Technologia oczyszczania ścieków

Rodzaje ścieków

Ścieki

są wodami zużytymi

gospodarstwach domowych, obiektach

komunalnych

przemysłowych

lub

wodami

pochodzącymi z opadów atmosferycznych.

↓

Rodzaje

ścieków

ścieki

bytowo-gospodarcze

ścieki

przemysłowe

ścieki

opadowe

ścieki

komunalne

(miejskie)

Ścieki radioaktywne

(zakłady przeróbki rud radioaktywnych, materiałów

rozszczepialnych, lecznicze i naukowe-wykorzystujące radioizotopy)

Transport ścieków - rodzaje sieci

kanalizacyjnych

Do oczyszczalni dopływają wszystkie (poza radioaktywnymi), lub

tylko wybrane, rodzaje ścieków

, w zależności od rodzaju sieci

kanalizacyjnej, z którą dany obiekt jest związany

Kanalizacja ogólnospławna

(tylko

jedna sieć kanałów

odprowadzania

wszystkich rodzajów ścieków

z danego terenu :

ścieki bytowo-gospodarcze + przemysłowe + ścieki deszczowe)

→

oczyszczalnia

Kanalizacja rozdzielcza

(2 rodzaje sieci kanałów:

sieć

gospodarcza

–

ścieki bytowo-gospodarcze + ścieki przemysłowe

→

1 oczyszczalnia

sieć deszczowa

→

2 oczyszczalnia

)

Uwaga:

dawniej istniała jeszcze

Kanalizacja półrozdzielcza

(2 rodzaje sieci kanałów:

sieć

gospodarcza

–

ścieki bytowo-gospodarcze + ścieki przemysłowe + pierwsza fala ścieków

opadowych

→

1 oczyszczalnia

i druga fala ścieków opadowych

→

oczyszczalnia lub

bezpośrednio

odbiornik

Dopływ do komunalnych oczyszczalni

ścieków

W czasie

pogody bezdeszczowej do

komunalnej

oczyszczalni

ścieków

kanalizacją

dopływają:

ścieki bytowo-gospodarcze,

ścieki przemysłowe,

wody infiltracyjne

W czasie

pogody deszczowej i w okresie roztopów

do kanalizacji ogólnospławnej

dopływają

ścieki bytowo-gospodarcze,

ścieki przemysłowe,

wody infiltracyjne

oraz

pewna część ścieków opadowych

Ścieki bytowo gospodarcze

Przyjmuje się, że

ilość ścieków

ilość zużywanej wody

Jako wartość przeciętną, racjonalnie uzasadnioną można

przyjmować:

Dla

miejskich jednostek osadniczych

0,12- 0,15 m3/M•d

Dla

wiejskich jednostek osadniczych

0,08-0,1 m3/M•d

W literaturze technicznej podawane jest coraz częściej

roczne zużycie wody w miastach = ilości powstających ścieków

50-100 m3/M•a, najczęściej

55 m3/M•a

Uwaga:

Ilość ścieków odprowadzanych do oczyszczalni podlega

okresowo znacznym zmianom tak w cyklu dobowym, jak i rocznym.

Ścieki przemysłowe

Szacowanie ilości ścieków przemysłowych powinno

odbywać się poprzez :

przeprowadzenie

pomiarów w poszczególnych zakładach

lub

na podstawie zużycia wody

, z uwzględnieniem rodzaju

procesu produkcyjnego

Uwaga

Należy zwracać uwagę na wody chłodnicze, które

nie powinny być odprowadzane do kanalizacji, z wyjątkiem

określonych zrzutów zatężonych porcji wody i ewentualnie

ścieków powstających wskutek czyszczenia urządzeń

chłodniczych lub uzdatniania wody do celów chłodniczych

Ścieki opadowe

Za miarodajne do projektowania kanalizacji ścieków

opadowych przyjmuje się ilości wód deszczowych

pochodzących z opadów ulewnych bądź nawalnych.

