Efektywne oczyszczanie
ścieków przemysłowych
Efektywne oczyszczanie ścieków przemysłowych
Wymagania w zakresie oczyszczania ścieków Niniejszy katalog opisuje, opierając się na przykładach
przemysłowych ulegają ciągłemu zaostrzaniu. funkcjonujących aplikacji, jak zoptymalizować potencjał
Istnieje zapotrzebowanie na koncepcje i procesy nowoczesnych rozwiązań inżynieryjnych dzięki
zapewniające najwyższą możliwą elastyczność zastosowaniu gazów technicznych takich jak O2, CO2
instalacji oczyszczania, wywołane czy to nowymi czy O3.
regulacjami prawnymi, czy zmodyfikowanymi
wymaganiami produkcyjnymi. Zastosowanie tlenu Tlen w technologii oczyszczania ścieków
zapewnia duże rezerwy wydajnościowe, Czysty tlen jest "koncentratem tlenu atmosferycznego"
pozwalajÄ…ce na zaadaptowanie istniejÄ…cych instalacji pozbawionym azotowego balastu. To przyczynia siÄ™ do
do nowych zadań, bez kosztownych nakładów optymalizacji jego potencjału:
inwestycyjnych zwiÄ…zanych z ich rozbudowÄ….
Poza celami takimi jak zachowanie zgodności z " tlen rozpuszcza się w wodzie dużo szybciej i przy
limitami zrzutów lub zapewnienie jakości zrzutu niższym zużyciu energii. Pozwala to na elastyczną
odpowiedniej do ponownego wykorzystania pracę, nawet przy dużych wahaniach
technologicznego, ważną rolę w przemyśle odgrywa zapotrzebowania.
także zapotrzebowanie na wymagane miejsce. Filtry " możemy zastąpić 100 dm3 powietrza poprzez
biologiczne, filtry ze złożem upakowanym i wprowadzenie do układu tylko 4 dm3 czystego
membranowe układy biologiczne stanowią tutaj gazowego tlenu. Daje to dalsze korzyści, takie jak:
atrakcyjne uzupełnienie dla konwencjonalnych " odpowiednio niższe koszty armatury do
koncepcji instalacji, gdy w grÄ™ wchodzi rozbudowa wprowadzania gazu,
lub wymiana istniejących rozwiązań. Również w tym " nieznaczne tworzenie się aerozoli i mniejsze
przypadku potencjał prowadzonych procesów może rozpraszanie substancji o przykrym zapachu,
być w pełni wykorzystany tylko przy pomocy " mniej awarii hydraulicznych w trakcie eksploatacji
czystego tlenu (O2). instalacji filtrów,
Dwutlenek węgla (CO2) zapewnia szereg korzyści " brak zakłóceń procesów sedymentacji przez
przy neutralizacji ścieków alkalicznych. Ozon (O3) niepożądaną flotację (przesycenie azotem w
jest skutecznym rozwiązaniem dla strumieni głębokich zbiornikach aktywacyjnych prowadzi do
pobocznych zanieczyszczonych składnikami odgazowania w następnym etapie klarowania).
trudnymi do rozłożenia.
Rys. 1: Techniki wprowadzania tlenu opracowane przez firmę Messer: wąż perforowany (po lewej), iniektor (w środku),
natleniacz (po prawej)
Dobór systemu lub jego kombinacji zależy głównie
Systemy wprowadzania tlenu
od aplikacji i lokalnych uwarunkowań. Istotne
Ekonomiczne korzyści wynikające z dodania
parametry to np. geometria zbiornika oraz
czystego tlenu mogą zostać osiągnięte jedynie
dostępność i koszt energii elektrycznej.
dzięki użyciu odpowiedniej armatury do jego
wprowadzenia. W praktyce skuteczne okazały się
specjalne węże perforowane, injektory i natleniacze.
