)

sekcja złoża
fluidalnego

(wysoko obciążona)

dopływ

biogaz

separator 1

zbiornik
odgazowujący

odpływ

• budowa wie

ż

owa - dwie sekcje (jedna nad drug

ą

),

• wysoko

ść

od 16 do 28 m,

ś

rednica od 1,5 do 15 m,

• sekcja (dolna) pracuje jako wysoko obci

ąż

ona,

• sekcja (górna) jako proces nisko obci

ąż

ony,

• cyrkulacja wew. na skutek produkcji biogazu,

• obci

ąż

enie reaktora 15-30 kg ChZT/m

3

⋅⋅⋅⋅

d).

Reaktor EGSB (ang. Expanded Granular Sludge Bed)

dopływ

recyrku

l

acja

ś

cieków

zło

ż

e

osadu

odpływ

o

s

adnik

kopuła

bioga

z

p

ę

cherzyki

gazu

g

ranule

osadu

Pionowa, rozci

ą

gni

ę

ta wersja reaktora UASB

• pr

ę

dko

ść

przep

ł

ywu

ś

cieków > 6 m/h,

• wysoko

ść

12-16 m,

• stosunek wys. do szer. (lub

ś

rednicy) od 4 do 5,

• z

ł

o

ż

e osadu jest rozci

ą

gni

ę

te (ekspandowane),

• obci

ąż

enie reaktora do 30 kg ChZT/m

3

·d.

Rodzaj przemys

ł

u

ChZT (% redukcji)

BZT

5

(% redukcji)

Browary

70 – 90

> 90

Gorzelnie

70 – 90

> 90

Odzysk papieru

65 – 80

80 – 90

Produkcja masy celulozowej

siarczanowej

75 – 85

> 90

Przeróbka ziemniaków

80 – 90

80 – 95

Przetwory mleczarskie

(ser, serwatka itp.)

80 – 90

> 90

Produkcja skrobi

70 – 85

80 – 95

Produkcja chemiczna

60 – 90

> 90

Produkcja farmaceutyczna

50 – 80

> 90

Dro

ż

d

ż

ownie

55 – 75

> 90

Odcieki ze sk

ł

adowisk

odpadów

70 – 90

> 90

Cukrownie

80 – 90

> 90

Rodzaje

ś

cieków oczyszczanych metodami beztlenowymi

i uzyskiwane efekty redukcji ChZT i BZT

5

Metody fizykochemiczne i chemiczne:

konwencjonalne

konwencjonalne

• Neutralizacja

• Koagulacja i str

ą

canie chemiczne

• Sorpcja

• Flotacja

• Ekstrakcja

• Koalescencja

• Metody jonitowe

• Chemiczne utlenianie (np. H

2

O

2

, O

3

)

• Procesy membranowe

Metody te jednak w wi

ę

kszo

ś

ci przypadków nie degraduj

ą

zanieczyszcze

ń

lecz „przenosz

ą

” je z jednej fazy do drugiej

AOPs –

A

dvanced

O

xidation

P

rocesse

s

– ich wspóln

ą

cech

ą

jest generowanie

rodników OH

•

, które wchodz

ą

w reakcj

ę

niemal

ze

wszystkimi

organicznymi

zanieczyszczeniami

Obecnie uwa

ż

ane za najbardziej obiecuj

ą

ce, alternatywne

sposoby oczyszczania w stosunku do metod konwencjonalnych

Metody zaawansowane:

głównie AOPs

AOPs

DLACZEGO PROCESY AOPs?

DLACZEGO PROCESY AOPs?

• metody konwencjonalne cz

ę

sto nie sprawdzaj

ą

si

ę

w

odniesieniu do substancji opornych na degradacj

ę

,

• w wi

ę

kszo

ś

ci przypadków nie powoduj

ą

rozkładu

zanieczyszcze

ń

, lecz jedynie ich przeniesienie z jednej

fazy np.