Spływ ścieków opadowych:

Q =F•

•q

Gdzie:

Q-spływ ścieków deszczowych ze skanalizowanego terenu, dm3/s

F- powierzchnia terenu skanalizowanego (zlewni), z którego ścieki

spływają do określonego odcinka kanału, ha

-współczynnik spływu powierzchniowego (stosunek ilości

ścieków, ktore spłynęły do kanalizacji do ilości ścieków, które

spadły na dany teren

(0,10-0,95 w zależności od gęstości zabudowy

i szczelności powierzchni)

q-natężenie deszczu (ilość dm3 deszczu, która spadła na

powierzchnię 1ha w czasie 1s), dm3/s•ha

Ilość

wód infiltracyjnych

Wody gruntowe (infiltracyjne) dopływają do kanalizacji

(poprzez nieszczelności kanałów i studzienek

kanalizacyjnych )

gdy

kanały ściekowe są ułożone

w gruncie

nawodnionym

poniżej poziomu zwierciadła wody gruntowej.

Orientacyjnie , jednostkowa ilość wód infiltracyjnych wynosi

0,1 – 0,2 dm3/s•ha

(terenu objętego

kanalizacją)

Ścieki komunalne charakteryzują

następujące grupy

zanieczyszczeń

Zawiesiny opadające i nieopadające (

zawiesiny ogólne

lub w

podziale na frakcje

) oraz substancje rozpuszczone (pochodzenie

organiczne lub nieorganiczne)

Substancje organiczne pochodzenia chemicznego lub biologicznego

– (

BZT

, ChZT, OWO, straty prażenia

)

Substancje nieorganiczne (

amoniak, azotyny, azotany, chlorki,

siarczany, fosforany, węglany, metale

itp.)

Związki biogenne

(azot i fosfor) -

organiczne i nieorganiczne

Drobnoustroje (

bakterie, pierwotniaki, grzyby

itp.)

Inny podział

zanieczyszczenia

fizyczne

(barwa, mętność, temperatura,

zawiesiny),

chemiczne

(zw. organiczne i nieorganiczne, pH) ,

biologiczne

Ścieki komunalne

→

wieloskładnikowa

mieszanina

woda

cząsteczki związków org. i nieorg

Związki organiczne i nieorganiczne

mają postać

(w zależności od

stopnia dyspersji

roztworów rzeczywistych

jonowych lub molekularnych

układów koloidalnych

rozproszonej fazy stałej (zawiesiny), płynnej (emulsje)

lub

gazowej (piana)

Stopień dyspersji

stopień dyspersji

= V

cząstki

: F

cząstki

↓

ma wymiar długości

dla

cząstek kulistych

stopień dyspersji =

1/6 średnicy cząstki

Uwaga:

w uproszczeniu

stopień dyspersji

określa się

jako

średnią średnicę

cząstek

pozostających w wodzie

(ściekach)

1.Roztwory rzeczywiste

(z wodą)

