a

Ochrona środowiska 10

Przepływ w globalnym obiegu wody, w tys. km

3

/rok

• Łącznie co roku około 500 tys. km

3

wody wyparowuje z całej

kuli ziemskiej. Ta sama ilośc wody wraca na ziemię w postaci

opadów, z czego na lądy spada około 100 tys. km

3

, a do

oceanów około 400 tys. km

3

.

• Można przyjąc, że z ogólnej ilości wód opadowych

spadających na powierzchnię lądów 1/3 częśc odparowuje, 1/3

częśc przenika w głąb ziemi i 1/3 spływa po jej powierzchni.

Ilośc wód odpływających z lądów do mórz i oceanów wynosi

około 8% wód opadowych przypadających na lądy.

Wpływ człowieka na zanieczyszczenie wód

powierzchniowych

• Objętośc (masa)wody będącej w ciągłym obiegu stanowi

natomiast około 0,025% zasobów wody globu ziemskiego.

Schemat tradycyjnego układu sanitarnego funkcjonującego jako technologia

„end-of-pipe” oraz obieg substancji odżywczych w przyrodzie

Hg, Cu, Cd,….
WWA, PCBs,…
Wirusy,bakterie..

+

Najpoważniejsze wady systemu „end-of-pipe” to:

wysokie zużycie wody pitnej do spłukiwania

oczyszczone ścieki odprowadza się do odbiorników

położonych daleko od miejsc ujmowania wody,

utrata wysokowartościowych substancji odżywczych (N, P, K) w

procesie oczyszczania,

wysokie nakłady energii m.in. na utlenienie substancji organicznej

oraz nitryfikację,

zachwianie równowagi ekosystemu wodno-gruntowego

(wyjaławianie gleb, eutrofizacja zbiorników wodnych),

wysoka emisja CO

2

do powietrza atmosferycznego

,

problemy z zagospodarowaniem produktów ubocznych jakim

są osady ściekowe,

wysokie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne.

Ścieki są wodami zużytymi.

Ścieki mogą mieć różne właściwości, które
powodują, że mogą stanowić zagrożenie dla
odbiorcy.

Ze względu na obecne w ściekach zanieczyszczenia
i ich pochodzenie dzielimy je na:

fizyczne

(najczęściej sub. nierozpuszczalne)

chemiczne (w postaci rozpuszczonej: organiczne

i nieorganiczne)

biologiczne

(bakterie, wirusy, także

chorobotwórcze)

chorobotwórcze).

Właściwości / zanieczyszczenia fizyczne

Określa się je za pomocą wskaźników:

zawiesina ogólna i łatwoopadająca

mętność

barwa

zapach

temperatura.

Zanieczyszczenia chemiczne

rozpuszczone substancje organiczne

40-

60% stanowią białka

25-

50% stanowią węglowodany

ok. 10% stanowią oleje i tłuszcze

rozpuszczone substancje mineralne

Rozpuszczone substancje chemiczne mogą stanowić zagrożenie dla środowiska

Wśród nich wyróżniamy:

związki biogenne – które

są potrzebne do rozwoju żywych organizmów

np. N i P

substancje refrakcyjne

–

nie podlegające rozkładowi biologicznemu

; nie są

usuwane w procesach oczyszczania w obiektach komunalnych.

,

Są to

np. metale ciężkie, pestycydy, niektóre środki owadobójcze czy SPC

substancje toksyczne

– pierwiastki lub związki chemiczne

wywołujące w organizmach

ywych

(zwierzęcych bądź roślinnych)

zaburzenia fizjologiczne lub śmierć

(przy dużych dawkach),

np. metale ciężkie) i in.

(Pb, Cd, Hg Cr, Ni, Co, As, pestycydy, WWA)

Zanieczyszczenia biologiczne

• bakterie

• jaja helmintów (robaków pasożytniczych)

Ogólne zasady

Oczyszczanie mechaniczne

Najprostszym sposobem oczyszczenia ścieków jest mechaniczne oddzielenie

zanieczyszczeń,.

