PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W NOWYM SĄCZU

INSTYTUT TECHNICZNY

TEMAT REFERATU:

Osady ściekowe

Nowy Sącz 2012

Spis treści.

1. Definicja

2. Rozwinięcie zagadnienia

• Suszenie osadów ściekowych

• Metody suszenia osadów

• Stabilizację osadów

• Tlenowa stabilizacja osadów

• Metody stabilizacji

• Rozwiązania w Polsce

3. Podsumowanie

1. Definicja

Osady ściekowe powstają w oczyszczalniach ścieków jako specyficzny odpad procesów oczyszczania ścieków. Dotąd najczęściej trafiały na składowiska, wysypiska lub do środowiska w postaci wstępnie ustabilizowanej (np. po stabilizacji tlenowej, beztlenowej lub wapnem). Zawsze jednak stanowią dość istotny problem techniczny ze względu na duże uwodnienie i masę oraz niebezpieczeństwo sanitarne. Najnowsze przepisy wymuszają na wytwórcach ( oczyszczalniach) zmianę tych niekorzystnych właściwości. Osady ściekowe są coraz częściej używane do użyźniania terenów rolniczych i leśnych oraz do rekultywacji terenów zdewastowanych. Obok bogactwa materii organicznej, osady ściekowe zawierają wiele związków i pierwiastków koniecznych do wzrostu i rozwoju roślin oraz mikroorganizmów.

Ilość powstających osadów uzależniona jest od:

-zawartości zanieczyszczeń w ściekach,

-technologii oczyszczania,

-sposobu przeróbki osadu w celu stabilizacji,

-zmniejszenia masy i objętości osadu,

-reagentów stosowanych w procesie oczyszczania

-ścieków i przeróbki osadów (wzrost ilości osadów nawet

o 25-35%).

2. Rozwinięcie zagadnienia

 Suszenie osadów ściekowych

Termiczne metody utylizacji osadów ściekowych najczęściej poprzedzone są procesem suszenia częściowego (do uzyskania 85% suchej masy; s.m.) lub całkowitego (>85% s.m.). Suszenie polega na doprowadzeniu ciepła do osadów w celu odparowania zawartej w nich wody. Suszenie usuwa wodę w znacznie większym stopniu niż najlepsze odwadnianie, przez co powoduje, że osady:
• mają mniejszą masę i niższe koszty transportu,
• są całkowicie pozbawione organizmów chorobotwórczych,
• są łatwe do przechowywania,
• mogą być łatwo spalane bez dodatkowego paliwa,
• nabierają wartości rynkowej jako nawóz lub środek kondycjonujący glebę [6].

Procesowi suszenia mogą być poddawane osady komunalne zarówno surowe, jak i ustabilizowane. Osady powinny być w jak najwyższym stopniu odwodnione mechanicznie, gdyż zawartość wody w osadach poddawanych suszeniu ma ogromny wpływ na ilość energii, jaką należy dostarczyć do ich wysuszenia.
Osad po suszeniu całkowitym ma postać pylistą lub granulkowatą. Postać pylista stwarza niebezpieczeństwo pożaru lub wybuchu pyłu. Należy zatem dążyć do tego, aby produkt końcowy procesu suszenia miał postać granulek. Uzyskanie produktu pylistego jest dopuszczalne, jeżeli ma być on potem natychmiast spalony.

Metody suszenia osadów można podzielić według sposobów wymiany ciepła na:
• suszenie konwekcyjne – polegające na bezpośrednim kontakcie suszonych osadów z nośnikiem ciepła. Gaz suszący przepływa nad osadem, a ciepło przenoszone jest z gazu do suszonego materiału. Woda parująca z osadów przechodzi do gazu suszącego i wraz z nim jest odprowadzana z urządzenia,
• suszenie kontaktowe – polegające na przenoszeniu ciepła z nośnika ciepła na osady przez powierzchnię wymiany (kontaktową). W procesie suszenia kontaktowego suszony materiał znajduje się na ogrzewanej nośnikiem ciepła powierzchni. Odparowana woda usuwana jest z urządzenia wraz z powietrzem obcym, przenikającym przez nieszczelności lub za pomocą doprowadzanego małego strumienia powietrza,
• suszenie promiennikowe – polegające na wykorzystaniu promieniowania elektromagnetycznego lub promieniowania podczerwonego jako źródła ciepła.

