Ścieki miejskie i ich
oczyszczanie
Ścieki miejskie i ich
oczyszczanie
Ścieki miejskie są mieszaniną wód zużytych
w gospodarstwach domowych, w
drobnych zakładach przemysłowych, w zakładach
usług komunalnych z wodami infiltrującymi do
kanalizacji przez nieszczelności sieci. W
kanalizacji ogólnospławnej ścieki miejskie zawierają
także wody opadowe.
1. Rodzaje ścieków miejskich
- bytowo-gospodarcze
- fekalia
- przemysłu miejskiego
- opadowe
- infiltracyjne, drenażowe (przypadkowe)
- nielegalne zrzuty ścieków.
Ścieki bytowo-gospodarcze pochodzą z naszych
domostw. Zawierają
około 60% składników organicznych, można w nich wykryć
bakterie
chorobotwórcze oraz jaja pasożytów. Oczyszczanie ich nie
jest kłopotliwe.
Ścieki
przemysłowe
powstają
w
procesach
produkcyjnych, są one
głównym zagrożeniem dla odbiorników wodnych. Wielka
różnorodność
zanieczyszczeń w tych ściekach sprawia, że nie ma
standardowych
metod ich oczyszczania. Ogólne zasady gospodarki
ściekowej w
zakładzie obejmują: odzyskiwanie cennych substancji,
osobne
pozbywanie się odpadów bardzo szkodliwych, uśrednianie
składu
ścieków, oczyszczanie metodami biologicznymi.
Ścieki opadowe powstają z wód deszczowych i śniegu,
cechują się
znaczną zmiennością składu i ilości.
3. Ilość ścieków miejskich
Objętość ścieków miejskich dopływających do
oczyszczalni w czasie
pogody bezdeszczowej w przybliżeniu powinna
odpowiadać sumie
objętości wody zużytej na cele bytowo-gospodarcze i
objętości wody
zużytej przez przemysł a także muszą być zwiększone o
wody
infiltracyjne. W rzeczywistości często stwierdza się
znaczne różnice
między tymi wartościami.
Objętość ścieków bytowo-gospodarczych określa się
iloczynem
dobowego zużycia wody przez jednego mieszkańca i
liczby mieszkańców.
4. Klasyfikacja zanieczyszczeń ścieków miejskich
- ciała stałe
- substancje nieorganiczne
- substancje organiczne
- drobnoustroje.
Zaliczamy je do zanieczyszczeń fizycznych,
chemicznych i biologicznych.
Zanieczyszczenia fizyczne (organoleptyczne)
to przede wszystkim: zawiesina, mętność, barwa,
zapach, temperatura. Całkowitą ilość zanieczyszczeń
zawartych w ściekach określa sucha pozostałość(masa
substancji po odparowaniu próbki ścieków i wysuszeniu
do stałej wagi w temperaturze 105⁰C). Jednocześnie
określa się: pozostałość po prażeniu (w temp. powyżej
550⁰C), strata przy prażeniu itp. Wszystko to sprowadza
się do określenia zawiesin: ogólnych, mineralnych i
lotnych.
Istotnym dla jakości ścieków nieoczyszczonych jest
stan ich
świeżości. Parametrami określającymi ten stan oprócz
zapachu i zawartości tlenu jest zagniwalność *i
ilość siarkowodoru. Operator musi
wielokrotnie w czasie zmiany oglądać ścieki surowe.
Zmiana barwy,
mętności czy zapachu pomoże wykryć nieoczekiwany zrzut
toksycznych
zanieczyszczeń. Podwyższona temperatura ścieków
przyspiesza
procesy rozkładu związków organicznych i powoduje
odtlenienie ścieków przyśpieszając tym samym ich
zagniwalność.
*Zagniwalność ścieków jest cechą charakteryzującą ich trwałość,
określającą czas,
w którym zostanie zużyty tlen w ściekach. Całkowite zużycie tlenu poznaje
się po
odbarwieniu błękitu metylenowego.
Ścieki miejskie charakteryzują się olbrzymią różnorodnością,
chociażby ze względu na różny charakter miast.
Zanieczyszczenia obecne w ściekach znajdują się w różnym
stopniu
rozproszenia
(zawiesiny,
emulsje,
koloidy,
substancje
rozpuszczone),
zwykle dzieli się je na: zawiesiny opadające (to te
które opadną w ciągu2h w znormalizowanym leju),
nieopadające (dają się oddzielić na filtrze
bibułowym lub membranowym), substancje
rozpuszczone.
Każda z podanych grup może być podzielona na
substancje
organiczne i nieorganiczne.
