Większość, a właściwie niemal wszystkie wody naturalne, przed ich wykorzystaniem do picia oraz na potrzeby gospodarcze czy przemysłowe muszą być odpowiednio przygotowane, co uzyskuje się w procesach ich oczyszczania.
Rodzaj procesów oczyszczania zależy od rodzaju substancji, jakie muszą być usunięte z wody.
PROCESY STOSOWANE DO OCZYSZCZANIA WODY
można podzielić na :
fizyczne
2. chemiczne
3. biologiczne
Mogą one być łączone w układy np.: fizyczno-chemiczne, fizyczno-biologiczne itd.
Z uwagi na zakres i sposób usuwania zanieczyszczeń ze ścieków rozróżnia się cztery stopnie oczyszczania.
Zanim jednak ścieki zostaną poddane oczyszczaniu pierwszego stopnia- przechodzą one przez szereg komór żwirowych, w których usuwane duże nierozpuszczalne w wodzie substancje np. kamienie, kawałki drewna. Są one usuwane na drodze sedymentacji i osiadania na kratownicach.
Stopień 1 - usunięcie ciał pływających i zawiesin łatwo opadających, usuwa się je w odstojnikach wyposażonych w cedzidła powierzchniowe, ciężkie cząstki opadają na dno, a lekkie pływające po powierzchni zostają usunięte mechanicznie. Błoto z odstojników jest trawione przez bakterie anaerobowe= beztlenowe.
Stopień 2 - usunięcie 90-96% wszystkich zawiesin oraz zmineralizowanie do 95% substancji organicznych - czyli ich rozkład na proste związki mineralne przez mikroorganizmy aerobowe= tlenowe, aby usprawnić ich działanie dotlenia się wodę przez energiczne przedmuchiwanie tlenu lub powietrza. Są to ścieki oczyszczone biologicznie lub chemicznie.
Stopień 3 - usunięcie bakterii pozostałych w wodzie po drugim etapie oczyszczania- proces ten następuje w płytkich utleniających zbiornikach wodnych o wydłużonej retencji lub poprzez filtrowanie przez warstwę piasku oraz umożliwienie wtórnego wykorzystania wody odzyskanej ze ścieków dla różnych potrzeb.
Stopień 4 - usunięcie w znacznym stopniu azotu i fosforu czyli związków biogennych, które powodują zwiększenie żyzności wód odbiorników, ich zarastanie- czyli eutrofizację, a tym samym wtórne zanieczyszczenie produktami rozkładu roślin i zwierząt. Fosforany najłatwiej usunąć poprzez wytrącanie z sodą, podczas gdy azotany i sole amonowe można przekształcić w azot działaniem odpowiednich bakterii beztlenowych lub tlenowych.
SPOSOBY OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW
Sposoby mechaniczne polegają na wykorzystywaniu procesów cedzenia, rozdrabniania, sedymentacji (czyli opadania cząsteczek ciała stałego w cieczy pod wpływem siły ciężkości ) i flotacji. Flotacja to rozdzielanie zanieczyszczeń przez intensywne mieszanie ścieków z dodatkiem odczynników pianotwórczych. Niektóre zanieczyszczenia przyczepiają się do pęcherzyków piany i są unoszone do odstojników Do tego celu służą następujące urządzenia: kraty, sita, rozdrabniarki, piaskowniki, osadniki i odtłuszczacze lub inne urządzenia do flotacji. [2]
Sposoby fizykochemiczne wykorzystują przede wszystkim: koagulację, czyli łączenie się cząsteczek w zespoły w wyniku czego wytrąca się zwarty osad, sorpcję, czyli pochłanianie na węglu aktywnym, zobojętnianie, utlenianie (np. przez chlorowanie) lub redukcję. Do tego celu służą: urządzenia do przygotowywania i przechowywania roztworów, dawkowniki, mieszalniki, komory reakcji, urządzenia do chlorowania i inne. [2]
Napowietrzanie, czyli wprowadzenie do wody rozpuszczonego tlenu usuwa z wody gazy rozpuszczone takie jak CO2, H2S, CH4.
