Biologiczne oczyszczanie ścieków

Spis treści:

1. Wstęp

2. Podstawy biologicznego oczyszczania ścieków

1. Oczyszczanie w warunkach naturalnych

2. Oczyszczanie ścieków w warunkach pośrednich (pół naturalnych)

2.2.1. Filtry gruntowe

1. Drenaż zaskórny

2. Stawy napowietrzane

3. Stawy fakultatywne

4. Nawadnianie szeroko przestrzenne

2.3. Oczyszczanie ścieków w warunkach sztucznych

1. Złoża biologiczne

2. Osad czynny

3. Biologiczna oczyszczalnia ścieków w Bojszowach

1. Opis procesu technologicznego

2. Charakterystyka techniczna i technologiczna urządzeń

3. Podstawowe parametry technologiczne projektowane i osiągane

4. Osiągane efekty oczyszczania ścieków

5. Osady - ilość sposoby przeróbki i zagospodarowania

4. Podsumowanie

5. Literatura

1.Wstęp

Wody ściekowe, w których skład wchodzą związki organiczne dostępne dla aktywnego działania mikroorganizmów, oczyszcza się metodami biologicznymi. Podstawy biologicznego oczyszczania ścieków oparte są na procesach samooczyszczania wód i gleb w przyrodzie. Zjawisko to polega na tlenowym mikrobiologicznym rozkładzie zanieczyszczeń do prostych związków mineralnych jak dwutlenek węgla i woda.

Biologiczne metody oczyszczania ścieków w zależności od warunków przeprowadzenia oczyszczania dzielimy na :

• naturalne

• pośrednie

• sztuczne

W przypadku oczyszczania ścieków za pomocą metod naturalnych wykorzystuje się warunki wytworzone przez sama przyrodę. Do metod tych zaliczamy: rolnicze wykorzystanie ścieków do nawadniania pól, łąk, lasów, stawy ściekowe czy tez najbardziej rozpowszechnione oczyszczalnie korzeniowe.

Oczyszczanie pólnaturalne (pośrednie) polega na przystosowaniu za pomocą środków technicznych naturalnego środowiska wodnego lub gruntowego do oczyszczania ścieków.
W dalszej części zostaną zatem omówione szerzej takie metody jak filtry gruntowe, drenaż zaskórny, stawy napowietrzane i fakultatywne oraz nawadnianie szerokoprzestrzenne.

Oczyszczanie ścieków w warunkach sztucznych polega na przeprowadzaniu biochemicznych procesów rozkładu substancji organicznych w urządzeniach technicznych. Metoda ta obejmuje dwa zasadnicze rozwiązania procesowe : złoża biologiczne i osad czynny.

Jako przykład oczyszczania ścieków za pomocą metod sztucznych zostanie przedstawiona Oczyszczalnia Biologiczna w Bojszowach.

1.Podstawy biologicznego oczyszczania ścieków

Ścieki, szczególnie miejskie, zawierają olbrzymią masę związków organicznych. Większa część tych zanieczyszczeń składa się z rozpuszczonych lub bardzo drobnych, równo miernie rozmieszczonych cząstek substancji. Te zanieczyszczenia nie osadzają się
w osadnikach. Usunięcie takich substancji ze ścieków możliwe jest przy pomocy procesów biologicznych. W przypadku biologicznych metod oczyszczania ścieków wykorzystuje się metabolizm organizmów roślinnych, zwierzęcych i grzybów, do transformacji zawartych
w ściekach substancji organicznych i mineralnych. Do prawidłowego zaprojektowania
i prawidłowej eksploatacji urządzeń do biologicznego oczyszczania ścieków niezbędna jest podstawowa wiedza o naturze procesów biochemicznych.

Podczas biologicznego oczyszczania zanieczyszczenia organiczne stają się pokarmem dla określonych rodzajów wytwarzających śluz bakterii.

W skład zanieczyszczeń zawartych w ściekach wchodzą tłuszcze, podczas oczyszczania na żywych organizmach, przenikają przez błonę komórkową, a następnie mineralizują wewnątrz komórki.

Rozkład tłuszczów, białek i węglowodanów przebiega w zasadzie w trzech fazach, co przedstawiono na rysunku 1.

Rys.1 Schemat rozkładu tłuszczów, białek i węglowodanów[4].

W sprzyjających warunkach proces rozmnażania bakterii jest szybki, na skutek czego tworzą one na złożach zraszanych błonę biologiczną, a w urządzeniach osadu czynnego (komora napowietrzania) wiązki osadu czynnego.

Wydzielany śluz stanowi nie tylko ochronę komórek bakterii przed czynnikami zewnętrznymi, ale zwiększa zdolność pozyskiwania substancji organicznych z otoczenia.

Śluz działa jak swoisty polielektrolit, na którym zachodzi sorpcja związków organicznych
i mineralnych oraz koagulacja zawiesin naturalnych.

Wyróżnia się dwa typy budowy ścian komórkowych bakterii. Metodą diagnostyczną pozwalającą na ustalenie rodzaju budowy ściany komórkowej jest wybarwienie komórek metodą Grama. Ściana komórkowa bakterii Gram-ujemnych ma zwiększoną błonę cytoplazmatyczną zbudowaną z dwóch warstw lipidowych (tłuszczowych), których znajdują się białka i liposacharydy. Pod te błoną leży cienka warstwa peptydoglikogenu i przestrzeń peryplazmatyczna oddzielająca zewnętrzne elementy ściany komórkowej od właściwej komórkowej błony cytoplazmatycznej. W przestrzeni peryplazmatycznej znajduje się większość enzymów pozakomórkowych wydzielanych przez bakterieGram-ujemne.Bakterie Gram-dodatnie nie mają przestrzeni peryplazmatycznej. Są one mniej odporne na działanie chemicznych czynników zewnętrznych od bakterii Gram-ujemnych.

Bakterie Gram-ujemne są podstawowymi organizmami wchodzącymi w skład osadu czynnego i błony rozwijającej się na złożach biologicznych. Bakterie Gram-dodatnie, ze względu na dużą produkcje enzymów pozakomórkowych, znalazły szerokie zastosowanie
w biotechnologiach przemysłowych.

Oprócz tego w błonie biologicznej lub też w tkankach osadu czynnego żyją pierwotniaki (protozoa) - jednokomórkowe organizmy zwierzęce, które odżywiają się najczęściej pływającymi bakteriami i małymi cząstkami osadu. Przyczyniają się one również, aczkolwiek w niewielkim stopniu, doczyszczania ścieków. Wzmiankowane wyżej mikroorganizmy są pod mikroskopem łatwiejsze do rozpoznania niż bakterie i z tego powodu służą do oceny osadu czynnego. Całkowita masa żyjących na złożu zraszanym lub w komorze osadu czynnego organizmu nazywana jest biomasą.

Sprawne funkcjonowanie biologicznego oczyszczania ścieków zależy od dobrego kontaktu mikroorganizmów ze ściekami i wystarczającego zaopatrzenia w tlen.

Generalnie biologiczne sposoby oczyszczania ścieków dzieli się na naturalne, pośrednie i sztuczne.

2.1.Oczyszczanie w warunkach naturalnych

Oczyszczanie prowadzi się w warunkach wytworzonych przez samą przyrodę. Polega ono na odprowadzaniu ścieków do wody lub gruntu i wykorzystaniu zdolności odbiornika do samooczyszczania się. Podstawowym warunkiem tego procesu jest to, aby ilość ścieków
i zawarte w nich zanieczyszczenia nie zniszczyły życia biologicznego w odbiorniku. Do metod tych zaliczamy :

• rolnicze wykorzystywanie ścieków do nawożenia pól, łąk i lasów,

• stawy ściekowe,

• oczyszczanie korzeniowe.

Nawadnianie użytków rolnych jest metoda konwencjonalną. Metoda ta polega na przekształceniu substancji organicznych w ściekach w produkty wykorzystywane w rolnictwie. W omawianej metodzie należy zagwarantować: oczyszczanie ścieków, wytwarzanie produktów, dłuższa produktywność gleby, unikniecie zanieczyszczenia wód gruntowych, udaremnienie rozprzestrzeniania bakterii patogennych, jak również jaj pasożytów oraz ograniczenie efektów zapachowych. Ilość ścieków powinna być dobrana tak, aby następowało tylko nasączenie wierzchniej, biologicznie aktywnej warstwy gleby, ponieważ wraz
z głębokością wymagany czas rozkładu wydłuża się wskutek utrudnionego dopływu tlenu. Do oczyszczania mogą być wykorzystywanie tylko ścieki ,w których zawartość metali ciężkich nie przekracza dopuszczalnych granic. To samo dotyczy pierwiastków śladowych. Powiązanie oczyszczania ścieków z produkcja rolnicza wymaga znajomości sezonowego zapotrzebowania na wodę roślin użytkowych z uwzględnieniem miejscowych warunków klimatycznych, jak również znajomości zapotrzebowania roślin na substancje pokarmowe.