ś

cieki do innej, np. osadu,

• w przypadku substancji toksycznych nie rozwi

ą

zuje to

cało

ś

ciowo problemu

PRZYK

PRZYK

Ł

Ł

ADY KONFIGURACJI PROCES

ADY KONFIGURACJI PROCES

Ó

Ó

W

W

AOP

AOP

s

s

Proces UV/O

3

O

3

+ H

2

O + h

νννν

2OH

•

+ O

2

Proces H

2

O

2

/O

3

H

2

O

2

+ 2O

3

2 OH

••••

+ 3O

2

Proces UV/O

3

/H

2

O

2

poł

ą

czenie systemów UV/O

3

i H

2

O

2

/O

3

zwi

ę

kszona szybko

ść

generowania rodników OH

•

Proces H

2

O

2

/UV

H

2

O

2

2 OH

••••

λ≤

λ≤

λ≤

λ≤

400 nm

hv

PRZYK

PRZYK

Ł

Ł

ADY KONFIGURACJI PROCES

ADY KONFIGURACJI PROCES

Ó

Ó

W

W

AOP

AOP

s

s

Proces Fotokatalityczny proces TiO

2

/UV

Reakcja (odczynnik) Fentona

Fe

2+

+ H

2

O

2

→

→

→

→

Fe

3+

+ OH

-

+ OH

••••

PRZYK

PRZYK

Ł

Ł

ADY INSTALACJI

ADY INSTALACJI

AOP

AOP

s

s

Technologia HiPOx

TM

Proces H

2

O

2

/O

3

System

iniekcji H

2

O

2

Generator

ozonu

Dopływ

Odpływ

Wtrysk
wielopunktowy

Reaktor

przepływowy

Ci

ś

nienie w układzie 2,76

– 3,45 bar

H

2

O

2

A

B

Efektywna degradacja dioksyn, fenoli, pestycydów, lotnych zwi

ą

zków

organicznych,

eteru

metylo-tert-butylowego

(MTBE),

chlorowanych

rozpuszczalników, w

ę

glowodorów i innych.

PRZYK

PRZYK

Ł

Ł

ADY INSTALACJI

ADY INSTALACJI

AOP

AOP

s

s

Technologia PulseOx

TM

Proces H

2

O

2

/O

3

Remediacja w

Remediacja w

ó

ó

d podziemnych

d podziemnych

in situ

in situ

–

–

reagenty wt

reagenty wt

ł

ł

aczane pulsacyjnie

aczane pulsacyjnie

Technologia szczególnie skuteczna przy oczyszczaniu wód podziemnych
zawieraj

ą

cych

dodatki

do

paliw

(np.

MTBE)

oraz

stabilizatory

rozpuszczalników takie jak 1,4-dioksan. Istnieje mo

ż

liwo

ść

jej skutecznej

integracji z innymi technologiami w postaci układów hybrydowych

+ O

2

PRZYK

PRZYK

Ł

Ł

ADY INSTALACJI

ADY INSTALACJI

AOP

AOP

s

s

+ O

2

Technologia Rayox

©

Proces H

2

O

2

/UV

Degradacji ulega wi

ę

kszo

ść

zanieczyszcze

ń

toksycznych i opornych na

biologiczny rozkład. Stosowana m.in. do oczyszczania wód gruntowych.
Potwierdzono

jej

skuteczno

ść

przy

usuwaniu

chlorku

winylu,

dichloroetylenu, trichloroetylenu, pentachloro-fenolu, benzenu, toluenu,
etylobenzenu i ksylenów.

PRZYK

PRZYK

Ł

Ł

AD INSTALACJI

AD INSTALACJI

AOP

AOP

s w Polsce

s w Polsce

Ś

cieki

produkcyjne

Osad
odwodniony

Odcieki

odprowadzenie

osadu

Zbiornik

osadu

Prasa filtracyjna
komorowa

Studzienka

Ś

cieki

oczyszczone

H

2

SO

4

FeSO

4

Ca(OH)

2

Reaktory

chemiczne

Odcieki

Pompy

Komora

czerpalna

H

2

O

2

Oczyszczalnia na bazie odczynnika Fentona

- pracuje w skali technicznej od roku 2000

Korzy

ś

ci z zastosowania procesów AOPs:

•

efektywna degradacja „trudnych” zanieczyszcze

ń

organicznych,

•

znaczne obni

ż

enie warto

ś

ci ChZT i BZT

5

w

ś

ciekach,

•

usuwanie ze

ś

cieków specyficznych zanieczyszcze

ń

, w tym

trudno biodegradowalnych i toksycznych,

•

zwi

ę

kszenie podatno

ś

ci zanieczyszcze

ń

na biodegradacj

ę

,

•

niszczenie organizmów patogennych,

•

znaczne obni

ż

enie specyficznej barwy

ś

cieków i uci

ąż

liwego

zapachu,

•

wspomaganie procesów unieszkodliwiania osadów,

•

efektywne oczyszczanie

ś

cieków, wody, a tak

ż

e remediacja wód

podziemnych i gruntów.