Stabilizację osadów dzielimy na:

• procesy biologiczne

• procesy chemiczne

• procesy termiczne

 

 

Schemat obrazujący podział osadów

 

 

Tlenowa stabilizacja osadów to rozkład zanieczyszczeń organicznych osadów w warunkach tlenowych (w obecności tlenu). Jest to metoda wykorzystująca biologiczny rozkład zanieczyszczeń organicznych zawartych w osadach surowych. Tlenowa stabilizacja oparta jest na tlenowym rozkładzie masy organicznej w warunkach głodu substratowego. Proces ten prowadzony jest w wydzielonych, otwartych lub zamkniętych zbiornikach z doprowadzeniem powietrza lub łącznie z metodą osadu czynnego z przedłużonym napowietrzaniem. Proces ten powoduje zmniejszenie masy organicznej osadu.

 

Fazy stabilizacji tlenowej:

I faza - charakteryzuje się wysokim stopniem zapotrzebowania tlenu, gwałtownym rozwojem masy bakteryjnej oraz obniżeniem zawartości substancji stałych w osadzie.

II faza - zmniejszenie zapotrzebowania tlenu i zmniejszenie masy bakteryjnej.

III faza - zapotrzebowanie tlenu ulega dalszemu zmniejszeniu, ilości masy bakteryjnej zmniejsza się tylko w niewielkim stopniu.

Metody:

stabilizacja symultaniczna (= przez przedłużone napowietrzanie)

• przeprowadzana równocześnie z procesem oczyszczania ścieków w komorach osadu czynnego

• stosowana w małych oczyszczalniach ze względu na prostotę procesu

• wymaga długiego wieku osadu i niskiego obciążenia.

• nie zalecana do systemów z biologicznym usuwaniem fosforu i denitryfikacją, wymagających krótszego wieku osadu.

 stabilizacja w wydzielonych komorach w temperaturze otoczenia

Napowietrzanie osadu odbywa się w wydzielonych zbiornikach, z lub bez okresowego odprowadzania wody nad osadowej. Mikroorganizmy utleniają rozkładalne związków organicznych zawartych w tych osadach, a następnie dokonują samoutlenienia własnej biomasy. W ten sposób otrzymujemy osad stabilny, zawierający niewiele substancji mogących ulegać rozkładowi.

Przy odprowadzaniu wymagane jest okresowe wyłączanie napowietrzania celem zagęszczenia osadu.

Stosowanie procesu uzasadnione jest w oczyszczalniach o wielkości do 2000-3000 m3/d.

stabilizacja autotermiczna termofilowa

Proces polega na napowietrzaniu osadu w zamkniętych, izolowanych termicznie zbiornikach. Na skutek wydzielania ciepła podczas rozkładu temperatura osadu podnosi się do 55-80°C (możliwy odzysk ciepła). Na każdy gram tlenu zużytego w procesach rozkładu biologicznego wydziela się 3,5 kcal ciepła (równoważne około 5 kcal na g smo biomasy)

 

• wydzielona stabilizacja autotermiczna termofilowa, czas zatrzymania 5¸6 d; następuje pełna dezynfekcja osadu oraz konieczność oczyszczania powietrza odlotowego;

• wstępna stabilizacja autotermiczna termofilowa przed fermentacją beztlenową mezofilową - następuje dezynfekcja, zwiększenie ilości gazu fermentacyjnego i stopnia stabilizacji, czas zatrzymania to 12¸24h.

 

Krajowy Program Oczyszczania Ścieków Komunalnych przewiduje, że ilość osadów. Które powstaną w komunalnych oczyszczalniach ścieków w 2015 r., wyniesie ok. 640 tys. ton s.m.

Inwestycje związane z infrastrukturą wodno-ściekową mają być istotnym elementem ograniczenia wpływu światowego kryzysu gospodarczego. Na infrastrukturę oczyszczalni ścieków i wodociągów w 2009 r. trafi 5,5 - 7,2 mld zł. Wykorzystanie środków unijnych to okazja do wdrożenia nowoczesnych i efektywnych metod gospodarki osadami w Polsce.

