Oczyszczanie ścieków składa się z kilku uzupełniających się procesów.

a) z oczyszczania mechanicznego - polegającego na cedzeniu, rozdrabnianiu, sedymentacji oraz flotacji.

b) z oczyszczania chemicznego - polegającego na kompleksie chemicznych reakcji różnego typu oraz na procesach fizyko-chemicznych.

c) z oczyszczania biologicznego - polegającego na rozkładaniu wszelkich zanieczyszczeń o charakterze organicznym przez mikroorganizmy.

I. MECHANICZNE OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW

Etap mechanicznego oczyszczania ścieków to usuwanie ciał stałych i zawiesin ze ścieków. Zachodzi to dzięki rozdrabnianiu większych ciał stałych, dalej na ich odcedzaniu. Do zabiegów oczyszczania mechanicznego należą również sedymentacja, flotacja i odwirowanie zanieczyszczeń. Używa się do tych zabiegów w pierwszej kolejności krat i sit, dalej wykorzystuje się odtłuszczowniki, piaskowniki, osadniki i filtry.

1. KRATY

Zadaniem krat jest usunięcie ze ścieków stałych zanieczyszczeń mających duże rozmiary. Następuje dzięki nim wstępne cedzenie ścieków.

Kraty są zbudowane z wielu metalowych prętów. Są one ułożone w sposób pionowy, ale również pochyło. Niektóre pręty są łukowato wygięte. Kraty są ustawiane poprzecznie w kanale ściekowym. Kraty mają różnej wielkości prześwity, czyli różne odległości pomiędzy budującymi je prętami. Kraty dzieli się zależnie od tego, jak duże są w nich prześwity. Rzadkie kraty mają prześwity pomiędzy 40 a 200 mm. Kraty średnie kraty mają prześwity pomiędzy 20 a 40 mm a gęste kraty mają prześwity wielkości od 10 do 20 mm.

Oprócz podziału ze względu na wielkość prześwitów istnieje podział krat ze względu na to, w jaki sposób są one oczyszczane. Wyróżnia się więc kraty oczyszczane mechanicznie oraz kraty, które oczyszcza się ręcznie.

Na kratach osadzają się liczne ciała stałe: kawałki drewna, fragmenty gumy i materiałów tekstylnych oraz papier. Nie rzadko w ściekach znajduje się również duża ilość puszek, żużlu, odpadów kuchennych, szkła i odpadów pochodzenia przemysłowego. Wszystkie te zanieczyszczenia osadzone na kratach odpowiednio się przetwarza. Najczęściej poddaje się je kompostowaniu razem z odpadami organicznymi, miejskimi i z torfem. Część odpadów poddaje się fermentacji w specjalnych, zamkniętych komorach. Część wywozi się na wysypisko, przy czym większość się odpowiednio sprasowuje. Część odpadów miesza się z innymi odpadkami, odwadnia i ostatecznie spala w specjalnych spalarniach.

2. SITA

W cedzeniu używa się oprócz krat liczne sita oraz mikrosita. Sita dzieli przez wzgląd na wielkość prześwitów, podobnie jak dzieli się kraty. Sita gęste mają prześwity o wielkości mniejszej niż 0,1mm. Średnie sita mają prześwity o wielkości pomiędzy 0,1 a 1,5mm a rzadkie sita mają prześwity większe niż 1,5mm. Najgęstsze sita nazywane są mikrolitami.

Zarówno sita jak i mikrosita dzieli się na statyczne i obrotowe. Pierwsze są sitami samooczyszczającymi się. Stosuje się je przy wstępnym oczyszczaniu przede wszystkim ścieków przemysłowych z przetwórni warzyw i owoców. Sita obrotowe cedzą ścieki poruszając się na sposób obrotowy. Czyści się je albo mechanicznie albo hydraulicznie. Używa się ich głównie przy oczyszczaniu ścieków powstałych podczas burz i opadów, ścieków przemysłowych oraz przy wstępnej fazie oczyszczania ścieków pochodzenia miejskiego.

