Zasada działania oczyszczalni ścieków

Brak wody może być najważniejszą kwestią, z którą ludzkość będzie miała do czynienia w najbliższej przyszłości...
Nie wystarczy myśleć o dzisiejszych potrzebach; ponosimy wielką odpowiedzialność wobec przyszłych pokoleń, które rozliczą nas z naszego zaangażowania dla zachowania bogactw naturalnych powierzonych nam przez Stwórcę, tak abyśmy je traktowali z troską i szacunkiem....
JAN PAWEŁ II( lipiec, 2000 )

Woda nie jest produktem komercyjnym takim jak każdy inny, lecz raczej dobrem, które musi być chronione, bronione i traktowane jak dziedzictwo...
Parlament Europejski i Rady Unii Europejskiej
"Ustanowienie ram dla działalności Wspólnoty w dziedzinie polityki wodnej"
Dyrektywa 2000/60/EC

DLACZEGO TRZEBA BUDOWAĆ OCZYSZCZALNIE ŚCIEKÓW?

Oczyszczalnie ścieków służą ochronie zdrowia, życia, środowiska oraz chronią zasoby czystej wody, która będzie wykorzystana przez przyszłe pokolenia.

Nie wszyscy rozumieją potrzebę oczyszczania ścieków pochodzących z gospodarstw domowych. W Polsce już około 50% gospodarstw jest dołączonych do sieci wodociągowych. Tylko 3% gospodarstw jest podłączonych do kanalizacji z oczyszczalnią ścieków.

Myjąc naczynia, piorąc, spłukując toaletę wytwarzamy ogromne ilości ścieków, które zagrażają naszemu zdrowiu, czasami życiu, a także grożą zanieczyszczeniem zasobów wody, z których jest ona pompowana do wodociągu. Oprócz ścieków "domowych" często mamy do czynienia ze ściekami pochodzącymi z powstających na wsi małych przedsiębiorstw, ośrodków zdrowia, szpitali, urzędów i szkół.

DLACZEGO TRZEBA OCZYSZCZAĆ ŚCIEKI?

• nie oczyszczane ścieki stanowią zagrożenie dla zdrowia, a czasami nawet dla życia mieszkańców,

• ponieważ nie oczyszczane ścieki zagrażają środowisku naturalnemu, w tym szczególnie zagrożone są zasoby wody będące źródłem dla wodociągów,

• ze względów estetycznych: nie czyszczone ścieki brzydko pachną, a wyciekając na ulicę są przenoszone na butach wraz ze wszystkimi groźnymi dla zdrowia mikroorganizmami,

• szczególnie ważne dla warunków polskich zagrażają zanieczyszczeniem bardzo ograniczonych zasobów wodnych.

CZYM SĄ ŚCIEKI?

W skład ścieków wchodzi woda odpływająca z ubikacji, ze zlewów kuchennych, z pralki. Ścieki odpływają zarówno z domów mieszkalnych jak i ze szkół, szpitali i budynków biurowych. Jeśli w miejscowości znajduje się jakiś zakład produkcyjny, np. mała masarnia, czy mleczarnia - w skład ścieków wchodzą również ścieki z tych zakładów.

Niektóre systemy kanalizacyjne dopuszczają dopływ do ścieków także wód deszczowych spływających ulicami. W takich przypadkach w skład ścieków wchodzą również wszelkiego rodzaju śmiecie, olej wyciekający z silników samochodowych, chemikalia (jak środki ochrony roślin, rozpuszczalniki i farby wyciekające z opakowań składowanych na placach), spłukiwane z ulic i placów przez deszcz.

CO POWODUJE, ŻE ŚCIEKI SĄ TAK NIEBEZPIECZNE?

• Odchody ludzkie oraz zwierzęce mogą zawierać mikroorganizmy chorobotwórcze. Mogą one dostać się do ścieków ze szpitala oraz pochodzić od osób, które są ich nosicielami, (chociaż same nie są chore najczęściej nawet nie zdają sobie sprawy, że są nosicielami mikroorganizmów chorobotwórczych).

• Źródłem zanieczyszczeń mogą być również odchody zwierzęce spłukane z ulicy bądź z masarni.