Zdjęcie ze strony tytułowej: oczyszczalnia ścieków firmy
BASF w Ludwigshafen
Denitryfikacja Nitryfikacja Oczyszczanie końcowe
o2 o2
Input Input
Oczyszczanie wstępne
Osad aktywny
Rys. 2: PrzeksztaÅ‚canie oczyszczalni Å›cieków na proces Biox®-N
Praktyczne rozwiązywanie problemów Poprawa wyników nitryfikacji i denitryfikacji
W celu eliminacji związków azotu na trzecim stopniu
Obróbka szczytowych ładunków poprzez oczyszczania, czego wymaga prawodawstwo, firma
częściowe natlenianie (partial oxygen gassing - Messer opracowaÅ‚a dwustopniowy proces Biox® N.
POG) Skuteczność stopnia biologicznego jest znacznie
Problemy z przykrymi zapachami w oczyszczalniach zwiększona poprzez wsparcie lub zastąpienie
wskazują zazwyczaj na brak tlenu. Przez ponad 20 konwencjonalnego układu napowietrzania czystym
lat, bo od 1981 roku, z powodu krótkotrwałych tlenem oraz, w tym samym czasie, zwiększeniem
wahań w zapotrzebowaniu na tlen, które stężenia biomasy. (rys. 2)
przyczyniało się do problemów z odorem w W wyniku tych zmian możliwe jest wydzielenie
oczyszczalni Å›cieków Emschermündung w wystarczajÄ…cej objÄ™toÅ›ci z istniejÄ…cego zbiornika do
Niemczech, z powodzeniem funkcjonował denitryfikacji. Jedna z największych oczyszczalni
dodatkowy układ oparty na dostawach czystego ścieków przemysłowych na świecie również używa
tlenu, bez konieczności stosowania jakichkolwiek czystego tlenu do nitryfikacji. Tlen jest wprowadzany
procesów uzupełniających. do układu za pomocą mat natleniających firmy
Innym przykładem jest przetwórnia ziemniaków w Messer.
Meklenburgu, gdzie konieczne było zwiększenie
zdolności produkcyjnych. Pomimo rozbudowy Przesycenie azotem/ flotacja: rozwiązanie z
oczyszczalni ścieków o reaktor sekwencyjny SBR, wykorzystaniem czystego tlenu
nie osiągnięto wyznaczonych wartości na odpływie. W głębokich zbiornikach i tak zwanych układach
W jednym z dwóch reaktorów zainstalowano głębokoszybowych napowietrzanie może
dodatkowy system podawania czystego tlenu. W spowodować wysokie stężenie rozpuszczonego
ten sposób połowę istniejących aeratorów azotu (w przeciwieństwie do tlenu nie jest on
kołpakowych przerobiono na podawanie tlenu, zużywany przez mikroorganizmy), który
podczas gdy druga połowa nadal pracowała na sporadycznie może uwalniać się w postaci gazu w
powietrzu. Po przejściu na POG w przebudowanym płytszych zbiornikach osadowych, a w kolejnym,
reaktorze możliwe było osiąganie na odpływie płytszym etapie klarowania może utrudniać/
wartości sporo poniżej wyznaczonych limitów. uniemożliwiać sedymentację. Flotacja występująca
W procesach okresowych, takich jak tankowanie czy w odstojnikach powoduje przekroczenie wartości
reaktory sekwencyjne, które wielokrotnie sprawdziły granicznych na odpływie. W zbiorniku osadowym
się w przemyśle spożywczym, charakterystyczne są instalacji pilotażowej 3000 PE, na głębokości wody
wysokie piki zapotrzebowania tlenu w wodach na 10 m, oznaczono 150% stopnia przesycenia azotem.
dopływie. W oczyszczalni ścieków mleczarni w Kiedy te głębokie zbiorniki były zasilane stale lub
Saksonii, pomimo znacznego przewymiarowania okresowo czystym tlenem zamiast sprężonego
układu napowietrzania, przeciążenia na poziomie do powietrza, to przesycenie azotem zmniejszało się i
280% parametrów projektowych powodowały zbiornik osadowy pracował optymalnie.
okresowe niedobory tlenu. System natleniania jest
obecnie oparty na układzie częściowego natleniania Kompaktowe oczyszczanie w filtrach z aeracją
(POG), który zapewnia pokrycie fazy maksymalnego tlenową
zapotrzebowania na tlen. Jeśli ścieki mają być wolne od zawiesiny i
wymagane są stałe, niskie wartości parametrów
odpływowych (np. dla amoniaku), biofiltracja jest
wykorzystywana do oczyszczania lub oczyszczania
końcowego. Szczególnie ekonomiczny i
kompaktowy jest dwustopniowy ciągły filtr
piaskowy, w którym piasek kwarcowy jest używany
jako medium filtrujące oraz jako podłoże dla
biomasy.