tworzą substancje, których

rozmiar cząstek < 0,1 μm

↓

/jony, proste związki organiczne, gazy rozpuszczalne

w wodzie/

2.Układy koloidalne

wielkość cząstek 0,1 μm ÷ 1,2 μm

↓

/stan koloidalny może powstawać

w wyniku rozproszenia ciał stałych, cieczy (

emulsje

) i

gazu (

piana

3.Zawiesiny

wielkość cząstek > 1,2 μm

zwilżalność powierzchni

przez cząsteczki wody

Zawiesiny i koloidy w ściekach

wykazują różną

zwilżalność powierzchni

/zależną ściśle od chemicznej budowy cząsteczki/

zawiesiny

dobrze zwilżalne

hydrofilowe

słabo

lub

niezwilżalne

hydrofobowe

schemat budowy cząstki koloidalnej

Koloidy

w wodzie /ściekach

tworzą czastki o dużej

powierzchni właściwej

obdarzone nadmiarem

powierzchniowych ładunków

elektrycznych jednego znaku

warstwa adsorpcyjna

- w

bezpośrednim sąsiedztwie

powierzchni cząstki koloidu

/utworzona z jonów i dipoli

wody

o znaku przeciwnym do

ładunku cząstki

warstwa dyfuzyjna

– jony nie

są związane trwale z koloidem

Koloidy -

potencjał elektrokinetyczny ξ

Trwałość układu koloidalnego

zależy od

potencjału elektrokinetycznego ξ

ξ -

określa napięcie pomiędzy warstwą adsorpcyjną a dyfuzyjną

wartość potencjału ξ określa sie za pomocą zetametrów

IξI > 30 mV

–

układy koloidalne bardzo

trwałe

↓

Czastki koloidalne

mające duży ładunek elektryczny

odpychają się od

siebie

/ nie dochodzi do ich aglomeracji i powstania zawiesiny /

Koagulacja /

łączenie się cząstek koloidalnych

powstawanie zawiesiny/

wymóg

- 30 mV<

<+30 mV

spadek ξ

uzyskuje się poprzez:

dodatek elektrolitów silnie wiążących się w warstwie
adsorpcyjnej
wzrost temperatury
zmianę pH
dodanie koloidu o znaku przeciwnym

uwaga:

o szybkości koagulacji decyduje nie tylko wartość ξ,

ale także siły van der Waalsa-Londona, powodujące

przyciąganie się cząsteczek.

Uwagi

koagulacja następuje szybciej

gdy do ścieków

dodaje się syntetyczne cząstki koloidalne o znanym

ładunku powierzchniowym

(polielektrolity)

w ściekach układy koloidalne tworzą cząstki

hydrofilowe

hydrofobowe

Większość to

koloidy hydrofilowe

/białka,

polipeptydy, cząsteczki kału/ - mają postać

galaretowatą, pienią się podczas napowietrzania,

trudno koagulują !!!!

Koloidy hydrofobowe

/ cząstki ilaste, wodorotlenki

żelaza, glinu/

łatwo ulegają koagulacji

Zanieczyszczenia ścieków tworzące osobną grupę

domieszki biologiczne

wchodzące w skład mikro-

lub makrozawiesin

/ bakterie, wirusy, pierwotniaki, grzyby, fito- i

zooplankton, jaja helmintów, larwy owadów/

energia cieplna

zawarta w ściekach /wysoka lub niska

temperatura wpływa na przebieg procesów
technologicznych oczyszczania oraz odbiornik ścieków

promieniowanie radiacyjne

Skład (jakość) ścieków-

charakterystyczne

wskaźniki zanieczyszczeń

Przy projektowaniu i eksploatacji oczyszczalni ścieków

uwzględnia się wybrane

wskaźniki

, uznane za

najbardziej

miarodajne

do oceny stopnia zanieczyszczenia ścieków:

Zawiesiny ogólne

BZT

ChZT, OWO

Związki azotu i fosforu

ChZT: BZT

ChZT: P, BZT

: P

ChZT : N, BZT

: N

pH, zasadowość i temperatura

Całkowitą ilość zanieczyszczeń zawartych w ściekach określa

sucha pozostałość [mg/l]

↓

masa substancji pozostałych po odparowaniu wody i

wysuszeniu w temp. 105˚C do stałego ciężaru

sucha

substancje

zawiesiny

pozostałość

rozpuszczone

ogólne

= = =

substancje

zawiesiny

pozostałość

rozpuszczone

mineralne

po prażeniu

mineralne

+ + +

straty prażenia

substancje

zawiesiny

rozpuszczone

lotne

( organiczne)

pozostałość po prażeniu

wyłącznie masa

związków mineralnych pozostała po prażeniu

suchej pozostałości w temp. 550˚C

straty prażenia

związki organiczne i część

nieorganicznych

(wodorowęglany, azotany,

azotyny, zw. amonowe)

zasadowość

Zwyczajowo hydrolizę wody opisuje się równaniem:

O ↔ H

(+)

+ OH

(-)

Ilość jonów wodorowych określa się za pomocą wskaźnika pH

pH = - log [H+] = log 1/[ H+]

jony wodorowe są najmniejszymi znanymi jonami

wykazującymi największą ruchliwość w roztworach

wodnych

↓

ilość jonów H+ wpływa na szybkość procesów chemicznych i

biochemicznych

Ad. zasadowość

Dodatek małych ilości kwasów lub zasad do ścieków nie

powoduje istotnych zmian w ich pH

/ wynik

obecności roztworów buforowych

(mieszanina słabego kwasu i jego soli z mocną zasadą

lub

słabej zasady i jej soli z mocnym kwasem)

