Gospodarka wodno ściekowa w Regionie Bałtyku

Środowisko
Zeszyt 9
Morza
Bałtyckiego
Gospodarka
wodno ściekowa
w regionie Bałtyku
Autorzy
Bengt Hultman
Królewski Instytut Technologiczny
w Sztokholmie
Tłumaczenie
Edyta Dąbrowska
Wersja elektroniczna
PRZEDMOWA
W broszurze tej opisane zostały zasady oraz działania praktyczne wykorzysty-
wane w gospodarce wodno ściekowej. Zasady te mogą być stosowane na całym
świecie. Praktykę zarządzania ściekami w regionie Morza Bałtyckiego
zilustrowano na przykładzie Estonii, Polski i Szwecji.
Historia systemów oczyszczania i zagospodarowania ścieków jest długa. Tech-
nologia służąca rozwiązywaniu różnych problemów związanych ze złą jakością
wody, doprowadziła do powstania na terenach miejskich złożonej infrastruktu-
ry technicznej, obejmującej zakłady uzdatniania wody, wodociągi, systemy
kanalizacyjne i oczyszczalnie ścieków oraz uproszczonych struktur na obsza-
rach wiejskich. Konieczność wydajnego oczyszczania ścieków była przez dłu-
gi okres czasu niedostrzegana. Obecnie, w celu wdrożenia zaawansowanych
metod usuwanka związków biogennych z oczyszczanych ścieków oraz kon-
troli zanieczyszczeń toksycznych w regionie Morza Bałtyckiego, zostały zawar-
te umowy międzynarodowe.
Patrząc z perspektywy czasu, gospodarka ściekowa skoncentrowała się na
problemie specyficznego zanieczyszczenia wody oraz na podjęciu różnych prze-
ciwdziałań mcjących na celu jego rozwiązanie. W dniu dzisiejszym, gospo-
darka ściekowa jest dyscypliną kompleksową, w której problemy związane
z jakością wody rozwiązuje się poprzez wprowadzenie monitoringu związków
chemicznych, zmiany w technologii prodwkcyjnej, użycie metod zmierzających
do oszczędności wody, optymalizację pracy oczyszczalni ścieków,
energooszczędność oraz recykling materiałów. Chociaż na sprecyzowanie
wszystkich tych wymagań potrzeba było wielu lat, to obecne stopniowe pog-
arszanie się jakości wody (deterioracja) w Morzu Bałtyckim wskazuje na
potrzebę przeniesienia do praktyki zasad gospodarki ściekowej. Wdrożenie
tych zasad to jednak nie tylko problem natury technicznej, ale również prob-
lem związany z takimi aspektami, jak: stan świadomości społecznej, admin-
istracja, prawo i ekonomia.
Główny udział w powstaniu tej broszury mieli Elżbieta Płaza, Fred Nyberg
i Lars Ryd�n. Gospodarka ściekowa w Estonii została opisana przez Ain
L��ne, Rein Munter i Heino M�lder, a w Polsce przez Elżbiętę Płazę, Stani-
sława Rybickiego oraz Józefa Trelę. Peter Sandstr�m i Janusz Niemczynowicz
zamieścili materiały na temat ulepszenia istniejących infrastruktur
i recyklingu materiałów. Oleg Savchuk z Uniwersytetu w St. Petersburgu
załączył informację o mieście St. Petersburg. Duży wpływ na ogólny zarys
oraz zawartość tej broszury miało wsparcie ze strony Swedish Water and
Waste Water Works Association, dyskusje z Laszlo Somlyody, Prezesem grupy
zadaniowej IAWPRC Water Pollution Control AD 2000 oraz pracownikami
ze Stockholm Royal Institute of Technology. Benny Kullinger, Donald Mac-
Queen i Anne Marie Halldin byli kolejno odpowiedzialni za układ, korektę
językową oraz rysunki.
Sztokholm, Marzec 1992
Bengt Hultman
SPIS TREŚCI
PRZEDMOWA .............................................................................................................. 2
1. WPROWADZENIE ......................................................................................................... 4
1.1. Woda zagrożone bogactwo naturalne człowieka .............................................. 4
1.2. Konsumpcyjny obieg wody ........................................................................................ 5
1.3. Geneza gospodarki ściekowej ................................................................................... 6
1.4. Choroby przenoszone przez wodę ........................................................................... 7
1.5. Gospodarka ściekowa a zanieczyszczenie mórz .................................................. 8
2. PRZEPAYW WODY W GOSPODARCE CZAOWIEKA ......................................................... 10
2.1. Spożycie wody przez człowieka ............................................................................. 10
2.2. Woda pitna ................................................................................................................... 11
2.3. Gospodarka ściekowa ............................................................................................... 12
2.4. Systemy odbierające i transportujące ścieki ...................................................... 13
2.5. Gospodarka ściekowa na terenach nie skanalizowanych ............................... 14
3. PRAKTYKA OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW ......................................................................... 15
3.1. Jak natura obchodzi się ze ściekami .................................................................... 15
3.2. Zadania techniczne ................................................................................................... 16
3.3. Oczyszczanie biologiczne ......................................................................................... 18
3.4. Oczyszczanie chemiczne .......................................................................................... 19
3.5. Zagospodarowanie osadu ściekowego .................................................................. 19
3.6. Systemy naturalne ..................................................................................................... 20
4. USUWANIE ZWIZKÓW BIOGENNYCH ZE ŚCIEKÓW ....................................................... 22
4.1. Informacje ogólne ...................................................................................................... 22
4.2. Usuwanie fosforu ....................................................................................................... 22
4.3. Usuwanie azotu .......................................................................................................... 24
4.4. Zintegrowane usuwanie fosforu i azotu ............................................................... 26
5. OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW PRZEMYSAOWYCH ................................................................ 27
5.1. Problemy związane ze ściekami przemysłowymi .............................................. 27
5.2. Usuwanie metali ciężkich i drobnych zanieczyszczeń organicznych ........... 28
5.3. Przemysł celulozowo papierniczy ......................................................................... 30
5.4. Zasolone wody kopalniane specyficzny problem Polski .............................. 30
6. ANALIZA TRZECH KONKRETNYCH PRZYPADKÓW ESTONIA, POLSKA I SZWECJA ...... 32
6.1. Estonia .......................................................................................................................... 32
6.2. Polska ........................................................................................................................... 33
6.3. Przyszłe cele ochrony środowiska w Polsce ....................................................... 35
6.4. Szwecja ......................................................................................................................... 36
6.5. Aktualna sytuacja w Szwecji .................................................................................. 37
7. PRZYSZAE TENDENCJE .............................................................................................. 39
7.1. Doświadczenia z lat ubiegłych ............................................................................... 39
7.2. Metody ekologiczne ................................................................................................... 40
7.3. Rozdzielanie ścieków w gospodarstwach domowych ....................................... 40
7.4. Czyste technologie ..................................................................................................... 40
7.5. Udoskonalenia w zagospodarowaniu ścieków ................................................... 40
8. PODSUMOWANIE ....................................................................................................... 43
9. PIŚMIENNICTWO ....................................................................................................... 45
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
1.
WPROWADZENIE
1.1. Woda zagrożone bogactwo naturalne człowieka
Woda jest zasadniczym składnikiem naszej planety, niezastąpionym w życiu i gospodarce czło-
wieka. Mimo to, w wielu miejscach na Ziemi zasoby wody są bardzo ograniczone i zagrożone.
Woda, którą używamy woda słodka, tj. część wód podziemnych, wody jeziorne i rzeczne,
stanowi tylko małą część, około 0,6% ogólnej ilości wody na świecie, a w dodatku jej zasoby są
rozmieszczone bardzo nierównomiernie. Wskutek dynamicznego wzrostu zużycia wody przez
człowieka oraz stale zwiększającego się zanieczyszczenia zródeł poboru wody słodkiej,
a w szczególności rzek, stale pogarsza się sytuacja wodna w wielu częściach świata. W krajach
rozwijających się przynajmniej 1/5 mieszkańców miast i 3/4 ludności wiejskiej nie ma dostępu
do w miarę dobrej jakości wody pitnej. W dniu dzisiejszym zanieczyszczenie zasobów wody
słodkiej stwarza coraz większe zagrożenie dla ludzkiego dobrobytu i zdrowia.
Ilość słodkiej wody przypadającej na statystycznego mieszkańca w regionie Morza Bałtyckiego
jest stosunkowo wysoka. Jednak zasoby wodne charakteryzują się znacznym zróżnicowaniem
regionalnym; obszary północne są o wiele lepiej zaopatrzone w wodę, niż obszary południowe.
Ponadto, zanieczyszczenie środowiska w zlewisku Morza Bałtyckiego pogorszyło jakość wody
do wymiaru, w którym zaopatrzenie w wodę pitną na wielu terenach stało się problemem
krytycznym.
Problem ten można zilustro-
wać na przykładzie najwięk-
szego miasta w regionie, St.
Petersburga o prawie 5 mln
liczbie mieszkańców. Rzeka
Newa przepływająca przez
miasto, prowadzi od 70 do 75
km3 na rok wód spływających
z Jeziora Aadoga, zanieczysz-
czonych przez np. liczne zakła-
dy przemysłu celulozowo pa-
pierniczego. Ilość wód pobiera-
nych z rzeki do miasta przez
zakłady wodociągowe, zakłady
przemysłowe oraz wód do pro-
dukcji energii, tj. całkowite
spożycie wody w St. Petersbur-
gu, wynosi 1,5 2,5% całkowitej
ilości wód przepływających
przez Newę lub w przeliczeniu
Ryc. 1. Oczyszczalnia ścieków Himmerfj�rd jest zlokalizowana
na 1 mieszkańca w ciągu doby
w południowo zachodniej części Sztokholmu. Obsługuje 230 000 miesz-
jakieś 600 litrów. Woda dostar-
kańców tego miasta. Ścieki z oczyszczalni odprowadzane są do Zatoki
czana do gospodarstw domo-
Himmer (Himmerfj�rden), jednej z zatok Morza Bałtyckiego. Obiekt jest
wych w zasadzie nie nadaje się
wyposażony w instalacje do oczyszczania mechanicznego, biologicznego
do picia; w tym celu przed jej
i chemicznego, a wkrótce zostaną również przeprowadzone inwestycje dla
spożyciem konieczne jest prze- wprowadzenia filtracyjnego etapu oczyszczania.
Strona 4
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
gotowanie. Spośród wód odprowadzanych z miasta do rzeki tylko około 2/3 jest poddawanych
oczyszczaniu. To prowadzi do ciężkiego zanieczyszczenia wód Zatoki Fińskiej oraz Morza
Bałtyckiego. W Warszawie, która jest drugim co do wielkości miastem regionu Morza
Bałtyckiego, rzeka Wisła zanim uchodzi do Bałtyku pełni również podwójną rolę, tzn. jest
zarówno zródłem zaopatrzenia miasta w słodką wodę, jak i odbiornikiem jego ścieków.
1.2. Konsumpcyjny f
obieg wody
e u e e e
0
W naturalnym cyklu obiegu wo-
dy w przyrodzie (Ryc. 2) woda
paruje z powierzchni Ziemi do e e
atmosfery, gdzie tworzą się chmu-
ry, poczym ponownie powraca na
Ziemię w postaci opadu atmosfe-
e
rycznego; na lądzie woda spływa
przez wody gruntowe, na po-
wierzchni strumieniami i rzeka- e
mi spływa do jezior, a ostatecznie
do morza.
Człowiek czerpie wodę z zasobów Ryc. 2. Naturalny cykl obiegu wody w przyrodzie. Większy obieg przed-
stawia procesy naturalne, gdy woda przechodzi przez stadium chmur,
wód podziemnych (studni, wód
opadu atmosferycznego, potoków, rzek, jezior oraz wód podziemnych,
zródlanych) oraz wód powierz-
uchodząc następnie do morza. Mniejszy obieg ilustruje, jak wzrost spo-
chniowych (rzek, jezior). Po uz-
życia wody przez człowieka coraz bardziej skraca cykl hydrologiczny,
datnieniu w zakładach wodocią-
wskazując tym samym na konieczność zwiększenia efektywności pracy
gowych woda dostarczana jest
oczyszczalni.
odbiorcy (ludność, przemysł, cele
ogólne, itp.). W dalszym ciągu, po zużyciu wody przez użytkownika odbierane są czasami
poddawane oczyszczaniu ścieki, które są następnie odprowadzane do ich odbiornika, tj. rzeki
lub jeziora. Jest to konsumpcyjny obieg wody (Ryc. 3). W jego trakcie do wody wprowadzane
są różne substancje, jak zanieczyszczenia, czyniąc ścieki potencjalnie niebezpiecznymi dla śro-
dowiska i człowieka.
W przypadku minimalnego zuży-
cia wody, powstające ścieki nie
wpływają na jakość wody słod-
kiej spożywanej przez człowieka.
Wody ściekowe, w wyniku natu-
0
ralnych procesów zachodzących
w odbiorniku, są bowiem fak-
tycznie oczyszczane. Jednakże
0
wzrost spożycia wody, proces ur-
banizacji oraz przyrost ludności
prowadzi do skrócenia cyklu
obiegu wody. W wodzie pobieranej
przez zakłady wodociągowe coraz
większy będzie udział ścieków.
o
Jest kilka możliwości pośrednie- o o
o
go lub bezpośredniego ponowne-
go wykorzystania ścieków. Mimo
to, intensywne spożycie wody
zwiększa ryzyko akumulacji za-
nieczyszczeń w wodzie, a to wy-
Ryc. 3. Konsumpcyjny cykl obiegu wody
Strona 5
e
e
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
musza potrzebę zastosowania udoskonalonych metod oczyszczania, aby zapobiec procesowi po-
garszania jakości wody (deterioracji). St. Petersburg i Warszawa są przykładami ilustrującymi
skrócone obiegi wody również w naszym regionie, aczkolwiek przewiduje się, że zjawisko to,
jak i bezpośrednie ponowne wykorzystanie ścieków będzie nieuniknione dla wielu innych dużych
miast w najbliższej przyszłości.
1.3. Geneza gospodarki ściekowej
Na obszarach o dużej gęstości zaludnienia koniecznością jest usuwanie powstających odpadów.
Jednym ze sposobów stosowanym w starożytnych miastach, Jerozolimie i Atenach, było wy-
korzystywanie ścieków kanalizacyjnych do celów rolniczych. Najbardziej współczesny przykład
takiego postępowania pochodzi z miasta Norynberga w Niemczech, gdzie jeszcze w 2 połowie
XIX wieku praktykowane było zbieranie fekaliów od 260 000 mieszkańców i wywożenie ich
wozami asenizacyjnymi do środowisk wiejskich jako nawóz naturalny.
Drugim sposobem usuwania odpadów jest wykorzystanie wód bieżących do ich transportu. Sta-
rożytne pałace, jak pałac Knossosa na Krecie, a zwłaszcza te w klasycznym Rzymie, wyposażone
były w kanały ściekowe. Rzymskie kloaki służyły do wspólnego odbierania ścieków i wód desz-
czowych oraz ich odprowadzania bezpośrednio do Tybru, co powodowało zanieczyszczenie jego
wód, wykorzystywanych przez człowieka nie tylko do kąpieli, ale również do celów konsump-
cyjnych.
Wymyślny system antydatujący te systemy został odnaleziony w wykopaliskach liczącego 4 000
lat miasta Mohenjo Daro nad rzeką Indus, ocenianego na około 40 000 mieszkańców. System
ten obejmował zarówno studnie do składowania, jak i kanały ściekowe do transportu materiału
odpadowego.
Przedstawione powyżej dwa sposoby odprowadzania ścieków mogą być postrzegane jako ko-
rzenie współczesnej praktyki usuwania odpadów ciekłych, jeden zorientowany w kierunku roz-
Plan Wspólnoty Europejskiej
oczyszczenia ścieków:
1. Wszystkie państwa członkowskie powinny do końca 1992 roku przedstawić narodowy plan budowy systemów
odbierających i oczyszczających ścieki. W tym samym czasie powinny zostać zidentyfikowane obszary wrażliwe
ekologicznie.
2. Wszystkie aglomeracje miejskie o liczbie mieszkańców powyżej 15 000 powinny oczyścić swoje ścieki do 2000
roku. Miasta o liczbie mieszkańców pomiędzy 2 000 a 15 000 na spełnienie tych wymagań mają dodatkowe
pięć lat.
3. Miasta zlokalizowane na obszarach wrażliwych powinny być wyposażone w oczyszczalnie ścieków prowadzące
proces redukcji zawartości azotu i fosforu.
4. Ogólnie, oczyszczanie ścieków przy użyciu metod mechanicznych i biologicznych jest wymagane w następujących
warunkach:
Zrzut do wód słodkich i ujść rzek: >2 000 p.e.*
Zrzut do wód przybrzeżnych: >15 000 p.e.*
* p.e. (person equivalent równoważnik przeliczony na osobę)
Wymagania dla zrzutów:
Dzienne maksymalne procentowa
stężenie średnie redukcja
BZT5 d" 25 mg/l 70 90%
ChZT d" 30 mg/l e" 75%
5. Dla zrzutów na terenach wrażliwych zalecenia te uzupełniono o parametry dla redukcji fosforu i/lub azotu
(średnie stężenia roczne i redukcja procentowa):
Całkowity P d" 1 mg/l e" 80%
Całkowity N d" 10 mg/l e" 80%
Strona 6
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
wiązań ekologicznych, a drugi w kierunku rozwiązań wzmocnionych i kontrolowanych tech-
nicznie. Umiejętność gospodarowania ściekami w świecie starożytnym została utracona w ciągu
następnych stuleci. Jednak, około lat 50. XVIII wieku w Anglii zaczęto systematycznie i nau-
kowo oszacowywać zagospodarowanie ścieków. Za przykładem Anglii poszły inne kraje euro-
pejskie, Stany Zjednoczone oraz Południowa Afryka. Opracowane wtedy cele były takie same,
jak w dniu dzisiejszym:
Natychmiastowe usunięcie ścieków z sąsiedztwa mieszkań;
Dążenie do powstrzymania procesu zanieczyszczania wód odbierających ścieki poprzez za-
stosowanie wydajnych metod usuwania ścieków;
Opłacalne składowanie i wykorzystanie ścieków.