W przypadku stawów ściekowych, procesy prowadzące do oczyszczania ścieków mogą być aerobowe i anaerobowe. Osady sedymentuja i przechodzą w rozkład anaerobowy. Uwalniane przy tym kwasy i metan docierają do wód stojących powyżej. Warstwy górne są aerobowe: Tlen dociera do wód tak w wyniku dyfuzji od powierzchni, jak i dzięki fotosyntetycznej aktywności fitoplanktonu (najczęściej sinic). W najwyższych warstwach odbywa się oksydacyjny rozkład nie tylko składników wewnętrznych wody, lecz także powstających w osadzie i głębszych warstwach wody - kwasów organicznych i metanu.

Ponieważ górna część tlenu pochodzi z fotosyntezy, proces jest tym szybszy, im więcej wody jest objęte zasięgiem światła, tzn. im jezioro jest płytsze. Dlatego też stawy powinny być płytsze i tylko w wyjątkowych wypadkach ich głębokości może przekraczać 2,5 m.

Wydajność oczyszczania ogranicza się do utleniania rozpuszczonej substancji organicznej. Ponadto oczyszczone ścieki zawierają nieorganiczne sole pokarmowe jako produkt utleniania.

Wprowadzenie ich do wód naturalnych jest wiec związane z pogorszeniem jakości wody. Jednakże nadają się one doskonale do nawadniania.

Najbardziej rozpowszechniona metodą naturalną oczyszczania ścieków jest oczyszczalnia korzeniowa. Systemy korzeniowe takich roślin jak wierzby, trawy, pałka wodna, trzcina pospolita wychwytujące substancje pokarmowe ze ścieków utlenia się przez nawodnienie części roślin stawu.

Jednym z przykładów takiej oczyszczalni jest oczyszczalnia systemu Lenna. Wykorzystuje się tu pływające rzęsy wodne Lenna. Roślina ta jest wytrzymała na ekstremalna temperaturę. Rozmnaża się wegetatywnie przez klonowanie i należy do najszybciej rosnących roślin co powoduje szybkie pokrywanie powierzchni wody. System Lenna składa się ze stawów o głębokości 1,2 m. Z uszczelnionym dnem i bokami. Powierzchnia zbiornika podzielona jest za pomocą przegród na szereg niewielkich obszarów by zapewnić lepszą równomierność rozłożenia rzęsy na powierzchni stawu. Powierzchnia stawu pokryta rzęsą wodna redukuje możliwość fotosyntezy glonów i wstrzymuje ich wegetację. Na powierzchni utrzymuje się strefa tlenowa, co zapobiega powstawaniu nieprzyjemnego zapachu. Eksploatacja oczyszczalni z rzęsą jest dość pracochłonna ze względu na konieczność stałego sprawdzania równomiernego rozkłady rzęsy oraz ze względu na konieczność częstego usuwania przyrastających roślin.

2.2 Oczyszczanie ścieków w warunkach pośrednich (półnaturalne)

Oczyszczanie polega na celowym przystosowaniu za pomocą środków technicznych naturalnego środowiska wodnego lub gruntowego do przyjmowania ścieków, przez co stwarza się odpowiednie warunki do przebiegu naturalnego rozkładu substancji organicznych zawartych w ściekach. Do metod tych zaliczamy m.in.:

• filtry gruntowe,

• drenaż zaskórny lub rozsączający,

• stawy napowietrzane,

• stawy fakultatywne,

• nawadnianie szerokoprzestrzenne.

2.2.1 Filtry gruntowe

Zwane też polami filtracyjnymi służą do oczyszczania ścieków poprzez przepuszczanie ich przez górne warstwy gruntu naturalnego. Filtry gruntowe urządza się po przez podział całego obszaru na części poprzegradzane niskimi wałami i okresowo zatapiane. Wały wykonuje się z zebranej z powierzchni warstwy gleby. Odsłonięta warstwa piasku służy głównie do filtrowania ścieków. Na powierzchni gleby wytwarza się cienka warstwa błony biologicznej składająca się z mikroorganizmów, która absorbuje zanieczyszczenia zawarte
w ściekach. Rozkład następuje w warunkach tlenowych, w przerwach pomiędzy kolejnymi zalewami. Oczyszczone tą metodą ścieki są klarowne i pozbawione zapachu. Pola filtracyjne mogą mieć zastosowanie do ścieków przemysłowych zawierające domieszki organiczne
z takich zakładów jak : browary, gorzelnie, drożdżownie, itp. Doprowadzone ścieki powinny być pozbawione zawiesin, tłuszczów i olejów, aby nie zatykały porów między ziarnami gruntu. Zniszczone filtry gruntowe dają zgniłe odpływy i mogą grozić zanieczyszczeniem wód podziemnych. Regenerację zniszczonych filtrów wykonuje się łącznie a agrotechnicznym wykorzystywaniem terenu i wapnowaniem terenu. się łącznie a agrotechnicznym wykorzystywaniem terenu i wapnowaniem terenu.

W zimie mineralizacja ścieków jest minimalna, oczyszczanie następuje jedynie przez filtrowanie. W tymże okresie zmniejsza się ilość czynnych poletek i zwiększa się wysokość poszczególnych zalewów w celu zmniejszenia strat ciepła. Podczas dużych mrozów dopuszcza się do powstania pokrywy lodowej, pod którą doprowadza się świeże porcje ścieków. Pokrywa lodowa powinna utrzymywać się w okresach, gdy większość ścieków wsiąkła już
w ziemię, na specjalnych stożkach usypanych z piasku. Ponadto usypuje się odrębne stożki wentylacyjne, wystające nad powierzchnie pokrywy lodowej. Efekt usuwania BZT5 wynosi
w tym przypadku 90%.

2.2.2. Drenaż zaskórny

Jest to podziemne rozprowadzenie ścieków rurami drenażowymi w głąb ziemi. Stosuje się je na obszarach o przepuszczalnej warstwie żwiru, piasku lub iło-piasku. Ciągi rur ułożone są poziomo w odstępach co 2 m na głębokość 0,5-1,2 m .Obszary drenażu nie mogą być porośnięte roślinami o rozwiniętym systemie korzeniowym, aby nie spowodować zatkania sączków drenarskich. Ścieki przed doprowadzeniem do rur muszą być wstępnie oczyszczone. Osady i wydzielające się gazy w czasie rozkładu zanieczyszczeń zaabsorbowane są przez glebę, gdzie zostają dalej rozłożone.Powoduje to bezzapachowy rozkład zanieczyszczeń i dlatego może być stosowany przy oczyszczaniu niewielkich ilości ścieków przemysłowych wydzielających przykre zapachy.

2.2.3. Stawy napowietrzane

Stawy te nie są natleniane od fotosyntezy glonów dostarczającej tlen bakteriom, bo tlen jest wprowadzany do stawu za pomocą urządzeń mechanicznych lub wgłębnej dyfuzji (sprężone powietrze). Głębokość tych zbiorników wynosi 2,5 - 4,5 m . Stężenie tlenu powinno wynosić 1-2 mg/dm³. Zakres pH powinien wynosić 7-8. Stawy napowietrzane są to reaktory
o pełnym lub niepełnym wymierzaniu bez sedymentacji i recyrkulacji stawach tych procesy oczyszczania są znacznie intensywniejsze. Czas przetrzymywania ścieków jest bardzo długi
i przyjmuje się, ze jest równy wiekowi osadu, nad którym nie ma się kontroli. Ponieważ w układach ze stawami nie ma osadników wtórnych, potrzebna jest dodatkowo pokryty rzęsa wodna, to latem mamy dodatkowo usuwanie biogenów. W zimie obniżka BZT₅ i zawiesiny jest wysoka, a w lecie niższa, bo do odpływu dostają się glony. Dzięki glonom z kolei obniża się zawartość azotu i fosforu w odpływie. Zimą gdy niema glonów, obniżka biogenów jest minimalna.

Rys.2 Stawy napowietrzone (tzw. Laguny napowietrzane) [9].

2.2.4 Stawy fakultatywne

W stawach tych zachodzi oczyszczanie ścieków przy udziale bakterii tlenowych, beztlenowych i fakultatywnych. Wyróżnia się 3 strefy :

• powierzchniową, gdzie żyją w symbiozie glony i bakterie,

• beztlenową denną, w której osady są rozkładane przez bakterie beztlenowe,

• przejściową, częściowo tlenową i częściowo beztlenową, w której rozkład przeprowadzony jest przez bakterie fakultatywne.

Konwencjonalne stawy to zbiorniki ziemne o gł 0,9-1,8m. zasilane ściekami pozbawionymi na kratach większych zanieczyszczeń. Niekiedy stosuje się przed stawami wstępną sedymentację.