• Wszelkiego rodzaju środki chemiczne. Szczególnie groźne są wszelkiego rodzaju środki ochrony roślin, czy rozpuszczalniki.

• Ścieki prędzej czy później dopływają do wód gruntowych lub rzek, stawów i jezior. Powoduje to zagrożenie dla zdrowia, a często utratę źródła czystej wody niejednokrotnie używanej do zaopatrywania wodociągu wiejskiego.

Różne źródła zanieczyszczeń wód gruntowych i powierzchniowych na terenach wiejskich

JAK BAKTERIE CHOROBOTWÓRCZE ZE ŚCIEKÓW MOGĄ BYĆ PRZENOSZONE NA LUDZI?

Dzieje się to w różny sposób.

• Po pierwsze - poprzez bezpośredni kontakt ze ściekami, które wypływają na ulicę lub poprzez chodzenie po polu, na które wypompowano ścieki z szamba. Często dzieje się to w czasie kąpieli w rzece, stawie lub jeziorze, do których mieszkańcy wsi odprowadzają ścieki bezpośrednio "rurką" lub pośrednio z "dziurawych szamb" do wody gruntowej, która następnie dopływa do jezior i rzek. Często zwierzęta domowe wypasane są tam, gdzie wypływają ścieki. W kałużach ścieków taplają się kaczki i grzebią kury (jajka są potem sprzedawane na bazarze lub w sklepach), a czasami nawet bawią się nimi dzieci.

• Po drugie - choroby mogą być przenoszone przez muchy, które siadają na zanieczyszczonych ściekami miejscach, a potem na produktach żywnościowych w domu.

• Po trzecie - poprzez picie napojów sporządzanych z zanieczyszczonej wody, spożywanie warzyw z ogródków podlewanych nie oczyszczonymi ściekami, oraz spożywanie innych produktów żywnościowych, które w jakiś sposób miały kontakt ze ściekami.

NIEKTÓRE Z CHORÓB I PASOŻYTÓW, (rozprzestrzeniających się poprzez nieoczyszczone ścieki).

Zagrożenie dla zdrowia ludzi stanowią bakterie chorobotwórcze, wirusy, pasożyty oraz różnego rodzaju grzyby. Poniżej wymieniono tylko kilka chorób. Jednakże służby sanitarne i lekarze są, co jakiś czas zaskakiwani nowymi rodzajami infekcji przenoszonych przez wodę, np. wszelkiego rodzaju infekcje spowodowane drożdżami.

CHOROBY POWODOWANE PRZEZ BAKTERIE

Bakterie to niedostrzegalne gołym okiem organizmy odpowiedzialne za takie choroby jak tyfus, paratyfus, dezynteria, nieżyt przewodu pokarmowego i cholera. Objawy tych chorób są podobne. Mogą to być bóle głowy, biegunka (czasami z krwią), bóle brzucha, gorączka, nudności i wymioty. W zależności od rodzaju bakterii objawy te mogą wystąpić od paru godzin do paru dni po zjedzeniu zakażonych produktów lub kontaktu z zanieczyszczoną wodą. Często objawy chorób są bardzo łagodne, albo w ogóle nie wywołują żadnych reakcji. Jednakże każdy, kto często cierpi na biegunkę lub ma nudności powinien bezzwłocznie skontaktować się z lekarzem.

Tyfus był szczególnie groźny na początku dwudziestego wieku,. Dzięki szczepieniom ochronnym został w krajach rozwiniętych prawie wyeliminowany, ale nadal jest groźny w krajach rozwijających się. W styczniu 1996 roku w Algierii w mieście Ain Taya zachorowało na tyfus 910 osób. Przyczyną było zanieczyszczenie zbiorników wodnych ściekami z uszkodzonej podczas prac budowlanych rury kanalizacyjnej.Objawami tyfusu są wysoka gorączka, utrata apetytu, nudności, wymioty i biegunka.

