Gospodarka osadami
ściekowymi

Gospodarka osadami
ściekowymi



Nie ma bezosadowych technologii oczyszczania
ścieków.



Mała objętość w stosunku do ścieków
surowych (około 3%).



Ładunek zanieczyszczeń ~ 50 % ładunku
ścieków surowych.



Koszt utylizacji ~ 60% całkowitych kosztów
oczyszczania ścieków.



Ilość osadów ściekowych rośnie wraz z
postępem technologicznym i zaostrzaniem
norm ochrony środowiska.

Gospodarka osadami
ściekowymi



Rok 2006 – ilość osadów ściekowych wytworzona
w oczyszczalniach komunalnych – 476 tys. ton
suchej masy.



Aktualnie 0,247 kg sm/m

3

oczyszczanych ścieków.



Ilość osadów zależy od:

-

zawartości zanieczyszczeń w ściekach (BZT,
zawiesina, itp.),

-

zastosowanej technologii oczyszczania ścieków,

-

stopnia ustabilizowania osadów,

-

stosowanych rodzajów i ilości reagentów do
oczyszczania ścieków i unieszkodliwiania osadów.

Gospodarka osadami
ściekowymi



Osad surowy:

o

osad wstępny,

o

osad nadmierny,

o

osad chemiczny (po koagulacji, neutralizacji,

strącaniu).



Osad ustabilizowany:

o

przefermentowany,

o

stabilizowany tlenowo,

o

zagęszczony (88 –95% wody),

o

odwodniony (pozbawiony wody wolnej i związanej

65-80% wody),

o

wysuszony.

Ogólny skład osadów ściekowych

Gospodarka osadami
ściekowymi



Zagęszczanie:

-

grawitacyjne (leje osadników,

zagęszczacze grawitacyjne) ciągłe

lub okresowe. Wspomagane

mieszaniem.

-

flotacyjne,

-

mechaniczne (filtracja - prasy,

wirowanie – wirówki; osad wymaga

wcześniejszego kondycjonowania).

Gospodarka osadami
ściekowymi



Odwadnianie osadów:

-

małe oczyszczalnie – poletka

osadowe, laguny (odwadnianie

naturalne). Wymagana duża

powierzchnia, uciążliwe dla

otoczenia, efekt zależny od

warunków atmosferycznych, często

słaby i niezadawalający. Poprawa

efektów poprzez obsadzenie np.

trzciną pospolitą (Phragmites

australis).

Przekrój złoża obsadzonego trzciną

Gospodarka osadami
ściekowymi



Odwadnianie mechaniczne:

-

filtracja (workownice, filtry
próżniowe, prasy filtracyjne, prasy
sitowo-taśmowe),

-

wymuszona i przyspieszona
sedymentacja (wirówki).

-

W Polsce najczęściej stosowane są
prasy filtracyjne, a w mniejszych
oczyszczalniach workownice.

Schemat budowy prasy filtracyjnej

Wirówka cylindryczno-stożkowa

Gospodarka osadami
ściekowymi



Biologiczna stabilizacja osadów:

-

jednostopniowa lub wielostopniowa w

szeregowo połączonych reaktorach.

-

Możliwe łączenie procesów tlenowych z

beztlenowymi; np. termofilowa tlenowa

stabilizacja w reaktorze o krótkim czasie

zatrzymania połączona z tradycyjną komorą

fermentacji beztlenowej.

-

Wybór zależy od wielkości oczyszczalni oraz

kosztów procesu.

-

Stabilizacja tlenowa korzystniejsza dla

małych oczyszczalni – realizowana

symultanicznie z oczyszczaniem ścieków lub
w wydzielonych komorach.

Biologiczna stabilizacja w oczyszczalniach
miejskich USA

Polsk
a

Fermentacja beztlenowa osadów

ściekowych



Czynniki wpływające na przebieg
procesu:

-

temperatura,

-

odczyn,

-

skład osadu,

-

mieszanie zawartości komory,

-

ilość i częstotliwość doprowadzenia
osadu,

-

zawartość substancji toksycznych.