1.4. Choroby przenoszone przez wodę
Współzależność pomiędzy zanieczy-
szczeniem wód a chorobami przeno-
szonymi przez wodę mogła być wy-
snuta na podstawie rejestracji zgo-
nów już w dziewiętnastym wieku.
W 1854 roku angielski lekarz, John
Snow, odkrył, że zródłem wybuchu
epidemii cholery w Londynie była
mocno zanieczyszczona surowymi
ściekami Tamiza (Ryc. 4). Chociaż
wpływ jakości wody pitnej na ludz-
kie zdrowie został poznany dość
wcześnie, to brudna woda jest wciąż
jedną z największych przyczyn pow-
stawania chorób na świecie. Ponad
1/3 ludności świata nie ma dostępu
do wody zdatnej do picia. Szacuje się,
że na świecie każdego dnia na cho-
roby związane ze złą jakością wody
pitnej umiera około 25 000 ludzi.
W celu kontrolowania chorób prze-
noszonych drogą wodną, koniecz-
nym jest oddzielanie ścieków od do- Ryc. 4. Powyższa granitowa tablica pamiątkowa znajdująca się
w Londynie, uwiecznia odkrycie dr Johna Snow z 1854 roku, że
staw wody pitnej. Ilustruje to ścisła
cholera jest chorobą przenoszoną przez wodę.
zależność pomiędzy spadkiem śmier-
telności wskutek chorób przenoszo-
nych przez wodę a wzrostem spożycia wody z sieci wodociągowej w Sztokholmie (Ryc. 5) w XIX
wieku. W tym czasie rozdzielanie ścieków i wody pitnej nie było procesem sprawnym. Choro-
by związane ze złą jakością wody są wciąż problemem niektórych obszarów regionu Morza Bał-
tyckiego i w wielu miastach zalecane jest przegotowanie wody przed jej spożyciem przez czło-
wieka. W kilku wypadkach, gdy w wyniku błędów technicznych doszło do przecieku ścieków bez-
pośrednio do sieci wodociągowej, dostarczającej wodę pitną do gospodarstw domowych,
odnotowano wystąpienie groznych zachorowań u dużej grupy ludzi.
Nawadnianie pól uprawnych ściekami lub składowanie osadu ściekowego na terenach rolni-
czych może również prowadzić do chorób przenoszonych przez wodę. Po drugiej wojnie świato-
wej w kilku niemieckich miastach 90 100% populacji było zarażone glistą ludzką, prawdopodob-
nie z powodu nawadniania płodów rolnych ściekami.
W czasach obecnych, do podobnej sytuacji doszło w wyniku zrzucania niedostatecznie oczysz-
czonych lub w ogóle nie oczyszczonych ścieków bezpośrednio na nadbrzeża morskie wykorzys-
Strona 7
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
tywane do celów rekreacyjnych. W ten
na przykład sposób plaże w zatoce
Gdańskiej i Zatoce Ryskiej zostały
zamknięte na kilka lat z powodu ska-
żenia bakteriologicznego. W innych
miejscach wokół Bałtyku, np. na za-
chodnim wybrzeżu Gotlandii, plaże za-
mykane są w sezonie letnim, w szcze-
gólności w miesiącu sierpniu, z powodu
masowego rozwoju glonów wywołanego
eutrofizacją. Duże skupienia sinic wy-
twarzają toksynę grozną dla człowieka,
która może być również śmiertelna, np.
dla psów pijących wodę.
Ryc. 5. Ścisła zależność pomiędzy spadkiem śmiertelności
wskutek chorób przenoszonych drogą wodną a wzrostem spożycia
wody z sieci wodociągowej w Sztoholmie [Cronstr�m, 1986].
1.5. Gospodarka ściekowa a zanieczyszczenie mórz
Przed dwudziestu laty głównym sposo-
bem efektywnego oczyszczania ścieków
było wykorzystanie zdolności lokalnych
odbiorników ścieków do samooczyszcza-
nia i asymilacji. Rozcieńczanie zanieczy-
szczeń było ważnym celem wyrażonym
w sloganie: Rozcieńczenia rozwiązują
problem zanieczyszczenia (ang. The so-
lution for pollution is dilution ). Z tech-
nicznego punktu widzenia unieszkodli-
wianie ścieków metodą rozcieńczeń może
być zrealizowane poprzez przetranspor-
towanie nie oczyszczonych lub tylko czę-
ściowo oczyszczonych ścieków do dużych
odbiorników lub wykorzystanie podmor-
skich wylotów kanałów ściekowych. Nie-
zrealizowany plan utworzenia regional-
nego systemu usuwania ścieków do Bał-
Ryc. 6. Sugestia z 1969 roku kierowania ścieków ze śródmieś-
tyku za pomocą podmorskich wylotów
cia Sztokholmu do Morza Bałtyckiego za pośrednictwem pod-
kolektorów ściekowych, który został opra-
morskich wylotów kolektorów ściekowych. Plan ten ilustru-
cowany w 1969 roku dla obszaru miasta
jący wcześniejszy pogląd, że Bałtyk może odbierać ścieki,
Sztokholm, obrazuje jak kiedyś przecenia-
a nawet czerpać z tego korzyści nie został zrealizowany [Cron-
na była zdolność do samooczyszczania
str�m, 1986].
i asymilacji środowiska morskiego (Ryc. 6).
W dniu dzisiejszym, pogorszenie jakości wody środowiska morskiego w związku z eutrofizacją
i zanieczyszczeniem związkami toksycznymi, wskazało na konieczność zreformowania gospo-
darki ściekowej. Cele oczyszczania powinny nie tylko spełniać oczekiwania co do jakości wody
Strona 8
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
dostarczanej lokalnemu odbiorcy, ale również powinny brać pod uwagę oddziaływanie na jakość
wody morskiej. Dla osiągnięcia tych celów konieczne jest opracowanie udoskonalonych układów
technologicznych, rozbudowanie istniejących oczyszczalni ścieków oraz rozwój nowych metod
oczyszczania i zagospodarowania ścieków. Reasumując, w ciągu ostatniego stulecia nie
przywiązywano dużej wagi do efektywnego oczyszczania ścieków. Kolejno pojawiające się pro-
blemy związane z jakością wody (Ryc. 7) doprowadziły w kilka dziesięcioleci pózniej do wdro-
żenia metod oczyszczania ścieków.
?
'# ''
'$ '% '&
Ryc. 7. Sukcesywne pojawianie się i postrzeganie groznych problemów zanieczyszczenia wód w Europie [Meybeck
i in., 1989].
Obecnie szczególną uwagę zwrócono w kierunku:
Zaawansowanych metod oczyszczania ścieków, włącznie z usuwaniem związków biogen-
nych;
Możliwości zastosowania metod lokalnych i ekologicznych;
Zmiany stosowanych związków chemicznych, technologii produkcyjnej, recyrkulacja, itp.
( czysta technologia ).
Powyższe ukierunkowania miały również swój oddzwięk polityczny. Na mocy ostatniej dyrek-
tywy wydanej przez Ministrów Wspólnoty Europejskiej, miastom europejskim nakazano do końca
tego wieku oczyszczenie swoich ścieków. Plan oczyszczenia ścieków opracowany przez WE przed-
stawiono w materiale zródłowym po prawej stronie. Podobne przedsięwzięcia zostały podjęte
przez Komisję Helsińską, której wytyczne dla oczyszczania ścieków zostały przedstawione
w Rozdziale 6.
Strona 9
t
t
t
t
t
t
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
2.
PRZEPAYW WODY
W GOSPODARCE CZAOWIEKA
2.1. Spożycie wody przez człowieka
Woda wykorzystywana jest do różnych celów, w tym dla potrzeb ludności miejskiej, zaopatrzenia
w wodę wsi zarówno w celach gospodarczo bytowych, jak i hodowlanych, do nawodnień
rolniczych, produkcji energii oraz do innych celów przemysłowych. W 1979 roku bilans wodny
dla RFN wskazał, że około 15% całkowitego przepływu wody jest zużywane przez człowieka.
Z tego, 60% przypada na przemysł energetyczny, 29% na inne duże sektory przemysłowe oraz
gospodarstwa domowe i 11% na przemysł drobny. Ogromne objętości zużywane przez przemysł
energetyczny wynikają z konieczności wykorzystywania wody do celów chłodniczych.
Spożycie wody w różnych częściach świata wykazuje jednakże duże różnice. Szacuje się, że
największy udział w globalnym zapotrzebowaniu na wodę, tj. ok. 65% ma rolnictwo
i nawadnianie pól, następnie przemysł, 24%, potrzeby komunalne, 7%, i zbiorniki wodne, 4%.
W basenie Morza bałtyckiego, ze względu na stosunkowo łatwy do niej dostęp, struktura zużycia
wody jest zupełnie inna. Za przykład może posłużyć Szwecja, aczkolwiek różne części regionu
wykazują duże różnice. Zużycie wody w Szwecji w 1975 r. przedstawiało się następująco: miasta,
w tym przemysł miejski, 30%, przemysł, 65%, wieś, 3% i nawodnienia rolnicze, 2%. Obecnie,
Ryc. 8. Przepływ wody w gospodarce człowieka. Rysunek przedstawia zakład wodociągowy (z lewej) zawracający
wodę z rzeki, którą po uzdatnieniu przepompowuje do wieży ciśnień znajdującej się w pewnej odległości od
miasta. następnie, woda jest zużywana przez gospodarstwa domowe i przemysł. Powstające ścieki odbierane
są przez system kanałów ściekowych i doprowadzane do oczyszczalni ścieków, z której po ich wcześniejszej
obróbce odprowadzane są ostatecznie do rzeki (na prawo). Woda wykorzystywana w rolnictwie do nawadnia-
nia pól uprawnych oraz w przemyśle do celów chłodniczych jest pobierana bezpośrednio z rzeki.
Strona 10
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
zapotrzebowanie przemysłu na wodę jest coraz mniejsze, co jest wynikiem ulepszonych tech-
nologii produkcyjnych i różnych metod oszczędzania wody.
Ogólny pobór wody w Szwecji w roku 1975 wyniósł 3 200 mln m3/r, co stanowi ok. 2%
całkowitych zasobów wodnych, liczących 175 000 mln m3. Wartość ta wskazuje na znaczny
spadek w porównaniu z maksymalnym spożyciem wody w tym kraju, wynoszącym 4 300 mln
m3 a odnotowanym w połowie lat 60 dwudziestego wieku.
Wykorzystanie wody przez człowieka zostało przedstawione w ogólnym zarysie na Ryc. 8.
2.2. Woda pitna
Woda surowa, z której po uzdatnie-
e
niu otrzymuje się wodę pitną, uzys-
e
kiwana jest z wód powierzchnio-
d
d
wych i podziemnych. W szwecji oko-
d e &
ło 50% wód surowych pochodzi
##
d
z wód powierzchniowych, a 25%
z wód podziemnych. na pozostałe
25% składa się woda powierzchnio-
wa infiltrująca w głąb ziemi.
"
e e
Większość z wód, zanim będzie ją
e
można wykorzystać do celów kon-
d
sumpcyjnych, wymaga uzdatnienia.
d
Nie ma właściwie wody, której nie
d e
można by było oczyścić zgodnie
d
d
z wymaganiami określonymi dla
wody pitnej, lecz niektóre wody su-
Ryc. 9. Zużycie wody przez miasta w Szwecji.
rowe są tak złe, że zasługują na
odrzucenie z powodu zbyt dużego
e
ryzyka oraz kosztów z tym związa-
T |e
nych. Uzdatnianie słodkiej wody
przeprowadzane jest w zakładach
& !!
wodociągowych i może obejmować
takie procesy, jak: oczyszczanie
wstępne, mieszanie, koagulację, flo-
kulację, sedymentację, filtrację
"
i dezynfekcję. Czasami w celu po-
lepszenia jakości wody stosowany
| e
jest węgiel aktywowany.
#
&
Wraz z podnoszeniem się poziomu
życia na terenach miejskich zaczęło
l e
wzrastać zużycie wody przez 1 miesz-
e
kańca w ciągu doby. Jednakże w nie-
ed e e
e
których krajach, jak Szwecja, zaob-
e
serwowano w ciągu ostatnich 20 lat
stagnację na poziomie ok. 380 l na
Ryc. 10. Woda w gospodarstwach domowych wykorzystywa-
1 osobę w ciągu doby. Wykorzysta-
na jest do różnych celów. Dane pochodzą ze Szwecji.
nie wody dla potrzeb komunalnych
w Szwecji sumarycznie przedstawiono na Ryc. 9. Na terenach wiejskich zapotrzebowanie na
wodę jest mniejsze i waha się w granicach 150 200 litrów na 1 mieszkańca i dobę.
Ocenia się, że najwięcej wody w Szwecji zużywają gospodarstwa domowe, których udział w ogól-
nym poborze wody wynosi 55%. Woda wykorzystywana w gospodarstwach domowych służy
Strona 11
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
różnym celom (Ryc. 10). Mimo iż tylko niewielka część wody jest używana do przygotowywania
posiłków i picia, około 5%, to właśnie ona wyznacza normy jakości wody.
Dla porównania została przedstawiona sytuacja zużycia wody w St. Petersburgu. Całkowite
spożycie wody w tym mieście wynosi 600 l na 1 osobę na dobę. Szacuje się, że ze wspólnej
instalacji wodociągowej w przeliczeniu na 1 mieszkańca w ciągu doby około 400 l zużywanych
jest przez gospodarstwa domowe (kąpiele, pranie, gotowanie, itp.) oraz na usługi komunalne,
a poniżej 200 l na cele przemysłowe. Jednak z powodu złego stanu technicznego sieci
wodociągowej (stare rury, nieszczelność instalacji, niewłaściwe podłączenie do sieci) około 20
25% całkowitej ilości przetwarzanej wody tracone jest każdego dnia. Wartość ta może wydawać
się wysoką, gdyby nie fakt, że nawet w krajach zachodnich przeciekanie wody oraz inne straty
wody w sieci normalnie wynoszą 10 25% zużycia wody. Wykorzystanie wody w przemyśle
opisano w Rozdziale 5.
2.3. Gospodarka ściekowa
Historia czynników chorobotwórczych w wodach Europy jest pierwszym klasycznym przykła-
dem najpierw wystąpienia i rozpoznania, a następnie kontroli problemu zanieczyszczenia wody.
W Europie sukcesywnie zaczęły pojawiać się jednak inne problemy jakości słodkiej wody
(Ryc. 7). W szczególności te, związane z bilansem tlenowym, eutrofizacją, metalami ciężkimi
i bardzo drobnymi zanieczyszczeniami organicznymi mogą być związane z gospodarką ściekową,
aczkolwiek inne zródła zanieczyszczeń mogą mieć również dużą lub nawet główną rolę w ich
pojawianiu się.
W 1925 roku Streeter i Phelps opracowali swój model gospodarki tlenowej dla rzek, czyniąc
tym samym pierwszy krok w kierunku modelowania jakości wody oraz modelowania ekologicz-
nego. Udowodniono, że różne procesy (np. metoda osadu czynnego), w trakcie których dochodzi
do biologicznego utlenienia substancji organicznej, są efektywnymi, solidnymi i względnie ta-
nimi technologiami dla przezwyciężenia problemu deficytu tlenowego w rzekach.
W latach 60. stało się oczywiste, że usunięcie materii organicznej z odprowadzanych ścieków
powoduje usunięcie tlenu pierwotnego wymaganego do biodegradacji, ale nie zapobiega nad-
miernemu rozwojowi glonów w jeziorach i zbiornikach wodnych oraz jego konsekwencjom.
Wzrost glonów jest stymulowany obecnym w ściekach fosforem i azotem. Wprowadzenie w la-
tach 50. syntetycznych detergentów zawierających fosforany, znacznie zwiększyło ładunek fos-
foru zrzucanego do odbiorników ścieków.
Fosfor był od dawna uznawany za czynnik ograniczający tempo wzrostu glonów. Główną metodą
kontrolną służącą obniżaniu stężenia fosforu w ściekach było chemiczne wytrącanie, choć zo-
stały również podjęte pewne kroki mające na celu zmniejszenie zawartości fosforanów w środ-
kach piorących. W latach pózniejszych zostały opracowane specjalne metody biologicznego usu-
wania fosforu.
W latach 70. dużą uwagę zwrócono na ekologiczne skutki powstawania coraz większej liczby
związków chemicznych. Produkcja przemysłowa spowodowała wprowadzenie do środowiska
naturalnego, np.: metali ciężkich, syntetycznych związków chemicznych i bardzo drobnych
zanieczyszczeń organicznych. W celu usuwania tych zanieczyszczeń opracowano wiele metod
oczyszczania. Jednakże problemy związane ze składowaniem substancji toksycznych dopro-
wadziły do powstania innych, niż oczyszczanie na zewnątrz metod kontrolnych, takich jak
zakaz produkcji niektórych chemikaliów, kontrola u zródła, nowe technologie produkcyjne oraz
wewnętrzna recyrkulacja i obróbka strumienia technologicznego. ten typ kontroli zanieczy-
szczeń często jest nazywany czystą technologią .
W wielu krajach zachodniej części obszaru zlewiska Morza Bałtyckiego proces oczyszczania
ścieków nie został jeszcze wprowadzony na szeroką skalę. Przykładowo, pierwsza oczyszczalnia
ścieków w St. Petersburgu została oddana do użytku dopiero w roku 1978, i to jeszcze na bardzo
małą skalę. W 1980 roku tylko 100 mln m3 w ciągu roku (280 000 m3 na dobę) ścieków z tego
miasta przechodziło proces oczyszczania biologicznego. Trudności z zaopatrzeniem w wodę
Strona 12
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
i oczyszczaniem ścieków w St. Petersburgu stają się bardzo poważnym problemem nie tylko
dnia codziennego oraz z powodu zagrożenia dla środowiska, ale również z powodów socjoeko-
nomicznych, gdyż stanowią poważny czynnik ograniczający możliwości rozwoju miasta i za-
budowy nowych terenów.