Mikrosita mają dodatkowo zastosowanie w oczyszczaniu biologicznym. Dzięki nim oddziela się organiczne zawiesiny, na przykład zagęszczony plankton. Najgęstsze mikrosita są wykonane z pewnego rodzaju gęstej tkaniny splecionej z nitek metalowych.

3. PIASKOWNIKI

Piaskowniki służą do mechanicznego oczyszczania ścieków. Usuwa się za ich pomocą piaski, żużel, szklaną stłuczkę, węgiel, drobny miał z koksu i wiele innych pyłów.

Piaskowniki dzieli się na kilka typów:

- piaskowniki z poziomym przepływem:

+ poziome piaskowniki, które buduje się jako koryta przepływowe, które mają prostokątny, trapezowy albo paraboliczny przekrój poprzeczny. Są one najczęściej stosowanymi piaskownikami. Stosuje się je w oczyszczaniu ścieków komunalnych zarówno w dużych jak i w małych miastach.

+ piaskowniki szczelinowe są urządzeniami o poziomym przepływie, jednak mają one na dnie kolektora trzy, cztery, góra pięć szczelin poprzecznych. Posiadają również osobno wydzieloną komorę, w której magazynowany jest piasek. Poprzez szczeliny piasek przechodzi do komory go magazynującej. Piaskowniki tego typu są raczej rzadko stosowane, najczęściej w małych oczyszczalniach ścieków oraz przy najgłębszych zbiornikach przy stacjach pomp.

- piaskowniki z przepływem pionowym - woda płynie w nich w pionie. Stosuje się je, jeżeli powierzchnia, na której budowana jest oczyszczalnia jest bardzo mała. Używa się ich również na terenach tak zwanych górniczych szkód.

- piaskowniki z okrężnym ruchem cieczy - stymuluje się w nich okrężny ruch cieczy, dzięki czemu polepsza się wydajność procesu sedymentacji piasków. Mają one zwartą konstrukcję, dzięki czemu stosuje się je w warunkach trudnego fundamentowania. Można je wbudować pod ziemią. Stosowane są również w uprzemysłowionych miastach.

- piaskowniki przedmuchiwane - ciecz przepływa w ich wnętrzu na sposób okrężny, po spiralnym torze. Ciecz jest wprawiana w ruch poprzez sprężone powietrze oraz przez kinetyczną energię tak zwanej strugi zasilającej. Piasek otrzymany w procesie oczyszczania przez przedmuchiwane piaskowniki jest wyjątkowo czysty. Piaskowniki tego typu są często stosowane w oczyszczalniach na terenie dużych miast.

4. ODTŁUSZCZACZE i ODOLEJACZE

Urządzenia odtłuszczające i odolejające służą do usuwania ze ścieków wszelkich substancji oleistych i tłustych. Odtłuszczacze są to urządzenia, które mają za zadanie usunąć ze ścieków substancji ciekłych o mniejszej gęstości niż woda. Działają one na zasadzie tak zwanej flotacji. Flotacja jest to zjawisko wypływania na powierzchnię cząsteczek lżejszych od cieczy. Tworzy się wówczas na powierzchni cieczy kożuch albo pewnego rodzaju błonę.

Odtłuszczacze są wykorzystywane w momencie poprzedzającym wpuszczanie ścieków usługowych i przemysłowych do sieci kanalizacyjnej. Są one konieczne do oczyszczania ścieków z hoteli, restauracji, pralni czy stacji benzynowych. Stosuje się wtedy bardzo proste urządzenia nazywane łapaczami tłuszczów, benzyny i smarów.

Odtłuszczacze są stosowane również do oczyszczania ścieków przemysłowych, których źródłami są rzeźnie, różnego rodzaju fabryki czy rzeźnie. Oczyszczanie takich ścieków wymaga użycia bardziej skomplikowanych procesów i urządzeń, które prowadzą do flotacji, koagulacji i odwirowania zanieczyszczeń.

Odtłuszczaczy stosuje się przy wstępnym oczyszczaniu ścieków komunalnych oraz do oczyszczania pewnych ścieków przemysłowych pochodzących przede wszystkim z rafinerii i petrochemii.

