Efektywne oczyszczanie
ścieków przemysłowych

Efektywne oczyszczanie ścieków przemysłowych

Wymagania w zakresie oczyszczania ścieków
przemysłowych ulegają ciągłemu zaostrzaniu.
Istnieje zapotrzebowanie na koncepcje i procesy
zapewniające najwyższą możliwą elastyczność
instalacji oczyszczania, wywołane czy to nowymi
regulacjami prawnymi, czy zmodyfikowanymi
wymaganiami produkcyjnymi. Zastosowanie tlenu
zapewnia duże rezerwy wydajnościowe,
pozwalające na zaadaptowanie istniejących instalacji
do nowych zadań, bez kosztownych nakładów
inwestycyjnych związanych z ich rozbudową.

Poza celami takimi jak zachowanie zgodności z
limitami zrzutów lub zapewnienie jakości zrzutu
odpowiedniej do ponownego wykorzystania
technologicznego, ważną rolę w przemyśle odgrywa
także zapotrzebowanie na wymagane miejsce. Filtry
biologiczne, filtry ze złożem upakowanym i
membranowe układy biologiczne stanowią tutaj
atrakcyjne uzupełnienie dla konwencjonalnych
koncepcji instalacji, gdy w grę wchodzi rozbudowa
lub wymiana istniejących rozwiązań. Również w tym
przypadku potencjał prowadzonych procesów może
być w pełni wykorzystany tylko przy pomocy
czystego tlenu (O

2

).

Dwutlenek węgla (CO

2

) zapewnia szereg korzyści

przy neutralizacji ścieków alkalicznych. Ozon (O

3

)

jest skutecznym rozwiązaniem dla strumieni
pobocznych zanieczyszczonych składnikami
trudnymi do rozłożenia.

Niniejszy katalog opisuje, opierając się na przykładach
funkcjonujących aplikacji, jak zoptymalizować potencjał
nowoczesnych rozwiązań inżynieryjnych dzięki
zastosowaniu gazów technicznych takich jak O

2

, CO

2

czy O

3

.

Tlen w technologii oczyszczania ścieków
Czysty tlen jest "koncentratem tlenu atmosferycznego"
pozbawionym azotowego balastu. To przyczynia się do
optymalizacji jego potencjału:

tlen rozpuszcza się w wodzie dużo szybciej i przy
niższym zużyciu energii. Pozwala to na elastyczną
pracę, nawet przy dużych wahaniach
zapotrzebowania.

•

możemy zastąpić 100 dm

3

powietrza poprzez

wprowadzenie do układu tylko 4 dm

3

czystego

gazowego tlenu. Daje to dalsze korzyści, takie jak:

•

odpowiednio niższe koszty armatury do
wprowadzania gazu,

•

nieznaczne tworzenie się aerozoli i mniejsze
rozpraszanie substancji o przykrym zapachu,

•

mniej awarii hydraulicznych w trakcie eksploatacji
instalacji filtrów,

•

brak zakłóceń procesów sedymentacji przez
niepożądaną flotację (przesycenie azotem w
głębokich zbiornikach aktywacyjnych prowadzi do
odgazowania w następnym etapie klarowania).

•

Rys. 1: Techniki wprowadzania tlenu opracowane przez firmę Messer: wąż perforowany (po lewej), iniektor (w środku),
natleniacz (po prawej)

Systemy wprowadzania tlenu

Ekonomiczne korzyści wynikające z dodania
czystego tlenu mogą zostać osiągnięte jedynie
dzięki użyciu odpowiedniej armatury do jego
wprowadzenia. W praktyce skuteczne okazały się
specjalne węże perforowane, injektory i natleniacze.

Dobór systemu lub jego kombinacji zależy głównie
od aplikacji i lokalnych uwarunkowań. Istotne
parametry to np. geometria zbiornika oraz
dostępność i koszt energii elektrycznej.