2.4. Systemy odbierające i transportujące ścieki.
Zadaniem pierwszych instalacji kanalizacyjnych było odprowadzanie wód gromadzących się
w następstwie opadów atmosferycznych, tym samym zapobiegając powodziom lub innym szko-
dom z tym związanych. Z chwilą rozwoju układów wodociągowych oraz rozpowszechnienia ubi-
kacji w budynkach, koniecznością stało się odprowadzanie powstających ścieków zwanych ście-
kami sanitarnymi. W Londynie przed rokiem 1815 spuszczanie odchodów ludzkich do kanałów
ściekowych było nielegalne. W latach pózniejszych zezwolono na kanalizowanie budynków
mieszkalnych, a w roku 1847 było to już obowiązkowe.
Ze względu na cel, dla którego zostały skonstruowane, wyróżnia się 2 główne systemy kanaliza-
cyjne (Ryc. 11):
system kanalizacji ogólnospławnej, w obrębie którego ścieki sanitarne wraz z wodami opado-
wymi, tj. wodami zbierającymi się na powierzchni po deszczu lub roztopach, są odprowadzane
do wspólnego systemu kanałów ściekowych, kierującego je do oczyszczalni ścieków lub
wylotu kanałów ściekowych.
System kanalizacji rozdzielczej, w obrębie którego ścieki sanitarne spływają odrębnym syste-
mem kanalizacji sanitarnej do oczyszczalni ścieków lub do punktu ich zrzutu, podczas gdy
wody powierzchniowe odprowadzane są licznymi systemami lokalnej kanalizacji deszczowej
do naturalnych cieków wodnych.
o
o
d
o
o
o
Ryc. 11. Dwa główne systemy kanalizacyjne. Wyżej system kanalizacji ogólnospławnej, w obrębie którego
woda opadowa i ścieki sanitarne są odbierane przez wspólny system kanałów ściekowych. Niżej system
kanalizacji rozdzielczej.
Strona 13
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
Prawie wszystkie nowo powstałe miasta lub ostatnio dobudowane części miast starszych wy-
posażone są w rozdzielcze systemy dla ścieków sanitarnych i wód opadowych. System kanali-
zacji ogólnospławnej niesie za sobą pewne problemy hydrauliczne, wliczając w to zalewanie
piwnic, przelew nie oczyszczonej mieszaniny ścieków prosto do wód odbierających oraz udarowe
przeciążenie oczyszczalni ścieków. Intensywność tych problemów jest związana z natężeniem
i czasem trwania opadów oraz konstrukcją samego systemu. Czasami dla ścieków sanitarnych
może istnieć podwójny system kanalizacji. W systemie tym rozdzielana jest woda z ubikacji,
zwana czarną wodą, od mniej zanieczyszczonej lecz powstającej w znaczne większych ilościach,
tzw. szarej wody, pochodzącej z prania, czynności kuchennych, higieny osobistej, itp. Odrębne
kanały ściekowe dla czarnej i szarej wody są jednak spotykane bardzo rzadko.
Zakłady przemysłowe zrzucają swoje wody odpadowe do systemu kanalizacji ogólnospławnej
lub do systemu kanalizacji rozdzielczej. Ścieki te mogą zawierać substancje toksyczne, które
mogą kumulować się w osadzie ściekowym w oczyszczalniach ścieków. Z tego względu często
konieczny jest proces wstępnej obróbki przemysłowych wód odpadowych.
Wody opadowe są z reguły odpro-
wadzane bezpośrednio do najbliż-
szego zbiornika wodnego bez ja-
kiegokolwiek oczyszczenia. Za-
wartość zanieczyszczeń w wodzie
burzowej zależy od takich czynni-
an e
ków, jak zanieczyszczenie atmo- a a
u
e
e a
sfery, rodzaj opadu wodnego i na-
ne
e a
n
a
tężenie ruchu drogowego (Ryc. 12).
Normalnie najlepszym sposobem
postępowania z wodami opadowy-
mi o małym stopniu zanieczysz-
czenia jest ich obróbka lokalna.
Różne jej metody obejmują syste-
my naturalne wraz z miejscową in-
Ryc. 12. Czynniki wpływające na jakość wody opadowej, tj.
filtracją oraz odpływem do rowów
spływającej wody powierzchniowej [Szwedzkie Ministerstwo ochrony
otwartych (system rozdzielczy).
Środowiska, PM 1153, 1979].
2.5. Gospodarka ściekowa na terenach nie skanalizowanych
Systemy unieszkodliwiania ścieków bezpośrednio na miejscu ich powstawania (ang. on site)
były często uważane za rozwiązania tymczasowe przed zbudowaniem kanałów ściekowych.
Jednak rozwiązania odpowiednie dla gospodarowania ściekami na terenach miejskich, często
nie nadają się do zastosowania w środowisku wiejskim, co jest związane ze zbyt rozległym
obszarem do utrzymania. Jeżeli systemy unieszkodliwiania ścieków kanalizacyjnych typu on
site skonstruowane są prawidłowo i nie wymagają częstej konserwacji, to dostarczają
niezawodnych i efektywnych środków technicznych do oczyszczania i usuwania ścieków przy
stosunkowo niskich nakładach finansowych. Gleba zapewnia efektywne środowisko do
oczyszczania ścieków z gospodarstw domowych.
Typowy system oczyszczania bezpośrednio na miejscu powstawania ścieków może składać się
z dołu gnilnego służącego do usuwania i przechowywania substancji stałych, po którym
następuje infiltracja filtracja w glebie, gdzie redukowane są substancje organiczne i fosfor.
Przez zmodyfikowanie konstrukcji systemów infiltracyjnych można również z powodzeniem
usuwać azot.
Strona 14
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
3.
PRAKTYKA
OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW
3.1. Jak natura obchodzi się ze ściekami
Wody zanieczyszczone przez człowieka wprowadzane do ekosystemu, w normalnych warun-
kach zostaną zmienione w wody czyste w procesie samooczyszczania się wód. Nad procesami
zachodzącymi w wodach naturalnych rozprawiano prawie całe stulecie, tworząc fundamenty
dla koncepcji środowiska zrównoważonego (ang. sustainable environment).
Wiele z tych procesów jest wykorzystywanych lub naśladowanych przez człowieka w zakładach
oczyszczania ścieków. Niektóre z nich, wraz z ich zastosowaniem w skali technicznej
w oczyszczalniach ścieków, zostały w skrócie przedstawione poniżej.
Procesy biologiczne są procesami o największym znaczeniu. Substancje organiczne
wykorzystywane przez mikroorganizmy jako pokarm, ulegają przy ich udziale utlenieniu
i przetworzeniu w nową biomasę, w ten sposób zostając włączone do łańcuchów pokarmowych
w ekosystemach. Ważnym składnikiem pokarmowym mikroorganizmów, glonów i roślin są
również związki chemiczne zawierające azot lub fosfor. Powyższe procesy biologiczne są
przykładowo spotykane w basenach tlenowych, znajdujących się w oczyszczalniach ścieków.
Cyklem wymiany azotu i fosforu bardziej szczegółowo zajmiemy się w Rozdziale 4.
Reakcje chemiczne wraz z rozpuszczaniem lub wytrącaniem różnych substancji są naturalnymi
procesami obserwowanymi podczas samooczyszczania wód. Przykładowo, w warunkach anae-
robowych, beztlenowych, z osadu dennego uwalniany jest jon żelazawy. bliżej powierzchni
zbiornika, w warunkach tlenowych ulega on utlenieniu do jonu żelazowego i w takiej postaci może
się łączyć z fosforanem. Fosforan żelazowy formuje kłaczki, które osadzają się na dnie. Jon żelazowy
również w oczyszczalniach ścieków jest wykorzystywany jako środek wytrącający fosforany.
Światło, co więcej, światło ultrafioletowe, pełni ważną rolę w rozkładzie związków chemicznych
w naturze. W szczególności niektóre bardzo drobne zanieczyszczenia organiczne ulegają utle-
nieniu pod wpływem światła.
Procesy rozdziału fizycznego, takie jak adsorpcja i filtrowanie mają również duże znaczenie.
Wiele zanieczyszczeń adsorbuje się na powierzchni cząstek gleby i osadza w środowisku. Z tego
powodu zarówno rozpuszczalne w tłuszczach węglowodory aromatyczne, jak i metale ciężkie,
są odnajdywane na cząstkach opadających na dno jezior, rzek i strefy przybrzeżnej mórz. Pro-
cesy adsorpcji również znalazły zastosowanie w oczyszczalniach ścieków, np. w procesie wymia-
ny jonowej. W przyrodzie woda filtrowana jest przez wiele zwierząt, np. omułki, chociaż nale-
ży podkreślić, że organizmy te nie usuwają przefiltrowanych substancji, lecz tylko pobierają
składniki pokarmowe potrzebne do ich wzrostu. W wyniku filtrowania zachodzącego w proce-
sach membranowych oczyszczalni ścieków, usuwane są zanieczyszczenia, które są ostatecznie
odzyskiwane i poddawane dalszym zabiegom w innym miejscu zakładu.
Proces samooczyszczania wymaga dużych objętości wody w odbiorniku i przebiega wolno, co
ilustruje pogarszanie się jakości wody Morza Bałtyckiego. Bliskie natury systemy oczyszczania
zbudowane przez człowieka, takie jak stawy tlenowe, tereny podmokłe i oczyszczanie ścieków
w ziemi, zostały zaprojektowane w celu zintensyfikowania i lepszej kontroli procesów obser-
wowanych w odbiornikach. Systemy te jednakże potrzebują dużych powierzchni i długiego czasu
przebywania ścieków, co znacznie ogranicza ich zastosowanie w praktyce oczyszczania ścieków.
Strona 15
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
Tab. 1. yródła zanieczyszczeń wód powierzchniowych
yródło zanieczyszczenia Podstawowy czynnik zanieczyszczający
Ścieki bytowo gospodarcze Wysokie BZT i ChZT, zawiesiny,
substancje biogenne i mikroorganizmy
Ścieki przemysłowe Duża różnorodność w zależności od przemysłu
- hutnictwa stali, przemysłu rafineryjnego,
chemicznego, papierniczego, spożywczego, itd.
Wytwarzanie energii Ciepło w wodach chłodniczych;
z elektrowni jądrowych Możliwe skażenie radioaktywne
Górnictwo Zakwaszenie wód kopalnianych; sole
Transport morski Możliwość ciągłych wycieków ropy
Spływ komunalny Węglowodory (PAH) i metale ciężkie
Wypad zanieczyszczeń z atmosfery Kwaśne deszcze ze spalania
yródła naturalne Substancje humusowe oraz iły
Katastrofy Rozlew chemikaliów, ropy naftowej
i olejów, radiaktywność
3.2. Zadania techniczne
Istnieje kilka różnych sposobów podejścia do problemów gospodarki ściekowej. Główne zasady to:
Rozdzielanie ścieków i minimalizacja odpadów, tworzące podstawy tzw. czystej technologii ;
Oczyszczanie ścieków przy użyciu metod technicznych;
Efektywne wykorzystanie naturalnej zdolności asymilacyjnej, dające podstawy dla ekolo-
gicznego podejścia technicznego;
Metody dla ulepszenia zdolności asymilacyjnych wód odbierających ścieki, takie jak: na-
powietrzanie, wapnowanie, dodawanie azotanów do osadu dennego, wprowadzanie chemic-
znych związków wytrącających, usuwanie osadu, itd.
Różnorodne metody techniczne oczyszczania ścieków koncentrują się na możliwościach wzmoc-
nienia biologicznych, chemicznych i fizycznych procesów rozdzielania, w celu zredukowania wy-
maganej powierzchni oraz czasu przebywania ścieków. Metody te znalazły głównie zastosowane
na terenach miejskich o dużej gęstości zaludnienia, gdzie procesy naturalne nie są wystarczająco
skuteczne, aby poradzić sobie ze ściekami.
Zależność między zanieczyszczeniami znajdującymi się w ściekach a jakością wody w ich od-
biorniku została przedstawiona w Tab.1. Poniżej zajmiemy się z metodami technicznymi, na-
tomiast sposoby ekologiczne zostaną omówione w Rozdziale 3.6, a czysta technologia
w Rozdziale 7.
Z projektowaniem rozwiązań technicznych związane są pewne problemy, jak np. koszty budowy,
zużycie środków chemicznych i energii potrzebnych do pracy oczyszczalni oraz bezpieczne i przyjazne
dla środowiska składowanie powstającego osadu ściekowego. Typowy system służący
zagospodarowaniu ścieków został pokazany na Ryc. 1 i Ryc. 8. Aby można było nim kierować należy
przeprowadzić kilka prac technicznych, co do takich elementów jak: zródło wytwarzania ścieków,
kontrola u zródła, odbiór i przekazywanie ścieków, pompowanie, obróbka oraz składowanie
i ponowne wykorzystanie (Tab. 2).
Celem oczyszczania ścieków jest zredukowanie w nich stężenia różnych substancji zanieczysz-
czających do poziomu, przy którym zrzut ścieków nie będzie wpływał negatywnie na środowisko.
Metody oczyszczania można sklasyfikować na metody fizyczne, chemiczne i biologiczne:
Strona 16
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
1. Metody fizyczne, polegające na zmianach dokonywanych w wyniku różnych procesów fizy-
cznych, takich jak: przesiewanie, mieszanie, sedymentacja i filtracja.
2. Metody chemiczne, polegające na usuwaniu lub przeróbce substancji zanieczyszczających,
w wyniku podawania środków chemicznych lub reakcji chemicznych, jak chemiczne
wytrącanie i dezynfekcja przy udziale chloru lub ozonu.
3. Metody biologiczne, polegają na usunięciu zanieczyszczeń w wyniku procesów biologic-
znych, takich jak metoda osadu czynnego.
Tab. 2. Ważniejsze elementy systemów zarządzania ściekami i związane z nimi zadania techniczne [Tchob-
anoglous, 1981].
Element Zadanie techniczne
Żródło powstania Oszacowanie ilości ścieków, ocena technik dla redukcji ścieków oraz okre-
ślenie ich właściwości
Kontrola u zródła Zaprojektowanie systemów typu on site dla częściowego oczyszczania
ścieków przed skierowaniem ich do systemów odbierających ścieki (do-
tyczy głównie zrzutów przemysłowych)
Odbiór i przekaz Zaprojektowanie kanałów dla odbierania ścieków z różnych zródeł po-
wstawania i ich transportowania do instalacji oczyszczających lub in-
nych miejsc ich obróbki
Przepompowywanie Zaprojektowanie stacji pomp i magistral tłoczących do piętrzenia i trans-
portowania wody
Obróbka Selekcja, analiza i projektowanie (ścieków i osadu procesów i działań
oczyszczania ściekowego) dla spełnienia okręslonych celów oczyszcza-
nia związanych z usuwaniem zanieczyszczeń ze ścieków
Składowanie Projektowanie urządzeń do usuwania i ponownego wykorzystania oczysz-
i ponowne czonych ścieków w środowisku wodnym i lądowym oraz składowanie
wykorzystanie i powtórne wykorzystanie osadu ściekowego na lądzie
I II
III
l
e e e
d ed e
l
l
l
Ryc. 13. Ciąg technologiczny oczyszczania ścieków z różnymi możliwościami procesów alternatywnych.
Strona 17
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
W celu usunięcia niektórych substancji zanieczyszczających występujących w ściekach, mogą
być użyte różne operacje jednostkowe, procesy i systemy oczyszczania. Procesy oczyszczania
mogą być ze sobą łączone, tworząc ciągi technologiczne tj. schematy oczyszczania, w których
ścieki dopływające są oczyszczane do koniecznego stopnia oczyszczenia ścieków. W przypadku
zaostrzenia wymagań w stosunku do jakości ścieków, konieczna jest integracja kilku procesów.
Na Ryc. 13 przedstawiony został ukierunkowany na rozwiązanie techniczne schemat techno-
logiczny zaawansowanego systemu oczyszczania ścieków. sześć głównych stopni wchodzących
w jego skład to:
1. Oczyszczanie wstępne, mające na celu usunięcie grubszych zanieczyszczeń i piasku.
2. Oczyszczanie fizyczne (często zwane mechanicznym lub pierwszego stopnia) dla usunięcia
zawiesin na drodze sedymentacji. Wydajność oczyszczania może być zwiększona poprzez
podawanie chemicznych środków wytrącających.
3. Oczyszczanie biologiczne (często zwane oczyszczaniem drugiego stopnia), którego celem
jest usunięcie substancji organicznych. Poprzez zmodyfikowanie procesów oczyszczania
biologicznego możliwe jest eliminowanie azotu i/lub fosforu.
4. Oczyszczanie uzupełniające (często zwane wygładzającym lub trzeciego stopnia), przy użyciu
etapu chemicznego wytrącania lub etapu filtracyjnego. Innymi dopełniającymi metodami
oczyszczania mogą być na przykład: użycie węgla aktywowanego, wymiana jonowa, odwró-
cona osmoza i wykorzystanie terenów podmokłych lub systemów oczyszczania w ziemi.
5. Przeróbka osadu ściekowego w celu zredukowania jego ilości i dla stabilizacji.
6. Składowanie osadu ściekowego.
Niektóre z powyższych stopni oczyszczania zostaną omówione poniżej.
3.3. Oczyszczanie biologiczne
Oczyszczanie biologiczne ma na celu:
rozłożenie materiału organicznego do dwutlenku węgla i metanu;
usunięcie związków biogennych (azotu i fosforu);
koagulację koloidalnych ciał stałych w kłaczki;
przeniesienie jonów metali i bardzo drobnych zanieczyszczeń organicznych z fazy wodnej
do fazy osadu.
Biologiczne oczyszczanie ścieków jest zarówno procesem oksydoredukcyjnym, jak i procesem
separacyjnym. Jeżeli substancje toksyczne są przerzucane do fazy osadu lub odpędzane do fazy
gazowej, wtedy konieczna jest dalsza obróbka tych faz.