W środowisku wodnym najbardziej rozpowszechnionym

buforem jest

bufor wodorowęglanowy

→

zachowana jest

równowaga

pomiędzy wolnym CO

a jonami CO

(2-)

+ H

O ↔ H

↔ H

(+)

+ HCO

(-)

Dodanie

do roztworu

kwasu

→ przesunięcie równowagi

węglanowej w lewo →

z HCO

(-)

powstaje H

Dodanie

do roztworu

zasady

→ wiązanie wolnego CO

tworzenie HCO

(-)

Ad. Zasadowość

Przekroczenie zdolności buforowych

następuje gdy:

pH spada poniżej 4,5

(całkowity rozkład wodorowęglanów)

lub

pH rośnie powyżej 8,3

(wytrącanie z wody węglanów)

Optimum działania buforu wodorowęglanowego

→ pH

5,5-7,5

↓

Stabilność pH ścieków zależy od stężenia jonów HCO

(-)

Zasadowość

[

mval/l

lub

mg CaCO

]

zasadowość

jest miarą

stężenia jonów HCO

(-)

w ściekach

↓

Ilość gramorównoważników jonów H

(+)

, jaką może związać 1 litr

badanych ścieków do chwili , gdy nastąpi zmiana zabarwienia

oranżu metylowego z żółtego na pomarańczowe (przy pH około

4,5) - oznaczenie techniką miareczkowania 0,1 molowym

kwasem HCl

Zasadowość ścieków miejskich

najczęściej występujący zakres wartości:

5-12 mval/l

lub

250-600 mg

CaCO

Skład (jakość) ścieków –

stężenie, ładunek

Wskaźniki zanieczyszczenia

chemicznego

ścieków (poza pH) wyrażane są w jednostkach

stężenia

(masa zanieczyszczenia

(lub jego

równoważnika )

w przeliczeniu na jednostkę

objętości)

→ np.:

[mg/l, g/l, kg/m3]

Zanieczyszczenie odniesione do czasu

(dopływające do oczyszczalni lub danego

obiektu technologicznego w określonym czasie )

wyraża się poprzez

ładunek

[kg/d]

(

stężenie

[np.

kg/m3]

• przepływ Q

[m3/d])

Wskaźniki związków organicznych:

BZT

ChZT, OWO

BZT

(Biochemiczne zapotrzebowanie

(ścieków)

tlen)

Ilość tlenu wyrażona w

mgO

/l (g O

/m3, kg O

/m3

potrzebna do przeprowadzenia procesów

mineralizacji związków organicznych na drodze

biochemicznej w warunkach tlenowych, w

temperaturze 20˚C.

BZT

Biochemiczne utlenianie substancji organicznej

I faza: związki organiczne + O

→

(bakterie, enzymy)

→

0 + bakterie

II faza: 2NH

+ 3O

→

(bakterie Nitrosomonas,

Nitrospira)

→

2HNO

+2H

O + energia

2HNO

+ O

→

(bakterie Nitrobacter)

→

2HNO

+ energia

Prawie całkowity rozkład (około 99%) -

20 dni→BZT20

Najsilniej proces przebiega w czasie 5 dni →

BZT

(68-70%

całkowitego rozkładu)

ChZT

(chemiczne zapotrzebowanie

(ścieków)

na tlen)

Równoważna ilość tlenu

pobrana z utleniacza

(wyrażona w

mgO

(g O

/m3, kg O

/m3

), potrzebna do przeprowadzenia procesów

mineralizacji związków organicznych i niektórych zredukowanych

związków nieorganicznych np.H

S, Fe+2, NO

-) – z

wykorzystaniem jako utleniacza K

7 (stopień utlenienia 95-100%-

nie ulegają utlenieniu tym utleniaczem węglowodory aromatyczne benzen,

pirydyna oraz weglowodory alifatyczne n-heksan, n-heptan)

Zalety

w stosunku do BZT

Krótszy czas oznaczania

Większa ilość oznaczanych substancji organicznych

→ ChZT

BZT5

Wady

Część związków org. odparowuje

w czasie oznaczania co powoduje straty i obniża

wartość ChZT

Utlenieniu ulegają niektóre zredukowane związki nieorganiczne

OWO

/Ogólny Węgiel Organiczny/

Podstawą oznaczania

OWO

jest fakt, że

jest pierwiastkiem

wchodzącym

w skład wszystkich związków organicznych

o wzorze

ogólnym CxHyNzO.