Te instalacje nadają się zarówno do ciągłego jak i Ścieki z układu z membraną biologiczną są wolne od
okresowego stosowania. Gdy na pierwszy stopień zawiesin i z higienicznego punktu widzenia
natleniania jest podawany czysty tlen, zapewniona odpowiadajÄ… normom wody do kÄ…pieli, co niesie za
jest optymalna praca tj.: sobą możliwości ponownego wykorzystania
otrzymanej wody.
" bezproblemowa filtracja dzięki niskim ilościom
gazu Potencjał wydajności membrany biologicznej można
" brak efektu kanałowego w obrębie złoża w pełni uzyskać, gdy konwencjonalne
piaskowego napowietrzanie jest uzupełnione lub zastąpione
" zmniejszone rozprzestrzenianie się składników o systemem z użyciem czystego tlenu. Mieszanka
przykrym zapachu ścieków z osadem aktywnym w membranowym
" brak niepożądanego osadzania się wapna. układzie biologicznym jest niezwykle lepka, co
znacznie utrudnia przepuszczanie tlenu przy
Zawartość zawiesiny całkowitej w ściekach wykorzystaniu drobnopęcherzykowego układu
oczyszczonych powinna wynosić znacznie poniżej napowietrzania ciśnieniowego. Firma Messer
10 mg/l. To pozwala na ponowne wykorzystanie opracowała jedyny w swoim rodzaju system
oczyszczonych ścieków w procesach wprowadzania tlenu, przeznaczony specjalnie dla
produkcyjnych. tego wysoce lepkiego osadu, przy zastosowaniu
którego można w sposób ekonomiczny pokryć
Przykłady zastosowań: nawet wysokie zapotrzebowanie na tlen. W
bezpośrednim porównaniu z wtryskiem powietrza,
" W kontekście rekultywacji i odwadniania gleby dzięki systemowi membran biologicznych osiągnięty
ciągłe filtry piaskowe z krótkim czasem retencji zostaje ponad 2,5 razy wyższy stopień rozpuszczania
(poniżej 10 minut) osiągnęły skuteczność tlenu, przy 2,5 razy niższym zużyciu energii. Przy
eliminacji na poziomie ponad 99% dla JWA reaktorach ciśnieniowych oszczędność energii jest
(jednopierścieniowe węglowodory aromatyczne) i jeszcze wyższa. Ten sam system wprowadzania
ponad 92% dla WWA (wielopierścieniowe tlenu był także pomyślnie wdrożony w oczyszczalni
węglowodory aromatyczne). Wartości dla JWA i odcieków ze składowiska odpadów, jako
WWA na odpÅ‚ywie byÅ‚y mniejsze od 3 µg/l. uzupeÅ‚niajÄ…ce doprowadzenie tlenu podczas
" W przetwórni makulatury filtr piaskowy był obciążeń szczytowych. Skuteczność oczyszczania
zainstalowany za stopniem oczyszczania wzrosła o 40%.
anaerobowego. Przy Å‚adunku do 2,7 kg S/m3 " d
osiągnięto ponad 97% skuteczność usuwania Korzyści stosowania czystego tlenu w
siarczków oraz wartość na odpływie poniżej przemysłowych oczyszczalniach ścieków:
1mg/l. Spadek zawiesiny całkowitej (TSS) od 80% " ogólny wzrost jakości oczyszczania
do praktycznie 100% dał w wyniku wartość na
" niezawodne panowanie nad obciążeniami
odpływie poniżej 20 mg/l. Redukcja ChZT w tym
szczytowymi i ciągłymi przeciążeniami
filtrze wynosiła około 50%.