Zawiesiny obecnie w doprowadzanych ściekach sedymentacją na dno stawu, gdzie tworzą beztlenową warstwę. Rozpuszczone lub koloidalne części organiczne są rozkładane przez bakterie tlenowe lub fakultatywne (takie, które egzystują w warunkach tlenowych, jak
i beztlenowych) w obecności tlenu produkowanego przez glony, które zalegają na powierzchni stawu. CO₂ powstający w procesie utleniania służy jako źródło węgla dla glonów.
W procesach beztlenowego rozkładu zachodzącego w dolnych warstwach produkowane są jony takie jak CO₂, H₂S, CH₄, które są utleniane przez bakterie tlenowe lub utleniają się do atmosfery. W praktyce tlen dostarczany jest górnym warstwom przez glony albo dzięki aeratorom powierzchniowym. Jeżeli stosowane jest napowietrzanie mechaniczne, to nie jest konieczny rozwój glonów. Zaletą stosowania aeratorów jest możliwość doprowadzania do stawów większego ładunku zanieczyszczeń. W stawach fakultatywnych ścieki pozostają kilkadziesiąt dni i dlatego odpływ z nich może jakością i składem odpowiadać odpływom za sztucznej biologicznej oczyszczalni. Efekt usuwania BZT₅ wynosi 80-95%.

2.2.5 Nawadnianie szerokoprzestrzenne

Nawadnianie pól ściekami jest naturalnym sposobem oczyszczania ścieków
i jednocześnie dobrą ochroną odbiornika przed zanieczyszczeniem. W czasie nawadniania terenów rolniczych czy ogrodniczych ściekami wykorzystuje się nie tylko zawarta w nich wodę, a także składniki pokarmowe i mikroelementy.

Na terenach rolniczego wykorzystania ścieki rozprowadza się sposobami jak:

• nawadnianie zalewowe (tylko na poziomych powierzchniach),

• nawadnianie bruzdowe (tylko na gruntach ornych),

• nawadnianie stokowe (tylko ubytki zielone),

• rozdeszczanie i nawadnianie rurociągami (niezależnie od ukształtowania powierzchni terenu i sposobu jego wykorzystania).

Nawadnianie zalewowe stosuje się je na glebach lekkich i średnich. Tworzą się kwatery o płaskiej powierzchni otoczone niewysokimi wałami ziemnymi. Ścieki rozprowadza się korytami rozdzielczymi wzdłuż kwater. Wypływające z koryta ścieki zalewają całą powierzchnie poletka cienka warstwą, bądź też rozpływają się po poletku bruzdami.

Nawadnianie bruzdowe wymaga terenu o spadku od 0,5-2%.Bruzdy wykonuje się ze spadkiem terenu. Na uprawach bruzdy nawadniające prowadzi się między zagonami roślin.

Nawadnianie stokowe tylko na terenach zielonych można stosować przy nachyleniu terenu do 5%. Ścieki doprowadza się do koryta odprowadzającego położonego na trasie skąd równomiernie przelewają się one na nawodniona powierzchnie. Po przepłynięciu powierzchniowo ok. 20m. Stoku są przechwytywane przez następne koryto rozprowadzające, które nawadnia odcinek stoku położonego niżej.

Rozdeszczanie ścieków stosuje się przy użyciu odpowiedniego sprzętu. Składa się on
z przewodu centralnego połączonego z pompą oraz z przenośnych rurociągów pomocniczych, które przemieszcza się wzdłuż rurociągu centralnego. Na rurociągach pomocniczych są zamontowane zraszacze rozprowadzające ścieki. W zależności od tego czy rurociąg centralny jest wykonany jako element ruchomy, czy ułożony na trwale w gruncie określamy urządzenia rozdeszczające jako przenośne. Poza tym istnieją urządzenia rozdeszczajace nieprzenośne,
w których wszystkie rurociągi są na trwałe zainstalowane w ziemi. W tym wypadku zraszacze montuje się na głowicach hydratowych.

2.3. Oczyszczanie ścieków w warunkach sztucznych

Metody sztuczne to ostatnia grupa zaliczająca się do biologicznego oczyszczania ścieków. To właśnie im poświęcę najwięcej, przez wgląd na to, iż dalsza część mojej pracy będzie się opierać właśnie na oczyszczaniu ścieków w warunkach sztucznych.

Oczyszczanie to polega na zintensyfikowaniu biochemicznych procesów rozkładu substancji organicznych e urządzeniach technicznych. Specjalnie do tego celu zaprojektowanych i wybudowanych. Wytwarza się w nich optymalne warunki rozwoju dla organicznego zespołu organizmów żywych, będących jakby wynikiem naturalnego środowiska. Przechodząc do samej technologii stwierdzimy od razu, że dominować tu będą dwa zasadnicze rozwiązania procesowe:

• złoża biologiczne,

• proces osadu czynnego.

W skład zespołu biocenotycznego błony pokrywającej materiał wypełniający złoża biologiczne i osadu czynnego wchodzą z reguły te same gatunki mikroorganizmów. Różnice polegają na tym, że:

• w złożach biologicznych można wyodrębnić pewne następstwo drobnoustrojów, charakteryzujące strefy polisabsorbową oraz L- i B-mezosaprobową, a w komorach osadu czynnego- w skutek dużej na ogół turbulencji - organizmy wskaźnikowe stref saprobowych są wymieszane,

• w złożach mikroorganizmy są przyczepione do materiału wypełniającego, tworząc aktywną błoną biologiczną, a w komorach osadu czynnego organizmy pływające swobodnie
  w ciekłym środku, przemieszczane siłami ruchu cieczy.

2.3.1.Złoża biologiczne

Złoża biologiczne są urządzeniami służącymi do tlenowego biochemicznego rozkładu zanieczyszczeń organicznych zawartych w ściekach. Zasadniczym elementem złoża jest materiał, na którego powierzchni rozwija się błona biologiczna składająca się
z mikroorganizmów roślinnych i zwierzęcych głównie bakterii, które rozkładają biochemiczne substancje organiczne pochodzące ze ścieków kontaktujących się z powierzchnią błony biologicznej. Ważną przy tym role odgrywają procesy sorpcji dzięki, którym substancje organiczne są wychwytywane przez błony biologiczne.

Prawidłowe działanie złoża biologiczna oparte jest na spełnieniu trzech podstawowych warunków:

• zapewnienie kontaktu oczyszczanych ścieków z błoną biologiczną,

• zapewnienie dopływu do błony biologicznej odpowiedniej ilości powietrza (O₂),

• zapewnienie możliwości usuwania z błony i jej sąsiedztwa produktów rozkładu substancji organicznych tj. np. wydzielającego się CO₂, N i innych.

Obecnie obowiązującym podziałem złóż biologicznych jest podział w zależności od obciążenia. Wyróżniamy tu następujące złoża:

• złoża nisko obciążone,

• złoża spłukiwane lub wysokoobciążone,

• złoża wieżowe.

Najstarszą historycznie techniczną metodą biologicznego oczyszczania ścieków są złoża nisko obciążone. Ścieki są podawane na górną powierzchnię wypełnienia za pomocą urządzenia rozdzielającego, najczęściej wykonywanego w postaci zraszacza obrotowego. Przesączają się przez wypełnienie, w trakcie czego dochodzi do intensywnego kontaktu
z błoną. Substancje pokarmowe trafiają do bakterii dzięki wymianie wody oblewającej kawałki wypełnienia i dyfuzji. Zostają one częściowo rozłożone, a częściowo wbudowane w masę bakteryjną i w ten sposób włączone do błony biologicznej. W strefie częściowo beztlenowej ścieki rozkładane są na kwasy, alkohole, H₂S, NH₃ i CO₂. w strefie tlenowej kwasy i alkohole są dalej rozkładane przez bakterie(na CO₂ i H₂O), natomiast H₂S zostaje utleniony do SO₄^2-
a NH₃ do NO₃^-.

W końcowej fazie wszystkie produkty zostają wypłukane z błony. W poniższym schemacie przedstawiono procesy oczyszczenia zachodzące w klasycznych złożach biologicznych (rys. 3)

Na tym jednakże proces się jeszcze nie kończy. Techniczne warunki sprawiają, że
w złożu mogą się utrzymywać oprócz bakterii chemoorganotroficznych także orzęski i wiele wyżej rozwiniętych detritusofagów, przede wszystkim robaki obłe i roztocza, a także larwy owadów. Żyją one w utworzonej masie bakteryjnej i zjadają ją. Proces może w odpowiednich warunkach technicznych prowadzić do mineralizacji substancji organicznych.

Produkty mineralizacji powracają do przepływających przez złoże ścieków.