Fermentacja beztlenowa osadów
ściekowych



Temperatura:

-

amplituda wahań - 2°C na dobę.

-

Fermentacja psychrofilowa + 10°C do +

25°C,

-

Fermentacja mezofilowa od + 25°C do

+45°C,

-

Fermentacja termofilowa od +45°C do

+60°C.

Odczyn:
Prawidłowy 7 – 7,5 pH przy zawartości lotnych

kwasów od 100 do 500 g/m

3

i zasadowości

>

500 g CaCO

3

/dm

3

.

Graniczny 6,5 do 8,5 pH,

lotne kwasy < 2000 g CH

3

COOH/m

3

.

Fermentacja beztlenowa osadów
ściekowych

Skład fermentowanych osadów:



prawidłowy stosunek C:N od 10:1 do 16:1,



prawidłowy stosunek N:P:S 7:1:1.

Mieszanie:



zapewnia intensyfikację i optymalizację procesu,



przeciwdziała powstawaniu kożucha na powierzchni
cieczy.
Sposoby mieszania:



-mieszadła mechaniczne wewnątrz komory,



mieszanie hydrauliczne,



recyrkulacja osadu za pomocą pomp,



mieszanie gazem fermentacyjnym sprężonym
sprężarkami.

Fermentacja beztlenowa osadów
ściekowych



Ilość i częstotliwość doprowadzenia
osadu:

-

wpływ na czas fermentacji osadów,

-

hydrauliczne przeciążenie komory.

Czas fermentacji dojrzałego osadu w zależności od
temperatury

Ilość gazu uzyskiwana przy różnych
temperaturach

Fermentacja beztlenowa osadów
ściekowych



Substancje toksyczne:

-

nadmierna ilość lotnych

kwasów tłuszczowych,

-

jony metali ciężkich,

-

nadmierna ilość amoniaku,

-

inne substancje.

Efekt zahamowanie fermentacji i

spadek produkcji biogazu.

Ilość i skład gazu powstającego z 1
kg substratu

Stabilizacja tlenowa



Odmiana procesu osadu czynnego,

polega na samoutlenianiu się komórek

przy niskim obciążeniu substratowym.

Najpierw występuje hydroliza do form

rozpuszczonych, które następnie są

wykorzystywane jako źródło energii i

pożywienia przez mikroorganizmy.
Wymagane jest napowietrzanie.

Symultaniczna – WO > 25 dni,
Klasyczna wydzielona – WO = 10-20 dni,
Autotermiczna termofilowa (55 - 60°C) w

izolowanych termicznie komorach.

Stabilizacja tlenowa



Jakość osadów ściekowych

(podatność na biodegradację),



Obciążenie komór stabilizacyjnych –

zwykle 5 kg sm/m

3

d,



Temperatura (wahania nie są

szkodliwe). Im wyższa temperatura

tym czas niezbędny na stabilizację

jest krótszy.



Czas przetrzymania: osad mieszany

około 15 dni, osad nadmierny około

8 dni przy temperaturze powyżej

10°C.

Stabilizacja tlenowa



Zapotrzebowanie na tlen i
powietrze:

-

do utlenienia 1 grama sm potrzeba
1,42 g tlenu.

-

DO w komorze stabilizacji 0,5 – 2 g
O

2

/m

3

.

-

Napowietrzanie 0,9 – 1,8 m

3

powietrza na m

3

komory na godzinę.

Chemiczna stabilizacja
osadu



Tlenek wapniowy CaO (wapno palone)



Wodorotlenek wapnia Ca(OH)

2

wapno gaszone

Stosowane do osadów surowych lub

ustabilizowanych,

powodują stabilizację, higienizację, odwodnienie i

stabilizację.