Szczególną grupę zanieczyszczeń chemicznych
refrakcyjnych (w tym trudno
biodegradowalne) stanowią związki toksyczne
(pierwiastki, substancje, czynniki fizyczne)
wywołujące
w organizmach roślinnych, zwierzęcych i u człowieka
zaburzenia
fizjologiczne, uszkodzenia a nawet śmierć.
Do groźnych trucizn należą:
metale ciężkie: Cd, Hg, Pb, Zn, Cr; pestycydy, aminy
aromatyczne,
nitrozoaminy, dioksyny, substancje promieniotwórcze.
Każda
z nich ma przynajmniej jedną z cech: rakotwórcze,
mutagenne,
teratogenne, ulegają bioakumulacji w łańcuchu
pokarmowym zwierząt i ludzi.
Zanieczyszczenia biogenne (N, P, C) powodują masowy
rozwój glonów, które obumierając i ulegając rozkładowi
powodują wtórne
zanieczyszczenie wód do wystąpienia procesów gnicia
włącznie.
Zanieczyszczenia biologiczne to ogromna liczba
drobnoustrojów
głównie wirusów, bakterii, grzybów, a także jaja helmitów
(robaków
pasożytniczych). Większość z nich należy do typowej flory
heterotroficznej
żyjącej w przewodzie pokarmowym człowieka i zwierząt.
Wśród nich są
gatunki chorobotwórcze wywołujące: dur brzuszny,
czerwonkę, cholerę,
zakażenie żołądkowo - jelitowe, żółtaczkę, gruźlicę, chorobę
Heinego-
Medina, schorzenia skóry i inne.
Postępująca urbanizacja i szybki rozwój przemysłu
towarzyszą wzrostowi
zapotrzebowania na wodę i zwiększeniu ładunku
zanieczyszczeń, co
sprawiło, że zaczyna brakować wody czystej w niektórych
regionach
kraju, stąd problem ochrony wód w naszym kraju jest
bardzo ważny.
Niezależnie od ścisłego przestrzegania przepisów ilość
zanieczyszczeń
odprowadzanych ograniczyć można przez: oszczędną
gospodarkę wodną
w zakładach przemysłowych, zamykanie obiegów wody,
oszczędną
gospodarkę surowcową, nowe, mało wodochłonne
technologie produkcji
które ograniczają ilość ścieków.
Określenie typowych składników w ściekach ma na
celu
przygotowanie sumarycznej charakterystyki zanieczyszczeń.
Zanieczyszczenia chemiczne można podzielić na:
rozpuszczone
substancje organiczne (białko – do 60%, węglowodany, (do
50%), oleje i tłuszcze (do 10%) oraz
rozpuszczone substancje mineralne
Ich ilość określamy głównie poprzez oznaczenie BZT, ChZT,
OWO. Nie
ma typowego składu ścieków miejskich. Każdy obiekt musi
kontrolować
te parametry, aby dokonać wyboru technologii oczyszczania
ścieków.
Pięciodniowe biochemiczne zapotrzebowanie tlenu -
BZT₅ , jest to
ilość tlenu wyrażona w mg O₂/l, która zużywana jest w
danym okresie
obserwacji, na utlenienie związków organicznych na drodze
biochemicznej w warunkach aerobowych, w temp. 200⁰C.
Ostatecznym
produktem tej przemiany jest głównie CO₂ i woda. Część
związków
organicznych ulega syntezie na nowe komórki bakteryjne,
które z kolei
ulegają rozkładowi tlenowemu. Proces biochemicznego
utleniania
przebiega w dwóch stadiach. Pierwsze obejmuje rozkład
związków węgla,
nie zawierających azotu, w drugim zaś utleniane są związki
azotowe do
azotynów i azotanów.
Chemiczne zapotrzebowanie tlenu - ChZT,
jest to ilość utleniacza potrzebna na utlenienie
składników zawartych w ściekach w ściśle
określonych warunkach – przeliczona na
równoważną ilość tlenu wyrażona w mg O₂/l.
Utleniaczami do oznaczania ChZT są:
nadmanganian potasu (utlenialność), dichromian
potasu i jodan potasu.
Ogólny węgiel organiczny jest najważniejszym
wskaźnikiem
zawartości składników organicznych w ściekach. W
rutynowej analizie zawartość OWO oznacza się
zwykle po
spaleniu substancji organicznych do CO₂, który
następnie oznacza się metodą miareczkowania.
Im bardziej rozłożone są związki organiczne w
ściekach, tym mniejszy jest stosunek BZT₅/OWO i
ChZT/OWO.