Obecnie tłuszcze są usuwane symultanicznie z procesem sedymentacji

w piaskowniku lub osadniku wstępnym które jest realizowane

w dwóch etapach

.

Pierwszy etap

odnosi się do oddzielania grubych zanieczyszczeń

przy użyciu krat i piaskowników

.

Następnie

w drugim etapie

oddziela się

ncje

– tłuszcze (które inne substancje – tłuszcze (które inne substancje – tłuszcze

(które

inne substancje

– tłuszcze (które wypływają na powierzchnię) oraz

substancje opadające w osadniku.

W taki sposób usuwa się z typowych ścieków miejskich ok. 30%

substancji organicznych.

Oczyszczanie mechaniczne ma na celu

przygotowanie ścieków do dalszych procesów technologicznych,

przede wszystkim ma za zadanie

zapewnić bezawaryjne działanie dalszych obiektów oczyszczalni.

.

Oczyszczanie fizyczno-chemiczne

Innym sposobem

usuwania nierozpuszczonych zanieczyszczeń mechanicznych

są metody fizyczno-chemiczne. Stosuje się je wtedy, gdy metody mechaniczne

nie zapewniają wymaganego stopnia oczyszczenia ścieków.

Do procesów fizyczno-chemicznych znajdujących zastosowanie do oczyszczania

ścieków zalicza się:

koagulację, ekstrakcję, sorpcję, odgazowanie, odwróconą osmozę.

Procesy te znalazły zastosowanie przede wszystkim do oczyszczania ścieków przemysłowych.

Oczyszczanie biologiczne

Oczyszczanie biologiczne polega

na wykorzystaniu mikroorganizmów

mimikroorganizmów mikroorganizmów

do rozkładu i usuwania zanieczyszczeń organicznych zawartych

w ściekach w postaci rozpuszczonej.

0

1

2

3

4

1980

1990

1995

2000

2002

km

3

oczy szczanie z podwy ższony m usuwaniem biogenów

oczy szczanie biologiczne

oczy szczanie chemiczne

oczy szczanie mechaniczne

Ścieki poddawane oczyszczaniu w latach 1980-2002

Struktura oczyszczalni ścieków w Polsce
(2001)

Charakterystyka biologicznych systemów oczyszczania

ścieków

Trend zmian korzystania z kanalizacji w Polsce w latach 1995 - 2001

Charakterystyczne wskaźniki osiągnięte w Polsce na
koniec XX wieku (wg danych GUS, 2001)

Źródła ścieków:

Miasta - 2 km

3

/rok

Przemysł nie korzystający z kanalizacji miejskiej – 1,4 km

3

/rok

Wieś i rolnictwo - ok. 1 km

3

/rok

0

20

40

60

80

Dolnośląskie

Kujawsko-pomorskie

Lubelskie

Lubuskie

Łódzkie

Małopolskie

Mazowieckie

Opolskie

Podkarpackie

Podlaskie

Pomorskie

Śląskie

Świętokrzyskie

Warmińsko-mazurskie

Wielkopolskie

Zachodniopomorskie

ścieki nieoczyszczone, hm

3

Nieoczyszczone ścieki przemysłowe i komunalne
odprowadzane do wód powierzchniowych lub ziemi
według województw w 2002 r.

235,5

340,0

446,5

486,1

0

100

200

300

400

500

ty

s

.

t

s

.m

.o

.

1994

1998

2003

2005

rok

Ilość osadów powstających w komunalnych

oczyszczalniach ścieków

Informacje dotyczące obszarów rolniczych w Polsce

Ludność 14,6 mln mieszkańców

Ścieki 1 km

3

/rok

System kanalizacyjny 8,5 %

Ścieki oczyszczane 2,8 %

Lokalne systemy oczyszczające lub szamba 41,5 %

Osadnik gnilny trójkomorowy

A.

odpowiednio ukształtowany wlot

zapewnia wolny dopływ ścieków (tak

by nie „burzyły osadu" ).