Procesy biologiczne stosowane w oczysz-
e a u nne
czalniach można sklasyfikować na wiele
t
t
sposobów, jak np. na procesy aerobowe
(prowadzone w warunkach tlenowych)
i anaerobowe (w warunkach beztleno-
wych) oraz na podstawie typu reaktora
użytego do procesu biologicznego. Metoda
osadu czynnego i stawy tlenowe są przy-
e n
kładami bioreaktorów, w których mikro-
organizmy rozkładające zanieczyszczenia
utrzymywane są w stanie zawieszenia
w środowisku. W drugim typie reaktorów
t
biologicznych mikroorganizmy przytwier-
dzone są do obojętnego nośnika, jak ziar-
na mineralne lub specjalnie zaprojekto-
wane kształtki i pakiety z mas plastycz-
nych lub ceramiki, tworząc nalot zwany
błoną biologiczną. Przykładami takich Ryc. 14. Biologiczne oczyszczanie ścieków.
Strona 18
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
reaktorów są złoża biologiczne zraszane, złoża tarczowe i złoża fluidalne. Schemat technologicz-
ny dla procesu osadu czynnego oraz złoża biologicznego zraszanego pokazano na Ryc. 14.
Proces osadu czynnego został opracowany około roku 1914, w celu usuwania substancji zuży-
wających tlen. W ciągu ostatnich kilku lat rozwinięto szereg modyfikacji i obecnie proces ten
jest ważnym rozwiązaniem alternatywnym dla usuwania związków biogennych. W przypadku
usuwania substancji organicznych, część materiału jest utleniana do dwutlenku węgla i wody,
a część jest usuwana jako osad nadmierny, który podlega dalszej obróbce. Funkcja złóż biolo-
gicznych zraszanych i tarczowych jest podobna do procesu osadu czynnego. Złoża biologiczne
są wykorzystywane do usuwania azotu, ale nie są stosowane w chwili obecnej do biologicznego
usuwania fosforu. Oba typy bioreaktorów są używane do beztlenowego oczyszczania odpadów
organicznych o wysokim stężeniu. Powstający w czasie procesu metan gaz, może być wyko-
rzystany do produkcji energii.
3.4. Oczyszczanie chemiczne
Chemiczne wytrącanie jest szeroko rozpowszechnionym procesem do usuwania, na przykład:
Fosforanów przez dodawanie soli żelaza i aluminium lub wapna;
Metali przez dodawanie wodorotlenków, węglanów lub siarczków;
Koloidów i koloru.
Oczyszczanie ścieków na drodze chemicznego wytrącania obejmuje takie procesy, jak: mieszanie,
flokulacja, separacja i zagospodarowanie osadu (Ryc. 15).
Inną ważną technologią chemiczne-
o o
go oczyszczania ścieków jest stoso-
wanie silnych substancji utleniają-
cych (tj. chloru, ozonu, nadmanga-
nianu, nadtlenku wodoru, itd.),
czasami w połączeniu z traktowa-
niem ciepłem lub napromieniowy-
waniem. Jej celem może być dezyn-
fekcja, chemiczne utlenianie orga-
nicznych związków chemicznych do
dwutlenku węgla i wody albo do
mniejszych cząsteczek ulegających
biodegradacji lub łatwiej adsorbu-
jących na węglu aktywowanym.
Technologia ta jest szczególnie
przydatna w procesie powtórnego
wykorzystania ścieków oraz do
rozkładu bardzo drobnych zanieczy- Ryc. 15. Oczyszczanie ścieków z zastosowaniem chemicznego
wytrącania. Proces obejmuje koagulację, flokulację i separację.
szczeń organicznych, w przypadku
przemysłowych wód odpadowych.
3.5. Zagospodarowanie osadu ściekowego
Obecnie do przeróbki i unieszkodliwiania osadów otrzymywanych w procesach oczyszczania
ścieków stosuje się wiele różnych metod fizycznych, chemicznych i biologicznych. Cykl
zagospodarowania osadu ściekowego został przedstawiony na Ryc. 16. Ogólnym celem tego
stopnia oczyszczania jest zmniejszenie objętości osadów uzyskiwane przez zagęszczanie
i odwadnianie, a w niektórych przypadkach przez suszenie lub palenie. W celu ułatwienia
procesu odwadniania, osad jest kondycjonowany przez dodanie chemikaliów (zwykle
polielektrolitów). Kondycjonowanie prowadzi się również metodami termicznymi (podgrzewanie
Strona 19
|
e
|
e
e
|
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
lub oziębianie), aczkolwiek metody te są bardzo rzad-
ko stosowane. Osad może być stabilizowany przy uży-
ciu różnych metod:
Biologicznej stabilizacji za pomocą procesów tleno-
wej stabilizacji osadów ściekowych lub fermentacji
t t
metanowej osadów czy przez kompostowanie;
Stabilizacji chemicznej z wykorzystaniem wapna;
Stabilizacji termicznej z zastosowaniem osuszania
t
w wysokich temperaturach, mokrej oksydacji lub
t t
t t
spalania.
Celem stabilizacji jest również uzyskanie osadu, któ-
ry z czasem nie ulegnie zmianie, pozbawionego zapa-
t t
chu i obecności czynników chorobotwórczych. W pro-
cesie fermentacji metanowej powstaje metan gaz.
Metan ze względu na wysoką wartość opałową jest
często wykorzystywany w gospodarstwach domo-
t
t
wych jako gaz lub gdzie indziej do produkcji energii.
t
Kompost może służyć jako wartościowy nawóz ogrod-
niczy i rolniczy.
Na etap końcowego unieszkodliwiania osadów zwykle
składają się niektóre z form składowania na lądzie,
jak rozścielanie na powierzchni ziemi, przetrzymy-
wanie ścieków w lagunach (poletkach osadowych) czy
Ryc. 16. Cykl zagospodarowania osadu ście-
wypełnianie zagłębień terenowych. kowego.
3.6. Systemy naturalne
Wyróżnia się dwa główne typy schematów oczyszczania ścieków. Jeden z nich, zorientowany
bardziej w kierunku metod technicznych, został omówiony powyżej. Ale możliwe jest również
zastosowanie tzw. metod ekologicznych. Obejmują one, np.: stawy tlenowe, tereny podmokłe,
oczyszczanie ścieków w ziemi. Metody ekologiczne naśladują naturalne reakcje samooczysz-
czania na lądzie oraz w wodzie i jak one również potrzebują dużych powierzchni. Metody te są
przeważnie wykorzystywane przez małe oczyszczalnie i są wrażliwe na warunki klimatyczne.
Możliwe jest również łączenie metod zorientowanych technicznie z metodami zorientowanymi
ekologicznie w trzeci stopień oczyszczania.
Do oczyszczania ścieków można użyć wiele bliskich naturze schematów technologicznych. Mo-
żliwe jest podczyszczenie ścieków w osadniku gnilnym. Zasadniczo, jest to wodoszczelna komora,
który służy jednocześnie jako odstojnik i odtłuszczacz oraz jako nie ogrzewana, bez mieszania
osadu, komora fermentacyjna. Następnie ścieki są oczyszczane w systemie terenów podmokłych
(Ryc. 17). Zamiast oczyszczania na terenach tego typu można wykorzystać proces szybkiej in-
filtracji.
Oczyszczanie w stawach tlenowych opiera się na naturalnych procesach oczyszczania biolo-
gicznego, które można zaobserwować w jakimkolwiek naturalnym zbiorniku wodnym. Ogólnie
wyróżnia się 3 typy stawów beztlenowe, fakultatywne i dojrzewania, z których każdy pełni
inną funkcję. Przeważnie są one ułożone sekwencyjnie; w pierwszej kolejności występuje staw
beztlenowy, następnie fakultatywny, łączący się z jednym lub kilkoma stawami dojrzewania.
W przypadku klimatu zimnego dodatek chemicznych związków wytrącających znacznie po-
lepsza rezultaty oczyszczania. Reakcje biologiczne zachodzące w stawie fakultatywnym, przed-
stawiono na Ryc. 18.
Oczyszczanie ścieków w ziemi zachodzi przy udziale roślin i gruntów powierzchniowych oraz
skały macierzystej. Różne zastosowania tego procesu to: nawadnianie, np. lasów energetycz-
nych; szybka infiltracja; infiltracja ścieków z dołów gnilnych; odpływ powierzchniowy i wyko-
Strona 20
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
Ryc. 17. Tereny podmokłe ze spływem powierzchniowym ścieków. Mogą być naturalne lub sztuczne. Typowe
systemy skonstruowane przez człowieka składają się z obsadzonych makrofitami rowów o wymiarach: 3 5 m
szerokości i ponad 100 m długości [Brix i Schierup, 1989].
rzystanie osadu ściekowego na lądzie. Mimo iż sposób oczyszczania ścieków w ziemi był pra-
ktykowany przez wieki, to jego pełny potencjał został poznany zupełnie niedawno. Tereny pod-
mokłe są ekosystemami, których cechą charakterystyczną są zarówno systemy naziemne, jak
i wodne. Poziom wód gruntowych jest zwykle równy lub bliski powierzchni ziemi albo obszar
lądowy pokrywa płytka woda. Przykładami naturalnych terenów podmokłych są bagna słod-
kowodne i torfowiska. Zaprojektowane i wybudowane przez człowieka obszary tego typu, wy-
korzystywane jako systemy oczyszczania ścieków, obejmują sztuczne bagna, stawy i rowy. Te-
reny podmokłe są skutecznym środkiem do oczyszczania ścieków z kilku powodów:
Bakterii związanych z powierzchnią zanurzonych w wodzie korzeni i łodyg roślin wodnych;
sedymentacji w nieruchomej wodzie;
Adsorpcji i filtracji z udziałem korzeni i łodyg roślin wodnych;
Wymiany jonowej i sorpcji przez osady.
e
e e
e
|
e e
e
|
Ryc. 18. Synergistyczne oddziaływania pomiędzy glonami i bakteriami w stawie fakultatywnym.
Strona 21
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
4.
USUWANIE
ZWIZKÓW BIOGENNYCH
ZE ŚCIEKÓW
4.1. Informacje ogólne
Związki biogenne wprowadzane do wód odbierających ścieki w przeważającej większości po-
chodzą ze spływu powierzchniowego wód z obszarów użytkowanych rolniczo, ścieków gospo-
darczo bytowych i przemysłowych oraz wypadów zanieczyszczeń z atmosfery. Ograniczenie
spływów rolniczych i wypadu zanieczyszczeń z atmosfery jest problemem kompleksowym, wy-
magającym kontroli zródła emisji zanieczyszczeń do atmosfery (przemysł energetyczny, ruch
drogowy, rolnictwo, itd.) oraz zmian w technologii produkcyjnej i praktyce rolniczej. Monitor-
ing związków biogennych ma na celu ograniczenie zjawiska eutrofizacji w naturalnych jezio-
rach i zbiornikach retencyjnych, a ostatnio także eutrofizacji mórz. Na zagadnieniu usuwania
fosforu i azotu w oczyszczalniach ścieków skoncentrowanych jest większość z aktualnie prowa-
dzonych badań i opracowywanych projektów.
4.2. Usuwanie fosforu
W regionach o dużej gęstości zaludnienia, największy ładunek fosforu dostaje się do wód od-
bierających wraz ze ściekami komunalnymi. Najpoważniejszym jego zródłem są odchody ludzkie
oraz detergenty. W prawodawstwie większości krajów brakuje norm określających dopuszczalne
stężenie fosforanów w środkach piorących, choć w wielu państwach sprawa ta jest regulowana
za pomocą wielu nieoficjalnych porozumień między władzami a producentami. Zakazy dotyczące
detergentów zawierających fosforany zostały wydane tylko w niektórych krajach, jak np.
w Szwajcarii odnośnie domowych proszków do prania. Przeprowadzone badania wskazują, że
same zakazy nie polepszą znacząco jakości wody, z wyjątkiem tych przypadków, gdy wysoka
zawartość procentowa fosforu dostającego się do wód odbierających pochodzi ze ścieków ko-
munalnych, a zródłem jego zasadniczej frakcji są środki piorące.
Usuwanie związków fosforu ze ścieków opiera się na metodach biologicznych, chemicznych i fi-
zycznych oraz ich kombinacji, jak przedstawiono poniżej:
Biologiczne metody usuwania fosforu, polegające na wykorzystaniu mikroorganizmów, ma-
krofiltrów i roślin, które na drodze reakcji syntezy, procesów metabolicznych i adsorpcji
prowadzą do przyswajania fosforu przez ciała biologiczne.
Metody chemiczne, przebiegające z udziałem reakcji strącania, koagulacji i flokulacji, w wy-
niku których fosfor jest usuwany wraz z powstającym osadem chemicznym (Ryc. 15).
Metody fizyczne, usuwające fosfor ze ścieków w wyniku takich procesów, jak adsorpcja,
sedymentacja, flotacja i filtracja.
Ponieważ fosfor występuje w ściekach głównie w formie rozpuszczalnej, dlatego skuteczną me-
todą defosfatacji jest wytrącanie fosforu przy użyciu chemicznych środków strącających, a na-
stępnie usuwanie ze ścieków wytrąconego osadu za pomocą niektórych metod separacyjnych.
Istotny wpływ na przebieg tego procesu ma wybór chemicznego związku wytrącającego (sole
żelaza, sole aluminium i wapno), inicjalne warunki mieszania, ładunek powierzchniowy wy-
Strona 22
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
trąconych cząstek (może być kontrolowany poprzez wartość pH) oraz wybór metody rozdziału
(sedymentacja, flotacja i filtry głębokodenne).
Konfiguracje procesów z chemicznym wytrącaniem mogą przebiegać z udziałem lub bez udziału
oczyszczania biologicznego ścieków. Główny schemat technologiczny wygląda następująco:
Wytrącanie bezpośrednie, bez udziału procesu oczyszczania biologicznego;
Wytrącanie wstępne, w którym związki chemiczne dodawane są przed etapem biologicznym;
Wytrącanie jednoczesne, w którym chemikalia dodaje się bezpośrednio do etapu biologicznego;
Wytrącanie następcze, w którym związki chemiczne dodawane są po zakończeniu etapu oczysz-
czania biologicznego.
Wytrącanie bezpośrednie jest metodą powszechnie wykorzystywaną w Norwegii, z największą
instalacją do oczyszczania ścieków w Oslo. Wytrącanie wstępne z użyciem ałunu i soli żelaza
może być często stosowane przy niewielkim przeobrażeniu istniejących biologicznych oczysz-
czalni ścieków z sedymentacją pierwszego stopnia oczyszczania. Wytrącanie jednoczesne może
być wykorzystane przez większość już eksploatowanych obiektów pracujących metodą osadu
czynnego. Wytrącanie następcze jest szeroko rozpowszechnionym procesem oczyszczania ście-
ków w Szwecji.
Typ oczyszczalni z włączonym blokiem chemicznego wytrącania fosforu działa już od ponad
dwudziestu lat, a uzyskane doświadczenia praktyczne doprowadziły do powstania kilku mo-
dyfikacji, jak np. dwupunktowego dodawania związków chemicznych. Wytrącanie chemiczne
może zostać również zintegrowane z prostymi procesami oczyszczającymi, takimi jak baseny
tlenowe.
Na Ryc. 19 został przedstawiony jeden ze schematów procesu biologicznego usuwania fosforu.
chociaż podwyższona biologiczna eliminacja fosforu ze ścieków jest stosowana przez wiele du-
żych oczyszczalni (np. w Rydze), to jest to wciąż technologia rozwijająca się (zob. ramkę Biolo-
giczna defosfatacja).
Do usuwania fosforu można również wykorzystać procesy przebiegające z udziałem glonów lub
roślin wyższych. Powszechnie wiadomo, że stawy tlenowe w okresie ciepłych pór roku mogą
dawać niskie wartości fosforu w strumieniu wypływającym, jednakże obecność glonów w takim
strumieniu, niska efektywność usuwania fosforu w porach zimowych na obszarach północnych
oraz trudności z ich kontrolą ograniczają przydatność stawów w przypadku, gdy mają być uzys-
o o
o o
Ryc. 19. Przykład schematu technologicznego dla podwyższonej biologicznej eliminacji fosforu ze ścieków.
Biologiczna defosfatacja
Usuwanie fosforu przy użyciu konwencjonalnych metod oczyszczania, w głównej mierze zależy od
stosunku ulegającego biodegradacji węgla organicznego do fosforu oraz od wymagań metabolicznych
bakterii. W określonych warunkach może wystąpić zjawisko podwyższonego poboru fosforu przez
bakterie. Warunki te to:
Obecność strefy beztlenowej i pozbawionej azotanów;
Dostarczenie wystarczającej ilości podatnych na biodegradację, rozpuszczalnych substancji
organicznych do strefy anaerobowej w dopływającym strumieniu ścieków lub z procesu beztle-
nowej degradacji złożonych związków organicznych;
Konieczność wzrostu komórek bakteryjnych w naprzemiennie powtarzających się warunkach
beztlenowych i tlenowych.
Strona 23
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
kane wysokie efekty oczyszczania z fosforu (przyjmując, że nie zostaną dodane żadne chemi-
kalia). Ostatnimi czasy dużo uwagi zwrócono na wykorzystanie do usuwania związków bio-
gennych sztucznych terenów podmokłych z roślinnością.
Nawadnianie pól oczyszczonymi ściekami jest sposobem powszechnie praktykowanym w wielu
krajach regionu. W wyniku poboru przez system korzeniowy roślin uprawnych oraz sorpcji do
gleby zatrzymywany jest fosfor, a woda drenażowa zawiera niewielkie stężenie fosforu. Ujem-
nymi stronami tej metody są: sezonowa zmienność jakości wody oraz wymagania pokarmowe
roślin uprawnych.
4.3. Usuwanie azotu
Kontrola problemów środowiskowych związanych z azotem jest trudna, co jest wynikiem dużego
rozproszenia wielu jego zródeł. Aktualna tendencja zwyżkowa zawartości azotanów w wielu
zbiornikach wodnych używanych jako zródeł poboru wody pitnej oraz na obszarach morskich,
wskazuje na konieczność wypracowania odpowiednich metodologii służących kontrolowaniu
azotu. W Tab. 3 zostały przedstawione różne opcje.