Cholera - również bardzo groźna w dawnych czasach. Obecnie opanowana głównie wskutek postępu w higienie, ale ciągle groźna. Od 1961 roku właściwie ciągle mamy do czynienia z epidemią cholery, która rozprzestrzenia się niezwykle szybko, szczególnie wśród gęsto zamieszkałych osiedli ludzkich nieposiadających oczyszczalni ścieków i kanalizacji. Stwierdzono rozprzestrzenianie się tej choroby również poprzez spożywanie ryb morskich złowionych w zanieczyszczonych ściekami wodach morskich. W 1991 roku Ameryka Łacińska przeżyła straszliwą epidemię cholery spowodowaną prawdopodobnie zanieczyszczeniem wody morskiej ściekami wypuszczonymi przez statek chiński koło portu w Limie stolicy Peru. Epidemia rozprzestrzeniła się szybko po kontynencie i przeniosła do Ekwadoru, Kolumbii, Chile i Północnego Meksyku. Spowodowała śmierć 10.000 osób oraz ponad 1 milion zachorowań. Kilka lat temu epidemia tej choroby wystąpiła na Ukrainie. Za główną jej przyczynę uważa się wypływ nieoczyszczonych ścieków do rzeki.

CHOROBY WYWOŁYWANE PRZEZ WIRUSY

Wirusy na ogół nie mogą rozmnażać się poza organizmem, a ścieki są dla nich wrogim lub niesprzyjającym środowiskiem, w którym nie mogą długo przeżyć. Jednakże zdarzały się przypadki zakażenia żółtaczką zakaźną właśnie poprzez nieoczyszczone ścieki. Agencja Ochrony Środowiska USA (odpowiednik naszego ministerstwa ochrony środowiska) uważa, że w ściekach występuje około 100 rodzajów wirusów, ale ich wpływ na zdrowie ludzkie jest jeszcze nieznany.

PASOŻYTY W ŚCIEKACH

Do niedawna większość Amerykanów nie zwracała uwagi na niebezpieczeństwo występowania pasożytów w wodzie pitnej. Jednakże nagłośnione przez prasę, radio i telewizję epidemie wywołane przez pasożyty wzbudziły zainteresowanie tymi organizmami. Zalicza się do nich m.in. pierwotniaki, robaki pasożytnicze (np. tasiemce) oraz ameby. Ameby powodowały najwięcej zakażeń w USA w czasach, gdy oczyszczanie wody pitnej i ścieków nie było tak powszechne jak dzisiaj.

Jedna z epidemii była wywołana przez pierwotniak o łacińskiej nazwie Giardia Lambia, druga - opisana poniżej - przez pierwotniak o łacińskiej nazwie Cryptosporidium. Jeśli wypijemy wodę zakażoną pasożytami mogą one rozmnażać się w naszym organizmie powodując łagodną lub bardzo ciężką biegunkę.

Ludzie zakażeni pasożytami wydalają je wraz z odchodami. W niesprzyjającym środowisku pasożyty mogą wytwarzać formy przetrwalnikowe, odporne na środki dezynfekcyjne i inne metody oczyszczania wody pitnej. Można je likwidować poprzez gotowanie wody, ale jedynym skutecznym sposobem zapobiegania epidemiom jest oczyszczanie ścieków oraz zapobieganie przedostaniu się nieoczyszczonych ścieków do zasobów wodnych. W procesie oczyszczania ścieków niszczone są nawet przetrwalnikowe formy pasożytów. Nieoczyszczone ścieki mogą też zawierać jajeczka tasiemców i glisty ludzkiej. Są one często przyczyną zakażeń. Niektórymi tasiemcami można zakazić się chodząc boso po łące lub plaży skażonej nieoczyszczonymi ściekami lub wodą zanieczyszczoną ściekami. Dostają się one do organizmu poprzez skórę stóp (takie wypadki najczęściej mają miejsce w południowowschodniej części USA).

GRZYBICE

W Polsce powszechne są zakażenia różnego rodzaju grzybami z grupy drożdży. Np. poprzez kąpiel w zanieczyszczonej rzece czy jeziorze. Grzybice (choroby powodowane przez drożdże) są bardzo dokuczliwe i trudne do wyleczenia. Szczególnie narażone na zakażenie drożdżami są delikatne tkanki intymnych części ciała kobiet i mężczyzn.

