Technologie oczyszczania ścieków

Problem biogenów w ściekach

Jednym z kluczowych zagadnień ochrony wód jest zapobieganie ich eutrofizacji.

Eutrofizacja

– to naturalny proces, polegający na „przekarmianiu” środowiska składnikami
odżywczymi.

Składniki eutroficzne, tzw. związki biogenne, biogeny – to głównie azot i fosfor.

Wysoka dostępność składników biogennych powoduje w ekosystemie
produkowanie nadmiernej biomasy, przyczyniając się do zakłócenia równowagi
biologicznej, wywoływania deficytu tlenu i w konsekwencji – degradacji
środowiska wodnego.

Źródłem związków biogennych są:

ścieki odprowadzane do wód,
spływy powierzchniowe związane z rolnictwem i hodowlą,
intensyfikacja nawożenia upraw,
erozja w zlewni.

Zapobieganie eutrofizacji sprowadza się do ograniczenia dopływu biogenów do
środowiska wodnego, a jedną z metod zapobiegania jest usuwanie azotu i fosforu
ze ścieków.

USUWANIE SUBSTANCJI BIOGENNYCH ZE ŚCIEKÓW

Konieczność i niezbędna efektywność usuwania substancji biogennych, tj.

związków
azotu i fosforu, ze ścieków wynikają z obowiązujących warunków, jakie należy spełnić

przy wprowadzaniu ścieków do wód odbiornika (Rozporządzenie Ministra Środowiska
z dnia 24 lipca 2006 r. ogłoszone w Dz.U. Nr 137/2006, poz. 984.)

Dla ścieków komunalnych w zależności od wielkości oczyszczalni określonej przez

RLM, została podana dopuszczalna zawartość azotu i fosforu w strumieniu
odprowadzanym
do środowiska wodnego jako:

-

dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń

azot ogólny 3010 mg N

og

/dm

3

, fosfor ogólny 51 mg P

og

/dm

3

,

-

minimalny procent redukcji zanieczyszczeń

azot ogólny 3585 %, fosfor ogólny 4090 %

Dla azotu ogólnego wartości dopuszczalne dotyczą średniej rocznej wartości

wskaźnika obliczonej dla próbek średnich dobowych pobranych przy temperaturze
ścieków w komorze biologicznej nie niższej niż 12

0

C.

Dla fosforu ogólnego wartości dopuszczalne dotyczą średniej rocznej wartości

wskaźnika
w ściekach.

Technologie oczyszczania ścieków

Usuwanie biogenów ze ścieków

Wskaźnik

Najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników lub

minimalna redukcja zanieczyszczeń przy podanej RLM

poniżej

2000

od 2000

do 9999

od 10000

do14999

od 15000

do 99999

100000

i powyżej

Azot ogólny

30

mg/dm

3

15

mg/dm

3

15

mg/dm

3

lub 35%

15

mg/dm

3

lub 80%

10

mg/dm

3

lub 85%

Fosfor

ogólny

5 mg/dm

3

2 mg/dm

3

2 mg/dm

3

lub 40%

2 mg/dm

3

lub 85%

1 mg/dm

3

lub 90%

Kolor zielony

– wartości wymagane wyłącznie w ściekach wprowadzanych do

jezior
i ich dopływów oraz bezpośrednio do sztucznych zbiorników wodnych
usytuowanych
na wodach płynących,

Kolor pomarańczowy

– min. procentu redukcji nie stosuje się do ścieków j.w.

Ponadto azot amonowy znalazł się w wykazie substancji szczególnie

szkodliwych, powodujących zanieczyszczenie wód, które należy ograniczać.

Technologie oczyszczania ścieków

Usuwanie biogenów ze ścieków

Technologie oczyszczania ścieków

Usuwanie biogenów ze ścieków

DOCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW – III STOPIEŃ OCZYSZCZANIA

Konieczność usuwanie biogenów ze ścieków wymaga stosowania złożonych
technologii ich oczyszczania i wprowadzenia do cyklu technologicznego wielu
procesów biologicznych, chemicznych i fizykochemicznych.