Do usuwania azotu w oczyszczalniach ścieków może posłużyć kilka metod:
Przyswajanie azotu przez mikroorganizmy (bakterie, glony, itp.) oraz rośliny;
Biologiczna redukcja (denitryfikacja) (Ryc. 20);
Chemiczna redukcja azotanów i azotynów lub chemiczna oksydacja jonu amonowego do
azotu gazowego;
Odpędzanie amoniaku (powietrze lub para);
Selektywna wymiana jonowa;
Wytrącanie związku amonowo magnezowo fosforowego (ang. magnesium ammonium phosphate);
Elektrodializa i odwrócona osmoza (metody nie specyficzne).
t
t t
t
t
Ryc. 20. Przegląd różnych układów technologicznych dla nitryfikacji denitryfikacji. W procesie nitryfikacji
jon amonowy jest utleniany do azotanu. Następnym etapem jest redukcja azotanów do azotu gazowego. Proces
ten przeprowadzany jest w warunkach beztlenowych przy obecności materiału organicznego (denitryfikacja)
[Harremo�s i in., 1985].
Strona 24
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
Można powiedzieć, że procesy biologiczne dostarczają najbardziej ekonomicznych środków do
kontroli zawartości azotu w odprowadzanych ściekach, z wyjątkiem ścieków specyficznych, za-
wierających substancje toksyczne lub wysokie stężenia azotu. W procesie biologicznego usu-
wania azotu wykorzystuje się reakcje zachodzące również podczas biologicznego cyklu obiegu
azotu w przyrodzie.
Do eliminacji azotu można również wykorzystać systemy oczyszczania w ziemi lub system te-
renów podmokłych. Mechanizmy usuwania azotu obejmują w tym przypadku zarówno procesy
przyswajania azotu przez rośliny, jak i reakcje z udziałem bakterii wraz z nitryfikacją deni-
tryfikacją.
Tab. 3. Różne możliwości kontroli zanieczyszczenia azotem [Meybeck i in.,1989].
Problem Opcja
yródło Ograniczenie Technologia lub
zanieczyszczenia u zródła praktyka Oczyszczanie
zarządzania
Zrzuty punktowe
Ścieki Podczyszczanie Rozdzielanie ścieków Oczyszczanie tradycyjne;
ścieków i wód opadowych nitryfikacja i denitryfika-
przemysłowych cja; rozdział fizyczny;
reakcje chemiczne;
składowanie w ziemi
Przemysł Redukcja strat Dobre gospodarowa- Reakcje chemiczne;
produkcyjnych nie; zmiany procesu oczyszczanie biologiczne
technologicznego
Zrzuty niepunktowe
Nawozy Regulacja Minimalizacja spły- Zbieranie i przetrzymy
sztuczne stosowanej wów rolniczych wanie spływów rolniczych
intensywności, i wymywania z pól w stawach lub systemach
częstotliwości terenów podmokłych
oraz ilości
Użytki rolne Wykorzystanie Ograniczenie erozji Zbieranie i oczyszczanie
gnojowicy przez roślinność; spływów rolniczych
do nawożenia zbiór plonów i upra-
pól wa roli; urządzenia
strukturalne
Tereny miejskie Oczyszczanie Zbieranie i oczyszczanie
ulic, kontrola odpływów
śmieci
Strona 25
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
4.4. Zintegrowane usuwanie fosforu i azotu
W celu zapobiegania eutrofizacji Morza Bałtyckiego, konieczne jest oczyszczanie ścieków z fo-
sforu i azotu. Kolejno opisane metody usuwania fosforu i azotu mogą być łatwo ze sobą łączone.
Główne systemy oczyszczania ścieków z równoczesnymi procesami ich defosfatacji oraz nitry-
fikacji i denitryfikacji to:
Połączenie eliminacji azotu przez nitryfikację denitryfikację z reakcją chemicznego wytrą-
cania.
Połączenie biologicznej defosfatacji oraz nitryfikacji denitryfikacji. W tym przypadku za
system oczyszczania może posłużyć zmodyfikowany proces osadu czynnego z kombinacją
stref:
strefą beztlenową i pozbawioną azotanów (dla wywołania mechanizmów defosfatacji),
strefą beztlenową (dla denitryfikacji) oraz
strefą tlenową (dla nitryfikacji).
Zastosowanie systemów oczyszczania w ziemi i terenów podmokłych.
Istnieje całe spektrum możliwych kombinacji procesów usuwania fosforu i azotu. Ważnym za-
daniem jest takie zaprojektowanie schematu technologicznego, aby umożliwić optymalne wy-
korzystanie istniejących już obiektów i urządzeń do efektywnego usuwania pierwiastków bio-
gennych (dostosowanego do wielkości oczyszczalni, jej lokalizacji, właściwości ścieków itd.).
Strona 26
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
5.
OCZYSZCZANIE
ŚCIEKÓW PRZEMYSAOWYCH
5.1. Problemy związane ze ściekami przemysłowymi
Zróżnicowanie współczesnej produkcji oraz procesów przemysłowych czyni praktycznie
niemożliwym dokonanie klasyfikacji ścieków ze względu na skład. Większość z zakładów
przemysłowych przetwarza, bądz wytwarza szereg różnych produktów, z których każdy daje
specyficzny skład odprowadzanych wód odpadowych. Z tego względu zrzuty ścieków
przemysłowych różnią się istotnie zarówno pod względem ich pochodzenia, jak i właściwości.
Złożoną naturę ścieków przemysłowych dodatkowo potęgują wycieki z depozytów odpadów,
odpływy z lotnisk, ścieki rolnicze i wiele innych.
największe objętości stanowią wody chłodnicze. Wody te są często w ogóle nie zanieczyszczone,
z wyjątkiem oczywiście zanieczyszczenia zrzutami ciepła odpadowego i nie stanowią poważnego
problemu środowiskowego. W następstwie opadów atmosferycznych z terenów przemysłowych
odbierane są spływające wody deszczowe. Wody te mogą być skażone w wyniku różnego rodzaju
rozlewów w trakcie produkcji przemysłowej, jak np. produktów naftowych. Woda produkcyjna
to woda wykorzystywana w samym procesie technologicznym. Podczas niektórych procesów,
jak przy produkcji papieru, zużywane są ogromne ilości wody i dochodzi do jej ciężkiego za-
nieczyszczenia. W przypadku, gdy takie wody technologiczne są odprowadzane bezpośrednio
do odbiorników, mamy do czynienia z poważnym problemem zanieczyszczenia środowiska.
Obecnie, w wielu zakładach przemysłowych woda produkcyjna jest powtórnie wykorzystywana,
przyczyniając się tym samym do ochrony środowiska oraz obniżenia kosztów procesu technolo-
gicznego. Woda produkcyjna pochodząca z przemysłu spożywczego, jak też wody ściekowe ze
szpitali, są problemem sanitarnym, czyniąc wody odbierające ścieki nieprzydatnymi dla celów
Tab. 4. Niepożądane właściwości ścieków przemysłowych.
Rozpuszczalne substancje organiczne powodujące zużycie rozpuszczonego tlenu w ciekach
wodnych i w ujściach rzek
Składniki rozpuszczalne wpływające na smak oraz zapach wody w jej ujęciach
Materiały toksyczne i jony metali ciężkich
Barwa i mętność
Pierwiastki biogenne - azot i fosfor
Materiały żaroodporne
Oleje, smary i ciecze nie ulegające mieszaniu
Kwasy i zasady
Substancje wywołujące nieprzyjemny zapach powietrza
Rozpuszczone substancje stałe
Temperatura powodująca zanieczyszczenie cieplne
Materiały radioaktywne
Odpady chorobotwórcze
Strona 27
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
rekreacyjnych. Ścieki sanitarne to wody pochodzące z ubikacji, kuchni itd., zwykle z dużych
pomieszczeń socjalnych i biur. I w końcu woda kotłowa, czyli woda wykorzystywana do wytwa-
rzania pary i prądu elektrycznego. Na skład tego rodzaju wód odpadowych wpływają zarówno
chemikalia dodawane do kotłów, jak i składniki usunięte z wody surowej.
Przemysł można sklasyfikować na wiele różnych sposobów, ale sześć przedstawionych poniżej
grup wyjaśnia zmienność wód odpadowych w związku z procesami przemysłowymi.
1. Przemysł przetwórstwa chemicznego emituje m.in. produkty przeróbki ropy naftowej;
2. Dla przemysłu spożywczego i przemysłu farmaceutycznego głównym problemem jest zawar-
tość substancji organicznych w ściekach;
3. Przemysł konfekcyjny (np. produkcja materiałów włókienniczych i wyrobów skórzanych),
emituje duże ilości zarówno toksycznych związków nieorganicznych, jak i substancji orga-
nicznych zużywających tlen;
4. Przemysł produkcji i przetwórstwa materiałów (na przykład przemysł celulozowo papierni-
czy, hutnictwo stali, galwanizacja metali, hutnictwo żelaza, przemysł gumowy i przemysł
szklarski). Ich produktem w wielu przypadkach są duże ilości substancji toksycznych,
metali ciężkich oraz zanieczyszczeń organicznych;
5. Przemysł energetyczny i związany z produkcją energii (taki jak przetwórstwo węgla i ropy
naftowej, energetyka parowa i przemysł atomowy), zużywają duże ilości wód chłodniczych.
Postępowanie z materiałem radioaktywnym ilustruje, jak ścisłej regulacji i kontroli może
podlegać czynnik zanieczyszczający;
6. Przemysł usługowy (np. pralnie oraz procesy fotograficzne), wykorzystuje duże ilości
czasami toksycznych substancji chemicznych.
Rozdzielanie różnych strumieni ścieków jest koniecznym warunkiem wstępnym efektywnego
zagospodarowania i oczyszczania przemysłowych wód odpadowych. Niepożądane właściwości
ścieków przemysłowych zostały zebrane w Tab. 4.
W przypadku gospodarowania ściekami przemysłowymi, główna uwaga powinna być skiero-
wana nie tylko w kierunku metod oczyszczania ścieków. Równie ważne lub może nawet waż-
niejsze są np.: zmiany w technologii produkcyjnej, właściwy dobór surowców, recyrkulacja wody
w zakładach przemysłowych oraz rozdzielanie strug ścieków przed poddaniem ich oczyszczaniu.
Aby zilustrować różne problemy i różne technologie, poniżej zostały podane przykłady dotyczące
zagospodarowania i oczyszczania wód odpadowych z przemysłu obróbki powierzchniowej metali,
eliminacji bardzo drobnych zanieczyszczeń organicznych, problemów związanych z przemysłem
celulozowo papierniczym i ostatecznie, problemu zasolonych wód dołowych z kopalń węgla ka-
miennego w Polsce.
5.2. Usuwanie metali ciężkich
i drobnych zanieczyszczeń organicznych
W celu usunięcia metali ciężkich ze strumieni wód odpadowych, powstających np. w czasie ob-
róbki powierzchniowej metali, można wykorzystać kilka metod. Metody te obejmują chemicz-
ne wytrącanie, wymianę jonową, elektrodializę oraz odwróconą osmozę. Czasami metale pod-
dawane są chemicznemu przekształceniu przy użyciu procesów redukcji lub oksydacji, w celu
ułatwienia dalszej obróbki ścieków. Na Ryc. 21 został pokazany przykładowy schemat oczysz-
czania ścieków przemysłowych zawierających metale, w przypadku obróbki powierzchniowej metali.
Oczyszczone ścieki mogą być kierowane do kanału ściekowego lub rzeki, albo mogą być recyr-
kulowane. Uzyskany szlam, zanim zostanie ostatecznie zdeponowany w specjalnie zaprojek-
towanych zagłębieniach terenu, może zostać poddany specjalnej obróbce, polegającej na jego
zestaleniu drogą chemiczną dla zmniejszenia ruchliwości metali. Możliwości odzysku metali
powinny zostać najpierw oszacowane.
Do grupy bardzo drobnych zanieczyszczeń organicznych, często zwanych zanieczyszczeniami
specyficznymi lub opornymi, zalicza się wiele organicznych związków chemicznych oraz sub-
Strona 28
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
stancji nieorganicznych, takich jak
metale ciężkie. Wzrost wiedzy na
Usuwanie bardzo drobnych
temat bardzo drobnych zanieczysz-
zanieczyszczeń organicznych
czeń organicznych jest rezultatem
lepszej znajomości toksycznych
Są dwa główne sposoby eliminowania ze ścieków bardzo
i kancerogennych właściwości nie-
drobnych zanieczyszczeń pochodzenia organicznego. Za-
których zanieczyszczeń, występują-
nieczyszczenia tego typu mogą być usuwane przy udziale
cych nawet w bardzo małych stę-
metod separacyjnych, które koncentrują i relokują zanie-
żeniach oraz ulepszonych metod
czyszczenia, tak by mogły być łatwo odzyskiwane lub niszc-
analitycznych dla identyfikacji za-
zone. W przypadku zastosowania tych metod, ważne jest
nieczyszczeń.
rozważenie sposobu zagospodarowania fazy, w której bar-
Głównym problemem w opracowy-
dzo drobne zanieczyszczenia organiczne zostały skupione.
waniu odpowiednich technologii
Przez użycie na przykład różnych metod redukcyjnych lub
oczyszczania ścieków z bardzo drob-
oksydacyjnych bardzo drobne zanieczyszczenia organicz-
nych zanieczyszczeń organicznych
ne mogą być niszczone i detoksyfikowane.
jest ogromna liczba związków, które
W procesie jednostkowym może być wykorzystanych kil-
należy wziąć pod uwagę oraz prak-
ka metod eliminacyjnych. Bardzo drobne zanieczyszcze-
tycznie nieskończona ilość kombi-
nia organiczne w procesie osadu czynnego mogą być usu-
nacji tych związków, występujących
wane drogą odpędzania (substancje lotne), utleniania
w jakimkolwiek strumieniu ścieków
biologicznego (substancje biodegradowalne) oraz adsorp-
przemysłowych. Metody służące
cji przez osad ściekowy (substancje rozpuszczalne w ole-
usuwaniu bardzo drobnych za-
jach).
nieczyszczeń pochodzenia orga-
nicznego zostały przedstawione
w ramce obok.
l l
Ryc. 21. Schemat blokowy procedury usu-
l
wania metali ze ścieków przemysłowych
[UNEP/IEO, 1989].
Oczyszczanie ścieków przemysłowych
zawierających metale
W procesie oczyszczania wstępnego chromian
e e jest redukowany do dwuchromianu (III),
a cyjanek jest niszczony przez utlenianie do
dwutlenku węgla i azotu gazowego. Po wyrów-
naniu przepływu, metale są wytrącane (na
przykład w formie wodorotlenków) i usuwane
e | | e
| |
przez sedymentację. Proces rozdziału można
ulepszyć stosując dodatkowy etap filtracyjny.
ed e
III
l
e d
l
d d e d
Strona 29
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
5.3. Przemysł celulozowo papierniczy
W przypadku przemysłu celulozowo papierniczego przez długi okres czasu koncentrowano się
głównie na emitowanych do środowiska substancjach organicznych, przede wszystkim ogrom-
nych ilości włókien celulozowych i rozpuszczalnych związków organicznych oraz wywołanego
ich obecnością deficycie tlenu w wodach odbierających ścieki. Obecnie, można znacznie obniżyć
ładunek wprowadzanych substancji organicznych ulegających biodegradacji (wyrażony war-
tością BZT7, biochemiczne zapotrzebowanie tlenu) oraz zawiesin, przez zastosowanie środków
wewnętrznych lub zewnętrznych , jak napowietrzane laguny, proces osadu czynnego i che-
miczne wytrącanie. W Finlandii obciążenie substancjami organicznymi w 1970 roku wyniosło
1 600 ton BZT7 na dobę i 600 ton zawiesin w ciągu doby. Wartości te w 1988 roku uległy obni-
żeniu do poziomu 400 ton BZT7 na dobę i 220 ton zawiesin.
W latach 70. podniosła się również świadomość odnośnie toksyczności ścieków. Kwasy żywiczne
pochodzące z drewna są na przykład stosunkowo oporne na rozkład i mają pewną tendencję
do akumulowania się w organizmach ryb. Szczególny problem stanowią chlorowane związki
organiczne, powstające w procesie bielenia papieru przy użyciu chloru. Efektywne metody ana-
lityczne, opracowane w połowie lat 70., wykazały że powstają ogromne ilości takich związków,
a wiele z nich jest typu fenolowego.
Napowietrzane laguny są również skutecznym środkiem do redukcji substancji organicznych
toksycznych dla ryb. Przy ich udziale redukowana jest głównie zawartość niskocząsteczkowych
chlorowanych związków organicznych. W 1988 roku w jednej z szwedzkich fabryk oddano do
eksploatacji eksperymentalną oczyszczalnię ścieków z metodą ultrafiltracji dla usuwania chlo-
roorganowców powstałych w procesie technologicznym. W ten sposób można uzyskać efektyw-
ność rzędu 30 40%.
W celu uzyskania akceptowalnej jakości odprowadzanych ścieków, konieczne jest zintegrowanie
zabiegów prowadzonych wewnątrz z zewnętrznymi procesami oczyszczania. Różne metody
na zewnątrz obejmują:
Wprowadzenie procesu korowania drewna na sucho;
Zamknięcie obiegu wody w przemyśle;
Efektywne urządzenia do pławienia;
Usuwanie wycieków;
Obróbka kondensatu;
Zmodyfikowany proces warzenia i tlenowej delignifikacji;
Lepsza kontrola procesu technologicznego;
Zastąpienie chloru innymi środkami wybielającymi;
Wzmocnienie etapu zasadowego tlenem i/lub nadtlenkiem.