B.

odpowiednie ukierunkowanie

przepływu w „dół" przyspieszające

osiadanie cząsteczek na dnie.

C.

otwory pomiędzy komorami zbiornika

są w odległości 1/3 głębokości

zbiornika od powierzchni ścieków

pokrytych pianą ( kożuchem ) i 2/3 od

osadu.

D.

odpowiednia konstrukcja wylotu

zapewnia:

- dopływ powietrza do wypływających

ścieków

- wypływ z najczystszej warstwy ścieków

w osadniku.

Konferencja Sztokholmska

w 1992r. podkreśla

konieczność decentralizacji miejskich sieci
kanalizacyjnych i realizacji mniejszych lokalnych
sieci kanalizacyjnych, łącznie z małymi
zdecentralizowanymi oczyszczalniami ścieków.

Jednym z głównych zadań Agendy 21 jest obieg
zamknięty substancji pokarmowych oraz zmniejszenie
zużycia substancji chemicznych w rolnictwie i naszym
środowisku.

Konieczne jest myślenie w kategoriach systemowo-
ekologicznych, aby stopniowo przekształcać się w
społeczeństwo zrównoważone ekologicznie.

Schemat obiegu substancji odżywczych w zintegrowanym systemie sanitarnym

Ze względu na możliwość ponownego wykorzystania w przyrodzie
ścieki bytowe i odpady dzięki swym specyficznym właściwościom
można podzielić na 6 grup:

1)

ścieki szare będące wodami z niewielkim dodatkiem substancji

odżywczych, lecz charakteryzujące się wysokim stężeniem substancji
organicznej -

zalicza się do nich odpływ z urządzeń kąpielowych,

umywalek i pralek;

2)

ścieki czarne (fekalia i uryna) bogate w substancje odżywcze (N, P,

K i substancję organiczną), pochodzące z ustępów oraz kuchni (ale
ten ostatni wiąże się głównie z obecnością resztek pochodzących z
produktów spożywczych);

3)

ścieki „żółte” będące odseparowane „od razu” od kału uryną w

toaletach

(przy ewentualnie niewielkim rozcieńczeniu wodą

spłukującą);

4) wody deszczowe;

5)

bioodpady pochodzące z kuchni, charakteryzujące się wysoką

zawartością węgla organicznego;

6)

pozostałe odpady z możliwością recyklingu.

System Dubbletten

miska ustępowa – dwa segmenty

System Dubbletten

miska ustepowa

– dwa systemy

odprowadzeń

Zawartość związków biogennych i substancji
organicznej wyrażonej w ChZT w ściekach
szarych i fekaliach produkowanych przez
człowieka w ciągu roku

Struktura odpływu ścieków domowych

Ścieki bytowe zawierają stosunkowo dużo
substancji od

żywczych; przeciętna dobowa dawka

N, P i K od

jednego mieszkańca wynosi ok. 20g. Jest

ona zdominowana przez azot.

Uryna stanowi

ąca ostatecznie jedynie ok. 2%

ścieków bytowych, reprezentuje aż 80% azotu.

Podział ścieków i odpadów obowiązuje nie tylko w
przemy

śle, ale powinien być stosowany również

w gospodarstwach domowych.

Odpowiednio w

posortowane

ścieki bytowe

mog

ą

byc różnym stopniu wykorzystane, bez
konieczno

ści odprowadzania co najmniej ich

części do kanalizacji.

W konsekwencji

obci

ążenie oczyszczalni

dopływającym ładunkiem związków biogennych

mo

że ulec obniżeniu.

Podział ścieków i odpadów pochodzących z
gospodarstw domowych i sposoby ich
przeróbki

In

żynieria ekologiczna

jest in

żynierią w sensie,

ilo

ściowego kształtowania środowiska

przyrodniczego.