Błona na materiale wypełniającym starzeje się, traci swoja przyczepność i jest wypłukiwana ze złoża. Ponieważ ilość wypłukanego osadu pozostaje niewielka, w przeszłości były eksploatowane także bez osadnika wtórnego. Wypłukane substancje przechodziły z oczyszczonymi ściekami do odbiornika.

Rys. 3 Schemat procesów zachodzących w klasycznych złożach biologicznych[1]

Ze złóż nisko obciążonych po zmianie warunków technicznych biologicznie całkiem inny system-złoża spłukiwane lub wysoko obciążone. Podwyższenie natężenia dopływu ścieków (podwyższenie obciążenia hydraulicznego) zwiększyło siłę spłukującą ścieków. Błona biologiczna jest wypłukiwana ze złoża już przy niewielkich siłach, a czas jej zatrzymania
w systemie istotnie się skraca. Z tego powodu organizmy o długim czasie generacji nie mają tu możliwości rozwoju.

System biologiczny jest uboższy w gatunki, mineralizacja jest wykonywana, a złoże biologiczne zrzuca codziennie taka ilość błony biologicznej jaką odpowiada jej przyrostowi. Zostaje ona usunięta ze ścieków poprzez sedymentację w osadniku.

W złożach spłukiwanych o niewielkiej wysokości, nieumiejętna regulacja nastawionego obciążenia hydraulicznego prowadzi do zakłóceń. Biorą się one z niedopasowania pomiędzy systemem biologicznym i hydraulicznym. Podwyższona podaż ścieków prowadzi do podniesienia podaży pokarmu. Przy obecności drapieżników bakterii oznacza to nasilony wzrost błony.

Jeśli zwiększy się obciążenie hydrauliczne (wzrost siły płynącej), to obciążenie ładunkiem, może przy skoncentrowanych ściekach tak bardzo wzrosnąć, że siła spłukująca nie zdoła wypłukać tworzącej się biomasy. Dochodzi do częściowego odrywania, złoże może się zapchać i rozkład tlenowy zastąpiony zostaje procesami beztlenowymi. W istocie większość współcześnie eksploatowanych złóż - to metody wykorzystujące połączenie wielu systemów. Oznacza to, że biologiczny potencjał takiego urządzenia wykorzystywany jest tylko częściowo(rys.4).

Chcąc uniknąć trudności z zatykaniem się złóż biologicznych, zaczęto stosować złoża wieżowe. Jeżeli bez zmiany objętości zwiększa się wysokość złoża, to obciążenie ładunkiem nie ulega zmianie, natomiast wzrasta obciążenie hydrauliczne oraz skuteczność płukania. Wówczas w złożach wieżowych na materiale wypełniającym pozostaje tylko cienka błona biologiczna. Dobowy przyrost błony podlega tutaj rzeczywiście wypłukaniu, jednakże wraz ze zwiększeniem wysokości złoża biologicznego, rosną także koszty pompowania ścieków (rys.5).

2.3.2. Osad czynny

Proces osadu czynnego może być traktowany jako przetransportowanie naturalnych procesów samooczyszczania przebiegających w wodach powierzchniowych na pomysł rozwiązania technicznego.

Rys.4. Schemat złoża biologicznie spłukiwanego[11].

(1 - dopływ ścieków, 2 - zraszacz obrotowy, 3 - wypełnienie złoża, 4 - dno złoża,

5 - otwory wentylacyjne, 6 - kanał dopływowy ścieków oczyszczonych, 7 - otwór do oczyszczania ramion zraszacza, 8 - obudowa złoża, 9 - studzienka doprowadzająca, 10 - spust ścieków z przewodu dopływowego, 11 - otwory do doprowadzania ścieków)

Rys.5.Złoże wieżowe Shultza[11].

(1 - dopływ, 2 - wypełnienie, 3- otwór kontrolny, 4 - ruszt podtrzymujący, 5 - studzienka odpływowa, 6 - doprowadzenie powietrza pod ciśnieniem ).

Osad czynny to kłaczkowate zawiesiny, których skład biologiczny zależy od wielu czynników biotycznych i abiotycznych. W czasie hodowli osadu czynnego obserwuje się sukcesję zespołu organizmów tworzących osad czynny.

W początkowej fazie tworzenia się osadu czynnego procesy biologiczne zachodzą głównie pod wpływem bakterii heterotroficznych osiadłych na zawiesinach lub koloidach.
W wyniku napowietrzania następuje namnożenie koloni bakterii zoolealnych wytwarzających śluzową otoczkę i rozpoczyna się tworzenie kłaczków osadu czynnego.

Skład flory bakteryjnej osadu czynnego ma zasadniczy wpływ na sprawność technologiczną oczyszczania ścieków. Z technologicznego punktu widzenia bardzo ważne jest, aby w osadzie czynnym były obecne mikroorganizmy bakteryjne utleniające związki organiczne prowadzące nitryfikację i denitryfikacje oraz kumulujące fosfor w postaci polifosforanów
w swoich komórkach. Niezależnie od składu biologicznego osad czynny powinien charakteryzować się dobrymi właściwościami sedymentacyjnymi umożliwiającymi sprawne sklarowanie ścieków w osadnikach wtórnych.

Sposób oczyszczania ścieków osadem czynnym można określić technologicznie jako reaktor o ciągłym zasilaniu z biologicznie zamkniętym systemem. Oznacza to, że organizmy zostają zatrzymane w systemie, dopływa do nich stale pokarm i czas zatrzymania pokarmu jest mniejszy niż czas zatrzymania organizmów. Przyrost organizmów pochodzący z rozkładu pokarmu jest usuwany z systemu.

Podstawowe rozwiązanie techniczne to reaktor, w którym znajdują się organizmy i do którego jest ciągle doprowadzany pokarm. W celu zaopatrzenia organizmów w tlen
i utrzymania ich w stanie zawieszenia zawartość reaktora jest napowietrzana i mieszana, przy czym mieszanie jest często sprzężone z napowietrzaniem. W wyniku ciągłego doprowadzania ścieków mieszanina z reaktora jest wypierana do separatora (osadnika wtórnego)
i w warunkach spokojnego przepływu organizmy mogą ulegać sedymentacji. Ciecz zawierająca resztki pokarmu odpływa, potrzebna zaś masa organizmów zostaje zawrócona do reaktora.

Na rysunku (6) zostało zilustrowane schematycznie przedstawienie metod oczyszczania ścieków osadem czynnym.

Rys.6 Schematyczne przedstawienie metod oczyszczania ścieków osadem czynnym [1].

Metoda osadu czynnego jest wprawdzie wyraźnie określa technologicznie, ale może być bardzo zróżnicowana biologicznie. Zależnie od podjętego zadania istnieją różne sposoby realizacji tej metody - od bardzo prostego wkładu do nader zróżnicowanej wspólnoty organizmów. Wewnątrz tego rodzaju systemu może się znaleźć się układ zawierający procesy występujące w przebiegu samooczyszczania. A zatem możliwe jest przekształcenie wszystkich możliwych rozpuszczonych substancji organicznych w masę bakteryjną lub niemal całkowite utlenienie substancji organicznych zawartych w ściekach przez łańcuch pokarmowy organizmów heterotroficznych. W związku z tym rozróżnia się „proces wysoko obciążony”, „proces nisko obciążony”.

Oczyszczanie metodą osadu czynnego prowadzi się w układach z reaktorami porcjowymi, systemami karuzelowymi lub kaskadą reaktorów przepływowych. Przy czym na szczególną uwagę zasługują reaktory porcjowe stosowane w oczyszczalniach typu SBR oraz Bio-Derutro i Bio-Denipho.

Reaktor SBR (Seqvential Batch Reaktor) jest metodą osadu czynnego bez osadnika wtórnego i recyrkulacji osadu. Jego sposób eksploatacji jest najczęściej stosowanej biofermentacji, przy której procesy przebiegają prawie ciągle w jednym reaktorze. Przebieg eksploatacji Seqventing Batch Reaktor przedstawia schemat (Rys.7)

Po jednym zakończonym cyklu stosuje się napowietrzanie, następnie osad poddawany jest sedymentacji, po czym odstałe ścieki odpływają. W drugim etapie napełnia się reaktor na nowo łącznie z napowietrzaniem dla usunięcia ładunku BZT (i często włączając w to nitryfikację). W trzeciej fazie będzie tylko mieszanie bez doprowadzenia tlenu, co pozwala przeprowadzić denitryfikację. Dopełniająco przebiega sedymentacja osadu oraz usuwanie oczyszczonych ścieków. W ten sposób cykl jest zamknięty.

Rys.7. przebieg eksploatacji Sequenting Batch Reaktor[1].