Oczyszczanie ścieków z zawiesin tłustych i oleistych dzieli się na:

1. odtłuszczanie zanieczyszczeń komunalnych - polega ono na usuwaniu mieszaniny olejów oraz tłuszczy, które są pochodzenia organicznego i mineralnego, oraz wszelkich pochodnych ropy. Odtłuszczacze stosowane w miejskich oczyszczalniach mają kształt wydłużonych komór, których zewnętrzne ścianki są nachylone. Komory te są trzyczęściowe, poprzedzielane wewnątrz dwiema podłużnymi ściankami. W środkowej części odtłuszczacza ścieki są w intensywnym ruchu, który wywołuje ich napowietrzane. Dzięki temu burzowemu ruchowi tłuszcze zbierają się w bocznych częściach odtłuszczaczy.

2. odolejanie ścieków pochodzenia przemysłowego - pozbawiania ścieków zanieczyszczeń olejowych, które występują pod trzema postaciami:

+ jako wolne oleje, jako odrębne krople dużych rozmiarów,

+jako olejowe emulsje, jako małe krople,

+jako rozpuszczony olej.

Aby pozbawić takie ścieki olejów wykorzystuje się odolejacze o podłużnym kształcie oraz odolejacze płytowe. Pierwsze są stosowane przy wstępnym oczyszczeniu. Są bardzo powszechne. Używa się ich, aby odseparować duże stężenia oleju. Z kolei odolejacze płytowe są najbardziej wydajne, kiedy w ściekach jest mniejsze stężenie olejów.

5. OSADNIKI

Osadniki są to takie obiekty, które służą odseparowywaniu od ścieków zawiesin, które łatwo opadają na dno. Stosuje się je jako urządzenia mające mały zasięg, lokalne, które oczyszczają ścieki z pojedynczych budynków mieszkalnych lub niewielkich grup posesji w momencie, kiedy nie ma tam ogólnej sieci kanalizacji. Używa się ich również, aby oczyścić wstępnie ścieki przemysłowe oraz pochodzące z zakładów usługowych, zanim zostaną one wpuszczone do kanalizacji miejskiej. Takie osadniki nazywa się odmulaczami albo łapaczami szlamów.

Osadniki są również stosowane podczas niektórych etapów miejskich ścieków. Służą do tego tak zwane osadniki wstępne, osadniki pośrednie oraz wtórne. Osadniki czyszczą wstępnie burzowe ścieki poprzez proces sedymentacji. Zależnie od tego, jakie jest stężenie i jaki charakter mają zawiesiny, wyróżnia się trzy rodzaje sedymentacji. Pierwszą z nich nazywa się sedymentacją odrębnych cząstek, która polega na opadaniu większości zawiesin ziarnistych w postaci odrębnych cząstek. Sedymentacja ta dotyczy zawiesin, które występują w niskim stężeniu w ściekach. Kolejnym typem sedymentacji jest sedymentacja cząstek kłaczkowatych, która dotyczy przede wszystkim surowych ścieków miejskich oraz w wielu ściekach przemysłowych o ile mają one w swoim składzie stosunkowo małą ilość zawiesin. Trzecim typem sedymentacji jest sedymentacja strefowa, która zachodzi w zawiesinach zawierających duże stężenie kłaczkowatych zawiesin. Do sedymentacji strefowych zaliczamy takie procesy, jak opadanie na dno zbiornika pulpy ze ścieków papierniczych, opadanie czynnych osadów albo opadanie kłaczkowatych zawiesin pochodzenia chemicznego. Kłaczki opadając do niżej położonych warstw cieczy stanowiących ścieki tworzą charakterystyczne kożuchy.

Opadanie zawiesin dzieli się na trzy strefy. Strefa opadania występuje, kiedy cząstki zawiesiny szybko i swobodnie opadają na dół. O strefie przejściowej mówimy w przypadku naciskania opadających cząsteczek na te, które znajdują się już w niższej strefie. Wiąże się z tym obniżenie szybkości opadania cząsteczek. Z kolei strefa zagęszczenia powstaje, kiedy cząstki, które opadły wcześniej w sposób mechaniczny podtrzymują te cząstki, które opadają w drugiej kolejności. Dzieje się tak, ponieważ zawiesina ma już duże stężenie cząsteczek ją tworzących.