Rozwiązania w Polsce:

W Polsce ilość osadów powstających w procesach oczyszczania ścieków gwałtownie wzrasta. Rygorystyczne kryteria ich przyrodniczego użytkowania oraz brak odpowiedniego areału gruntów zmusza eksploatatorów oczyszczalni do rozważenia innych technologii utylizacji osadów ściekowych. Obecnie opracowywane koncepcje końcowej utylizacji osadów ściekowych coraz częściej obejmują procesy suszenia i spalania.

W Polsce rozwiązania praktyczne związane z unieszkodliwianiem i zagospodarowaniem osadów ściekowych nadal nie nadążają za rozwojem technologii oczyszczania ścieków. Chociaż w większości przypadków wyeliminowano z oczyszczalni ścieków poletka osadowe, wprowadzając wysokosprawne metody zagęszczania, stabilizacji i odwadniania osadów, to nadal pozostaje problem dalszego ich zagospodarowania. Obecnie wyłaniają się trzy zasadnicze kierunki zagospodarowania osadów ściekowych:
• bezpieczne składowanie,
• gospodarcze wykorzystanie łącznie z przyrodniczym i rolniczym zagospodarowaniem,
• spalanie.

W dotychczasowej praktyce osady najczęściej wywożone są poza teren oczyszczalni i składowane na specjalnych składowiskach, co zaczyna być traktowane jako rozwiązanie niezadowalające, gdyż osady ściekowe postrzegane są coraz częściej jako potencjalny surowiec wtórny. Wśród rozważanych rozwiązań zagospodarowania osadów ściekowych pojawiają się coraz częściej koncepcje oparte na ich termicznej utylizacji. Polskie prawo pozwala na zastosowanie termicznej utylizacji osadów, a implementowana do naszego prawa dyrektywa w sposób jednoznaczny określa warunki realizacji procesu i standardy emisyjne dla bezpośredniego spalania lub współspalania osadów ściekowych. Termicznemu wykorzystaniu osadów ściekowych sprzyjają ponadto coraz bardziej rygorystycznie ujmowane kryteria w zakresie ich rolniczego wykorzystania. Formułowane są one głównie z powodu rosnącego ładunku metali ciężkich w ściekach oraz gwałtownie rosnącej ilości osadów ściekowych (350 tys. ton s.m./rok w 2003 roku ), których skład i charakter może być różny w zależności od rodzaju ścieków oraz sposobu ich oczyszczania. Z drugiej strony przefermentowane i wysuszone osady mogą stanowić paliwo o dosyć wysokiej kaloryczności, co implikuje ich potencjalne wykorzystanie energetyczne. Podstawowym procesem w gospodarce osadami ściekowymi jest stabilizacja tj. proces, w wyniku którego osady te nie zagniwają, nie wydzielają nieprzyjemnych zapachów, a także są częściowo lub całkowicie pozbawione mikroorganizmów. Omawiany proces jest bardzo kosztowny i stanowi w przybliżeniu ok. 50 % wartości urządzeń na oczyszczalniach ścieków.

3.Podsumowanie

Osady powstają w oczyszczalni muszą być przetworzone na nieszkodliwe produkty końcowe i usunięte z terenu oczyszczalni Obecnie, osady ściekowe postrzegane są coraz częściej jako potencjalny surowiec wtórny, dlatego coraz częściej podejmuje się próby wdrożenia metod termicznych do ich końcowej utylizacji.
Budowa obiektów do termicznej utylizacji osadów ściekowych wiąże się z koniecznością budowy bardzo kosztownych instalacji. W celu ograniczenia kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych spalarni dąży się do współspalania osadów wysuszonych termicznie z innymi komponentami w istniejących obiektach. Termiczna utylizacja osadów ściekowych zaliczana jest do technologii mało odpadowych, w wyniku której powstają niewielkie ilości popiołów. Popioły te jednak mogą stanowić cenny surowiec stosowany np. w drogownictwie.
W wyniku coraz bardziej zaostrzających się kryteriów składowania osadów oraz rolniczego ich wykorzystania zastosowanie procesów termicznych może stać się w przyszłości koniecznością.