Reaktor SBR jest zbiornikiem (najczęściej betonowym) wyposażonym w system napowietrzania i mieszania ścieków. Do spuszczania ścieków oczyszczonych służą dekantory. Najczęściej wykonuje je się w formie pływających koryt zabezpieczonych przed przedostawaniem się do odpływu ścieków z osadem czynnym. Dekantory są najważniejszym,
a zarazem najtrudniejszym do skonstruowania elementem w reaktorze typu SBR. Sprawność oczyszczania ścieków zależy od sprawności działania dekantora. W niektórych rozwiązaniach oczyszczone i sklarowane ścieki są odpompowywane z reaktora za pomocą pomp zatopionych.

3. Biologiczne oczyszczanie ścieków w Bojszowach

Oczyszczalnia położona jest w północnej części miejscowości Bojszowy, przy drodze wojewódzkiej Nr 931. Działka ma powierzchnię 0,48 ha.

Odbiornikiem oczyszczonych ścieków jest rzeka Gostyń, dopływ II-rzędu rzeki Wisły. Bezpośrednio ścieki oczyszczone trafiają do rowu G-1 na zwału rzeki Gostyń, którym doprowadzane są do odbiornika.

Projektowana przepustowość oczyszczalni: Q_śr -330m³/d.

Na rys.8 przedstawiono schemat technologiczny obiektu.

3.1.Opis procesu technologicznego

Technologia oczyszczania ścieków obejmuje:

• wstępne mechaniczne oczyszczanie ścieków na urządzeniu zblokowanym

• oczyszczanie biologiczne osadem czynnym w reaktorach typu SBR (reaktory cykliczne)

W skład urządzenia zblokowego wchodzi sito, napowietrzany piaskownik i odtłuszczacz.Tutaj oddzielane są ze ścieków grube części stałe jako skratki, piasek i tłuszcze.

Skratki osadzone na sicie zabierane są za pomocą ślimaka wyposażonego w szczotkę zgarniającą i przenoszone do ustawionego u wylotu rynny spustowej kontenera. Stamtąd usuwane są okresowo na składowisko odpadów. Piasek oddzielany jest w napowietrzanym piaskowniku i podobnie jak skratki, za pomocą przenośnika ślimakowego, transportowany do kontenera ustawionego obok urządzenia. Stamtąd kontenery usuwane są okresowo na składowisko odpadów.

Rys.8 Schemat technologiczny biologicznej oczyszczalni (Reaktor SBR)[10]

Tłuszcze oddzielane są od ścieków za pomocą flotacji. Ze względu na ich niewielką ilość nie ma potrzeby osobnego ich odprowadzania poza układ. Cyklicznie działająca pompa tłuszczowa odpompowuje zgarnięty wcześniej tłuszcz, który miesza się ze skratkami.

Przed częścią biologiczną umieszczono zbiornik wyrównawczy o pojemności zapewniającej dobowe wyrównanie przepływu. W nim gromadzone są ścieki pomiędzy cyklami napełnienia reaktorów. Dzięki mieszaniu przez wolnoobrotowe mieszadło uśredniany jest ich skład.

Ponadto rozwiązanie takie zapewnia równomierne obciążenie oczyszczalni w ciągu doby. Reaktory SBR (szt. 2), pracują cyklicznie. Cykl pracy dla jednego reaktora trwa 12 godzin
- w cyklach przesuniętych względem siebie o 6 godzin, co pozwala na płynna pracę oczyszczalni. Napełnienie i napowietrzanie są cykliczne:

• trzykrotnie naprzemiennie napełnienie i mieszanie,

• napowietrzanie,

• sedymentacja,

• spust osadu nadmiernego,

• odpływ sklarowanych ścieków oczyszczonych,

• przerwa.

Do cyklicznego napowietrzania ścieków zastosowano ruszty z dyfuzorami dyskowymi drobnopęcherzykowymi, a źródłem sprężonego powietrza jest układ dmuchaw. Mieszanie zawartości reaktorów w fazie anoksycznej odbywa się za pomocą mieszadeł zatapialnych (po jednym mieszadle dla każdego reaktora).

W fazie wejściowej w zbiorniku SBR znajduje się zawsze określona ilość osadu czynnego. Zbiornik zostaje napełniony przez pompę zainstalowaną w zbiorniku wyrównawczym. Przez napowietrzanie zawartości zbiornika uzyskuje się rozkład związków organicznych oraz nitryfikację azotu amonowego.

W przerwach między napowietrzaniem spada zawartość wolnego tlenu, tworząc warunki dla działalności bakterii denitryfikacyjnych. Do rozkładu łatwo degradowanych związków organicznych wykorzystywany jest tlen związany w azotanach. Operacje napełnienia
i napowietrzania zbiornika są powtarzalne trzykrotnie, przy czym kolejne porcje ścieków surowych stanowią 50% porcji poprzedniej.

Niemniej, te mniejsze porcje łatwo degradowanych substancji organicznych są wystarczające dla przebiegu procesu, ponieważ ilość azotu amonowego podczas trwania cyklu również się zmniejsza. Ostatnią operacją fazy reakcji jest ciągłe napowietrzanie celem wykluczenia przedostania się do odpływu azotu amonowego i innych pozostałych zanieczyszczeń. Zawartość reaktora poddawana jest klarowaniu w celu oddzielenia osadu od oczyszczonych ścieków. Osad nadmierny, który powstał w trakcie trwania cyklu, odprowadzany jest do odwadniania. Następuje otwarcie zaworu spustu ścieków oczyszczonych, które odpływają do odbiornika (rowu, a następnie do rzeki).

W pomieszczeniu krat zachodzi wstępne oczyszczenie ścieków na sicie. Następnie ścieki są czasowo magazynowane i mieszane w zbiorniku wyrównawczym, zanim zostaną podane do reaktora. W reaktorach SBR zachodzi biologiczne oczyszczenie ścieków przy pomocy bakterii. Za pomocą dmuchaw zostaje podane powietrze do reaktora.

W studni osadu nadmiernego odprowadza się nadmiar bakterii, które przyrosły w trakcie procesu oczyszczania ścieków. Trzeba je usunąć, aby zapewnić odpowiednie warunki
w reaktorze (bakterii nie może być zbyt wiele, aby nie zabrakło im pokarmu i tlenu). Następnie osad zostaje odwodniony i złożony na składowisko osadu odwodnionego (zanim zostanie on wywieziony na wysypisko odpadów lub użyty do nawożenia gleby).

3.2.Charakterystyka techniczna i technologiczna urządzeń

Funkcją technologiczną urządzenia kompaktowego jest oczyszczanie mechaniczne ścieków poprzez oddzielanie skratek oraz zanieczyszczeń mineralnych. W szczelnej obudowie ze stali stopowej zamontowane są urządzenia technologiczne takie jak: krata łukowa
o prześwicie 5 mm, przenośnik ślimakowy skratek (do kontenera), poziomy zgarniacz piasku, przenośnik ślimakowy piasku (do kontenera).

Zbiornik wyrównawczy ścieków zapewnia gromadzenie ścieków pomiędzy cyklami napełnienia, uśrednianie składu ścieków i równomierne obciążenie oczyszczalni w ciągu doby.

Jest to zbiornik żelbetowy podziemny, o głębokości H= 6m i średnicy D = 8m. w którym wymaganą objętość użytkową v = 200 m³ uzyskuje się przy napełnianiu H = 4m.

Wyposażenie technologiczne zbiornika stanowią:

• Pompy firmy FLYGT typu CP 3127/431

Przyjęto łączny czas pracy pompy w dobie 4 godziny ( 2 reaktory * 2cykle * 60 minut)

• Praca pomp zamontowanych w zbiorniku jest ściśle powiązana z cyklem pracy reaktorów SBR, zatem sterowanie pracą pomp odbywa się przez układ sterowania pracą całej oczyszczalni ścieków.

• Mieszadło zatapialne do ścieków z przeznaczeniem do zapobiegania osadzaniu się zawiesiny na dnie zbiornika oraz wyrównania składu ścieków.

Zamontowano mieszadło firmy LJM (Dania), typ TGI 100, Ns = 2,2 kW; moc mieszania wynosi 11 W/m³

W przypadku reaktorów biologicznych SBR funkcją technologiczną jest: usunięcie zanieczyszczeń podlegających procesom biochemicznym, stabilizacja tlenowa osadu
w procesie oczyszczania.

Ilość reaktorów biologicznych: 2 jednostki

Wymiary wewnętrzne zbiornika: L\B\H : 9,5/9,5/6,0 m

Objętość użytkowa jednego reaktora : V = 496 m³

Nominalny cykl pracy : 12 godzin (czas trwania jednego cyklu oczyszczania)

Ilość cykli w dobie : 2

Są to zbiorniki żelbetowe, monolityczne. Przykryte płytą stropową.

Funkcją technologiczną urządzenia DRAIMAD jest odwadnianie osadu nadmiernego usuwanego cyklicznie z reaktorów przy wspomaganiu polimerem. Jest to urządzenie workowe typ 12 BCAVPK (12 workowy), z mikserem statycznym i wspomaganiem podciśnieniem, sterowany automatycznie.