INNE ZAGROŻENIA ZWIĄZANE Z BRAKIEM OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW

Razem z nieoczyszczonymi ściekami do wód dostają się duże ilości związków fosforu i azotu. Związki te "użyźniają" wodę i powodują gwałtowny rozwój różnego rodzaju glonów. Glony (algi) zużywają tlen rozpuszczony w wodzie powodując masowe śnięcie ryb. Rozkładając się glony wydzielają niemiły zapach oraz zmieniają smak wody. Niektóre glony są toksyczne dla ludzi. Zbyt wielka ilość związków azotu może być również niebezpieczna dla ludzi. Powodują one methemoglobinemię (tzw. sinicę). Choroba ta spowodowana jest tym, że krew nie przenosi do komórek odpowiedniej ilości tlenu. Jest ona szczególnie niebezpieczna dla małych dzieci. Przypuszcza się również, że związki azotu mogą powodować poronienia. Szkodliwe dla ludzi są również niektóre metale zawarte w ściekach pochodzących z zakładów przemysłowych. Inne substancje toksyczne mogą dostać się do ścieków z zakładów przemysłowych albo z ulic spłukiwanych przez wodę deszczową. Do substancji tych należą pestycydy i inne chemikalia jak benzen, fenol, chlorki, związki chloru, węgla, wodoru, (czyli wszelkiego rodzaju farby i rozpuszczalniki).

W JAKI SPOSÓB OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW ZAPOBIEGA PRZENOSZENIU CHORÓB ZAKAŹNYCH?

Oczyszczanie ścieków składa się z kilku procesów, które usuwają lub neutralizują ogromną cześć substancji szkodliwych i uśmiercają organizmy chorobotwórcze występujące w ściekach. Pierwszy z nich usuwa zanieczyszczenia występujące w postaci cząstek stałych. Ten pierwszy stopień oczyszczania to filtrowanie lub przetrzymanie ścieków w zbiorniku tak, aby cząstki stałe mogły opaść na dno. W ściekach (przy dostępie tlenu) rozwijają się pożyteczne bakterie, które rozkładają substancje zawarte w ściekach. Dalsze oczyszczanie zależy od rodzaju dopływających ścieków. Zwykle jest to połączony proces filtracji z oczyszczaniem biologicznym (a więc przy pomocy samoczynnie rozwijających się bakterii). Takie oczyszczanie jest wystarczające, gdy mamy do czynienia ze ściekami pochodzącymi tylko z gospodarstwa domowego. W większych oczyszczalniach ścieki mogą (czasami muszą) być poddawane procesowi oczyszczania chemicznego.

Osady pochodzące ze ścieków (np. osad usuwany, co jakiś czas z dna osadników gnilnych często nazywanych szambami) są poddawane procesom oczyszczania chemicznego, suszone (często w wysokiej temperaturze by zabić organizmy chorobotwórcze) lub kompostowane. W dalszym procesie mogą one być używane jako nawóz do utrzymania zieleni miejskiej, hodowli drzew, a nawóz wyprodukowany ze ścieków w odpowiednich warunkach może być używany w rolnictwie.

NIEOCZYSZCZANE ŚCIEKI SĄ GROŹNE RÓWNIEŻ W WYSOKO ROZWINIĘTYCH KRAJACH

Amerykanie zwracają niewielką uwagę na to, co dzieje się ze ściekami z ich domów, a kran i nieograniczony dostęp do czystej wody uważają za rzecz zupełnie naturalną. Cholera i inne choroby, które rozprzestrzeniają się głównie z powodu braku oczyszczalni ścieków są postrzegane jako zagrożenie dla innych, niżej rozwiniętych krajów. Że tak nie jest, że zaniedbania są niebezpieczne, że choroby te i inne są groźne dla wszystkich potwierdza raport Amerykańskiej Akademii Mikrobiologii opublikowany w maju 1996 roku. Raport ten, zatytułowany "Globalne obniżenie mikrobiologicznego bezpieczeństwa wody; wezwanie do działania", ocenia, że na świecie 80% chorób zakaźnych spowodowanych jest kontaktem lub używaniem zanieczyszczonej wody. Choroby powodujące biegunkę przenoszone poprzez zakażoną wodę zabijają około 2 milionów dzieci i są przyczyną około 900 zachorowań rocznie.