Filtracja usuwa zawiesiny i zasocjowane z nimi zanieczyszczenia wyróżnia się filtrację pospieszną i powolną.. [1]
W procesie wymiany jonowej usuwane są z wody substancje rozpuszczone. Technika ta jest wykorzystywana do oczyszczania wód przemysłowych głównie stosowanych w energetyce i wód chłodniczych a jej celem jest zmniejszenie poziomu zasolenia wody. Na Śląsku konieczne jest odsalanie wód kopalnianych, które wraz ze ściekami dostają się do Wisły i niszczą życie biologiczne rzeki Wymieniaczami jonowymi (jonitami) są substancje praktycznie nierozpuszczalne w wodzie, które wymieniają z roztworu elektrolitu dodatnio lub ujemnie naładowane jony na równoważne ilości jonów wchodzących w skład jonitów. Ze względu na rodzaj wymienianych jonów jonity dzieli się na:
kationity (Kt) - wymieniające kationy
anionity (An) - wymieniające aniony
Podstawowymi urządzeniami, w których prowadzi się proces wymiany jonowej są zbiorniki ciśnieniowe. W dolnej ich części umieszczony jest układ drenażowy, a w górnej układ rozdzielczo - odbiorczy
Procesy membranowe znajdują zastosowanie głównie do odsalania wód oraz w technikach specjalnych np. do produkcji wody super czystej. W Polsce nie są stosowane powszechnie w zakładach uzdatniania wody do celów wodociągowych.
Dezynfekcja: głównym jej zadaniem jest niszczenie mikroorganizmów, wirusów, bakterii i ich form przetrwalnikowych oraz pasożytów obecnych w wodzie i zapewnienie dobrej jakości sanitarnej wody w sieci wodociągowej. Proces ten najczęściej stosowany jest na końcu układu oczyszczania wody.
Najprostszą metodą dezynfekcji jest zastosowanie promieniowania ultrafioletowego Promienie ultrafioletowe skutecznie niszczą mikroorganizmy. Zaletą tej metody jest to, że nie zmienia składu fizykochemicznego wody.
Sposoby biologiczne polegają na wykorzystywaniu procesów biochemicznych związanych z działalnością życiową specjalnych mikroorganizmów. Wykorzystuje się osiadłe organizmy żyjące w tzw. złożach biologicznych, które tworzą cienką warstewkę na powierzchni cząstek koksu, żwiru lub żużla. Stosuje się też osady czynne, w których skład wchodzą organizmy heterotroficzne o bardzo szerokim zakresie tolerancji w stosunku do ścieków- bakterie saprobowe, orzęski, ameby, wrotki i nicienie. Procesy te prowadzi się bądź w warunkach zbliżonych do naturalnych, bądź w warunkach sztucznych. W pierwszym wypadku stosuje się pola nawodnione, filtry gruntowe, stawy rybne, a w drugim - złoża biologiczne, zbiorniki z osadem czynnym i rowy biologiczne.
Zanieczyszczenia pochodzące z punktowych źródeł mogą trafiać do oczyszczalni. Nie ma jednak jednej, prostej metody ograniczenia wpływu zanieczyszczeń obszarowych Trzeba stosować wiele metod, począwszy od rozsądnego nawożenia. Wskazana jest również ochrona i tworzenie naturalnych pokrytych roślinnością mokradeł wzdłuż cieków. W warunkach naturalnych, aby zasilić strumień, woda musi przesączyć się przez obszar przejściowy, który pełni rolę filtra. Obecność takiego filtra jest szczególnie istotna w przypadku sąsiadowania terenów intensywnie uprawianych rolniczo. Stwierdzono, że mokradła mogą zatrzymywać większe cząsteczki gleby wraz z nawozami znajdującymi się w wodach spływających z pól uprawnych zanieczyszczeń Podsychanie i zalewanie mokradeł wodą stwarza najlepsze warunki do rozkładu.
Mokradła mogą służyć jako tanie i skuteczne oczyszczalnie dla naszych rzek i strumieni
Musimy jednak pamiętać, że człowiek produkując coraz więcej i więcej zanieczyszczeń może bardzo łatwo doprowadzić po prostu do "zatkania" tego naturalnego filtra zanieczyszczeń.
Proces samooczyszczania można wspomagać sztucznym napowietrzaniem w tzw. oczyszczalni rzecznej. Stan czystości wód można poprawić przez wprowadzanie nowych, czystszych technologii, zmniejszających ładunek zanieczyszczeń w ściekach, przez racjonalne stosowanie pestycydów oraz zastępowanie pestycydów toksycznych i trwałych mniej toksycznymi i łatwiej rozkładalnymi, przez produkcję substancji powierzchniowo czynnych
Oczyszczanie ścieków zaczyna się nie w oczyszczalni ścieków w, lecz w miejscu ich powstawania. Tam należy stosować działania prowadzące do powstania mniejszej ilości ścieków i mniejszego zużycia wody.