Do oznaczania

OWO

w ściekach wykorzystuje się metodę

utleniania Corg do CO

i H

O poprzez spalanie próbki w

wysokiej temp. 650-1200˚C. Zawartość zanieczyszczeń

organicznych mierzona jest na podstawie ilości wytworzonego

w czasie spalania CO

Corg + O

→ CO

Zalety

w stosunku do ChZT:

Wysoka powtarzalność wyników

Możliwość wyeliminowania czynników wpływajacych inhibicyjnie na przebieg

oznaczenia

Ogólny Węgiel (OW)

można sklasyfikować ze

względu na:

Rodzaj połączeń chemicznych:

OW =

OWO

+ OWN

(nieorganiczny)

Formę występowania związków organicznych:

OWO

= RWO

(rozpuszczony- w filtracie 0,45

+ NWO

(nierozpuszczony)

Lotność związków organicznych: węgiel organiczny lotny,

średniolotny i nielotny

Zakresy wartości

ChZT/BZT

BZT

/OWO

w ściekach

surowych i oczyszczonych

Wielkości

charakterystyczne

Ścieki surowe

Ścieki oczyszczone

ChZT/BZT5

2,0 - 2,2

po mech oczyszcz.

1,8-2,0

4.0 – 6.0

a nawet 10,0-12,0

BZT

/OWO

2,1 - 1,4

1,0-0,5

a nawet 0,4- 0,2

Szacunkowa (!) ocena podatności

ścieków na

rozkład biochemiczny

ChZT/BZT5

Redukcja ChZT

Ocena podatności

rozkład

biochemiczny

2,0

łatwo rozkładalne

2,0

2,5

średnio rozkładalne

2,5

5,0

wolno

rozkładalne

5,0

nierozkładalne

Przeciętny skład ścieków miejskich w miastach

europejskich [ g/m3]

(wg Imhoff, 1993)

składnik

Substancje

mineralne

Substancje

organiczne

razem

BZT

[gO

/m3]

Zawiesiny

opadające

100

150

250

100

Zawiesiny

nieopadając

Związki

rozpuszczon

375

250

625

150

razem

500

450

950

300

Wskaźniki zawartości

azotu

Azot organiczny Norg

- nierozp

i rozp.

(białka, peptydy, aminokwasy, oraz produkty przemian metabolicznych: mocznik, kwas

moczowy, pirydyna, aminy)→podczas przepływu siecia kanalizacyjną ulegaja hydrolizie i

są przekształcane mikrobiologicznie w azot amonowy

Azot amonowy

(

postać niezdysocjowana

jonowa

N-NH

(+)

)

rozp.

W temp. 10-20

C i pH 7,0 ponad 95% azotu występuje jako

C i pH 7,0 ponad 95% azotu występuje jako N-NH

(+)

Uwaga:

Norg + N-NH4

NTK (azot ogólny Kjeldahla)

W ściekach surowych zwykle NTK 40-90 mg N/l, w tym 50-70% N-NH4

N-NO

- rozp.

(w ściekach surowych bliskie 0mgN-NO2/l)

N-NO

- rozp.