Raport zawiera szereg wniosków oraz wskazówek jak poprawić jakość wody. Podkreśla konieczność edukacji rządów, samorządów i społeczeństw w dziedzinie ryzyka zachorowań na choroby zakaźne wywoływane zanieczyszczoną wodą. Przykłady ostatnich masowych zachorowań w Wielkiej Brytanii, Kanadzie oraz w USA (w stanach Milwaukee i Wisconsin) wywołanych pierwotniakiem o łacińskiej nazwie Cryptosporidium pomagają zrozumieć ryzyko występujące w krajach rozwiniętych. Pierwotniak ten pochodzący z kału ludzkiego i zwierzęcego przedostał się do wody pitnej. Raport zalicza epidemię cryptosporidiosy (nazwa choroby pochodzi od nazwy ww. pierwotniaka) w Milwaukee w 1993 roku do największych zanotowanych w USA chorób wywołanych przez zanieczyszczoną wodę. Zakażeniu uległo około 400 tysięcy ludzi (około jedna czwarta mieszkańców). Choroba okazała się śmiertelna dla 104 osób. Jednakże większość epidemii, jakie wystąpiły w USA spowodowane były zanieczyszczeniami studni indywidualnych lub zanieczyszczeniami wody w wodociągach w małych miejscowościach. Najczęściej przyczyną było zanieczyszczenie wody ściekami.

ZASADA DZIAŁANIA OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW

Oczyszczanie mechaniczne

Pierwszym etapem oczyszczania ścieków jest oczyszczanie mechaniczne. Podlegają mu ciała nierozpuszczalne, czyli zanieczyszczenia zawieszone w wodzie. W oczyszczalniach mechanicznych wykorzystuje się procesy cedzenia, filtrowania, osiadania (sedymentacji) i wznoszenia (flotacji). W oczyszczalniach pierwszego stopnia usuwa się ze ścieków: większe ciała stałe, tzw. skratki; cząstki ziemiste, a przede wszystkim piasek; zawiesiny opadające, tj. osady wstępne; zawiesiny flotujące, tj. oleje i tłuszcze. W oczyszczalni pierwszego stopnia może być przeprowadzone odświeżanie ścieków, przez ich napowietrzanie w kanałach dopływowych, piaskownikach, wydzielonych częściach osadników wstępnych lub w specjalnych zbiornikach. W miarę potrzeby może być tu również wykonywane chlorowanie ścieków.

Wydzielanie ciał stałych

Do wydzielenia ze ścieków skratek służą przede wszystkim kraty i niekiedy sita. Kraty dzieli się na rzadkie, średnie i gęste oraz na oczyszczane ręcznie i oczyszczane mechanicznie. Wydzielone skratki przerabia się lub likwiduje przez kompostowanie, fermentację, spalanie lub rozdrabnianie i zawrócenie do dopływu ścieków. Mogą one być niekiedy przerabiane wspólnie z osadami ściekowymi. W przypadku niezbyt dużych ilości skratek można zastosować kraty koszowe z mechanicznym usuwaniem skratek. Do przeróbki skratek z dużych zespołów krat stosuje się rozdrabniarki wolnostojące lub zanurzone. Rozdrabniarki dzieli się na młotkowe, nożowe oraz wirowe. Sita dynamiczne znalazły praktyczne zastosowanie przy mechanicznym oczyszczaniu ścieków z ferm, fabryk celulozy i papieru oraz niektórych rodzajów ścieków z zakładu przemysłu spożywczego. Do oczyszczania niektórych ścieków przemysłowych i wydzielania części stałych z gnojownicy stosuje się sita statyczne, zwane popularnie sitami szczelinowymi albo szczelinowo - łukowymi.