Usuwanie azotu ze ścieków komunalnych prowadzone jest wyłącznie metodami
biologicznymi
z wykorzystaniem procesów:

asymilacja

– pobieranie przez mikroorganizmy składników ze ścieków i

wbudowywanie

azotu do osadu nadmiernego,

nitryfikacja

– biochemiczne utlenianie azotu amonowego do azotanów,

denitryfikacja

– biochemiczna redukcja azotanów do azotu cząsteczkowego

(gazowego) odprowadzanego do atmosfery.

Usuwanie fosforu ze ścieków komunalnych prowadzone jest metodami:

biologicznymi

- biologiczna defosfatacja poprzez zwiększoną akumulację

fosforanów

w osadzie nadmiernym,

chemicznymi

- strącanie fosforanów solami żelaza i glinu, a następnie odbiór

osadu

nadmiernego z układu oczyszczania.

Technologie oczyszczania ścieków

Usuwanie biogenów ze ścieków

NITRYFIKACJA

Nitryfikacja jest to biochemiczne dwustopniowe utlenianie azotu amonowego do
azotanów.

Warunki procesu:


aktywność bakterii autotroficznych (samożywnych)



źródłem energii jest utlenianie odpowiednio amoniaku i azotynów



źródłem węgla jest CO

2



wysokie zużycie zasadowości, wolny kwas (H

+

) reaguje z zasadowością

ścieków



wysokie zużycie tlenu, potrzeba zapewnienia stężenia tlenu w ściekach >

1,5 mg/dm

3



nitryfikanty wytrzymują okresowe przebywanie w warunkach

beztlenowych



odpowiedni wiek osadu rzędu 5-25 dni



niskie obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń BZT

5

(< 0,1 kg BZT

5

/kg

smo*d)



temperatura > 12

0

C, pH=7-8,5, wrażliwość na toksyczność ścieków

Technologie oczyszczania ścieków

Usuwanie biogenów ze ścieków

DENITRYFIKACJA

Denitryfikacja polega na dysymilacyjnej redukcji azotanów do azotu
cząsteczkowego:

Denitryfikacja egzogenna

Konieczna jest obecność w ściekach łatwo przyswajalnego węgla organicznego

Warunki procesu:

- warunki niedotlenienia ścieków przy stężeniu tlenu rozpuszczonego <0,5 mg
O

2

/dm

3

;

tlen jest naturalnym konkurentem azotanów, więc jego wyższa obecność w
ściekach inhibituje denitryfikację,
- aktywność organizmów heterotroficznych fakultatywnych (Pseudomonas),
wykorzystujących
jako akceptory elektronów albo tlen rozpuszczony (warunki tlenowe), albo azotany
(warunki niedotleniowe),
- optymalne pH=78; odczyn ścieków ma wpływ na szybkość procesu i produkty

końcowe,
np. przy pH5 proces biegnie do N

2

O,

- temperatura optymalna 2537

0

C; przy temp. <5

0

C bardzo mała prędkość

procesu,
- w procesie denitryfikacji zostaje „odzyskana” część tlenu zużytego do nitryfikacji,
- zostaje w połowie „odbudowana” zasadowość ścieków utracona w wyniku
nitryfikacji

Technologie oczyszczania ścieków

Usuwanie biogenów ze ścieków

BIOLOGICZNE USUWANIE FOSFORU ZE ŚCIEKÓW

Biologiczna defosfatacja polega na sekwencyjnym przebiegu procesów w różnych
warunkach,
z udziałem osadu czynnego:

- w warunkach beztlenowych

- uwalnianiu fosforu z komórek bakteryjnych

- w warunkach tlenowych

- wewnątrzkomórkowym magazynowaniu fosforu w

postaci

nierozpuszczalnych fosforanów.

Naprzemienny przepływ osadu czynnego (dzięki recyrkulacji) przez strefę
beztlenową
i tlenową powoduje, że dominację w biomasie uzyskują populacje mikroorganizmów
(np. Acinetobacter) posiadające zdolność zwiększonej akumulacji fosforu.

W warunkach tlenowych

fosfor jest pobierany ze ścieków i magazynowany wewnątrz

komórek w postaci nierozpuszczalnych polifosforanów, w ilości znacznie większej niż
ilość potrzebna do wzrostu i rozwoju komórek. Tworzy się ATP przy wykorzystaniu
energii uzyskanej z tlenowego rozkładu PHB.