Odczynnik Fentona jest bardzo skuteczny w degradowaniu

pestycydów zarówno chloro- jak i fosforoorganicznych

CH

Cl

Cl

CCl

3

OCH

3

CH

3

O

CH

CCl

3

NO

2

O

-

P

CH

3

S

(CH

3

O)

2

CHCl

Cl

Cl

O

-P

O

(C

2

H

5

O)

2

C

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Odczynnikiem Fentona bardzo efektywnie mo

ż

na oczyszcza

ć

tak

ż

e

ś

cieki barwne np. z przemysłu włókienniczego lub produkcji zapałek

(odbarwienie, obni

ż

enie wska

ź

ników BZT

5

i ChZT, detoksykacja)

SUBSTANCJE NIEBEZPIECZNE DLA ŚRODOWISKA MORZA BAŁTYCKIEGO KTÓRYMI ZAJMUJE SIĘ

PROJEKT COHIBA:

1.dioksyny (PCDD), furany (PCDF) & dioksynopodobne polichlorowane bifenyle

2.związki trójbutylocyny (TBT) -

stanowią potencjalne zagrożenie dla zdrowia człowieka.

związki trójfenylocyny (TPhT)

eter pentabromodifenylowy (pentaBDE)

3.eter oktabromodifenylowy (oktaBDE)

eter dekabromodifenylowy (dekaBDE)

4.sulfonian perfluorooktanu (PFOS)

kwas perfluorooktanowy (PFOA) –

używany m.in. do produkcji teflonu – może mieć działanie rakotwórcze

5.Heksabromocyklododekan -

ma zdolność do kumulowania się w organizmach żywych, jest toksyczny i wpływa

negatywnie na układ hormonalny

.

6.nonylofenol / etoksylaty nonylofenolu (NP / NPE)

7.oktylofenol (OP) / etoksylaty oktylofenoli (OPE)

8.krótkołańcuchowe parafiny chlorowane (SCCP)

średniołańcuchowe parafiny chlorowane (MCCP)

9.endosulfan

10.rtęć (Hg

11.kadm (Cd)

są kancerogenami o właściwosciach substancji endokrynnie
czynnych, działaniu neuro- i immunotoksycznym.

efekt estrogenny – feminizacja i obojnactwo organizmów
wodnych, a w efekcie także i organizmu człowieka

PROBLEMY DO ROZWI

PROBLEMY DO ROZWI

Ą

Ą

ZANIA

ZANIA

–

–

wybrane zagadnienia

wybrane zagadnienia

• odprowadzenie do kanalizacji czy własna oczyszczalnia?

• nie usuwamy z zasady pojedynczych substancji ale całe grupy

• oczyszczanie

ś

cieków (ew. wybranych strug) u

ź

ródła – taniej,

ekonomiczniej

• dobór technologii oczyszczania – czy ekspert jest potrzebny?

• dobór technologii oczyszczania – czy badania s

ą

potrzebne?

CZY OCZYSZCZONE

CZY OCZYSZCZONE

Ś

Ś

CIEKI PRZEMYS

CIEKI PRZEMYS

Ł

Ł

OWE

OWE

S

S

Ą

Ą

BEZPIECZNE DLA

BEZPIECZNE DLA

Ś

Ś

RODOWISKA?

RODOWISKA?

wysokie efekty degradacji zanieczyszcze

ń

organicznych nie zawsze wi

ążą

si

ę

z efektywnym obni

ż

eniem toksyczno

ś

ci

ś

cieków gdy

ż

powstaj

ą

ce produkty

po

ś

rednie reakcji utleniania mog

ą

by

ć

tak

ż

e w ró

ż

nym stopniu toksyczne

skuteczne oczyszczanie

ś

cieków o charakterze toksycznym powinno

uwzgl

ę

dnia

ć

nie tylko stopie

ń

degradacji zanieczyszcze

ń

organicznych,

zwi

ą

zków biogennych oraz substancji specyficznych, ale tak

ż

e obni

ż

enie ich

toksyczno

ś

ci do akceptowalnego poziomu

0

25

50

75

100

0 0,25 0,5 0,75 1

1,5

3

4

6

8

10

12

Czas (h)

T

o

k

s

y

c

z

n

o

ś

ć

(

%

)

0

525

1050

1575

2100

C

h

Z

T

(

m

g

O

2

/d

m

3

)

To ks yc zn o ś ć

ChZT

DZI

DZI

Ę

Ę

KUJ

KUJ

Ę

Ę

ZA UWAG

ZA UWAG

Ę

Ę