Praca zestawu przygotowania i dozowania polielektrolitu jest powiązana z cyklem pracy urządzenia DRAIMAD. Układ składa się z :

• 2 zbiorników polietylenowych; w pierwszym polimer w postaci sypkiej jest roztwarzany z wodą, a następnie przelewany do dolnego zbiornika, w którym zainstalowano pompę dozującą,

• pompy dozujacej typu Prominent,

• mieszadeł wolnoobrotowych, po każdym w zbiorniku.

Funkcją technologiczną zbiornika ścieków dowożonych oraz osadu dowożonego, jest odbiór i magazynowanie odpowiednio:

• ścieków dowożonych taborem asenizacyjnym oraz odcieków z terenu oczyszczalni,

• osadów powstających na terenie oczyszczalni oraz dowożonych oraz ich okresowe tłoczenie do układu oczyszczania lub odwadniania.

Wyposażenie technologiczne zbiornika ścieków dowożonych stanowi pompa zatapialna do ścieków firmy FLYGT typ CP 3085/412 o następujących parametrach: Q = 5 l/s, H = 7,0 m , Ns = 2,2 kW, współpracująca z rurociągiem tłocznym ∅ 110 mm , podającym ścieki przez kratę

Wyposażenie technologiczne zbiornika osadów dowożonych stanowi pompa zatapialna do ścieków firmy FLYGT o parametrach jak wyżej współpracująca z rurociągiem tłoczącym osady do odwodnienia na urządzenie DRAIMAD.

Funkcją technologiczną dmuchaw sprężonego powietrza (2 szt.) jest napowietrzanie reaktorów SBR, powiązane ściśle z cyklem ich pracy. Powietrze dostarczane jest przez ruszty napowietrzające z dyfuzorami dyskowymi. Zapotrzebowanie sprężonego powietrza dla jednego reaktora wynosi 5,5 m³/min, H = 7 m, Ns = 11,0 kW.

Pomiar ilości ścieków oczyszczonych realizowany jest automatycznie. Na rurociągu odprowadzającym ścieki oczyszczone zamontowano przepływomierz ultradźwiękowy, który sprzężony jest z komputerem sterującym pracą oczyszczalni. Pomiar przebiega zgodnie
z zadanym programem.

3.3 Podstawowe parametry technologiczne projektowane i osiągane

Pomimo większego, niż założono ładunku zanieczyszczeń zawartego w ściekach dopływających do oczyszczalni, efektywność pracy układu nie uległa obniżeniu. Świadczy to
o jego dużej stabilności oraz odporności na zmienność parametrów dopływu.

W trakcie eksploatacji ustalono optymalne parametry procesu technologicznego oraz dawki chemikaliów, co pozwoliło ograniczyć ich zużycie. Zamontowano także urządzenie (bateria kondensatorów), pozwalające optymalniej zużywać energię elektryczną.

3.4. Osiągane efekty oczyszczania ścieków

Jak wynika z zamieszczonej powyżej tabeli, osiągane wyniki pracy oczyszczalni są satysfakcjonujące. Potwierdziła to także ostatnio przeprowadzona przez WIOŚ kontrola.

Utrudnienie w prowadzeniu procesu stanowi duża zmienność ładunku zanieczyszczeń
w dopływie do oczyszczalni oraz brak wyposażenia pozwalającego kontrolować efektywność oczyszczania w sposób ciągły. Bieżąca kontrola polega na pomiarze pH i ocenie organoleptycznej oczyszczonych ścieków. Wykonuje się także pomiary objętości osadu (opadalność w leju Imhoffa) w celu zapewnienia odpowiednich warunków w reaktorze biologicznym.

Tablica 1 Podstawowe parametry technologiczne[10].

Tablica 2.Efekty oczyszczania ścieków[10]

3.5. Osady - ilość, sposoby przeróbki i zagospodarowania

Osad czynny powstały w procesie technologicznym oddziela się od oczyszczonych ścieków w wyniku sedymentacji. Jest on ustabilizowany tlenowo poprzez przedłużone napowietrzanie w reaktorze. Usuniecie nadmiaru osadu odbywa się grawitacyjnie do studni osadu. Następnie poddawany jest odwadnianiu na urządzeniu workującym DRAIMAD. W celu poprawy zdolności osadu do odwadniania dodawany jest polimer kationowy. Blok przygotowania i dozowania polimeru opisany jest w części „charakterystyka technologiczna urządzeń”. Dozowanie polimeru jest sprzężone z cyklem pracy urządzenia workującego DRAIMAD. Po trwającym kilka godzin czasie odciekania wody worki wywożone są pod przeznaczoną do tego celu wiatą.

Odwadnianie osadu na workownicy jest pierwszym stopniem obróbki osadu ściekowego. Efektowność tego procesu zależy od doboru odpowiedniej dawki polimeru oraz szybkości podawania polimeru przez pompę podającą. Jest to regulowane okresowo (na podstawie obserwacji) w zależności od ilości i kondycji osadu ściekowego.

Ilość osadu ściekowego nadmiernego waha się w granicach od 10-15 Mg osadu na miesiąc, co daje do 180 Mg osadu na rok. Uwodnienie osadu po obróbce na urządzeniu DRAIMAD wynosi obecnie 86,7%, co daje ok. 23,9 Mg suchej masy osadu na rok.

Ponieważ wielkość parametrów charakteryzujących osad powstający na naszej oczyszczalni są znacznie poniżej dopuszczalnych norm. Otrzymaliśmy pozwolenie na wykorzystywanie osadów na cele nierolnicze. Część osadów powstających na oczyszczalni oddawana jest nieodpłatnie osobom prywatnym.

Analizę fizyko-chemiczną osadu przedstawia tabela (3):

Tablica 3. Analiza fizyko - chemiczną osadu:

L.p	Oznaczenie	Jednostka	Wyniki
			25.10.99	18.07.00
1	Odczyn	pH	7,34	6,69
2	Zawartość substancji organicznych	% s.m	10,3	13,3
3	Azot ogólny	% s.m	68,7	68,9
4	Azot amonowy	% s.m	2,3	3,19
5	Fosfor ogólny	% s.m	0,23	0,32
6	Nikiel	mg Ni/kg s.m	2,50	8,09
7	Chrom ogólny	mg Cr/kg s.m	17,3	20,0
8	Cynk	mg Zn/kg s.m	16,2	42,7
9	Kadm	mg Cd/kg s.m	1252	1500
10	Miedź	mg Cu/kg s.m	2,82	<1,0
11	Ołów	mg Pb/kg s.m	49,2	116
12	Rtęć	mg Hg/kg s.m	56,1	237
13	Wapń	% s.m	<0,01	<0,01
14	Magnez	% s.m	2,1	5,1

Każdy odbiorca otrzymuje kopie analiz osadów ściekowych oraz informacje (wypis
z Rozporządzenia z 11.08.99 r w sprawie wykorzystywania osadów na cele nieprzemysłowe ), na czym polega użytkowanie nierolnicze osadów. Pozostała część osadów przekazywana jest do składowania.

Ponieważ wyniki analiz osadów są pozytywne, planowane jest w najbliższym czasie kompostowanie osadów w pryzmach. Osady te charakteryzują się stosunkowo wysoka zawartością związków organicznych (68% w suchej masie), co sprzyja zdolności osadów do samozagrzewania się i tym samym higienizacji osadu. Zawartość metali ciężkich w osadzie utrzymuje się na bardzo niskim poziomie. Należy się spodziewać, iż te ilości nie ulegną zmianie, gdyż na terenie gminy nie prowadzi się działalności, które mogą buc źródłem metali ciężkich w ściekach. Jako materiał strukturotwórczy planuje się wykorzystanie słomy oraz odpadków zielonych z koszenia trawników wokół budynków komunalnych i placów zabaw, na których prace porządkowe zalecane są naszemu przedsiębiorstwu. W zależności od potrzeb planujemy nawiązać kontakt z firma zajmującą się doradztwem oraz produkcja biopreparatów wspomagających kompostowanie.

4. Podsumowanie

Podczas biologicznych metod oczyszczania ścieków wykorzystuje się metabolizm organizmów roślinnych, zwierzęcych i grzybów, do transformacji zawartych w ściekach substancji organicznych i mineralnych. Generalnie biologiczne sposoby oczyszczania ścieków dzieli się na naturalne, pośrednie i sztuczne.