Usuwanie za ścieków zawiesin opadających

Zawiesiny drobne redukuje się w procesie sedymentacji. Rozróżnia się umownie zawiesiny opadalne ziarniste oraz kłaczkowate. Zawiesiny opadalne ziarniste opadają z jednakową prędkością i mogą spowodować powstanie cementujących powłok trudnych do usunięcia. Dużo zanieczyszczeń ziarnistych, określanych umownie jako piasek, zawierają ścieki miejskie oraz wody ściekowe z zakładów przemysłu rolno spożywczego. Do grupy zawiesin ziarnistych zalicza się również żużel, koksik, cząstki węgla oraz różne nasiona. Zawiesiny ściekowe kłaczkowate charakteryzuje niejednakowa prędkość opadania. Do osadów kłaczkowatych zalicza się na przykład wodorotlenek żelazowy, osad czynny oraz bardzo drobny miał węglowy. Do usuwania ze ścieków zawiesin ziarnistych służą piaskowniki, natomiast do wydzielania zawiesin kłaczkowatych - osadniki czyli odkryte zbiorniki. Zawiesiny osadzają się w zbiornikach pod wpływem własnego ciężaru.

Odtłuszczanie ścieków

Niektóre zanieczyszczenia można wydzielić ze ścieków przez ułatwienie im wypłynięcia na powierzchnię. Stąd w postaci kożucha mogą być łatwo usunięte. Dotyczy to tych zawiesin, których ciężar właściwy jest mniejszy od wody, a więc przede wszystkim tłuszczów i olejów. Zawiesiny tego rodzaju występują w ściekach z zakładów przemysłu wełnianego, wytwórni kleju, fabryk tłuszczów spożywczych, zakładów utylizacyjnych, rzeźni i przetwórni mięsnych, przetwórni rybnych, restauracji, pralni, warsztatów samochodowych, z zakładów petrochemicznych, petrochemicznych baz i stacji przechowywania oraz rozdziału produktów naftowych. Ogólną zasadą jest dążenie do usuwania tłuszczów i olejów w miejscu powstawania ścieków. Do wydzielania tłuszczów i olejów ze ścieków stosowane są odtłuszczacze. Zasada działania tych urządzeń polega na wykorzystaniu procesu wznoszenia, tzw. flotacji. Każdy zbiornik, w którym następuje zmniejszenie prędkości przepływu ścieków, może spełnić rolę odtłuszczacza. Odtłuszczacze możemy podzielić na: urządzenia działające bez udziału czynników wspomagających, określane potocznie jako łapacze lub separatory tłuszczów i olejów oraz na odtłuszczacze napowietrzne. Odtłuszczacze mogą być budowane jako jednokomorowe i wielokomorowe, o przepływie poziomym lub pionowym. Najprostsze urządzenia jednokomorowe są z zasady wmontowywane w system kanalizacji wewnętrznej obiektu. Odtłuszczacze o przepływie poziomym instalowane są na poszczególnych działach produkcji w celu odzyskania surowca. Ścieki zawierające tłuszcze są z łapaczy oddziałowych odprowadzane oddzielną wewnątrzzakładową siecią do odtłuszczaczy wielokomorowych.

Wstępne napowietrzanie ścieków

Jest to proces pomocniczy, którego zadaniem jest przygotowanie ścieków do dalszego oczyszczania lub bezpośredniego rolniczego wykorzystania. Dzięki wstępnemu napowietrzaniu wzmaga się flokulację zawiesin, usuwanie gazu, flotację tłuszczów i innych lekkich substancji, a przede wszystkim zwiększa się w ściekach ilość tlenu. Powietrze doprowadza się od dołu komór.

Wstępne fizyko-chemiczne oczyszczanie ścieków

Istnieje dość duża grupa ścieków przemysłowych, o składzie fizyko-chemicznym nie odpowiadającym warunkom stosowania ich do nawodnień w rolnictwie. Niektóre z tych ścieków uzdatnia się stosując wstępne oczyszczanie fizyko-chemiczne. Działając substancjami chemicznymi na ścieki można uzyskać: zobojętnienie ścieków, wydzielenie ze ścieków substancji stałych, które nie mogły być usunięte przez zwykłe mechaniczne klarowanie, wydzielenie ze ścieków substancji organicznych, koloidalnych i związków rozpuszczalnych, przede wszystkim soli metali ciężkich, odkażenie ścieków, usunięcie przykrego zapachu, utlenienie substancji ściekowych. W technologii przygotowania ścieków przemysłowych do rolniczego wykorzystania jako wstępne chemiczne oczyszczanie może być zastosowana: koagulacja, zobojętnienie, sorpcja i wymiana jonowa, utlenianie środkami chemicznymi.