Odum (1971) nazwa

ł inżynierię ekologiczną

„partnerstwem z naturą”

w celu ograniczenia skutków

antropopresji.

Oczyszczalnie hydrofitowe

funkcjonują w sposób zbliżony
do naturalnych ekosystemów
bagiennych

Phragmites australis

Typha latifolia L.

Iris pseudacorus L.

Metanogeneza

Redukcja

siarczanów

Denitryfikacja

Utlenianie

Nitryfikacja

Procesy

mikrobiologiczne

CO

2

Węglowodory

SO

4

2-

NO

3

O

2

Akceptor

elektronów

Anaerobowe

Anoksyczne

Aerobowe

Warunki

CH

4

H

2

S

N

2

O

2

CO

2

korzeń

-400 -300 +100 +330 +600

Redox, Eh [mv]

Uproszczony schemat warunków utleniająco-redukcyjnych
wokół kłączy makrofitów (np. trzciny)

Zaopatrywanie roślin w tlen w gruncie nienasyconym i nasyconym

Schemat przepływu powietrza przez tkanki trzciny pospolitej

Procesy zachodzące w oczyszczalniach hydrofitowych

Obiekty hydrofitowe stosowane są do :

1. usuwania zanieczyszczeń ze źródeł obszarowych

2. usuwania zanieczyszczeń ze źródeł punktowych

3. odwadnianie osadów

Oczyszczalnie hydrofitowe

Zalety:

odporność na zmiany obciążeń hydraulicznych

konkurencyjne koszty w stosunku do tradycyjnych rozwiązań

naturalny wygląd umożliwiający łatwe wkomponowanie w krajobraz

wiejski

nie powstają wtórne osady ściekowe

skuteczne usuwanie zawiesiny ogólnej i substancji organicznej

możliwość usuwania związków biogennych i refrakcyjnych

prosta obsługa i eksploatacja

w okresie letnim transpiracja wody 4-8 mm H

2

O/d

Porównanie ilości ścieków dopływających do oczyszczalni i potencjalnej

zdolności trzciny do transpiracji w kolejnych miesiącach

Oczyszczalnie hydrofitowe

Wady:

duże zapotrzebowanie powierzchni

długi okres adaptacyjny związany z tworzeniem matrycy korzeni i

kłączy w podłożu

Sposoby wstępnego oczyszczania

ścieków doprowadzonych

do oczyszczalni hydrofitowych

Oczyszczalnie hydrofitowe

powierzchniowym
(FWS)

podpowierzchniowym

(VSB)

poziomym ( z ang. HF-CW)

pionowym ( z ang. VF-CW)

z przepływem

Oczyszczalnia hydrofitowa z przepływem
powierzchniowym FWS

Zastosowanie systemów FWS:



do oczyszczania wód opadowych



w III



oczyszczania

ścieków

- stawy hydrofitowe (głównie trzcinowe)

- laguny hydroponiczne



































Q

n

y

W

L

A

K

A

C

C

v

T

o

e

75

,

1

7

,

0

exp

gdzie: C

e

– stężenie substancji organicznej w BZT w odpływie [mg O

2

/dm

3

],

C

o

– stężenie substancji organicznej w BZT w dopływie [mg O

2

/dm

3

],

A



– frakcja BZT nieusunięta wraz z zawiesiną na początku systemu – zmienna zależna od

jakości wody (wyrażona w ułamku dziesiętnym),
K

T

– stała reakcji pierwszego rzędu zależna od temperatury [1/d],

A

v

– powierzchnia właściwa dostępna dla rozwoju mikroorganizmów [m

2

/m

3

],

L

– długość obiektu (wzdłuż kierunku przepływu) [m],

W

– szerokość obiektu [m],

y

– średnia głębokość wody w obiekcie [m],

n

– porowatość (wyrażona w ułamku dziesiętnym),

Q

– średni przepływ [m

3

/d].