Pełna higienizacja po 2 godzinach przy pH>12 i

temperaturze ~ 70°C.

Można stosować w celach rolniczych zwłaszcza

przy glebach kwaśnych.

Ostateczne zagospodarowanie

odpadów



Osady ściekowe są odpadami, należy z nimi
postępować zgodnie z Ustawą o odpadach.

-

Rolnicze wykorzystanie do nawożenia gleb
i roślin – bezpośrednio lub po
przekompostowaniu.

-

Rekultywacyjne wykorzystanie -
bezpośrednio lub po przekompostowaniu.

-

Termiczne przekształcenie – pozostałość
wykorzystywana lub składowana.

-

Składowanie

Ostateczne zagospodarowanie
odpadów



Aktualnie około 50% osadów jest
składowana.



Dyrektywa UE 1999/31.EC ogranicza
składowanie materii organicznej.



Przyrodnicze wykorzystanie tanie ale coraz
bardziej ograniczane przepisami.



Metody termiczne – wyższe koszty
inwestycyjne i eksploatacyjne.

Przyrodnicze i gospodarcze
wykorzystanie osadów



Rekultywacja gleb zdegradowanych lub bezglebowych

gruntów.



Roślinne utrwalanie bezglebowych gruntów narażonych

na erozję wody i wiatru.



Użyźnianie gleb



Nawożenie gleb i roślin.



Produkcja kompostu.



Wymagania chemiczne i higieniczno-sanitarne:

-

niewykrywalne bakterie chorobotwórcze rodzaju

Salmonella,

-

Jaja pasożytów do 10 w kg suchej masy przy użyźnianiu

i nawożeniu, do 300 w kg sm przy rekultywacji gleb,

-

Zawartość metali ciężkich,

-

Zawartość mikrozanieczyszczeń organicznych.

Minimalizacja powstawania osadu
ściekowego

Techniki minimalizacji:

-Liza – krypto wzrost (lysis – cryptic
growth),

-Rozłączenie metabolizmu
(uncoupling metabolism),

-Metabolizm utrzymania stanu
fizjologicznego (maintenance
metabolism),

-Ograniczenie wzrostu bakterii przez
żerowanie protozoa i metazoa
(predation on bacteria).

Liza – krypto wzrost (lysis – cryptic
growth)

liza

Biomasa bakteryjna związki
organiczne

CO

2

+ H

2

O + NH

4

+

….

nowa biomasa

Liza – krypto wzrost (lysis – cryptic growth)

Liza jest najwolniejszym procesem w
porównaniu z następującymi po niej
biodegradacją i wzrostem nowej biomasy.

Metody lizy:
- Termiczna (40 -180°C),
- Chemiczna (kwasy, zasady),
- Mechaniczna (ultradźwięki, młyny,
homogenizery),
- Zamrażanie i rozmrażanie,
- Biologiczna hydroliza (dodatek enzymów),

- Procesy zaawansowanego utleniania (mokre
utlenianie, ozonowanie, zastosowanie
nadtlenku wodoru),

- Metody kombinowane.

Liza – krypto wzrost (lysis – cryptic growth)

Ozonowanie części osadu recyrkulowanego
Skala techniczna:

- 550 kg BZT/d ścieki przemysłowe ; ciągłe
ozonowanie 0,05 g O

3

/g sm; 100% redukcji

osadu; wzrost TOC w odpływie,

-450 m

3

/d ścieki miejskie; ciągłe ozonowanie

0,02 g O

3

/g sm; 100% redukcji osadu;

niewielki wzrost BZT w odpływie.
Koszty niższe niż koszt tradycyjnej utylizacji
i zagospodarowania osadów ściekowych
dodatkowo kontrola puchnięcia osadu i
poprawa sedymentacji.