Koagulacja i nawapnianie ścieków

Dla wielu ścieków przemysłowych już samo zmieszanie ścieków z różnych działów produkcji o zróżnicowanym pH, prowadzić może do samorzutnej koagulacji, bez stosowania dodatkowych środków koagulacyjnych. Jako koagulanty stosuje się zwykle chlorki i siarczany żelazowe i żelazawe oraz siarczan glinu i wapno. Proces koagulacji można usprawnić stosując flokulanty. Szczególnym przypadkiem koagulacji jest nawapnianie ścieków, dające w efekcie neutralizację kwasów nieorganicznych i organicznych. W wyniku neutralizacji następuje wytrącanie nierozpuszczalnych soli wapniowych i wskutek tego zmniejszanie ładunku zanieczyszczeń. Wapnowanie prowadzi również do koagulacji koloidalnych składników ścieków, co dodatkowo zmniejsza ilość zanieczyszczeń. Do wapnowania można stosować kamień wapienny, suche sproszkowane wapno palone, mleko wapienne lub wodę wapienną. Jeżeli dopływ ścieków jest nierównomierny koagulację można wykonywać w zbiornikach wyrównawczych. W większości przypadków koagulację przeprowadza się w wydzielonych urządzeniach oczyszczalni, składających się ze zbiorników do przygotowania roztworów koagulanta i komór reakcji, wyposażonych w mieszadła.

Zobojętnianie ścieków

Kwaśne lub alkaliczne ścieki powstają w bardzo wielu procesach produkcyjnych. Niektórych ścieków przemysłowych ze względu na ich bardzo kwaśny lub zasadowy odczyn nie można bezpośrednio używać do nawodnień. Szczególnie niebezpieczne dla środowiska glebowego i uprawianych roślin są ścieki silnie alkaliczne. Zanim ustali się sposób neutralizacji ścieków, należy przeanalizować możliwość wyeliminowania szkodliwego działania tych ścieków przez odpowiednie wapnowanie nawadnianej nimi gleby. Ścieki kwaśne zobojętnia się w następujący sposób:

- mieszając ścieki kwaśne z zasadowymi;

- neutralizując je chemikaliami;

- przepuszczając przez złoża zasadowe, filtry wypełnione np.CaCO₃MgO lub dolomit prażony w temperaturze około 450 st.;

- wpuszczając je do stawów aeracyjnych z możliwością kilkudniowego przetrzymania;

- rozcieńczając je wodą rzeczną o odczynie lekko zasadowym lub nawet obojętnym.

Ścieki przemysłowe o odczynie zbyt zasadowym mogą być uzdatniane w następujący sposób:

- przez przepuszczanie przez nie gazów spalinowych;

- przez neutralizację kwasami;

- przez przesączenie ich przez filtr gruntowy.

Sorpcja i wymiana jonowa

Procesy sorpcyjne są wykorzystywane głównie do usuwania ze ścieków przemysłowych substancji uciążliwych albo do odzyskiwania cennych substancji. Proces sorpcji prowadzić można w warunkach statycznych oraz w warunkach dynamicznych - filtrach sorpcyjnych. Jako sorbentów używa się najczęściej popiołów lotnych, szlaki, torfu, węgla, koksu i rudy darniowej. Aby odzyskać ze ścieków substancje cenne używa się węgla aktywnego, żelu krzemionkowego, sorbentów i jonitów syntetycznych. Wymieniacze jonowe nadają się do oczyszczania ścieków z zakładów galwanotechnicznych, z rafinacji miedzi oraz wód dołowych z kopalń rudy miedzi. Trujące związki arsenu, boru, chromu, ołowiu itp. strącane są chemicznie.