Zdjęcie ze strony tytułowej: oczyszczalnia ścieków firmy
BASF w Ludwigshafen

Praktyczne rozwiązywanie problemów

Obróbka szczytowych ładunków poprzez
częściowe natlenianie (partial oxygen gassing -
POG)

Problemy z przykrymi zapachami w oczyszczalniach
wskazują zazwyczaj na brak tlenu. Przez ponad 20
lat, bo od 1981 roku, z powodu krótkotrwałych
wahań w zapotrzebowaniu na tlen, które
przyczyniało się do problemów z odorem w
oczyszczalni ścieków Emschermündung w
Niemczech, z powodzeniem funkcjonował
dodatkowy układ oparty na dostawach czystego
tlenu, bez konieczności stosowania jakichkolwiek
procesów uzupełniających.
Innym przykładem jest przetwórnia ziemniaków w
Meklenburgu, gdzie konieczne było zwiększenie
zdolności produkcyjnych. Pomimo rozbudowy
oczyszczalni ścieków o reaktor sekwencyjny SBR,
nie osiągnięto wyznaczonych wartości na odpływie.
W jednym z dwóch reaktorów zainstalowano
dodatkowy system podawania czystego tlenu. W
ten sposób połowę istniejących aeratorów
kołpakowych przerobiono na podawanie tlenu,
podczas gdy druga połowa nadal pracowała na
powietrzu. Po przejściu na POG w przebudowanym
reaktorze możliwe było osiąganie na odpływie
wartości sporo poniżej wyznaczonych limitów.
W procesach okresowych, takich jak tankowanie czy
reaktory sekwencyjne, które wielokrotnie sprawdziły
się w przemyśle spożywczym, charakterystyczne są
wysokie piki zapotrzebowania tlenu w wodach na
dopływie. W oczyszczalni ścieków mleczarni w
Saksonii, pomimo znacznego przewymiarowania
układu napowietrzania, przeciążenia na poziomie do
280% parametrów projektowych powodowały
okresowe niedobory tlenu. System natleniania jest
obecnie oparty na układzie częściowego natleniania
(POG), który zapewnia pokrycie fazy maksymalnego
zapotrzebowania na tlen.

Poprawa wyników nitryfikacji i denitryfikacji

W celu eliminacji związków azotu na trzecim stopniu
oczyszczania, czego wymaga prawodawstwo, firma
Messer opracowała dwustopniowy proces Biox

®

N.

Skuteczność stopnia biologicznego jest znacznie
zwiększona poprzez wsparcie lub zastąpienie
konwencjonalnego układu napowietrzania czystym
tlenem oraz, w tym samym czasie, zwiększeniem
stężenia biomasy. (rys. 2)
W wyniku tych zmian możliwe jest wydzielenie
wystarczającej objętości z istniejącego zbiornika do
denitryfikacji. Jedna z największych oczyszczalni
ścieków przemysłowych na świecie również używa
czystego tlenu do nitryfikacji. Tlen jest wprowadzany
do układu za pomocą mat natleniających firmy
Messer.

Przesycenie azotem/ flotacja: rozwiązanie z
wykorzystaniem czystego tlenu

W głębokich zbiornikach i tak zwanych układach
głębokoszybowych napowietrzanie może
spowodować wysokie stężenie rozpuszczonego
azotu (w przeciwieństwie do tlenu nie jest on
zużywany przez mikroorganizmy), który
sporadycznie może uwalniać się w postaci gazu w
płytszych zbiornikach osadowych, a w kolejnym,
płytszym etapie klarowania może utrudniać/
uniemożliwiać sedymentację. Flotacja występująca
w odstojnikach powoduje przekroczenie wartości
granicznych na odpływie. W zbiorniku osadowym
instalacji pilotażowej 3000 PE, na głębokości wody
10 m, oznaczono 150% stopnia przesycenia azotem.
Kiedy te głębokie zbiorniki były zasilane stale lub
okresowo czystym tlenem zamiast sprężonego
powietrza, to przesycenie azotem zmniejszało się i
zbiornik osadowy pracował optymalnie.

Kompaktowe oczyszczanie w filtrach z aeracją
tlenową

Jeśli ścieki mają być wolne od zawiesiny i
wymagane są stałe, niskie wartości parametrów
odpływowych (np. dla amoniaku), biofiltracja jest
wykorzystywana do oczyszczania lub oczyszczania
końcowego. Szczególnie ekonomiczny i
kompaktowy jest dwustopniowy ciągły filtr
piaskowy, w którym piasek kwarcowy jest używany
jako medium filtrujące oraz jako podłoże dla
biomasy.