Od niedawna wyróżnia się pojęcie sedymentacji wielostrumieniowej, co jest wyrazem nowych poglądów na mechanizmy oddzielania się zawiesin. W sedymentacji strumieniowej ma miejsce przepuszczanie ścieków przez system kilku położonych równolegle do siebie rur, półek albo płyt. Na tych konstrukcjach osadzają się zawiesiny ze ścieków.

Wiadomo, że na przebieg sedymentacji, na to na ile szybko i sprawnie ona przebiega wpływa wiele czynników. Dzięki tej wiedzy dąży się, poprzez stosowanie wielu czynników dodatkowych, do przyspieszenia i polepszenia wydajności procesów sedymentacyjnych. Czynnikami wywoływanymi dla polepszenia procesów sedymentacji są między innymi:

1. dodatkowa, wstępna flokulacja ścieków, która polega na powolnym mieszaniu ścieków. Dzięki łagodnemu mieszaniu w ściekach zwiększa się częstotliwość zderzania się ze sobą pojedynczych cząsteczek zawiesiny. Szybciej niż bez mieszania tworzą się większe kłaczki, które dzięki zwiększonej masie szybciej opadają na dno wyłapujących je instalacji i mogą być szybciej usunięte ze ścieków. Flokulację dzieli się dwa rodzaje. Pierwsza nosi nazwę flokulacji powietrznej, ponieważ ścieki są mieszane poprzez wprowadzenie w nie strumieni powietrza. Z kolei fluktuacja mechaniczna polega na mieszaniu ścieków za pomocą specjalnych mieszaczy. Są nimi mieszadła łopatowe, turbinowe albo śrubowe.

2. Dodawanie do ścieków koagulantów - wspomagają one pracę urządzeń stosowanych w oczyszczaniu ścieków. Najczęściej stosuje się sole glinu oraz sole żelaza.

3. Dodawanie dodatków w postaci polielektrolitów, które mają za zadanie przyśpieszyć wytarzanie się zawiesinowych kłaczków. Polepszają one proces sedymentacji.

Istnieją czynniki, które znacznie obniżają wydajność procesu sedymentacji. Są to między innymi dodatki w postaci detergentów oraz dodawanych cieczy osadowych. Jeżeli w instalacjach, z których ścieki wpływają do osadników są zbyt duże turbulencje sedymentacja również zostaje w pewnym stopniu zahamowana. Sedymentację utrudniają również niesprzyjające czynniki klimatyczne.

Osadniki dzieli się na różne typy między innymi zależnie od sposobu ich działania oraz od ich przeznaczenia. Przez wzgląd na sposób działania dzieli się je na:

- osadniki przepływowe działające w sposób ciągły - stosowane do oczyszczania ścieków,

- osadniki odstojnikowe działające na sposób okresowy.

Przez wzgląd na ich przeznaczenie osadniki dzielimy na:

- samodzielne - po przejściu przez osadniki tego typu ścieki są bezpośrednio odprowadzane do końcowego odbiornika,

- wstępne - tego typu osadników używa się zanim wprowadzi się ścieki do urządzeń biologicznego oczyszczania.

Wstępne osadniki dzieli się na osadniki:

+osadniki z przepływem poziomym = osadniki podłużne,

= osadniki radialne,

= osadniki zespolone,

= osadniki zbliżone.

+osadniki z przepływem poziomo-pionowym.

- wtórne - osadniki tego typu są montowane po urządzeniach służących do przeprowadzania biologicznego oczyszczania. Osadniki wtórne dzieli się na:

+osadniki z przepływem poziomym = osadniki podłużne

= osadniki radialne

= osadniki zespolone.

+ osadniki z przepływem pionowym

+osadniki z przepływem poziomo-pionowym.