Oczyszczanie naturalne polega na odprowadzaniu ścieków do wody lub gruntu
i wykorzystaniu zdolności odbiornika do samooczyszczania. Do metod tych zaliczamy rolnicze wykorzystywanie ścieków do nawożenia pól, łąk i lasów, stawy ściekowe oraz oczyszczalnie korzeniowe. W przypadku tych ostatnich wykorzystuje się systemy korzeniowe takich roślin jak wierzby, trawy, trzcina wychwytujące substancje pokarmowe ze ścieków. Przykładem jest oczyszczalnia Lemna. System ten składa się ze składów o głębokości 1,2 m. z rozszczelnionym dnem i bokami. Powierzchnia stawu pokryta rzęsą wodną redukuje możliwość fotosyntezy glonów i wstrzymuje ich regenerację. Na powierzchni utrzymuje się strefa tlenowa, co zapobiega powstaniu nieprzyjemnego zapachu.

Oczyszczanie półnaturalne polega na celowym przystosowaniu za pomocą środków technicznych naturalnego środowiska wodnego lub gruntowego do przyjmowania ścieków, przez co stwarza się odpowiednie warunki do przebiegu naturalnego rozkładu substancji organicznych zawartych w ściekach. Do metod tych zaliczamy filtry gruntowe zwane tez polami filtracyjnymi służące do oczyszczania ścieków poprzez przepuszczanie ich przez górne warstwy gruntu naturalnego. Filtry gruntowe urządza się przez podział całego obszaru na części poprzegradzane niskimi wałami i okresowo zatapiane.

W przypadku drenażu rozsączającego mamy do czynienia z rozprowadzeniem ścieków rurami drenażowymi w głąb ziemi. Ciągi rur ułożone są poziomo w odstępach co 2m., na głębokość 0,5-1,2m.osady i wydzielające się gazy w czasie rozkładu zanieczyszczeń zaabsorbowane są przez glebę, gdzie zostają dalej rozłożone, co powoduje bezzapachowy rozkład.

Stawy napowietrzane są to reaktory o pełnym lub niepełnym wymieszaniu bez sedymentacji lub rekultywacji. Tlen doprowadzany jest za pomocą urządzeń mechanicznych lub wgłębnej dyfuzji(sprężone powietrze). Głębokość tych zbiorników wynosi 2,5-4,5m .

W stawach fakultatywnych zachodzi oczyszczanie ścieków przy udziale bakterii tlenowych, beztlenowych i fakultatywnych. Wyróżnia się 3 strefy: powierzchniową, beztlenową-denna i przejściową. Są to zbiorniki ziemne o gł. 0,9-1,8m.

W stawach fakultatywnych ścieki pozostają kilkadziesiąt dni i dlatego odpływ z nich może jakości i składem odpowiadać odpływom ze sztucznej biologicznej oczyszczalni.

Nawadnianie pól ściekami jest naturalnym sposobem oczyszczania ścieków
i jednocześnie dobrą ochroną odbiornika przed zanieczyszczeniem. przykładowe nawadnianie zalewowe tworzą kwatery o płaskiej powierzchni otoczone niewysokimi wałami zalewowymi. Ścieki rozprowadza się korytami rozdzielonymi wzdłuż kwater. Wypływające
z koryta ścieki zalewają całą powierzchnie poletka cienką warstwą. Poza nawadnianiem zalewowym rozróżniamy również bruzdowe, stokowe oraz rozdeszczenie.

Metody sztuczne to ostatnia grupa zaliczająca się do biologicznego oczyszczania ścieków. polegają one na zintensyfikowaniu biochemicznych procesów rozkładu substancji organicznych w urządzeniach technicznych. Można tu rozróżnić : złoża biologiczne i proces osadu czynnego.

Zasadniczym elementem złoża biologicznego jest materiał, na którego powierzchni rozwija się błona biologiczna składająca się z mikroorganizmów roślinnych i zwierzęcych głównie bakterii, które rozkładają biochemiczne substancje organiczne pochodzące ze ścieków kontaktujących się z powierzchnią błony biologicznej.

W przypadku złóż niskoobciążonych ścieki podawane są na górna powierzchnię wypełnienia za pomocą urządzenia rozdzielającego, najczęściej wykonanego w postaci zraszacza obrotowego. Przesączają się przez wypełnienie w trakcie czego dochodzi do intensywnego kontaktu z błona, gdzie zostają częściowo rozłożone, a częściowo wbudowane w masę bakteryjną.

Poprzez podwyższenie natężenia dopływu ścieków zwiększającego siłę spłukujących ścieków stworzono całkiem inny system - złoża wysoko obciążone(spłukiwane). System ten jest nieco uboższy w gatunki, mineralizacja wykonana, a złoże zrzuca codziennie taka ilość błony biologicznej jaką odpowiada jej przyrostowi. Zostaje ona usunięta ze ścieków przez sedymentację w osadniku. W złożach tego typu o niewielkiej wysokości nie umiejętna regulacja nastawionego obciążenia hydraulicznego prowadzi do zakłóceń (siłą spłukująca nie zdoła wypłukać tworzącej się masy).

Chcąc uniknąć trudności z zatykaniem się złóż biologicznych zaczęto stosować złożą wieżowe. Jeżeli bez zmiany objętości zwiększa się wysokość złoża, to obciążenie ładunkiem nie ulega zmianie, natomiast wzrasta obciążenie hydrauliczne oraz skuteczność płukania.

Wówczas w złożach wieżowych na materiale wypełniającym pozostaje tylko cienka błona biologiczna.

Proces osadu czynnego może być traktowany jako przetransportowanie naturalnych procesów samooczyszczania przebiegających w wodach powierzchniowych na pomysł rozwiązania technicznego. Osad czynny to kłaczkowate zawiesiny, których skład biologiczny zależy od wielu czynników biotycznych i abiotycznych. Z technicznego punktu widzenia bardzo ważne jest aby w osadzie czynnym były obecna mikroorganizmy bakteryjne utleniają związki organiczne związki organiczne prowadzące nitryfikacje i denitryfikacje oraz kumulujące fosfor w postaci polifosforanów w swoich komórkach.

Podstawowe rozwiązania techniczne to reaktor, w którym znajdują się organizmy i do którego jest ciągle doprowadzany pokarm. W celu zaopatrzenia organizmów w tlen
i utrzymania ich w stanie zawieszenia zawartość reaktora jest napowietrzana, mieszana, przy czym mieszanie jest sprężone z napowietrzaniem. W wyniku ciągłego doprowadzania ścieków mieszanina z reaktora jest wypierana do separatora(osadnik wtórny) i w warunkach spokojnego przepływu organizmy mogą ulegać sedymentacji. Ciecz zawierająca resztki pokarmu dopływowe, potrzebna zaś masa organiczna zostaje zwrócona do reaktora. Oczyszczanie metodą osadu czynnego prowadzi się w układach z reaktorami porcjowymi. Reaktor porcjowy SBR jest metodą osadu czynnego bez osadnika wtórnego
i recyrkulacji. Jego sposób eksploatacji jest kopią najczęściej sterowanej biofermentacji, przy której procesy przebiegają prawie ciągle przy jednym reaktorze. Przykładem reaktora typu SBR jest biologiczna oczyszczalnia w Bojszowach.

W pomieszczeniu krat zachodzi wstępne oczyszczanie ścieków w sicie. Następnie ścieki są czasowo magazynowane i mieszane w zbiorniku wyrównawczym, zanim zostaną podane do reaktora. W reaktorach SBR zachodzi biologiczne oczyszczanie ścieków przy pomocy bakterii. Za pomocą dmuchaw zostaje podane powietrze do reaktora. W studni osadu nadmiernego odprowadza się nadmiar bakterii, które przyrosły w trakcie procesu oczyszczania ścieków. Trzeba je usunąć , aby zapewnić odpowiednie warunki w reaktorze (bakterii nie może być zbyt wiele, aby nie zabrakło im pokarmu i tlenu).Następnie osad zostaje odwodniony i złożony na składowisko osadu odwodnionego (zanim zostanie on wywieziony na wysypisko odpadów lub użyty do nawożenia gleby).

4. Podsumowanie

Podczas biologicznych metod oczyszczania ścieków wykorzystuje się metabolizm organizmów roślinnych, zwierzęcych i grzybów, do transformacji zawartych w ściekach substancji organicznych i mineralnych. Generalnie biologiczne sposoby oczyszczania ścieków dzieli się na naturalne, pośrednie i sztuczne.

Oczyszczanie naturalne polega na odprowadzaniu ścieków do wody lub gruntu
i wykorzystaniu zdolności odbiornika do samooczyszczania. Do metod tych zaliczamy rolnicze wykorzystywanie ścieków do nawożenia pól, łąk i lasów, stawy ściekowe oraz oczyszczalnie korzeniowe. W przypadku tych ostatnich wykorzystuje się systemy korzeniowe takich roślin jak wierzby, trawy, trzcina wychwytujące substancje pokarmowe ze ścieków. Przykładem jest oczyszczalnia Lemna. System ten składa się ze składów o głębokości 1,2 m. z rozszczelnionym dnem i bokami. Powierzchnia stawu pokryta rzęsą wodną redukuje możliwość fotosyntezy glonów i wstrzymuje ich regenerację. Na powierzchni utrzymuje się strefa tlenowa, co zapobiega powstaniu nieprzyjemnego zapachu.