Rys. 2: Przekształcanie oczyszczalni ścieków na proces Biox®-N

Denitryfikacja

Nitryfikacja

Oczyszczanie końcowe

Oczyszczanie wstępne

Osad aktywny

o

2

Input

o

2

Input

Te instalacje nadają się zarówno do ciągłego jak i
okresowego stosowania. Gdy na pierwszy stopień
natleniania jest podawany czysty tlen, zapewniona
jest optymalna praca tj.:

bezproblemowa filtracja dzięki niskim ilościom
gazu

•

brak efektu kanałowego w obrębie złoża
piaskowego

•

zmniejszone rozprzestrzenianie się składników o
przykrym zapachu

•

brak niepożądanego osadzania się wapna.

•

Zawartość zawiesiny całkowitej w ściekach
oczyszczonych powinna wynosić znacznie poniżej
10 mg/l. To pozwala na ponowne wykorzystanie
oczyszczonych ścieków w procesach
produkcyjnych.

Przykłady zastosowań:

W kontekście rekultywacji i odwadniania gleby
ciągłe filtry piaskowe z krótkim czasem retencji
(poniżej 10 minut) osiągnęły skuteczność
eliminacji na poziomie ponad 99% dla JWA
(jednopierścieniowe węglowodory aromatyczne) i
ponad 92% dla WWA (wielopierścieniowe
węglowodory aromatyczne). Wartości dla JWA i
WWA na odpływie były mniejsze od 3 µg/l.

•

W przetwórni makulatury filtr piaskowy był
zainstalowany za stopniem oczyszczania
anaerobowego. Przy ładunku do 2,7 kg S/m

3

• d

osiągnięto ponad 97% skuteczność usuwania
siarczków oraz wartość na odpływie poniżej
1mg/l. Spadek zawiesiny całkowitej (TSS) od 80%
do praktycznie 100% dał w wyniku wartość na
odpływie poniżej 20 mg/l. Redukcja ChZT w tym
filtrze wynosiła około 50%.

•

Membrany biologiczne: bezpieczeństwo w
kompaktowej formie – idealne przy
zastosowaniu tlenu

Oczyszczanie ścieków z użyciem membran
biologicznych, w którym mikrofiltracja poprzez
membrany zastąpiła konwencjonalny proces
osadzania (rys. 3) znacznie oszczędzają miejsce i są
bezpieczne. Zawartość osadu aktywnego jest 3 do 8
razy wyższa niż w konwencjonalnych instalacjach.

Dzięki temu etap oczyszczania biologicznego jest
znacznie skrócony.

Ścieki z układu z membraną biologiczną są wolne od
zawiesin i z higienicznego punktu widzenia
odpowiadają normom wody do kąpieli, co niesie za
sobą możliwości ponownego wykorzystania
otrzymanej wody.

Potencjał wydajności membrany biologicznej można
w pełni uzyskać, gdy konwencjonalne
napowietrzanie jest uzupełnione lub zastąpione
systemem z użyciem czystego tlenu. Mieszanka
ścieków z osadem aktywnym w membranowym
układzie biologicznym jest niezwykle lepka, co
znacznie utrudnia przepuszczanie tlenu przy
wykorzystaniu drobnopęcherzykowego układu
napowietrzania ciśnieniowego. Firma Messer
opracowała jedyny w swoim rodzaju system
wprowadzania tlenu, przeznaczony specjalnie dla
tego wysoce lepkiego osadu, przy zastosowaniu
którego można w sposób ekonomiczny pokryć
nawet wysokie zapotrzebowanie na tlen. W
bezpośrednim porównaniu z wtryskiem powietrza,
dzięki systemowi membran biologicznych osiągnięty
zostaje ponad 2,5 razy wyższy stopień rozpuszczania
tlenu, przy 2,5 razy niższym zużyciu energii. Przy
reaktorach ciśnieniowych oszczędność energii jest
jeszcze wyższa. Ten sam system wprowadzania
tlenu był także pomyślnie wdrożony w oczyszczalni
odcieków ze składowiska odpadów, jako
uzupełniające doprowadzenie tlenu podczas
obciążeń szczytowych. Skuteczność oczyszczania
wzrosła o 40%.