5.4. Zasolone wody kopalniane specyficzny problem Polski
Gospodarowanie zasolonymi wodami dołowymi z kopalń węgla kamiennego jest specyficznym
problemem Górnego Śląska. Stężenia chlorków w wodach kopalnianych mogą sięgać 42 000
mg/l, tj. 4,2%, a więc tyle samo co w oceanie. Ilość wód odpompowywanych z kopalń na powierz-
chnię sięga 31 mln m3/r. Wody dołowe są spuszczane do wód powierzchniowych, powodując
grozny wzrost zasolenia wód rzecznych. Około 1/3 ładunku soli jest odprowadzana do cieków
w zlewni Odry, a pozostałe 2/3 do Wisły i jej dopływów. Metody odsalania tych wód są bardzo
kosztowne i energochłonne. Oczyszczalnia tego typu działa w Dębieńsku, gdzie w wyniku od-
parowania wody dziennie usuwanych jest 200 ton soli z 2 800 m3 wód dołowych.
Zaproponowano również, by słone wody z odwodnienia kopalń transportować kolektorami i zrzu-
cać do Wisły poniżej miejsca, w którym uchodzi do niej Dunajec. Jednakże, takie rozwiązanie
wymagałoby zaangażowania znacznych środków finansowych. Zasolenie wód Wisły jest szcze-
gólnie niebezpieczne dla przemysłu, wykorzystującego wodę w celach chłodniczych, ze wzglę-
du na zwiększenie natężenia korozji różnych instalacji. Aączny ładunek soli odpompowywany
Strona 30
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
razem z wodami z lokalnych kopalni i zrzucany do rzek jest obecnie szacowany na ok. 9 000
ton chlorków i siarczanów w ciągu doby. Przewiduje się, że ładunek ten do końca roku 2000
osiągnie wartość przekraczającą 13 000 ton/d. W dorzeczu Wisły, najwyższy zrzucany ładunek
dobowy soli (około 50% ilości całkowitej) pochodzi z 5 kopalni: Czeczot, Piast, Ziemowit, Wesoła
i Brzeszcze. To sprawia, że wody rzeki Wisły na 57% jej długości nie odpowiadają normom jakości
wody z powodu dużej zawartości chlorków i siarczanów.
Średnia próba wody dla Wisły pobrana w 1991 roku, w punkcie pomiarowym powyżej miasta
Kraków, zawierała w 1 litrze: 2 500 mg rozpuszczonych ciał stałych, 1 250 mg chlorków i 200
mg siarczanów. W 1934 roku stężenie chlorków wynosiło tylko 50 mg/l. Zmiana stężenia chlor-
ków i rozpuszczonych ciał stałych w ciągu ostatnich pięćdziesięciu lat została przedstawiona
na Ryc. 22.
Ryc. 22. Roczne stężenia chlorków i substancji rozpuszczonych w przekroju badawczym rzeki Wisły, w Krakowie.
Strona 31
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
6.
ANALIZA TRZECH
KONKRETNYCH PRZYPADKÓW
ESTONIA, POLSKA I SZWECJA
6.1. Estonia
(Autorzy: Ain L��ne, Rein Munter i Heino M�lder, Politechnika w Tallinie)
Po drugiej wojnie światowej stale zaczął się pogarszać stan wód Morza Bałtyckiego. Jest to
bezpośrednio związane ze wzrostem ilości ścieków odprowadzanych do morza. W Estonii głów-
nym zródłem zanieczyszczeń są ścieki komunalne i przemysłowe. Do największych miast Estonii
należy Tallinn, Tartu, Narva, Kohtla J�rve i P�rnu. Wszystkie duże miasta, z wyjątkiem Tartu,
są zlokalizowane na wybrzeżu. Miasta Tallinn, Kohtla J�rve i Narva odprowadzają swoje ścieki
do Zatoki Fińskiej, a P�rnu do Zatoki
Ryskiej.
Wspomniane powyżej zródła zanieczysz-
czeń wraz z ładunkiem zanieczyszczeń
w latach 1989/1990 zostały pokazane na
mapie (Ryc. 23). Całkowita ilość ścieków
powstających w Estonii w ciągu roku wyno-
si około 600 mln m3, z czego 25% przecho-
dzi proces oczyszczania mechaniczno che-
micznego i 20% proces oczyszczania biolo-
gicznego.
Oczyszczalnia ścieków w Tallinnie powsta-
wała etapami: w 1980 roku ukończono in-
stalacje dla obróbki mechanicznej (etap
pierwszy), w roku 1983 instalacje dla
obróbki chemicznej (etap drugi), a w tym
roku (1992) zostaną oddane do eksploata-
cji urządzenia do obróbki biologicznej (etap
trzeci). Oczyszczalnia ścieków w Tartu
(biologiczno chemiczna) jest w trakcie
budowy. W głównych centrach przemysło-
wych (Kohtla J�rve, Narva) oczyszczalnie
dla ścieków komunalnych i przemysłowych
są przestarzałe i przeciążone. W najwięk-
szym mieście obszaru zachodniego wybrze-
ża P�rnu, służącego rekreacji, biologiczna
oczyszczalnia ścieków z użyciem metod do
Ryc. 23. Najważniejsze punktowe zródła zanieczyszczenia
redukcji fosforu i azotu rozpoczęła swoją
wód w Estonii. Załączone wartości liczbowe wskazują roc-
działalność w 1990 roku, ale sieć kanaliza-
zny ładunek zanieczyszczeń w latach 1989/1990, wyrażony
cyjna wciąż jest tutaj w trakcie przebudo-
jako: całkowita objętość (w mln m3 na rok), biologiczne
wy. Obecnie oczyszczaniu jest poddawa-
zapotrzebowanie na tlen (w tonach BZT5 na rok) oraz fos-
nych 60% ścieków z ogólnej ich ilości. for ogólny (w tonach na rok).
Strona 32
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
Najważniejszymi gałęziami przemysłu w Estonii są: przemysł naftowy, celulozowo papierniczy,
spożywczy i tekstylny. Przemysł naftowy jest zlokalizowany na obszarze Kohtla J�rve. W dniu
dzisiejszym około 25 mln ton łupków roponośnych w ciągu roku jest zużywanych w elektrow-
niach jako paliwo, a 20 mln ton jest chemicznie przerabianych, czego wytworem jest gaz, ropa,
półkoks i woda.
Aupek roponośny zawiera około 30% różnych fenoli, z których część wraz z półkoksem dostaje
się na wysypiska popiołu, zaś reszta ulega rozpuszczeniu w wodzie w procesie suchej destylacji.
W ten sposób do środowiska naturalnego, a co za tym idzie do Zatoki Fińskiej przedostają się
znaczne ilości fenoli. W okolicach Kohla J�rve znajdują się duże hałdy żużlowe (wysypiska
popiołu), utworzone przez zużyte łupki. Żużel jest odpadem stałym i stanowi poważny prob-
lem ochrony środowiska, wynikający ze spłukiwania zanieczyszczeń z hałd przez deszcze. Pow-
stające wtedy bardzo toksyczne i wysoko zmineralizowane ścieki nie mogą zostać skierowane
do centralnych oczyszczalni ścieków, ze względu na wysoką zawartość (powyżej 1g/l) substancji
organicznych.
Główne, nie rozwiązane jeszcze pro-
t
blemy gospodarki ściekowej Estonii
są związane z oddzielaniem pierwia-
stków biogennych (fosforu i azotu)
od ścieków komunalnych, odwad-
nianiem i unieszkodliwianiem osadu
t
ściekowego, niedostatecznym stop-
niem lokalnego podczyszczania ście-
ków przemysłowych. Podstawowe
wymagania co do oczyszczania ście-
ków na obszarze zlewiska Morza
Bałtyckiego zostały opracowane
t
przez Komisję Helsińską. W celu
spełnienia tych wymagań Estonia
powinna dziesięciokrotnie zreduko-
Ryc. 24. Bezpośredni ładunek BZT dostający się do Morza
wać ładunek zrzucanych zanieczy- bałtyckiego z Estonii oraz przyszłe cele polityczne.
szczeń (Ryc. 24).
6.2. Polska
(Autorzy: Elżbieta Płaza, Stanisław Rybicki i Józef Trela, Politechnika Krakowska)
Polski wkład w trucie Morza Bałtyckiego jest znaczny, co spowodowane jest faktem, że 40%
użytków rolniczych i więcej niż połowa ludności zamieszkującej zlewisko tego akwenu należy
do Polski.
Z terytorium Polski w ciągu roku spływa do Bałtyku około 355 000 ton substancji organicznych
(wyrażonych w jednostkach BZT5), co odpowiada w przybliżeniu 22% całkowitego ładunku nie-
sionego do morza z wszystkich krajów nadbałtyckich. Szacuje się, że roczny odpływ substancji
biogennych wynosi 222 000 ton azotu i 22 000 ton fosforu (w przybliżeniu odpowiednio 30%
i 40% ich całkowitego ładunku).
Podstawowymi zródłami zanieczyszczenia wody są ścieki komunalne i przemysłowe. Dwie pol-
skie rzeki, Wisła i Odra, będące głównymi odbiornikami ścieków w Polsce, uchodzą do Morza
Bałtyckiego.
Spośród 830 polskich miast 721 jest wyposażonych w systemy kanalizacyjne. Jednak aż 254
miast nie posiada oczyszczalni ścieków. Istniejące oczyszczalnie są zwykle nie efektywne, hy-
draulicznie przeciążone lub w złym stanie technicznym, a większość z nich to oczyszczalnie me-
chaniczne.
W Polsce tylko 68% ścieków przechodzi proces oczyszczania (większość z nich tylko oczyszczania
mechanicznego), pozostałą zaś część (tj. 32%) nadal zrzuca się do rzek bez jakiegokolwiek oczysz-
Strona 33
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
e
czania. Na Ryc. 25 przedstawiono stopień oczyszczenia ście-
ków odprowadzanych do wód powierzchniowych w 1990
roku. Z ogólnej ilości ścieków, 4,1 miliarda m3/r to ścieki
4
komunalne, a 1,8 miliarda m3/r to ścieki przemysłowe.
Zakłady przemysłowe kierujące swoje wody odpadowe do
miejskich systemów kanalizacyjnych, rzadko posiadają urzą-
dzenia do podczyszczania ścieków w celu usunięcia z nich
specyficznych składników, takich jak metale ciężkie, oleje,
rozpuszczalniki i inne związki chemiczne. Czynniki te
powodują pogorszenie składu ścieków komunalnych i osadów
ściekowych, co uniemożliwia ich naturalną utylizację i skła-
dowanie. Rocznie, około 920 mln m3 nie oczyszczonych
ścieków jest odprowadzanych z miast.
W polsce dużym problemem jest niewłaściwa gospodarka
ściekowa na terenach wiejskich. Wdrożenie programów za-
opatrzenia w wodę wsi pozbawionych systemów kanali-
40 0
zacyjnych czy oczyszczalni ścieków, doprowadziło do zwięk-
szenia zanieczyszczenia odbiorników. Około 15% ścieków
wymagających oczyszczenia (w przybliżeniu 1 miliard m3/r)
jest zrzucanych z terenów wiejskich i zlokalizowanej tutaj
e
zabudowy. Problem usuwania gnojowicy z gospodarstw
rolnych, stanowiącej główne zródło zanieczyszczeń organicz-
nych, nie został jeszcze właściwie rozwiązany.
Rocznie, około 420 mln m3 nie oczyszczonych ścieków jest od-
prowadzanych do wód powierzchniowych przez zakłady prze-
mysłowe. główny udział w zanieczyszczeniu środowiska nie
oczyszczonymi wodami odpadowymi ma przemysł me-
talurgiczny oraz paliwowo energetyczny. Substancje tok-
syczne i organiczne wpływają na życie biologiczne w wodach
odbierających ścieki. Na Ryc. 26 zostało zilustrowane zarzą-
dzanie ściekami przemysłowymi. Należy zwrócić uwagę, że
Ryc. 25. Stopień oczyszczenia ścieków
w obliczeniach tych wzięto pod uwagę jedynie przedsiębior-
w Polsce w 1990 roku. [Dane uzyskane
stwa państwowe. Oprócz tej grupy, są mniejsze prywatne
z Ministerstwa Ochrony Środowiska,
zakłady przemysłowe, z których prawie połowa nie posiada
Zasobów Naturalnych i Leśnictwa
w Warszawie].
instalacji do oczyszczania ścieków.
!
|
l
Ryc. 26. Ilości wód odpado-
wych zrzucanych przez różne
sektory przemysłowe Polski
oraz stopień ich oczyszczenia
[Dane otrzymane z Głównego
Urzędu Statystycznego w War-
szawie].
Strona 34
e
e
e
e
e
e
e
|
|
e
e
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
6.3. Przyszłe cele ochrony środowiska w Polsce
Rzeki, Wisła i Odra oraz ich dopływy, to
Tab. 5. Zrzut ścieków do rzeki Wisły.
główne odbiorniki niedostatecznie oczysz-
czonych ścieków przemysłowych oraz ko-
Ogólna ilość ścieków: 10 milionów m3 na dobę
munalnych. Jakość wody w tych rzekach
uległa pogorszeniu, czego skutkiem jest
Ścieki oczyszczone biologicznie 10%
deficyt wody pitnej w wielu regionach.
Ścieki oczyszczone chemicznie 47%
Ogólna ilość ścieków spuszczanych do Wisły
Ścieki nie oczyszczone 43%
i jej odpływów jest w przybliżeniu oceniana
na 10 mln m3 na dobę. Z tej ilości tylko 10%
jest oczyszczanych biologicznie (Tab. 5).
Tab. 6. Zrzut niektórych zanieczyszczeń do Zatoki
Ostatecznie ścieki doprowadzane są do
Gdańskiej za pośrednictwem Wisły
Zatoki Gdańskiej, powodując deteriorację
wód w Morzu Bałtyckim. W Tab. 6 przed-
Zanieczyszczenie ton/rok
stawiony został ładunek ścieków zrzu-
Azot ogólny 105 500
canych w 1987 roku do Zatoki Gdańskiej za
Azot azotynowy 68 500
pośrednictwem wód Wisły.
Ogólny węgiel organiczny 311 200
Stanu właściwej ochrony środowiska Morza
bałtyckiego nie osiągnie się, zanim nie
zostanie uporządkowana gospodarka
ściekowa na obszarze zlewiska Wisły
oraz Odry. Konieczne jest wybudowa-
Tab. 7. Planowane zródła dofinansowania programu ochrony
nie nowych oczyszczalni ścieków.
wód w Polsce w okresie 1991 1995. Dane z Ministerstwa
Większość z nich została zaprojektowa-
Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa
na w latach 1970 1980, ale tylko kil- w Warszawie.
ka z nich zostało całkowicie ukończo-
nych. Obecnie, w trakcie budowy jest yródło Udział
237 oczyszczalni ścieków różnego typu. w finan
Inwestycje te doprowadzą do zreduko- sowaniu
wania ilości nie oczyszczonych ścieków
Własne środki finansowe inwestorów 35%
odprowadzanych z miast o 40%. W ce-
(kredyty bankowe, fundusze rozwoju
lu ulepszenia gospodarki ściekowej
przedsiębiorstw, budżet władz lokalnych)
w Polsce, konieczne jest zwiększenie
Wojewódzkie Fundusze Ochrony 25%
możliwości przerobowych komunal-
Środowiska i Gospodarki Wodnej
nych oczyszczalni ścieków o około 11,5
mln m3 /d oraz o około 2,3 mln m3/d
Narodowy Fundusz Ochrony 20%
zdolności przerobowych oczyszczalni
Środowiska i Gospodarki Wodnej
wiejskich. Znaczy to, że prawie 8 300
włącznie z funduszem solnym
oczyszczalni ścieków powinno powstać
Budżet państwa 15%
na samych tylko terenach wiejskich.
Zagraniczne 5%
W tym samym czasie obiekty już dzia-
łające powinny zostać unowocześnione
i zmodernizowane.
Gospodarowanie ściekami w przemyśle można udoskonalić przez wybudowanie nowych lub
rozbudowę oczyszczalni, które już istnieją do przepustowości bliskiej 7 200 mln m3/d. Moder-
nizacja przemysłu poprzez wdrożenie metod oszczędności wody oraz zmian technologii
produkcyjnej również ograniczy zrzuty zanieczyszczeń do środowiska.
Program inwestycyjny wymaga ogromnych nakładów finansowych. Planuje się, że wraz ze
stworzeniem warunków ekonomicznych dla samofinansowania programu ochrony wód, udział
budżetu państwa w finansowaniu inwestycji ulegnie zmniejszeniu (Tab. 7). Program ochrony
Strona 35
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
wód zaproponowany przez Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa
postawił sobie za cele do końca 1995 roku
zredukowanie ilości nie oczyszczonych ścieków z 1,3 miliarda m3 do 1,0 miliarda m3;
zredukowanie o około 15% wartości BZT5 niesionego bezpośrednio lub za pośrednictwem
wód Wisły, Odry i innych rzek przybrzeżnych do bałtyku;
zredukowanie o około 4,5% zawartości azotu w tych ściekach;
6.4. Szwecja
Jeszcze w połowie dziewiętnastego wieku Szwecja była krajem rolniczym, którego 4/5 ludności
zamieszkiwało obszary wiejskie. W wieku dwudziestym doszło do zmiany rozkładu ludności
i obecnie ponad 4/5 ludności szwedzkiej stanowią mieszkańcy miast. W następstwie przyrostu
ludności, urbanizacji i wzrostu jakości domowych urządzeń sanitarnych, wiele jezior, rzek oraz
obszarów przybrzeżnych zostało ciężko zanieczyszczonych.
Epidemie chorób zakaznych, powszechnie występujące w połowie dziewiętnastego wieku, były
główną przyczyną wprowadzenia uzdatniania wody w Szwecji. W 1861 roku w Sztokholmie,
a następnie w kilku innych miastach, wprowadzono proces wolnego filtrowania przez piasek.
W Gothenburgu woda powierzchniowa był infiltrowana w głąb ziemi w 1898 roku. Od 1920
roku stosowany jest proces szybkiej infiltracji wód powierzchniowych przez piasek, poprzedzonej
chemicznym wytrącaniem.