" bezpieczna nitryfikacja
" znacząco niższa emisja przykrych zapachów
Membrany biologiczne: bezpieczeństwo w
" cicha iniekcja tlenu
kompaktowej formie  idealne przy
" wyższa niezawodność operacyjna
zastosowaniu tlenu
" odpowiednie do awaryjnego wykorzystania w
Oczyszczanie ścieków z użyciem membran
przypadku defektu aeratorów
biologicznych, w którym mikrofiltracja poprzez
" niskie koszty i krótki czas realizacji rozbudowy
membrany zastąpiła konwencjonalny proces
instalacji
osadzania (rys. 3) znacznie oszczędzają miejsce i są
" może stanowić rozwiązanie przejściowe lub
bezpieczne. Zawartość osadu aktywnego jest 3 do 8
tymczasowe
razy wyższa niż w konwencjonalnych instalacjach.
" niższe koszty inwestycyjne niż w przypadku
przebudowy konwencjonalnego zakładu
Dzięki temu etap oczyszczania biologicznego jest
znacznie skrócony.
Technologia membranowa
Biologia - podwyższona zaw. osadu Filtracja
Åšcieki
Dopływ
Ścieków oczyszczone
Osad powrotny
Iniekcja tlenu Osad aktywny
Rys. 3: Przestrzeń zaoszczędzona dzięki zastosowaniu membrany biologicznej
Rys. 4: Oczyszczalnia ścieków za pomocą CO2 na stacji Berlin Główny, poprzednio Stacji Lehrter.
Neutralizacja i kontrola pH za pomocÄ… CO2:
obniżenie zasolenia w cyrkulacji wody
" Porównanie stechiometryczne poziomu zużycia
CO2 i kwasu mineralnego przy pełnej neutralizacji
Ścieki alkaliczne należy zneutralizować przed ich
wypada szczególnie korzystnie dla CO2. To jeden z
wprowadzeniem do biologicznej oczyszczalni
powodów dlaczego porównanie kosztowe także
ścieków. W tym miejscu neutralizacja dwutlenkiem
często wypada na korzyść CO2.
węgla (CO2) znacznie zyskuje na znaczeniu:
" Niższy poziom zasolenia jest istotny nie tylko z
tytułu opłat za zrzut ścieków, ale także z
wielokrotnego wykorzystania oczyszczonych
ścieków w zamkniętych obiegach wodnych.
Dzięki CO2 unika się zasolenia spowodowanego
przez siarczany lub chlorki, jak również
Faza I Faza II Faza III
towarzyszących im problemów z korozją.
" Rys. 5 porównuje krzywą neutralizacji dla kwasu
mineralnego z krzywÄ… dla CO2. A
agodne
Kwas
nachylenie krzywej neutralizacji CO2 oznacza, że
jego dodanie, nawet w przedziale wokół punktu
CO2
neutralnego, ma mały wpływ na pH wykluczając
w praktyce przeregulowanie odczynu, czyniÄ…c ten
proces bezpiecznym dla środowiska. Można
Obszar dopuszczalny
zatem, stosując CO2, zrezygnować ze
skomplikowanych układów sterowania.
2OH-+CO2 CO32-+CO2+H2O
CO32-+H2O 2HCO3-
Zużycie CO2 Rys. 5: Przebieg krzywych neutralizacyjnych dla CO2 i kwasów
mineralnych
Rys. 6: Komponenty do neutralizacji stosowane przez firmÄ™ Messer:
węże natleniające (z lewej), zbiorniki wsadowe zbudowane u klienta (w środku), iniektory gazu ciekłego (z prawej)
Firma Messer używa różnych systemów do Każdorazowo firma Messer oferuje użytkownikowi
wprowadzania i rozpuszczania CO2 w wodzie, takich proces optymalny, indywidualnie dostosowany do
jak reaktory rurowe, dysze, mieszalniki statyczne, konkretnego klienta, z opcjÄ… najlepszego wykorzystania
iniektory lub maty natleniajÄ…ce. Zastosowana CO2, majÄ…c przy tym na uwadze aspekt ekonomiczny.
technika zależy od jakości wody, np. jej twardości, Firma Messer oferuje tę usługę w oparciu o
jak również od warunków lokalnych. doświadczenie nabyte w ponad 150 instalacjach
neutralizacji ścieków (Rys. 4 i 7).