Korzyści stosowania czystego tlenu w
przemysłowych oczyszczalniach ścieków:

ogólny wzrost jakości oczyszczania

•

niezawodne panowanie nad obciążeniami
szczytowymi i ciągłymi przeciążeniami

•

bezpieczna nitryfikacja

•

znacząco niższa emisja przykrych zapachów

•

cicha iniekcja tlenu

•

wyższa niezawodność operacyjna

•

odpowiednie do awaryjnego wykorzystania w
przypadku defektu aeratorów

•

niskie koszty i krótki czas realizacji rozbudowy
instalacji

•

może stanowić rozwiązanie przejściowe lub
tymczasowe

•

niższe koszty inwestycyjne niż w przypadku
przebudowy konwencjonalnego zakładu

•

Rys. 3: Przestrzeń zaoszczędzona dzięki zastosowaniu membrany biologicznej

Technologia membranowa

Biologia - podwyższona zaw. osadu

Iniekcja tlenu

Osad aktywny

Osad powrotny

Filtracja

Ścieki

oczyszczone

Dopływ

Ścieków

Neutralizacja i kontrola pH za pomocą CO

2

:

obniżenie zasolenia w cyrkulacji wody

Ścieki alkaliczne należy zneutralizować przed ich
wprowadzeniem do biologicznej oczyszczalni
ścieków. W tym miejscu neutralizacja dwutlenkiem
węgla (CO

2

) znacznie zyskuje na znaczeniu:

Porównanie stechiometryczne poziomu zużycia
CO

2

i kwasu mineralnego przy pełnej neutralizacji

wypada szczególnie korzystnie dla CO

2

. To jeden z

powodów dlaczego porównanie kosztowe także
często wypada na korzyść CO

2

.

•

Niższy poziom zasolenia jest istotny nie tylko z
tytułu opłat za zrzut ścieków, ale także z
wielokrotnego wykorzystania oczyszczonych
ścieków w zamkniętych obiegach wodnych.
Dzięki CO

2

unika się zasolenia spowodowanego

przez siarczany lub chlorki, jak również
towarzyszących im problemów z korozją.

•

Rys. 5 porównuje krzywą neutralizacji dla kwasu
mineralnego z krzywą dla CO

2

. Łagodne

nachylenie krzywej neutralizacji CO

2

oznacza, że

jego dodanie, nawet w przedziale wokół punktu
neutralnego, ma mały wpływ na pH wykluczając
w praktyce przeregulowanie odczynu, czyniąc ten
proces bezpiecznym dla środowiska. Można
zatem, stosując CO

2

, zrezygnować ze

skomplikowanych układów sterowania.

•

Rys. 5: Przebieg krzywych neutralizacyjnych dla CO

2

i kwasów

mineralnych

Rys. 4: Oczyszczalnia ścieków za pomocą CO

2

na stacji Berlin Główny, poprzednio Stacji Lehrter.

Faza I

2OH

-

+CO

2

CO

3

2-

+CO

2

+H

2

O

2HCO

3

-

Zużycie CO

2

CO

3

2-

+H

2

O

Obszar dopuszczalny

Faza II

CO

2

Kwas

Faza III

Firma Messer używa różnych systemów do
wprowadzania i rozpuszczania CO

2

w wodzie, takich

jak reaktory rurowe, dysze, mieszalniki statyczne,
iniektory lub maty natleniające. Zastosowana
technika zależy od jakości wody, np. jej twardości,
jak również od warunków lokalnych.

Każdorazowo firma Messer oferuje użytkownikowi
proces optymalny, indywidualnie dostosowany do
konkretnego klienta, z opcją najlepszego wykorzystania
CO

2

, mając przy tym na uwadze aspekt ekonomiczny.

Firma Messer oferuje tę usługę w oparciu o
doświadczenie nabyte w ponad 150 instalacjach
neutralizacji ścieków (Rys. 4 i 7).