W praktyce eksploatacyjnej korzysta się z
następujących
zależności:
a) dla ścieków surowych
BZT₅/OWO= 1,8 do 2,5 ChZT/OWO = 2,5 do 4,0
ChZT/BZT₅ <2 ścieki łatwo biodegradowalne
ChZT/BZT₅ >2 ścieki trudno biodegradowalne
b) dla ścieków oczyszczonych
BZT₅/OWO = 0,5 do 1,0 ChZT/OWO = 1,0 do 2,0
Azot całkowity = azot ogólny + azot azotanowy +
azot azotynowy
Azot ogólny = azot organiczny +azot amonowy=
azot Kjeidhala
Fosfor ogólny = ortofosforany + polifosforany +
fosfor organiczny (związany)
Oprócz podanych oznaczeń w ściekach określa się: pH,
chlorki,
siarczki, siarczyny, związki azotowe, wapń, magnez,
fosfor, potas.
Odrębne zagadnienie stanowi oznaczenie organizmów
żywych, a w szczególności bakterii
chorobotwórczych i wirusów.
Procesy samooczyszczania
Procesy te zależą od: temperatury, nasłonecznienia, rozwinięcia
linii
brzegowej, prędkości przepływu i inne. Ogólnie pojęcie
samooczyszczania obejmuje złożony zespół procesów fizycznych,
chemicznych i biologicznych. Związki organiczne rozkładane są
przede
wszystkim przez bakterie saproficzne, które wykorzystują te
substancje
jako źródło energii oraz na budowę nowej, żywej materii
organicznej.
Proces rozkładu przebiega poprzez reakcje enzymatyczne typu
redox. W warunkach tlenowych, w obecności
odpowiednich organizmów,
substancje organiczne odprowadzone ze ściekami do odbiornika
ulegają
utlenieniu do: CO₂, H₂O, siarczanów, azotanów i in.. Oprócz
bakterii duże
znaczenie mają glony, różne formy zwierzęce. W warunkach
beztlenowych procesy rozkładu , często nazywane procesami
gnicia lub
fermentacji , przebiegają znacznie wolniej od procesów
aerobowych, a ich
produktami są m. in. H₂S, CH₄, NH₃, CO₂, kwasy organiczne, indol,
skatol.
Niektóre z nich mają przykry zapach, są szkodliwe, a nawet
trujące. W zależności od stopnia zanieczyszczenia
odbiornika ściekami występują
odmienne zespoły organizmów wodnych tzw. organizmy
wskaźnikowe -
saprobionty.
SPOSOBY OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW
1.Mechaniczne
2. Fizyczno-chemiczne
3. Biologiczne
Poddawane oczyszczaniu ścieki składają się z nośnika, jakim
jest woda,
oraz z zanieczyszczeń: H₂O + X.
Całość procesów oczyszczania umownie rozdzielono na 4
fazy zwane
stopniami oczyszczania:
oczyszczanie I stopnia - wstępne (najczęściej fizyczne)
oczyszczanie II stopnia - biologiczne lub równorzędne
chemiczne
oczyszczanie III stopnia - doczyszczanie ścieków z
usuwaniem substancji biogennych
oczyszczanie IV stopnia - odnowa wody.
RODZAJE OCZYSZCZALNI:
Oczyszczalnią ścieków nazywany jest zespół obiektów
technologicznych
i pomocniczych służących do oczyszczania ścieków i
przeróbki osadów
pościekowych. Ze względu na stosowane metody
oczyszczania i odpowiadające im urządzenia
oczyszczalnie dzielimy na: mechaniczne,
chemiczne, biologiczne. Ponieważ metody chemiczne i
biologiczne są
zazwyczaj stosowane w połączeniu z metodami
mechanicznymi, stąd
oczyszczalnie dzielą się na: mechaniczno-chemiczne,
mechaniczno-biologiczne, mechaniczno-chemiczno-
biologiczne.
Ze względu na stopień oczyszczania ścieków można
wyróżnić
oczyszczalnie o następującym zakresie działania:
- wstępne mechaniczne oczyszczanie ścieków z
zagospodarowaniem
osadów,
- pełne mechaniczne (lub mech.-chem.) i przeróbka
osadów
pościekowych,
- pełne mechaniczne (lub mech.-chem.) i biologiczne
oraz przeróbka
osadów pościekowych,
- pełne mechaniczne i biologiczne oczyszczanie,
usuwanie azotanów
i fosforanów, przeróbka osadów pościekowych.