Oczyszczanie półnaturalne polega na celowym przystosowaniu za pomocą środków technicznych naturalnego środowiska wodnego lub gruntowego do przyjmowania ścieków, przez co stwarza się odpowiednie warunki do przebiegu naturalnego rozkładu substancji organicznych zawartych w ściekach. Do metod tych zaliczamy filtry gruntowe zwane tez polami filtracyjnymi służące do oczyszczania ścieków poprzez przepuszczanie ich przez górne warstwy gruntu naturalnego. Filtry gruntowe urządza się przez podział całego obszaru na części poprzegradzane niskimi wałami i okresowo zatapiane.

W przypadku drenażu rozsączającego mamy do czynienia z rozprowadzeniem ścieków rurami drenażowymi w głąb ziemi. Ciągi rur ułożone są poziomo w odstępach co 2m., na głębokość 0,5-1,2m.osady i wydzielające się gazy w czasie rozkładu zanieczyszczeń zaabsorbowane są przez glebę, gdzie zostają dalej rozłożone, co powoduje bezzapachowy rozkład.

Stawy napowietrzane są to reaktory o pełnym lub niepełnym wymieszaniu bez sedymentacji lub rekultywacji. Tlen doprowadzany jest za pomocą urządzeń mechanicznych lub wgłębnej dyfuzji(sprężone powietrze). Głębokość tych zbiorników wynosi 2,5-4,5m .

W stawach fakultatywnych zachodzi oczyszczanie ścieków przy udziale bakterii tlenowych, beztlenowych i fakultatywnych. Wyróżnia się 3 strefy: powierzchniową, beztlenową-denna i przejściową. Są to zbiorniki ziemne o gł. 0,9-1,8m.

W stawach fakultatywnych ścieki pozostają kilkadziesiąt dni i dlatego odpływ z nich może jakości i składem odpowiadać odpływom ze sztucznej biologicznej oczyszczalni.

Nawadnianie pól ściekami jest naturalnym sposobem oczyszczania ścieków
i jednocześnie dobrą ochroną odbiornika przed zanieczyszczeniem. przykładowe nawadnianie zalewowe tworzą kwatery o płaskiej powierzchni otoczone niewysokimi wałami zalewowymi. Ścieki rozprowadza się korytami rozdzielonymi wzdłuż kwater. Wypływające
z koryta ścieki zalewają całą powierzchnie poletka cienką warstwą. Poza nawadnianiem zalewowym rozróżniamy również bruzdowe, stokowe oraz rozdeszczenie.

Metody sztuczne to ostatnia grupa zaliczająca się do biologicznego oczyszczania ścieków. polegają one na zintensyfikowaniu biochemicznych procesów rozkładu substancji organicznych w urządzeniach technicznych. Można tu rozróżnić : złoża biologiczne i proces osadu czynnego.

Zasadniczym elementem złoża biologicznego jest materiał, na którego powierzchni rozwija się błona biologiczna składająca się z mikroorganizmów roślinnych i zwierzęcych głównie bakterii, które rozkładają biochemiczne substancje organiczne pochodzące ze ścieków kontaktujących się z powierzchnią błony biologicznej.

W przypadku złóż niskoobciążonych ścieki podawane są na górna powierzchnię wypełnienia za pomocą urządzenia rozdzielającego, najczęściej wykonanego w postaci zraszacza obrotowego. Przesączają się przez wypełnienie w trakcie czego dochodzi do intensywnego kontaktu z błona, gdzie zostają częściowo rozłożone, a częściowo wbudowane w masę bakteryjną.

Poprzez podwyższenie natężenia dopływu ścieków zwiększającego siłę spłukujących ścieków stworzono całkiem inny system - złoża wysoko obciążone(spłukiwane). System ten jest nieco uboższy w gatunki, mineralizacja wykonana, a złoże zrzuca codziennie taka ilość błony biologicznej jaką odpowiada jej przyrostowi. Zostaje ona usunięta ze ścieków przez sedymentację w osadniku. W złożach tego typu o niewielkiej wysokości nie umiejętna regulacja nastawionego obciążenia hydraulicznego prowadzi do zakłóceń (siłą spłukująca nie zdoła wypłukać tworzącej się masy).

Chcąc uniknąć trudności z zatykaniem się złóż biologicznych zaczęto stosować złożą wieżowe. Jeżeli bez zmiany objętości zwiększa się wysokość złoża, to obciążenie ładunkiem nie ulega zmianie, natomiast wzrasta obciążenie hydrauliczne oraz skuteczność płukania.

Wówczas w złożach wieżowych na materiale wypełniającym pozostaje tylko cienka błona biologiczna.

Proces osadu czynnego może być traktowany jako przetransportowanie naturalnych procesów samooczyszczania przebiegających w wodach powierzchniowych na pomysł rozwiązania technicznego. Osad czynny to kłaczkowate zawiesiny, których skład biologiczny zależy od wielu czynników biotycznych i abiotycznych. Z technicznego punktu widzenia bardzo ważne jest aby w osadzie czynnym były obecna mikroorganizmy bakteryjne utleniają związki organiczne związki organiczne prowadzące nitryfikacje i denitryfikacje oraz kumulujące fosfor w postaci polifosforanów w swoich komórkach.

Podstawowe rozwiązania techniczne to reaktor, w którym znajdują się organizmy i do którego jest ciągle doprowadzany pokarm. W celu zaopatrzenia organizmów w tlen i utrzymania ich w stanie zawieszenia zawartość reaktora jest napowietrzana, mieszana, przy czym mieszanie jest sprężone z napowietrzaniem. W wyniku ciągłego doprowadzania ścieków mieszanina z reaktora jest wypierana do separatora(osadnik wtórny) i w warunkach spokojnego przepływu organizmy mogą ulegać sedymentacji. Ciecz zawierająca resztki pokarmu dopływowe, potrzebna zaś masa organiczna zostaje zwrócona do reaktora . Oczyszczanie metodą osadu czynnego prowadzi się w układach z reaktorami porcjowymi. Reaktor porcjowy SBR jest metodą osadu czynnego bez osadnika wtórnego i recyrkulacji. Jego sposób eksploatacji jest kopią najczęściej sterowanej biofermentacji, przy której procesy przebiegają prawie ciągle przy jednym reaktorze. Przykładem reaktora typu SBR jest biologiczna oczyszczalnia w Bojszowach.

W pomieszczeniu krat zachodzi wstępne oczyszczanie ścieków w sicie. Następnie ścieki są czasowo magazynowane i mieszane w zbiorniku wyrównawczym, zanim zostaną podane do reaktora. W reaktorach SBR zachodzi biologiczne oczyszczanie ścieków przy pomocy bakterii. Za pomocą dmuchaw zostaje podane powietrze do reaktora. W studni osadu nadmiernego odprowadza się nadmiar bakterii, które przyrosły w trakcie procesu oczyszczania ścieków. Trzeba je usunąć , aby zapewnić odpowiednie warunki w reaktorze (bakterii nie może być zbyt wiele, aby nie zabrakło im pokarmu i tlenu).Następnie osad zostaje odwodniony i złożony na składowisko osadu odwodnionego (zanim zostanie on wywieziony na wysypisko odpadów lub użyty do nawożenia gleby).

5. Literatura:

1. Hartman L. - "Biologiczne oczyszczanie ścieków", wyd. Instalator Polski, Warszawa, 1999r.

2. Łomonowski J. Szpindor A. - " Nowoczesne systemy oczyszczania ścieków", wyd. ARKADY, Warszawa, 1999r.

3. Bever J. Stein A. Teichmann M. - "Zawansowane metody oczyszczania ścieków", Oficyna Wydawnicza Projprzem-Eko, Bydgoszcz, 1997r.

4. Głowiak B. Kempa E. Winnicki T. - "Podstawy ochrony środowiska", PWN, Warszawa, 1985r.

5. Koziorowski B. Kucharski J. - "Ścieki przemysłowe", wyd. Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1964r.

6. Koziorowski B. - "Oczyszczanie ścieków przemysłowych", wyd. Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1980r.

7. Slier E. Fisher M. - "Podręczny poradnik eksploatacyjny oczyszczalni ścieków", wyd. Seidel-Przyzecki sp. z o.o./ Hydroterm s.c., Bydgoszcz, 1998r.

8. Żukowski B. - "Degradacja Hydrosfery", wtd. FOSZE, Rzeszów 1994r.

9. Wasilewski M. - "Poradnik eksploatatora oczyszczalni ścieków", wyd. Poran, Poznań, 1997r.

10. Materiały uzyskane w oczyszczalni biologicznej w Bojszowach ( dane techniczne i technologiczne).

11. Materiały uzyskane w szkole (schematy).

---