Rys. 6: Komponenty do neutralizacji stosowane przez firmę Messer:
węże natleniające (z lewej), zbiorniki wsadowe zbudowane u klienta (w środku), iniektory gazu ciekłego (z prawej)

Rys. 7: Neutralizacja ścieków alkalicznych za pomocą CO

2

w przemyśle tekstylnym

Neutralizacja i kontrola pH za pomocą CO

2

– wykaz korzyści:

brak zasolenia spowodowanego przez siarczany,
chlorki itp., tak więc:

•

proces bezpieczny dla środowiska

•

brak opłat z tytułu wzrostu zawartości soli

•

lepsze dopasowanie do ponownego
wykorzystania w obiegach zamkniętych

•

praktycznie wykluczone przeregulowania pH

•

brak problemów z korozją

•

niższe koszty eksploatacji

•

możliwa kontrola wytrącania się soli metali
ciężkich lub komponentów powodujących
wzrost twardości wody

•

Neutralizacja za pomocą CO

2

została już

wprowadzona w następujących sektorach
przemysłu:

napojowym, mleczarskim

•

papierniczym i celulozowym

•

elektrochemicznym (galwanizacja)

•

metalurgicznym

•

tekstylnym i skórzanym

•

chemicznym

•

szklarskim

•

elektrowniach

•

pralniach

•

Ozon - Natlenianie i dezynfekcja bez
dodatkowego zasolenia

Oczyszczanie ozonem jest często wybierane w
przypadkach, gdy ścieki zawierają związki
organiczne, odporne na biodegradację albo, gdy
aktywność biologiczna w obrębie recyrkulacyjnych
obiegów wodnych musi być ograniczona. Po fluorze,
ozon jest najsilniejszym utleniaczem. Reaguje z
utworzeniem względnie nieszkodliwych produktów
ubocznych utleniania oraz tlenu i nie zwiększa
zasolenia oczyszczanych wód.
Ozonu nie można przechowywać, dlatego jest on
zawsze produkowany na miejscu w zasilanym
tlenem generatorze ozonu (Rys. 8). Ozon do
zastosowań przemysłowych jest zazwyczaj
produkowany w stężeniu od 10 do 14% wagowych,
przy zużyciu energii pomiędzy 8 a 12 kWh/kg O

3

. Te

wysokie stężenia ozonu, osiągalne tylko przy
zasilaniu tlenem, są korzystne ze względu na niższe
koszty aparatury i zużycia energii wymaganej do
rozpuszczenia ozonu w wodzie oraz ze względu na
szybszy przebieg reakcji. Poniższe zastosowania
obrazują korzyści wynikające z zastosowania ozonu:

Ozon w połączeniu z aerobowym oczyszczaniem
biologicznym

Ze względu na wykorzystanie aktywności ozonu do
utlenienia substancji nie ulegających biodegradacji,
etap traktowania ozonem jest zasadniczo umieszczany
za etapem oczyszczania biologicznego. Te pozostałe,
nie ulegające biodegradacji składniki, ulegają tam
częściowemu utlenieniu, co czyni je bardziej
podatnymi na dalsze oczyszczanie w kolejnej,
oszczędnej kosztowo, operacji oczyszczania
biologicznego. Miarą podatności ścieków na rozkład
jest stosunek ChZT (chemicznego zapotrzebowania
tlenu) do BZT

5

(biologicznego zapotrzebowania tlenu).

Im niższy jest ten stosunek, tym łatwiejsze jest
biologiczne oczyszczanie ścieków. W fabryce celulozy
stosunek ChZT/BZT dla ścieków pochodzących z
pierwszego stopnia oczyszczania obniżono z 8 do 3. W
następstwie tego skuteczność oczyszczania w
odniesieniu do ChZT dla całego układu została
zwiększona z 45% do ponad 80%. W przemyśle
włókienniczym ozon na odpływie z oczyszczalni jest
używany do odbarwiania ścieków. W sektorze
farmaceutycznym jest on używany głównie do
dezynfekcji lub dezaktywacji organizmów
patogennych.

Rys. 8: Generator ozonu do częsciowego natleniania ścieków (Zdjęcie: Wedeco)

Ozon do oczyszczania wód technologicznych

Jeśli, z przyczyn ekonomicznych czy ekologicznych,
woda technologiczna podlega cyrkulacji, to
organiczne substancje zawarte w wodzie, w wyniku
ich aktywności biologicznej, mogą prowadzić do
tworzenia się szlamu. Tutaj ozon stanowi biocyd,
jako że nie powoduje on zwiększenia zasolenia i
nawet przy względnie niskich dawkach skutecznie
zapobiega tej biologicznej aktywności.