Do wstępnego mechanicznego oczyszczania stosowane są
kraty,
piaskowniki, odtłuszczacze. Ścieki mogą być dalej oczyszczane
mechanicznie na sitach i w osadnikach (pełne mechaniczne
oczyszczanie). W razie potrzeby ścieki po pełnym oczyszczaniu
mechanicznym lub nawet mechaniczno-chemicznym kieruje
się do
oczyszczania biologicznego. Odpływy po biologicznym
oczyszczaniu
zawierać mogą znaczne ilości azotanów i fosforanów, stąd też
należy
zastosować III lub IV stopień oczyszczania.
MECHANICZNE OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW:
Kraty służą do uwalniania ścieków od większych
zanieczyszczeń
(prześwit od 10 do 50 mm), mogą one być ruchome lub
stałe,
oczyszczane ręcznie lub mechanicznie. Szybkość przepływu
ścieków
przez kraty nie może być mniejsza od 0,6 m/s.
Sita służą do zatrzymywania zawiesin o wymiarach
większych od 1 mm. Zasadniczym elementem sita jest
siatka lub perforowana blacha. Są one zwykle ruchome z
ciągłym oczyszczaniem. Nie są używane do
oczyszczania ścieków miejskich lecz przemysłowych, w celu
odzyskania surowców.
Piaskowniki - zadaniem ich jest zatrzymywanie ziarnistych
zanieczyszczeń mineralnych (piasek, popiół). Piasek
usuwany w
piaskowniku powinien być wolny od organicznych
zanieczyszczeń.
Odtłuszczacze służą do usuwania zanieczyszczeń o
gęstości mniejszej
od wody. Przedmuchiwanie ścieków powietrzem ułatwia
wypływanie tłuszczu oraz zapobiega opadaniu zawiesin.
Urządzenia typu
odtłuszczaczy znajdują zastosowanie do odzyskiwania
surowców ze
ścieków przemysłowych. Zwane są one wówczas
łapaczami i instalowane są zazwyczaj na
poszczególnych oddziałach produkcyjnych.
Osadniki służą do usuwania ze ścieków zawiesin łatwo
opadających nie
zatrzymanych w piaskowniku. Drugą istotną funkcją
osadników jest
zatrzymywanie substancji lżejszych od wody, które nie
zostały oddzielone
w odtłuszczaczu. Sprawność osadników mierzy się stopniem
usuwania
zawiesin łatwo opadających (2 h w leju Imhoffa). Czas
przebywania
ścieków w osadniku wynosi od 1,5 do 2,5 h, aby nie nastąpiło
zagnicie ścieków, jednak im dłuższy jest czas zatrzymania,
tym lepsze wyniki.
Parametry do projektowania osadników dobiera się
doświadczalnie w warunkach laboratoryjnych.
Osadniki dzieli się na: wstępne (przyjmują ścieki
nieoczyszczone lub po
mech. oczyszczaniu) i wtórne (po urządzeniach do
biologicznego lub
chemicznego oczyszczania). Mogą one pracować w sposób
ciągły lub
okresowo, ze względu na kształt mogą być prostokątne i
kołowe, poziome
lub pionowe, z ręcznym bądź mechanicznym, hydraulicznym
usuwaniem
osadu, zespolone z komorą fermentacyjną, stawy
wypełnione osadem.
Należy dbać o równomierny przepływ ścieków. Sprawność
podnosimy
poprzez wprowadzenie koagulantów.
Koagulacja stosowana jest wtedy gdy oczyszczanie
mechaniczne nie
daje zadawalających rezultatów. Proces ten prowadzi się tak
samo jak
przy uzdatnianiu wody.
Zobojętnianie wykonuje się poprzez: zmieszanie ścieków
kwaśnych z zasadowymi, neutralizację
chemikaliami, przepuszczanie ścieków
kwaśnych przez zasadowe złoża, przepuszczanie przez
zasadowe ścieki
gazów spalinowych, wykorzystanie rezerw neutralizacyjnych
odbiornika.
Podstawowym środkiem neutralizacyjnym dla ścieków
kwaśnych jest
wapno palone lub hydratyzowane, NaOH i filtry z
magnezytem palonym lub węglanem wapniowym. Do
neutralizacji ścieków zasadowych służą
kwasy lub gazy spalinowe w przeciwprądowych kolumnach.
Sorpcja i wymiana jonowa stosowana jest do odzysku
cennych
surowców bądź usuwania składników uciążliwych.
Sorbentami mogą być:
popioły lotne, szlaka, torf, węgiel, koks, ruda darniowa. Do
odzysku
cennych składników stosuje się: węgiel aktywny, żel
krzemionkowy,
sorbenty i jonity syntetyczne.
Utlenianie środkami chemicznymi składników ścieków w
celu
degradacji bądź dezynfekcji odbywa się przy użyciu: chloru,
dwutlenku
chloru, podchlorynu, ozonu, nadmanganianu potasu