Obiekty FWS

































p

o

i

m

o

m

w

c

v

y

x

x

U

T

T

T

T



)

(

exp

)

(

gdzie:

w

T – temperatura wody w odległości x [°C],

m

T – punkt topnienia lodu 0°C,

o

T – temperatura 3°C, gdy tworzy się pokrywa lodowa,

i

U – współczynnik przewodzenia ciepła na styku lodu i wody [W/m

2

· °C]

Obiekt FWS, w którym przepływ ścieków odbywa się

pod pokrywą lodową:

)

20

(

20

)

06

,

1

(





T

T

K

K

gdzie: K

T

– stała szybkości reakcji



























)

(

/

1

/

/

)

(

)

)(

(

)

)(

(

m

w

i

s

i

i

s

s

pow

m

T

T

U

U

k

y

k

y

T

T

t

y





gdzie: y

– grubość pokrywy lodowej powstającej w ciągu doby [m/d],

t

– rozpatrywany okres czasu [d],



– współczynnik wynikający z przeliczenia jednostek 86400 [s/d],



– gęstość lodu 917 kg/km

3

,



– ciepło topnienia 334,944 J/kg,

m

T – punkt topnienia lodu 0°C,

pow

T

– średnia temperatura powietrza w ciągu rozpatrywanego czasu [°C],

y

s

– grubość pokrywy śnieżnej [m],

k

s

– przewodność cieplna śniegu,

U

s

– współczynnik przenoszenia ciepła na powierzchni [W/m

2

· °C], 1,5 m

2

· °C w

przypadku obszaru gęsto zasiedlonego roślinnością, 10–25 W/m

2

· °C dla swobodnej

powierzchni wody,
U

i

– współczynnik przenoszenia ciepła na styku lodu i wody,

w

T – średnia temperatura wody w rozpatrywanym okresie czasu.

Grubość pokrywy lodowej w obiekcie FWS

Doczyszczanie ścieków
Ekilstuna, Szwecja

Ochrona rzeki przed spływem
substancji biogennych

Pierwszy z szeregu stawów, widok na
grzybek napowietrzający

Widok na jeden ze stawów

Hydrofitowa oczyszczalnia
odcieków w Örebro

Hydrofitowa oczyszczalnia
wód opadowych

Widok na jeden ze stawów

Oczyszczone wody przed
odprowadzeniem do kanalizacji

System hydrofitowy z podpowierzchniowym poziomym

przepływem ścieków

System hydrofitowy z podpowierzchniowym pionowym

przepływem ścieków

System hybrydowy
w
Oakland Park, Anglia

System hydrofitowy -

‘hybrydowy’

Oczyszczalnie hydrofitowe w Polsce

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Wieszyno Wiklino Schodno

Sarbsk

Darżlubie

[%]

BZT5

ChZT Nog

Skuteczność usuwania zanieczyszczeń w HSH

Metoda hydrofitowa

Wstęp

ZŁOŻA TRZCINOWE W HELSINGE (DANIA)

40 000 mieszkańców

620 t s.m.osadu/rok

osad czynny

wybudowana w 1996

10 basenów

2,2 ha

Ostatnio proponowane rozwiązania dla terenów
niezurbanizowanych to kompaktowe złoża VF-CW dla
indywidualnych gospodarstw domowych

Pilotowe rozwiązania testowane są w Niemczech i Danii

Dla tych obiektów utylizację osadów wstępnych proponuje
się prowadzić w CSU

Podsumowanie

I. Źródła ścieków. Rodzaje zanieczyszczeń. Ogólne zasady
oczyszczania ścieków. Funkcjonowanie tradycyjnego systemu
sanitarnego.

II. Podział ścieków i odpadów w gospodarstwie domowym.
Możliwości ich ponownego wykorzystania w przyrodzie.
Zintegrowany system sanitarny. Oczyszczalnie hydrofitowe.

Dziękuję za uwagę