Pierwsza biologiczna oczyszczalnia ścieków dla obsługi miasta Skara została zbudowana już
w 1897 roku, duże projekty zostały jednak uruchomione dopiero po roku 1930. W 1930 r. swoją
pierwszą oczyszczalnię uzyskał na przykład Sztokholm. Większość z powstałych wtedy obiektów
ograniczała się do pierwszego stopnia oczyszczania. Wybuch epidemii salmonellozy w jednym
z szwedzkich miast w połowie lat 50. przyspieszył proces powstawania biologicznych oczysz-
czalni ścieków ze skutkiem: 10 pracujących oczyszczalni w 1950 r. i ponad 1 100 w roku 1975.
Wprowadzenie syntetycznych środków piorących w połowie lat 50. zwiększyło proces eutrofi-
zacji, a już pod koniec lat 50. limnolodzy zaczęli ostrzegać przed pogorszeniem jakości wód w je-
ziorach i obszarach przybrzeżnych. Pierwsza szwedzka chemiczna oczyszczalnia ścieków (w
Aker) została ukończona w 1961 roku, ale dopiero pod koniec lat 60. proces oczyszczania che-
micznego wprowadzono na szeroką skalę.
Od lat 70. szybko rozpowszechniło się montowanie w Szwecji komunalnych oczyszczalni ścieków
z włączonym blokiem chemicznego wytrącania. Aktualnie około 90% ludności miejskiej (w Szwe-
cji około 85% ludności zamieszkuje tereny miejskie) jest obsługiwana przez oczyszczalnie z po-
łączonym procesem oczyszczania biologicznego i chemicznego, 6% przez oczyszczalnie biolo-
giczne, a 4% przez oczyszczalnie chemiczne (Ryc. 27).
Trzy główne problemy zanieczyszczenia wody w Szwecji, tj. zakwaszenie, eutrofizacja oraz zrzu-
ty substancji toksycznych i trwałych, przypuszczalnie zdominują działania mające na celu kon-
trolę zanieczyszczenia wód, które będą prowadzone w ciągu pozostałych lat 90.
Przyczyną kwaśnych deszczy są przede wszystkim emitowane do atmosfery tlenki azotu i siarki,
których zródłami są: spalanie ropy i węgla, spaliny samochodowe, celulozownie i papiernie,
huty oraz zakłady siarki. Kwasowość wód może być powodowana również przez amoniak, po-
chodzący z praktyk rolniczych i nawozów, wskutek procesu nitryfikacji. Zakwaszenie powoduje
uwalnianie metali z gleby do wód powierzchniowych i podziemnych. W ten sposób, wysoka kwa-
sowość wód spowoduje wzrost dopływu metali do Morza Bałtyckiego.
Ścieki komunalne i przemysłowe są znaczącym zródłem związków biogennych oraz substancji
toksycznych. Kilka ważniejszych gałęzi przemysłowych Szwecji, jak przemysł celulozowo pa-
pierniczy, hutnictwo żelaza i stali oraz górnictwo, nie kieruje swoich ścieków do kanalizacji
miejskiej. Odprowadzane przez nie wody odpadowe zawierają metale toksyczne oraz bardzo
drobne zanieczyszczenia organiczne.
Strona 36
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
Ryc. 27. Rozwój procesu oczyszczania ścieków komunalnych na obszarach miejskich Szwecji.
6.5. Aktualna sytuacja w Szwecji
Generalnie, dla oczyszczania ścieków
w Szwecji nakazano stosowanie połą-
Tab. 8. Propozycje przyszłych wymogów dla zrzutów fosforu
czonych procesów oczyszczania biolo- i azotu w szwedzkich oczyszczalniach ścieków komunalnych.
(r.o. = równoważnik osobowy)
gicznego i chemicznego. W niektórych
jednak przypadkach może być dozwo-
Wielkość oczyszczalni Wymogi
lone oczyszczanie wyłącznie biologicz-
i lokalizacja
ne lub chemiczne. W rejonach, w któ-
rych odbiorniki ścieków są w złym sta-
wszystkie nadbrzeżne zrzut fosforu
nie w następstwie zrzucanych ścieków,
większe niż 2 000 r.o. poniżej 0,5 mg/l
oprócz oczyszczania biologicznego
wszystkie na wybrzeżu zrzut fosforu
i chemicznego dodatkowo nakazane
od Norwegii do Sztokholmu poniżej 0,3 mg/l
jest stosowanie oczyszczania trzeciego
większe niż 50 000 r.o.
stopnia (głównie filtracji następczej).
wszystkie na wybrzeżu zrzut azotu poniżej
Nowe wymagania w stosunku do jako-
od Norwegii do Sztokholmu 15 mg/l (co odpowia-
ści ścieków odpływających z oczysz-
większe niż 10 000 r.o. da ok. 50% redukcji)
czalni w Szwecji różnią się zależnie od
rozmiaru obiektu i jego lokalizacji, jak
pokazano w Tab. 8.
Najbardziej powszechną kombinacją oczyszczania biologicznego i chemicznego stosowaną
w Szwecji, jest wytrącanie następcze proces wykorzystywany przez 80% z ogólnej liczby oczy-
szczalni z chemicznym wytrącaniem. Jednakże, niektóre z większych zakładów oczyszczania
ścieków, np. w Sztokholmie, wykorzystują wytrącanie wstępne. W celu zwiększenia efektyw-
ności usuwania fosforu, w planie jest zainstalowanie dopełniającego etapu filtrowania.
Strategia dla wprowadzenia procesu usuwania azotu opiera się głównie na nowych sposobach
działania istniejących oczyszczalni lub uzupełniającym przebudowaniu obiektów już eksplo-
atowanych. Celem jest pełne wykorzystanie inwestycji już przeprowadzonych. Dominującym
procesem technologicznym usuwania azotu w Szwecji jest jednoosadowa nitryfikacja i deni-
tryfikacja. średni koszt usuwania azotu został oszacowany na około 50 SEK/kg N, według obli-
Strona 37
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
czeń z 1988 roku. W chwili obecnej około 40 wielkich projektów eliminacji azotu jest w trakcie
realizacji w różnych oczyszczalniach ścieków. Zaostrzenie przepisów co do zrzutów ścieków prze-
mysłowych do sieci kanalizacyjnej, państwowe regulacje dotyczące stosowania chemikaliów
oraz kampanie dla ograniczenia użycia produktów toksycznych w gospodarstwach domowych,
doprowadziło do znacznego polepszenia jakości ścieków komunalnych w odniesieniu do takich
zanieczyszczeń, jak metale ciężkie. Zostało to zilustrowane na Ryc. 28.
Wykorzystanie osadu ściekowego w rolnictwie zostało w Szwecji uznane jako dopuszczalne ze
środowiskowego punktu widzenia oraz jako ekonomiczna metoda składowania osadu ścieko-
wego. Mimo to, z dniem 1 stycznia 1990 roku Związek Rolników Szwedzkich zalecił swoim człon-
kom, aby nie używać szlamu w celach rolniczych. Z tego też powodu problem związany z osadem
jest obecnie przedmiotem wielkiej dyskusji.
Pomimo wczesnego rozpoznania problemów środowiskowych związanych z odprowadzaniem
ścieków przez przemysł celulozowo papierniczy oraz podjęcia ekstensywnych środków zarad-
czych jest to wciąż, w porównaniu z innymi sektorami przemysłowymi, największe zródło emisji
rozpuszczalnych substancji organicznych do środowiska.
4 4
Ryc. 28. Zrzuty rtęci z oczyszczalni ścieków Heriksdal w sztokholmie.
Strona 38
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
7.
PRZYSZAE TENDENCJE
7.1. Doświadczenia z lat ubiegłych
W Rozdziale 1 została nakreślona historia oraz perspektywy gospodarki ściekowej. Zaprezen-
towane przekształcenia opisano na podstawie regularnego postrzegania i pojawiania się no-
wych, groznych problemów związanych z jakością wody oraz potrzeby wypracowania coraz bar-
dziej zaawansowanych systemów oczyszczania ścieków. Sukcesy w zwalczaniu chorób przeno-
szonych przez wodę były punktem wyjściowym dla rozwoju zakładów uzdatniania wody oraz
systemów wodociągowych i kanalizacyjnych. Konieczność istnienia systemów efektywnego za-
gospodarowania ścieków w celu ochrony środowiska, od tego czasu była nie doceniana.
Wczesna filozofia unieszkodliwiania ścieków wyrażona sloganem: rozcieńczenia rozwiązują
problem zanieczyszczenia mogła być poparta przez niektóre typy zanieczyszczeń, takie jak
wprowadzane do dużych odbiorników substancje organiczne ulegające biodegradacji. Efekty
odprowadzania substancji toksycznych i biogennych do Morza Bałtyckiego wyraznie ujawniły
jednak ograniczenia metody rozcieńczeń.
Uruchamianie biologicznych i chemicznych oczyszczalni ścieków doprowadziło do znacznego
polepszenia stanu wód odbierających ścieki. Przykładowo, od 1970 roku w związku z włącze-
niem bloku dla chemicznego wytrącania w oczyszczalniach ścieków, gwałtownie obniżyły się
dostawy fosforu do sztokholmskiego archipelagu wewnętrznego. Następstwem tego był odpo-
wiedni ubytek chlorofilu a w 0 2 metrowej warstwie wody. W związku z polepszaniem się stanu
dużych obszarów jeziora M�laren, drugiego co do wielkości jeziora w Szwecji, korzystanie z ką-
pieli na świeżym powietrzu stało się znowu możliwe w centralnych rejonach miasta Sztokholm.
Rezultatem kontroli u zródła i oczyszczania wewnętrznego było w rezultacie obniżenie za-
wartości metali w ściekach odpływających z oczyszczalni. Zaawansowane procesy oczyszczania
ścieków wykazują również pewne ograniczenia. Zazwyczaj tylko niektóre składniki, jak podatny
na rozkład biologiczny materiał organiczny oraz czynniki chorobotwórcze, są w istotny sposób
degradowane, detoksyfikowane lub niszczone w tracie obróbki ścieków w oczyszczalniach ście-
ków. Większość z zanieczyszczeń (takich jak: fosfor, metale i bardzo drobne zanieczyszczenia
organiczne) jest w oczyszczalniach zatężanych, a następnie usuwanych w postaci osadu ście-
kowego. Należy staranne rozważyć sposób dalszego zagospodarowania i unieszkodliwiania szla-
mu pochodzącego z oczyszczalni ścieków. Trzeba wziąć również pod uwagę możliwość wpro-
wadzania zanieczyszczeń do atmosfery.
Wysokorozwinięte oczyszczalnie ścieków zostały skrytykowane jako rozwiązania na końcu ru-
ry ze względu na fakt, że ograniczenie zanieczyszczenia w związku z pózniejszym wyciekaniem
zanieczyszczeń ze zdeponowanego osadu ściekowego, jest zjawiskiem tymczasowym. Znacze-
nie i stosowność tego krytycyzmu jest obecnie przedmiotem sporu i przyczyną zrewidowania
niektórych poglądów w gospodarce ściekowej. Za przykład mogą posłużyć metale ciężkie, które
można usuwać z roztworów wodnych przy użyciu chemicznego wytrącania. W sytuacji, gdy sy-
stem oczyszczający jest prawidłowo zaprojektowany i obsługiwany, strumień wodny może w na-
stępnej kolejności przechodzić do dalszej obróbki lub zostać odprowadzony do wód odbierających.
Problem zagospodarowania ścieków w tym przypadku jest bardziej związany ze składowaniem
wytrąconego osadu zawierającego metale. Wyciekający ze zdeponowanego materiału fosfor może
przyczyniać się do eutrofizacji jezior i mórz.
Strona 39
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
7.2. Metody ekologiczne
Ostatnimi czasy wzmogła się działalność badawcza nad zastosowaniem ekologicznych metod
technicznych oczyszczania ścieków. Ich celem jest nie tylko rozwiązywanie problemów zanie-
czyszczenia, ale również tworzenie ze ścieków zasobów naturalnych. Badania te obejmują pro-
jektowanie i opracowywanie stawów, terenów podmokłych i gruntów nawadnianych. Użycie
do oczyszczania ścieków szklarni wewnątrz oczyszczalni miało miejsce zarówno w Szwecji, jak
i Stanach Zjednoczonych.
W Folk College (Szkoła Ludowa) w Stensund powstała oczyszczalnia ścieków oparta na kul-
turach wodnych. Jej celem jest zademonstrowanie, badanie i opracowanie drogą naturalnych
procesów z użyciem skonstruowanych łańcuchów troficznych, zjawiska powtórnego wykorzysta-
nia ścieków. Projekt ten zmierza do detoksyfikacji i recyklingu zasobów ściekowych, wliczając
w to związki biogenne, w celu ich wykorzystania do produkcji w kulturach wodnych.
W ramach projektu badawczego na Politechnice w Lule� będą prowadzone prace nad nawad-
nianiem ściekami komunalnymi terenów leśnych w obszarze miejskim północnej Szwecji (ko-
muna Sorsele). Ścieki są wstępnie podczyszczane przez sedymentację pierwszego stopnia i prze-
chowywane w stawach. Nawadnianie ma miejsce w okresach poboru związków biogennych
przez lasy sosnowe. Oczekuje się, że eksperymenty te wskażą na znaczne zwiększenie wzro-
stu drzew oraz będą demonstracją ekologicznych metod oczyszczania ścieków.
7.3. Rozdzielanie ścieków w gospodarstwach domowych
Niektóre z działalności badawczych zogniskowały się na rozdzielaniu różnych strumieni ścieków
w gospodarstwach domowych, na przykład wody z toalet (czarna woda) od wody wykorzysty-
wanej do kąpieli, mycia naczyń i prania (woda szara). Ponieważ głównym zródłem azotu w ście-
kach komunalnych to woda z toalet, separacja taka ułatwiłaby proces usuwania azotu ze ście-
ków. Ostatnio zostały opracowane specjalne toalety oddzielające mocz od kału. Mocz przecho-
wywany w zbiorniku mógłby być używany jako nawóz o niskiej zawartości patogenów. Praktyka
rozdzielania strumieni w gospodarstwach domowych nie jest jeszcze zbyt rozpowszechniona.
Jednakże, w nowoczesnych zakładach przemysłowych w celu ułatwienia ponownego wykorzy-
stania wody i materiałów oraz procesów wewnętrznego uzdatniania wód przemysłowych, po-
wszechną praktyką jest rozdzielanie zanieczyszczonych strug ścieków.
7.4. Czyste technologie
W przyszłości w gospodarce ściekowej powinno zwrócić się większą uwagę na możliwości zam-
knięcia cyklu życia produktów od momentu ich zaprojektowania, przez produkcję do osta-
tecznego zużytkowania i usuwania. Powinno być to dokonane w taki sposób, aby w efekcie koń-
cowym zapewnić nikły stopień zanieczyszczenia środowiska lub jego brak w ogóle. Metody te
są powszechnie znane jako czyste technologie i mogą obejmować:
Opracowanie nowych i udoskonalenie istniejących procesów produkcyjnych;
Opracowywanie nowych metod oczyszczania ścieków;
Efektywne zarządzanie, zagospodarowanie i ponowne wykorzystanie surowców i energii.
Techniki minimalizacji odpadów, jak to pokazano na Ryc. 29, są często wykorzystywane sy-
nonimicznie z czystymi technologiami .
7.5. Udoskonalenia w zagospodarowaniu ścieków
Koncepcje czystej technologii i inżynierii ekologicznej będą miały wpływ na tradycyjną go-
spodarkę ściekową. Wraz z zastosowaniem czystych technologii zmniejszą się zrzuty substan-
cji toksycznych do kanalizacji. Uprzystępni to wykorzystanie ponowne ścieków i recykling sub-
stancji biogennych. Praktyka odzysku energii w procesie obróbki ścieków (użycie pomp ciepl-
Strona 40
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
l o
e
e |
e e
e
d
|
o o o
d
o
d
e
e
d d
d e
e
d
e
d e
e
d
d| d
e e
o o
o olo o lo
e | e
d e d ed | e
d e e
| d
e
d d e| e e e e
e
|e e e d
d e
e | e | e d
e
Ryc. 29. Techniki minimalizacji odpadów [Agencja Ochrony Środowiska, 1988].
nych i gazu fermentacyjnego) została wprowadzona przez wiele oczyszczalni, na przykład
w Szwecji. Ponadto, osiągnięcia w zakresie fizycznych, chemicznych i biologicznych metod oczy-
szczania doprowadzą do powstania bardziej efektywnych oczyszczalni ścieków. Zastosowanie
nowoczesnych technicznych metod kontrolnych jest innym ważnym narzędziem dla zwiększenia
efektywności procesu oczyszczania.
Potrzeba udoskonalenia procesu zagospodarowania ścieków ma swoje korzenie we wcześniej-
szych praktykach:
Chorobom przenoszonym przez wodę można było zapobiegać doprowadzając do użytkowników
wodę wysokiej jakości. W dniu dzisiejszym szybko wzrasta zapotrzebowanie na wodę, a niektóre
zródła poboru, kiedyś posiadające wodę dobrej jakości, są obecnie zanieczyszczone w wyniku
dostaw zanieczyszczeń z punktowych lub rozproszonych zródeł zanieczyszczeń. Oznacza to, że
aby zapewnić dostawy wody o dobrej jakości do konsumenta, muszą zostać opracowane bar-
dziej skuteczne metody oczyszczania ścieków.
Transportowanie wody do obszarów miejskich było główną przyczyną budowania kanałów ście-
kowych, mających na celu przenoszenie ścieków od konsumenta do ich odbiornika. W rezultacie
doprowadziło to do powstania infrastruktury hydrotechnicznej, wraz z zakładami uzdatniania
wody, wodociągami, kanalizacją i oczyszczalniami ścieków. W przyszłości należy zwrócić wię-
cej uwagi na utrzymanie i udoskonalanie tej infrastruktury.
Eutrofizacja została uznana za poważny problem związany z jakością wody, początkowo w je-
ziorach ( lata 60.), a następnie w latach 80. ze stanem wód obszarów morskich. Udoskonalenia
w strategii gospodarowania ściekami powinny być ukierunkowane na kontrolę u zródła (sub-
stytucja fosforanów w detergentach), rozdzielanie strumieni ścieków w gospodarstwach domo-
Strona 41
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
wych (zwłaszcza w przypadku lokalnego zagospodarowania ścieków) oraz recykling substancji
biogennych. Należy lepiej oszacować możliwość wykorzystania ekologicznych koncepcji technicz-
nych.