Ozon do oczyszczania wód chłodzących

Korzyści z wykorzystania tlenu w otwartych
układach recyrkulacji wód chłodzących są tak
przekonujące, że firma Messer poddaje obecnie
traktowaniu ozonem wody chłodzące we wszystkich
swoich zakładach produkcyjnych. Nawet przy
niskich dawkach jednostkowych w wysokości 0,1
do 0,3 g na m

3

, ozon pozwala na:

znaczącą redukcję wzrostu mikroorganizmów i
glonów

•

zapobieganie powyższego wzrostu we
wszystkich elementach składowych i dlatego,
m.in.:

•

obserwujemy wzrost w wydajności oraz/lub
okresu użytkowania wymienników ciepła, i w
konsekwencji:

•

znaczne obniżenie zużycia energii - w zależności
od branży

•

znaczne obniżenie kosztów utrzymania ruchu (w
niektórych przypadkach zwielokrotnienia okresu
użytkowania)

•

niższe zasolenie w porównaniu z technologią
konwencjonalną i w ten sposób znaczne obniżenie
zużycia wody uzupełniającej.

•

Ozon stanowi wartościowe wspomaganie dla
istniejących technik oczyszczania. Kiedy tlen jest
stosowany jako gaz doprowadzany, to gazy
uwalniane za ozonowym układem reakcyjnym są
zazwyczaj wciąż wzbogacone tlenem, który
zasadniczo może być dalej wykorzystywany w
innych procesach nie wymagających tlenu o zbyt
wielkiej czystości, np. wzbogacanie atmosfery w
piecach do spalania lub napowietrzanie na stopniach
oczyszczania aerobowego.

W poniższych zastosowaniach użycie ozonu
daje następujące efekty:

Bielenie celulozy

Zastąpienie chloru ozonem w procesie bielenia
pozwala na:

zwiększenie stopnia bielenia

•

uniknięcie AOX w ściekach

•

Przemysł papierniczy, tekstylny, drukarski i
tworzyw sztucznych

Bielenie włókien papieru i tekstyliów:

ozon jest pomocny w powlekaniu papieru

•

poprawa adhezji w produkcji materiałów do
pakowania napojów

•

Przemysł chemiczny

ozon to czynnik utleniający w procesach
chemicznych

•

produkcja surowców dla przemysłu

•

Oczyszczalnie ścieków w włókiennictwie

bielenie

•

uniknięcie AOX w ściekach

•

Woda chłodząca

mikrobiologiczne oczyszczanie systemów wody
chłodzącej bez użycia biocydów organicznych lub
chloru

•

redukcja korozji

•

uniknięcie AOX w ściekach

•

Żywność

dezynfekcja żywności, magazyny, środki
opakowaniowe, maszyny produkcyjne oraz woda
morska w hodowli małży

•

Podsumowanie
Oczyszczalnie ścieków przemysłowych stanowią
często połączenie różnych procesów oczyszczania
biologicznego, chemicznego i fizycznego. Opisane
tutaj procesy zyskują na znaczeniu za sprawą coraz
silniejszego trendu w kierunku funkcjonowania
zamkniętych obiegów wodnych (prawie zerowe
odprowadzenie ścieków oczyszczonych do
środowiska).

Firma Messer nie tylko dostarcza gazy do tych
procesów, ale także oferuje kompletne pakiety
usługowe, począwszy od doradztwa dotyczącego
projektu i doboru wyposażenia po instalację i
przekazanie do eksploatacji.

Nasze wsparcie oparte jest na ścisłej współpracy z
klientami oraz z preferowanymi przy wyborze,
lokalnymi firmami inżynierskimi.

W celu uzyskania szczegółowych informacji o
możliwości zastosowania gazów technicznych w
Państwa instalacji prosimy o kontakt z naszymi
specjalistami.

Messer Polska Sp. z.o.o.

ul. Maciejkowicka 30

41-503 Chorzów

Tel. [phone]

Fax [phone]

[e-mail]

www.messer.pl