(w ściekach surowych bliskie 0 mgN-NO3/l)

cał

= NTK + N-NOx = Norg + N-NH

+ N-NO

Wskaźniki zawartości

fosforu

Podobnie, jak w przypadku azotu

fosfor

występuje

w ściekach w postaci:

ortofosforanów

lub

polifosforanów

– roztwory rzeczywiste

związków organicznych

– w zawiesinie lub roztwory

rzeczywiste

Pog

P-PO

Porg

Uwaga

Ilość i skład ścieków

dla potrzeb

projektowania i oceny

działania oczyszczalni ścieków

powinno się ustalać

podstawie bezpośrednich pomiarów i badań

↓

Histogramy i dystrybuanty

↓

Wielkości o określonym prawdopodobieństwie

wystąpienia

Wielkości miarodajne do projektowania:

Ilość ścieków

–

prawdopodobieństwo wystąpienia

70-

80%

(dla całorocznego okresu pomiarowego)

Stężenie zanieczyszczeń

prawdopodobieństwo

wystąpienia

85%

(dla całorocznego okresu pomiarowego)

Jednostkowe ładunki zanieczyszczeń

W praktyce projektowej w odniesieniu do ścieków bytowo-

gospodarczych przyjęto posługiwanie się tzw.

jednostkowymi

ładunkami

określonych

zanieczyszczeń

(gramy

zanieczyszczenia w przeliczeniu na 1 Mieszkańca i dobę).

ATV

Na podstawie danych z

70 oczyszczalni w

Polsce**

ChZT

120

g/M•d 135 g/M•d

BZT5

g/M•d 64 g/M•d

Zawiesiny ogólne

g/M•d 67 g/M•d

Azot ogólny (NTK*)

g/M•d 11,8 g/M•d

Fosfor ogólny

1,8

g/M•d 1,95 g/M•d

*) NTK

= Norg + N- NH

**)

wg Heidrich i wsp. 2005

Jednostkowe ładunki zanieczyszczeń w warunkach

europejskich [g/M

(wg Imhoffa )

składnik

Związki

mineralne

Związki

organiczne

razem

BZT

Zawiesiny

opadające

Zawiesiny

nieopadając

Związki

rozpuszczon

125

razem

100

190

Jak wykorzystać jednostkowe ładunki zanieczyszczeń ( s

)

Na podstawie

jednostkowych ładunków zanieczyszczeń sx można wyznaczyć :

średnie stężenie w ściekach zanieczyszczenia x

→

= s

dśr

(g/m3)

gdzie:

- jednostkowy ładunek zanieczyszczenia x, g/M•d

dśr

– jednostkowa średnia dobowa ilość ścieków, m3/M•d (0,12-0,15 m3/M•d)

ładunek zanieczyszczenia x

doprowadzany do oczyszczalni w ciągu

doby

→

Łx

= s

• LM •10

(-3)

(

kg/d)

gdzie:

LM-liczba mieszkańców

Orientacyjne stężenia zanieczyszczeń w

ściekach bytowo-gospdarczych[g/m3]

(dane

własne)

Wskaźnik zanieczyszczenia

min

max

śr

Zawiesiny ogólne

BZT5

OWO

ChZT

NTK

Norg

N-NH4

Pog

Porg

120

180

416

400

410

240

1250

17,8

15,5

210

295

140

708

12,7

10,6

Jak ocenić ładunek zanieczyszczeń w

ściekach przemysłowych za pomocą ładunku

jednostkowego ?

Co to jest RLM

W praktyce projektowej często stosuje się wyrażanie

ładunków zanieczyszczeń zawartych w ściekach

przemyslowych tzw.

RLM-RÓWNOWAŻNA LICZBA

MIESZKAŃCÓW

Za pomocą

RLM

można określić

jaką wielokrotność

stanowi

ładunek zanieczyszczeń

zawartych

w ściekach

przemysłowych

w stosunku

do jednostkowego ładunku

zanieczyszczeń w ściekach bytowo-gospodarczych (g/M•d).

UWAGA:

Najczęściej

RLM

dotyczy zanieczyszczeń

określonych wskaźnikiem

BZT

dla którego

jednostkowy

ładunek wynosi 60g/M•d.

Jak przeliczyć

ładunek zanieczyszczeń

ściekach przemysłowych na RLM ?

RLM=Ładunek ścieków:jednostkowy ładunek

BZT

={ilość ścieków[m3/d]•średnie BZT

tych ścieków [g/m3] } :

60[g/M•d]

Document Outline