Rys. 7: Neutralizacja ścieków alkalicznych za pomocą CO2 w przemyśle tekstylnym
Neutralizacja i kontrola pH za pomocą CO2 Neutralizacja za pomocą CO2 została już
 wykaz korzyści: wprowadzona w następujących sektorach
przemysłu:
" brak zasolenia spowodowanego przez siarczany,
chlorki itp., tak więc: " napojowym, mleczarskim
" proces bezpieczny dla środowiska " papierniczym i celulozowym
" brak opłat z tytułu wzrostu zawartości soli " elektrochemicznym (galwanizacja)
" lepsze dopasowanie do ponownego " metalurgicznym
wykorzystania w obiegach zamkniętych " tekstylnym i skórzanym
" praktycznie wykluczone przeregulowania pH " chemicznym
" brak problemów z korozją " szklarskim
" niższe koszty eksploatacji " elektrowniach
" możliwa kontrola wytrącania się soli metali " pralniach
ciężkich lub komponentów powodujących
wzrost twardości wody
Rys. 8: Generator ozonu do częsciowego natleniania ścieków (Zdjęcie: Wedeco)
Ozon - Natlenianie i dezynfekcja bez Ozon w połączeniu z aerobowym oczyszczaniem
dodatkowego zasolenia biologicznym
Oczyszczanie ozonem jest często wybierane w Ze względu na wykorzystanie aktywności ozonu do
przypadkach, gdy ścieki zawierają związki utlenienia substancji nie ulegających biodegradacji,
organiczne, odporne na biodegradacjÄ™ albo, gdy etap traktowania ozonem jest zasadniczo umieszczany
aktywność biologiczna w obrębie recyrkulacyjnych za etapem oczyszczania biologicznego. Te pozostałe,
obiegów wodnych musi być ograniczona. Po fluorze, nie ulegające biodegradacji składniki, ulegają tam
ozon jest najsilniejszym utleniaczem. Reaguje z częściowemu utlenieniu, co czyni je bardziej
utworzeniem względnie nieszkodliwych produktów podatnymi na dalsze oczyszczanie w kolejnej,
ubocznych utleniania oraz tlenu i nie zwiększa oszczędnej kosztowo, operacji oczyszczania
zasolenia oczyszczanych wód. biologicznego. Miarą podatności ścieków na rozkład
Ozonu nie można przechowywać, dlatego jest on jest stosunek ChZT (chemicznego zapotrzebowania
zawsze produkowany na miejscu w zasilanym tlenu) do BZT5 (biologicznego zapotrzebowania tlenu).
tlenem generatorze ozonu (Rys. 8). Ozon do Im niższy jest ten stosunek, tym łatwiejsze jest
zastosowań przemysłowych jest zazwyczaj biologiczne oczyszczanie ścieków. W fabryce celulozy
produkowany w stężeniu od 10 do 14% wagowych, stosunek ChZT/BZT dla ścieków pochodzących z
przy zużyciu energii pomiędzy 8 a 12 kWh/kg O3. Te pierwszego stopnia oczyszczania obniżono z 8 do 3. W
wysokie stężenia ozonu, osiągalne tylko przy następstwie tego skuteczność oczyszczania w
zasilaniu tlenem, są korzystne ze względu na niższe odniesieniu do ChZT dla całego układu została
koszty aparatury i zużycia energii wymaganej do zwiększona z 45% do ponad 80%. W przemyśle
rozpuszczenia ozonu w wodzie oraz ze względu na włókienniczym ozon na odpływie z oczyszczalni jest
szybszy przebieg reakcji. Poniższe zastosowania używany do odbarwiania ścieków. W sektorze
obrazują korzyści wynikające z zastosowania ozonu: farmaceutycznym jest on używany głównie do
dezynfekcji lub dezaktywacji organizmów
patogennych.