Kontrola zrzutów substancji toksycznych, takich jak metale ciężkie i bardzo drobne
zanieczyszczenia organiczne, powinna być skierowana na zmiany w użyciu chemikaliów oraz
technologii produkcyjnej, metody oszczędności wody, recykling materiału oraz efektywne oczy-
szczanie wewnętrzne strumieni technologicznych ( czysta technologia ). Znaczny jest udział
gospodarstw domowych w odprowadzaniu substancji toksycznych do kanalizacji i dlatego należy
rozważyć różne środki zapobiegające temu zjawisku (kampanie informacyjne, zmiany w wy-
borze produktów przez konsumenta, itd.). Skuteczna kontrola zrzutów substancji toksycznych
do kanałów ściekowych jest zasadniczym warunkiem wstępnym dla wtórnego wykorzystania
pierwiastków biogennych z osadu ściekowego lub ścieków ze zcentralizowanych systemów ka-
nalizacyjnych.
Osiągnięcia w dziedzinie zagospodarowania ścieków dotyczą całego systemu. Dostępne sposoby
udoskonaleń w tym obszarze działania zostały zilustrowane na Ryc. 30. Podstawowym celem
dla osiągnięcia odpowiedniej jakości wody w wodach odbierających ścieki, jest wprowadzenie
tych rozwiązań do praktyki.
k
" a e n a
" e an e
" an e
ek
" e k n
n e en e
" an e
" an e
e
a e an a
e n ne
n
e
e
e
e e
" e e n k
|
" e k n
" an
ak na
e e
na u a n
a
en e
" k
" e k n
e
ene
" k ene
a
e ne
Ryc. 30. Dostępne sposoby dla przyszłych udoskonaleń w gospodarce wodno ściekowej.
Strona 42
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
8.
PODSUMOWANIE
Sformułowane w połowie XIX wieku cele gospodarki ściekowej są takie same,
jak te określone obecnie:
1. natychmiastowe usuwanie ścieków z sąsiedztwa lokali mieszkalnych,
2. zapobieganie zanieczyszczeniu wód odbierających ścieki oraz
3. opłacalne składowanie i wykorzystanie ścieków.
Około 1850 roku stało się oczywiste, że brudna woda jest grozną wylęgarnią
chorób. Rezultatem było transportowanie do terenów miejskich wody ze zródeł
poboru dobrej jakości oraz stopniowy rozwój zabudowy hydrotechnicznej, obej-
mującej stacje uzdatniania wody, sieć wodnokanalizacyjną oraz oczyszczalnie
ścieków.
Oczyszczanie ścieków bezpośrednio na miejscu ich powstawania oraz ich unie-
szkodliwianie na obszarach wiejskich może być przeprowadzane przy użyciu
efektywnych i niezawodnych metod. Typowy system składa się z dołu gnilne-
go, po którym następuje infiltracja w ziemi.
Rezultatem spuszczania ścieków kanalizacyjnych było pogorszenie jakości wody
w odbiornikach ścieków, w których zaobserwowano kolejne pojawianie się róż-
nych groznych problemów jakości wody: zawiesiny, zachwianie równowagi tleno-
wej w lokalnych wodach odbierających ścieki, eutrofizacja jezior, toksyczność
metali ciężkich i bardzo drobnych zanieczyszczeń organicznych oraz zanieczy-
szczenie mórz.
Aby umożliwić proces zwalczania problemów zanieczyszczenia wód zostały
przeprowadzone, w przedstawionym poniżej porządku, takie inwestycje jak:
oczyszczanie mechaniczne (ciała pływające i zawiesiny), oczyszczanie biologi-
czne (bilans tlenowy), chemiczne wytrącanie (eutrofizacja jezior), oczyszcza-
nie wewnętrzne i zewnętrzne (metale ciężkie i bardzo drobne zanieczysz-
czenia organiczne) oraz usuwanie azotu (eutrofizacja mórz).
Metody oczyszczania można sklasyfikować jako metody fizyczne, chemiczne
i biologiczne. Metody te mogą być łączone w ciągi technologiczne, w trakcie
których ścieki są oczyszczane do wymaganego stopnia jakości wody. Zostały
opracowane dwa główne typy ciągów technologicznych, jeden zorientowany
w kierunku metod ekologicznych (stawy tlenowe, tereny podmokłe, kultury
wodne, oczyszczanie w ziemi, itd.) oraz drugi, bardziej zorientowany w kierunku
metod technicznych (tj. metody fizyczne, chemiczne i biologiczne).
Strona 43
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
Fosfor i azot może być usuwany przy użyciu chemicznego wytrącania oraz
procesów biologicznych wraz z nitryfikacją i denitryfikacją. Biologiczne usuwa-
nie fosforu jest interesującym rozwiązaniem alternatywnym dla chemicznego
wytrącania. Nowym obiektem zainteresowania jest wykorzystanie systemów
oczyszczania w ziemi i terenów podmokłych.
Zanieczyszczenia pochodzące z działalności górniczej, depozytów, przemysłu
oraz aglomeracji miejskich spowodowały deteriorację wód w odbiornikach ście-
ków. Dla zilustrowania procesu ograniczania zanieczyszczeń, przedstawione
zostały przykłady pochodzące z Estonii, Polski i Szwecji.
Ważnymi kierunkami w badaniach i rozwoju w zakresie gospodarki ściekowej są:
1. oczyszczanie wód w zanieczyszczonych zródłach jej poboru,
2. metody dla utrzymania i udoskonalenia infrastruktury hydrotechnicznej,
3. ponowne wykorzystanie substancji biogennych oraz ocena ekologicznych
metod technicznych, oraz
4. kontrola zrzutów substancji toksycznych przez zastosowanie, np. czystych
technologii .
Strona 44
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
9.
PIŚMIENNICTWO
Rozdział 1
1. Cronstr�m, A., 1986. Stockholms tekniska historia. Vattenf�rs�rjning och avlopp. Almqvist & Wik-
sell, Uppsala, 170 p.
2. Hall, J.E., 1992. Treatment and use of sludge. (w:) A.D. Bradshaw, R. Southwood and F. Warner
(Ed.). The treatment and handling of wastes. Ch. 5, pp. 63 82.
3. Howe, G.M., 1976. Environmental factors in disease. (w:) J. Lehnihan and W.W. Fletscher (Ed.).
Environment and man, Vol. 3, Ch. 1, pp. 1 29, Blackie & Son Ltd.
4. Imhoff, K.R., 1979. Die Entwicklung der Gew�sserschutzes seit 1868. Gas und Wasserfach, Wasser/
Abwasser, 120, 12, pp. 563 576.
5. Meybeck, M., Chapman, D. and Helmer, R., 1989. Global freshwater quality. A first assessment.
WHO and UNEP, Basil Blackwell Ltd, Oxford, UK.
6. Sch�nborn, W., 1986. Historical developments and ecological fundamentals. (w:) H.J. rehm and G.
Reed (Ed.). Biotechnology, Vol. 8, Ch. 1, pp. 3 41, VCH Verlagsgesellschaft, Germany.
Rozdział 2
1. EPA, 1980. Onsite wastewater treatment and disposal systems. U.S. Environmental Protection
Agency, EPA 625/1 80 012, 392 p.
2. Falkenmark, M., 1977. Water in Sweden. Ministry of Agriculture, Sweden, 133 p.
3. Laak, R., 1986. Wastewater engineering design for unsewered areas. Technomic Publ. Co., Lan-
caster and Basel, 171 p.
4. Nilsson, P., 1990. Infiltration of wastewater. Department of Environmental Engineering, Lund
Inst. of Technology, Report No. 1002, 193 p.
5. Pell, M., 1991. Microbiology and nitrogen transformation in sand filter systems for treatment of
household septic tank effluents. Department of Microbiology, Sweden University of Agricultural
Sciences, Report 48, 110 p.
6. Smethurst, G., 1988. Basic water treatment. Thomas Telford, London, 216 p.
7. Svedinger, B., 1991. The technical infrastructure of urban communities. A survey of current knowl-
edge. Swedish Council for Building Research, Ljungl�fs Offset AB, Stockholm, 132 p.
8. Tchobanoglous, G., 1981. Wastewater engineering: Collection and pumping of wastewater. Mc-
Graw Hill Inc., 432 p.
9. Tchobanoglous, G. and Schroeder, E.D., 1985. Water quality. Characteristics Modelling Modi-
fication. Addison Wesley Publ. Co., 768 p.
Rozdział 3
1. Hahn, H.H., 1987. Wassertechnology. F�llung Flockung Separation. Springer Verlag, 304 p.
2. Kunz, P., 1990. Behandlung von Abwasser. Vogel Buchverlag, W�rzburg, 254 p.
3. Metcalf & Eddy, Inc. (Rev. by G. Tchobanoglous and F. L. Burton), 1991. Wastewater Engineering.
Treatment, disposal and reuse. McGraw Hill, Inc., 1334 p.
4. Vesilind, P.A., Peirce, J.J. and Weiner, R.F., 1990. Environmental pollution and control. Butter-
worth Heinemann, 389 p.
5. WHO, 1987. Wastewater stabilization ponds. WHO EMRO Technical Publ. No. 10, Alexandria,
138 p.
Strona 45
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
Rozdział 4
1. Arvin, E., 1985. Biological removal of phosphorus from wastewater. CRC Critical Reviews in
Environmental Control, 15, 1, pp. 25 64
2. Balmer, P. and Hultman, B., 1988. Control of phosphorus discharges: present situation and trends.
Hydrobiologia, 170, pp. 305 319.
3. Barnes, D. and Bliss, P. J., 1983. Biological control of nitrogen in wastewater treatment. E.&F.N.
Spon Ltd, London.
4. EPA, 1975. Process design manual for nitrogen control. U.S. Environmental Protection Agency,
Washington D. C.
5. Hanćus, J., 1991. Wastewater treatment by chemical precipitation in ponds. Division of Sanitary
Engineering, Lule� University of technology, Publ. 1991: 095D, 196 p.
6. Harrem�s, P., Arvin, E. and Henze, M., 1985. Wastewater nutrient removal a state of the art
review. International Congress on lake Pollution and Recovery, Rome 15th 18th 1985, European
Water Pollution Control Association, pp. 207 214.
Rozdział 5
1. Hultman, B., 1982. Elimination of organic micropollutants. Wat. Sci. Techn., 14, pp. 73 86.
2. Junna, J. and Ruonala, S., 1919. trends in water pollution control in the Finnish pulp and paper
industry. Wat. Sci. Tech., 24, 3/4 pp. 1 10.
3. Kollatsch, D., 1991. Wassersparen, Schmutzstoffverwerten und Abwasserreiningung in der Papier-
industrie. Industrie abw�sser, pp. 5 8.
4. Lagergren, S. and Nystr�m, E., 1991. Trends in pollution control in the Swedish pulp and paper
industry. Wat. Sci. Tech., 24, 3/4, pp. 11 17.
5. UNEP/IEO, 1989. Environmental aspects of the metal finishing industry. United Nations Envi-
ronment Programme, Industry and Environment Office, technical Report Series No. 1, 91 p.
Rozdział 6
1. Eklund, L., Hellstr�m, B.G., Hultman, B., Lind, J.E. and Nordstr�m, B., 1991. Swedish fullscale
experiments on modified operational modes in removal of nutrients. Wat. Sci. tech., 24, 7, pp. 97
102.
2. Estonian Ministry of the Environment and Estonian National Board of Waters. national plan for
the protection of the Baltic Sea of the Republic of Estonia.
3. Matthews, P. J. (Ed.), 1984. Eurowater the water industries of the European Water pollution
Control Association member countries. Thunderbird Enterprises Ltd. pp. 57 60.
4. National Swedish Environment Protection Board, 1979. Water protection in Sweden, Bulletin,
SNV PM 1153 E, 80 p.
5. Problems of water protection in Poland. Ministry of Environment Protection, Natural Resources
and Forestry, Warsaw, Nov. 1991, 34 p.
6. Statistical yearbook 1989. Main Statistical Office, Poland.
7. Swedish Water and Waste Works Association, 1991. Municipal wastewater treatment in Sweden.
International Public Health Engineering, Kean Publications Ltd, pp. 97 98.
8. the Swedish Institute, 1991. Swedish environmental protection. International Public Health En-
gineering, Kean Publications Ltd, pp. 89 95.
Strona 46
ŚRODOWISKO MORZA BAATYCKIEGO Gospodarka wodno ściekowa w regionie Bałtyku
Rozdział 7
1. Berglund, R.L. and Lawson, C.T., 1991. Preventing pollution in the CPI. Chemical Engineering,
Sept., pp. 120 127.
2. Berglund, R.L. and Snyder, G.E., 1990. Waste minimization: The sooner the better. Chemtech,
Dec., pp. 740 746.
3. Brattberg, G., Reinius, L.G. and Tendaj, M., 1991. Optimization of nutrient removal in Stock-
holm. Wat. Sci. Tech., 24, 7, pp. 103 111.
4. Brix, H. and Schierup, H.H., 1989. The use of aquatic macrophytes in water pollution control.
Ambio, 18, 2, pp. 100 107.
5. Dohman, M., 1989. Zuk�nftige Entwickling der Abwassertechnik. Korrespondenz Abwasser, 36,
11, pp. 1258 1265.
6. EPA, 1988. The EPA manual for waste minimization opportunity assessments. EPA/600/2 88
025.
7. Etnier, C. and Guterstam, B., 1991. Ecological engineering for wastewater treatment. Proc. Int.
Conf. at Stensund Folk Collage, Sweden, March 24 28, 1991, Publ. by Bokskogen, Box 7048,
Gothenburg, Sweden, 365 p.
8. Jacobs, R.A., 1991. Waste minimization part 2. Design your process for waste minimization. Chem-
ical Engineering Progress, June, pp. 55 59.
9. Lynn, W.R., 1989. Engineering our way out of endless environmental crises. Technology and Envi-
ronment, national Academic Press, Washington D. C., pp. 182 191.
10.Rittmeyer, R.W., 1991. Waste minimization part 1. Prepare an effective pollution prevention pro-
gram. Chemical Engineering Progress, may, pp. 56 62.
11. van Luin, A.B. and van Starkenburg, W., 1988. Clean technology in the Netherlands: The role of
the government. (w:) H.H. Hahn and R. Klute (Ed.): Pretreatment in chemical water and waste-
water treatment: Springer Verlag, pp. 139 149.
PIŚMIENNICTWO UZUPEANIAJCE
1. Bonenberg, K. (red.), 1995. Książka o wodzie. Polski Klub Ekologiczny, Kraków
2. Heidrich, Z., Kusznik, W., 1996. Złoża biologiczne Poradnik projektanta, Opole
3. Jankowski, A., Oleś, W.: Zasoby wodne regionu górnośląskiego. Problemy Środowiska i Jego Ochro-
ny. Centrum Studiów nad Człowiekiem i Środowiskiem Uniwersytetu Śląskiego, Katowice, 2: 91
100, 1994
4. Jarzębski, L., (red.), 1995. Raport o stanie środowiska w województwie katowickim w 1994 roku.
Biblioteka Monitoringu Środowiska. Państwowa Inspekcja Ochrony Środowiska, Wojewódzki In-
spektorat Ochrony Środowiska w Katowicach.
5. Kalinowska, A., Ekologia wybór przyszłości. Editions Spotkania, Warszawa, 207 220
6. Kalinowska, A. (red.), 1992. Wybrane zagadnienia z ekologii i ochrony środowiska. Uniwersytet
Warszawski, Centrum Badań nad Środowiskiem Przyrodniczym, Warszawa, 99 114
7. Lenart, W. (red.), 1992. Przedostatni liść. Gawędy ekologiczne. Uniwersytet Warszawski, Cen-
trum Badań nad Środowiskiem Przyrodniczym, Warszawa
8. Aabużek, S.: Zanieczyszczenie wód i możliwości ich oczyszczania. Problemy Środowiska i Jego
Ochrony. Cz. 4. Centrum Studiów nad Człowiekiem i Środowiskiem Uniwersytetu Śląskiego, Ka-
towice, 165 186, 1996
9. Miksz, K., 1995. Biotechnologia środowiska. Cz. 1. Fundacja Ekologiczna Silesia, Katowice
10.Osmulska Mróz, B., 1992. Prognozowanie i ochrona jakości wód powierzchniowych na terenach
miejskich. Instytut Ochrony Środowiska.
11. Vester, F., 1992. Woda=Życie. Cybernetyczna książka o środowisku z opisem 5 obiegów wody. Pol-
ski Klub Ekologiczny, Kraków
12.Wilczek, Z., Barć, A.: Oczyszczalnie hydrobotaniczne a sens tworzenia rozlewisk na silnie zaniec-
zyszczonych rzekach Górnego Śląska. Kształtowanie Środowiska Geograficznego i Ochrona Przy-
rody na Obszarach Uprzemysłowionych i Zurbanizowanych. Uniwersytet Śląski, WBiOŚ, WNoZ,
Katowice Sosnowiec, 20: 5 10, 1995
Strona 47

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Zarządzanie, temat 18 22, Zasady prowadzenia gospodarki odpadami, gospodarki wodno ściekowej
Instrukcja gospodarka wodno ściekowa przyklad
Zasady prowadzenia gospodarki odpadami, gospodarki wodno ściekowej
Kable do zastosowań w gospodarce wodno ściekowej
2c zakres sw sektorze wodno sciekowym suez4
Gospodarka osadami sciekowymi
Zaburzenia gospodarki wodno – elektrolitowej i kwasowo zasadowej
[ZIELONA] Budowa ustroju i gospodarka wodno elekt
05 Zaburzenia gospodarki wodno elektrolitowej (2)
Gospodarka wodno elektrolitowa
2006 nr 02 Wpływ dzieci przywódców Azji Centralnej na sytuację polityczną i gospodarczą państw i reg

więcej podobnych podstron