W warunkach beztlenowych

fosfor jest uwalniany z komórek do środowiska wodnego

w wyniku rozkładu polifosforanów, a uzyskaną stąd energię (jej źródłem jest ATP)
bakterie wykorzystują do biosyntezy substancji zapasowej-kwasu poli--
hydroksymasłowego (PHB).

Technologie oczyszczania ścieków

Wszystkie procesy biologiczne w oczyszczalni są prowadzone przez ten sam osad

czynny, którego skład gatunkowy zależy od rodzaju dopływających ścieków oraz
warunków panujących w układzie ich oczyszczania.

Każdy z procesów w tym złożonym cyklu technologicznym wymaga innych

warunków, np.:

 obecności substancji organicznych (defosfatacja, denitryfikacja) lub ich braku

w ściekach (nitryfikacja),

 wysokiego stężenia tlenu rozpuszczonego w ściekach (nitryfikacja), warunków

niedotlenienia (denitryfikacja) lub warunków beztlenowych (defosfatacja),

 dostarczania zasadowości ścieków (nitryfikacja) lub jej ograniczania

(denitryfikacja),

 wyższej temperatury (nitryfikacja) lub wpływ temperatury jest mało istotny

(denitryfikacja, defosfatacja),

 stosowania mieszania mechanicznego (denitryfikacja, defosfatacja) lub

uspokojenia przepływu (sedymentacja osadu) itd.

Chcąc przeprowadzić określone procesy i uzyskać ich dostateczną sprawność trzeba

stworzyć organizmom warunki najlepsze do ich rozwoju

–

na tym właśnie polega technologia.

Jest to realizowane w tzw. zintegrowanych systemach oczyszczania ścieków.

osa

dnik

wtó

rny

I

II

III

recyrkulacja zewnętrzna

recyrkulacja wewnętrzna

dopływ

odpływ

osad nadmierny

osa

dnik

wtó

rny

I

II

III

recyrkulacja zewnętrzna

recyrkulacja
wewnętrzna

dopływ

odpływ

osad nadmierny

IV

V

Technologie oczyszczania ścieków

Zintegrowane systemy usuwania węgla, azotu i fosforu

System Bardenpho 3-stopniowy

System Bardenpho 5-stopniowy

a

n

o

k

sy

cz

n

a

b

e

zt

le

n

o

w

a

os.

wtórny

ścieki do procesu

recyrkulacja wewnętrzna

osad nadmierny

osad recyrkulacyjny

ścieki oczyszczone

a

n

o

k

sy

cz

n

a

tl

e

n

o

w

a

tl

e

n

o

w

a

a

n

o

k

sy

cz

n

a

tl

e

n

o

w

a

b

e

zt

le

n

o

w

a

ścieki do procesu

recyrkulacja wewnętrzna

os.

wtórny

ścieki oczyszczone

osad recyrkulacyjny

osad nadmierny

osadn

ik

wtórn

y

recyrkulacja
wewnętrzna I

recyrkulacja
wewnętrzna II

recyrkulacja zewnętrzna

osad nadmierny

odpływ

I

II

III

dopływ

IV

osad

nik

wtór

ny

recyrkulacja
wewnętrzna II

recyrkulacja
wewnętrzna I

recyrkulacja zewnętrzna

osad nadmierny

odpływ

I

II

III

IV

dopływ

V

Technologie oczyszczania ścieków

Zintegrowane systemy usuwania węgla, azotu i fosforu

recyrkulacja wewnętrzna II

recyrkulacja wewnętrzna I

recyrkulacja wewnętrzna I

recyrkulacja wewnętrzna II

osad recyrkulacyjny

osad recyrkulacyjny

ścieki do procesu

ścieki do procesu

osad nadmierny

osad nadmierny

ścieki oczyszczone

ścieki oczyszczone

b

e

zt

le

n

o

w

a

b

e

zt

le

n

o

w

a

a

n

o

k

sy

cz

n

a

a

n

o

k

sy

cz

n

a

a

n

o

k

sy

cz

n

a

tl

e

n

o

w

a

tl

e

n

o

w

a

os.

wtórny

os.

wtórny

System UCT

System MUCT

tl

e

n

o

w

a

tl

e

n

o

w

a