Oczyszczalnie ścieków w włókiennictwie
Ozon do oczyszczania wód technologicznych
Jeśli, z przyczyn ekonomicznych czy ekologicznych,
" bielenie
woda technologiczna podlega cyrkulacji, to
" uniknięcie AOX w ściekach
organiczne substancje zawarte w wodzie, w wyniku
ich aktywności biologicznej, mogą prowadzić do
Woda chłodząca
tworzenia siÄ™ szlamu. Tutaj ozon stanowi biocyd,
jako że nie powoduje on zwiększenia zasolenia i
" mikrobiologiczne oczyszczanie systemów wody
nawet przy względnie niskich dawkach skutecznie
chłodzącej bez użycia biocydów organicznych lub
zapobiega tej biologicznej aktywności.
chloru
" redukcja korozji
Ozon do oczyszczania wód chłodzących
" uniknięcie AOX w ściekach
Korzyści z wykorzystania tlenu w otwartych
układach recyrkulacji wód chłodzących są tak
Żywność
przekonujące, że firma Messer poddaje obecnie
traktowaniu ozonem wody chłodzące we wszystkich
" dezynfekcja żywności, magazyny, środki
swoich zakładach produkcyjnych. Nawet przy
opakowaniowe, maszyny produkcyjne oraz woda
niskich dawkach jednostkowych w wysokości 0,1
morska w hodowli małży
do 0,3 g na m3, ozon pozwala na:
" znaczącą redukcję wzrostu mikroorganizmów i
Podsumowanie
glonów
Oczyszczalnie ścieków przemysłowych stanowią
" zapobieganie powyższego wzrostu we
często połączenie różnych procesów oczyszczania
wszystkich elementach składowych i dlatego,
biologicznego, chemicznego i fizycznego. Opisane
m.in.:
tutaj procesy zyskujÄ… na znaczeniu za sprawÄ… coraz
" obserwujemy wzrost w wydajności oraz/lub
silniejszego trendu w kierunku funkcjonowania
okresu użytkowania wymienników ciepła, i w
zamkniętych obiegów wodnych (prawie zerowe
konsekwencji:
odprowadzenie ścieków oczyszczonych do
" znaczne obniżenie zużycia energii - w zależności
środowiska).
od branży
" znaczne obniżenie kosztów utrzymania ruchu (w
Firma Messer nie tylko dostarcza gazy do tych
niektórych przypadkach zwielokrotnienia okresu
procesów, ale także oferuje kompletne pakiety
użytkowania)
usługowe, począwszy od doradztwa dotyczącego
" niższe zasolenie w porównaniu z technologią
projektu i doboru wyposażenia po instalację i
konwencjonalną i w ten sposób znaczne obniżenie
przekazanie do eksploatacji.
zużycia wody uzupełniającej.
Nasze wsparcie oparte jest na ścisłej współpracy z
Ozon stanowi wartościowe wspomaganie dla
klientami oraz z preferowanymi przy wyborze,
istniejÄ…cych technik oczyszczania. Kiedy tlen jest
lokalnymi firmami inżynierskimi.
stosowany jako gaz doprowadzany, to gazy
uwalniane za ozonowym układem reakcyjnym są
W celu uzyskania szczegółowych informacji o
zazwyczaj wciąż wzbogacone tlenem, który
możliwości zastosowania gazów technicznych w
zasadniczo może być dalej wykorzystywany w
Państwa instalacji prosimy o kontakt z naszymi
innych procesach nie wymagajÄ…cych tlenu o zbyt
specjalistami.
wielkiej czystości, np. wzbogacanie atmosfery w
piecach do spalania lub napowietrzanie na stopniach
oczyszczania aerobowego.
W poniższych zastosowaniach użycie ozonu
daje następujące efekty:
Bielenie celulozy
ZastÄ…pienie chloru ozonem w procesie bielenia
pozwala na:
" zwiększenie stopnia bielenia
" uniknięcie AOX w ściekach
Przemysł papierniczy, tekstylny, drukarski i
tworzyw sztucznych
Bielenie włókien papieru i tekstyliów:
Messer Polska Sp. z.o.o.
ul. Maciejkowicka 30
" ozon jest pomocny w powlekaniu papieru
41-503 Chorzów
" poprawa adhezji w produkcji materiałów do
Tel. [phone]
pakowania napojów
Fax [phone]
[e-mail]
Przemysł chemiczny
www.messer.pl
" ozon to czynnik utleniajÄ…cy w procesach
chemicznych
" produkcja surowców dla przemysłu