Liza – krypto wzrost (lysis – cryptic
growth)

Chlorowanie - tańsze niż ozonowanie
0,066 g Cl

2

/g sm osadu – redukcja osadu

nadmiernego o 65%,

Negatywne skutki:

- powstawanie trihalometanów THM,

- złe właściwości sedymentacyjne,

- wzrost rozpuszczonego ChZT w odpływie.

Metoda chemiczno-termiczna NaOH +
temperatura
(pH=10 i 60°C przez 20 minut) 37% redukcja
osadu nadmiernego
Negatywne skutki:
Korozja, nieprzyjemne odory.

Liza – krypto wzrost (lysis – cryptic
growth)

Wysoka temperatura – 90°C przez 3
godziny 60% redukcji osadu
nadmiernego.

MBR + dezintegracja części osadu
(zawracanego do reaktora)
Utrzymane stężenie osadu w reaktorze
7,5 g sm/dm

3

zamiast 13,7 g sm/dm

3

uzyskanych w reaktorze kontrolnym .
Rozwiązanie przyszłościowe.

Liza – krypto wzrost (lysis – cryptic

growth)

Wysokie stężenie tlenu rozpuszczonego
Mechanizm obniżonej produkcji osadu przy
wysokim DO nie jest dobrze rozpoznany.
Zalety:
Ograniczony rozwój bakterii nitkowatych,
Lepsze właściwości sedymentacyjne,
Lepszy transfer tlenu i głębsza dyfuzja do
wnętrza kłaczków,
Wady:
Wysoki koszt napowietrzania

Liza – krypto wzrost (lysis – cryptic

growth)

Enzymatyczna liza
CAS + termofilowa stabilizacja tlenowa z
dodatkiem enzymu termofilowego
(aerobowe bakterie termofilowe np.
Bacillus sp.) hydrolizującego osad
(proces S-TE).
75% redukcja osadu nadmiernego w skali
technicznej, spadek wzrostu bakterii
nitkowatych, koszt nie wyższy niż w
przypadku systemów klasycznych.
Wada:
Niewielki wzrost zawiesiny i ChZT w
odpływie.

Rozłączenie metabolizmu (uncoupling
metabolism)

Rozłącznie metabolizmu – zakłócenie
fosforylacji oksydacyjnej i w konsekwencji
spadek produkcji ATP

2,4 – dinitrofenol (35 mg/l) Y= 0,3 kg
sm/kg ChZT us,

para-nitofenol (100 mg/l) 62-77%
redukcji osadu,

3,3’,4’5-tetrachlorosalicyloanilid (0,8-1,0
mg/l) 40% redukcji osadu,

pentachlorofenol, 2,4,5- trichlorofenol,
benzoesany i inne
Wady: pogorszenie jakości odpływu, efekt
ekotoksykologiczny

Rozłączenie metabolizmu (uncoupling
metabolism)

Wysoki stosunek So/Xo (ChZT/biomasy
początkowe)
Im wyższy tym wydajność wzrostu niższa
Rozłączenie anabolizmu i katabolizmu
I.Rozproszenie energii na skutek
ucieczki jonów, np. K

+

przez błonę

cytoplazmatyczną osłabia potencjał i
rozłącza fosforylację oksydacyjną.

II. Indukcja ścieżki metabolicznej
omijającej etapy zachowania energii w
trakcie glikolizy.
So/Xo ≥ 5 mg ChZT/mg sm działa
rozłączająco.
Systemy osadu czynnego (ścieki bytowo-
gospodarcze) So/Xo = 0,01 – 0,13 mg
ChZT/mg sm

Rozłączenie metabolizmu (uncoupling

metabolism)

Proces OSA (oxic-settling-anaerobic
process)

Reaktor anaerobowy dla osadu
recyrkulowanego

Hipoteza: rozkład osadu przyspiesza przy
niskim ORP

-Metabolizm utrzymania stanu
fizjologicznego (maintenance
metabolism),

-Ograniczenie wzrostu bakterii przez
żerowanie protozoa i metazoa (predation
on bacteria).