Systemy oczyszczania ścieków pełnią w gospodarce taką samą rolę, jak nerki dla żywego organizmu. Są one instrumentami, które wewnątrz systemu oczyszczają i odprowadzają odpady. Każdy system oczyszczania musi być dopasowany do miejscowych wymagań ekonomii i ekologii.
W oczyszczalni ścieki na początku są przepuszczone przez kraty, na których zatrzymywane są zanieczyszczenia o większych wymiarach, a następnie przez piaskowniki, gdzie osadzają się cięższe cząstki zawiesin mineralnych, takie jak piasek, popiół itp.
Zasadniczy proces oczyszczania odbywa się w osadnikach, w których są zatrzymywane tzw. zawiesiny opadające, stanowiące przeciętnie 60-70% ogólnej masy zawiesin (dzięki zatrzymaniu tych zawiesin, które składają się głównie z substancji organicznych, zanieczyszczenie ścieków może się obniżyć się o ok. 30%).
Po przejściu przez osadniki ścieki są poddawane chlorowaniu w komorze kontaktowej, a po chlorowaniu - odprowadzane do odbiornika (w praktyce chlorowanie ścieków jest niestety rzadko stosowane).
Osad z osadnika jest przepompowywany do wydzielonej komory fermentacji, gdzie odbywa się beztlenowy proces fermentacji metanowej osadu. Przeróbka osadu ma na celu usunięcie jego skłonności do gnicia i zniszczenie zawartych w nim pasożytów. Osad przefermentowany jest odwadniany na poletkach piaskowych lub w filtrach próżniowych.
Omówimy zasadę działania mechaniczno-biologicznej oczyszczalni ścieków bytowo-gospodarczych dla z małych i średnich wsi oraz obiektów użyteczności publicznej takich jak szkoły, hotele, obiekty sportowo rekreacyjne, szpitale i inne.
Taka oczyszczalnia działa w Mikołowie, w dzielnicy Mokre.
Szeregowy układ komór napowietrzania umożliwia osiągnięcie redukcji zanieczyszczeń organicznych oraz zawiesiny ogólnej w granicach 92-97%.Osadnik wstępny oprócz procesu sedymentacji ,spełnia rolę komory fermentacyjnej osadów gromadzonych na dnie, a dodatkowe zastosowanie komory niedotlenionej powoduje skuteczne usuwanie azotu i fosforu. W komorach napowietrzania specjalne dmuchawy wtłaczają odpowiednią ilość powietrza. . - Napowietrzanie usuwa z wody gazy rozpuszczone (C02, H2S, CH4).
Następnie ścieki spływają do osadnika wtórnego, gdzie następuje sedymentacja reszty osadów. Osady te są automatycznie przemieszczane do osadnika wstępnego. Ostatnia faza oczyszczania to proces dezynfekcji.
W wielkich miastach oraz przy autostradach dużym problemem jest możliwość zanieczyszczenia olejami i benzyną, wód deszczowych odprowadzanych siecią kanalizacji deszczowej. Aby temu zapobiec stosuje się różnego typu SEPARATORY. Oleje i benzyny zostają oddzielone od wody i pozostają jako warstwa na powierzchni wody w komorze separacji, a szlam i piasek gromadzą się w dolnej części komory-części osadowej separatora.
Osadniki biologiczno - mechanicznej oczyszczalni ścieków
Oczyszczaniu ścieków towarzyszy z reguły przeróbka osadu i większych części stałych zatrzymywanych w urządzeniach do oczyszczania ścieków. W przeróbce osadów, która polega na usuwaniu jego skłonności do gnicia, niszczeniu zawartych w nich pasożytów (dotyczy to osadów ze ścieków bytowo-gospodarczych) oraz zmniejszaniu jego objętości. Stosuje się procesy: fermentacji, zagęszczenia, suszenia, filtrowania, kompostowania i czasem spalania. Do tego celu służą: komory fermentacyjne, zagęszczacze, filtry próżniowe, kompostownie, poletka do suszenia (poletka ociekowe), piece do suszenia i spalania.