Utlenianie środkami chemicznymi

Do utleniania chemicznego stosuje się głównie chlor, wapno chlorowane, podchloryny i dwutlenek chloru oraz ozon. Tylko wtedy, gdy chlorowanie stosuje się jako proces dezynfekcyjny, wykonuje się je w końcowym etapie oczyszczania ścieków. Jeżeli ścieki zawierają dużo amoniaku nie można stosować utleniana chlorem. Chlor znajduje zastosowanie w dezynfekcji. Do odkażania ścieków stosuje się chlor gazowy, wapno chlorowane lub podchloryn sodu (NaClO).

Biologiczne oczyszczanie ścieków w środowisku wodnym

Biologiczne sposoby oczyszczania ścieków polegają głównie na utlenianiu (spalaniu na mokro). Najistotniejsze znaczenie w tym procesie odgrywają bakterie tlenowe (aerobowe). Proces oczyszczania w warunkach tlenowych polega na zatrzymaniu przez powierzchnię mikroorganizmów zanieczyszczeń organicznych, rozpuszczonych lub koloidalnych, zawartych w ściekach. Mikroorganizmy te mogą występować jako skupisko w postaci błony biologicznej lub osadu czynnego. Część zatrzymanych ze ścieków zanieczyszczeń jest utleniana, w wyniku czego powstaje woda i dwutlenek węgla, pozostała część jest asymilowana i wykorzystywana do przyrostu żywej masy mikroorganizmów. Następnie część lub całość zsyntetyzowanej substancji żywej ulega autooksydacji. Biologiczne oczyszczanie ścieków odbywa się przy udziale enzymów wydzielonych przez mikroorganizmy biorące czynny udział w procesie oczyszczania. Najważniejszymi produktami procesów utleniania są bezwodniki kwasu węglowego, azotowego i siarkowego. Ponieważ ścieki zawierają dostateczną ilość związków zasadowych, bezwodniki tych kwasów wytwarzają sole rozpuszczalne: węglany, azotany i siarczany. Jedynie część dwutlenku węgla jako gaz pozostaje w roztworze lub z niego uchodzi. Podczas biologicznego oczyszczania ścieków rozkładowi ulega 45-80% zanieczyszczeń organicznych. Pozostała ilość substancji organicznych, organicznych postaci błony biologicznej ze złóż lub osadu czynnego, dostaje się do osadników wtórnych, wtórnych następnie przerabiana jest jako osad. W oczyszczalni biologicznej sztucznej w środowisku wodnym następuje nitryfikacja azotu - utlenienie N do organicznego NO₃. Przy niedostatecznym zaopatrzeniu w tlen w procesie oczyszczania może nastąpić denitryfikacja, której wynikiem jest między innymi wydalanie gazowego azotu do atmosfery. Do degradacji organicznych osadów ściekowych i stężonych organicznych ścieków przemysłowych stosuje się metodę beztlenowego rozkładu biologicznego. Metoda ta, określana jest jako fermentacja anaerobowa lub metanowa. W procesie fermentacyjnym bierze tu udział bardzo różnorodna grupa drobnoustrojów, zdolnych do życia w warunkach beztlenowych.

Stawy ściekowe

Stawy ściekowe są to zbiorniki ziemne naturalne lub sztuczne, służące do oczyszczania ścieków o niedużym stężeniu łatwo rozkładających się substancji organicznych. W stawach zachodzi samooczyszczanie ścieków w wyniku zespołu procesów fizycznych i biochemicznych, przebiegających bądź pod wpływem światła i tlenu oraz przy udziale mikroorganizmów wodnych, bądź w warunkach beztlenowych.

Stawy stabilizacyjne

Utlenianie ścieków w stawach stabilizacyjnych może zachodzić w warunkach tlenowych (stawy tlenowe), w warunkach beztlenowych (stawy anaerobowe) oraz częściowo w warunkach tlenowych i częściowo beztlenowych (stawy fakultatywne). W stawach tlenowych tlen dostarczany jest głównie w wyniku fotosyntezy glonów oraz w mniejszej ilości w wyniku natleniania powierzchniowego. powierzchniowego stawach beztlenowych oraz w dolnej strefie stawów fakultatywnych mineralizacja przebiega z udziałem bakterii heterotroficznych. Jako stawy stabilizacyjne mogą być wykorzystywane naturalne zbiorniki i zagłębienia terenowe lub mogą one być budowane jako zbiorniki sztuczne, na glebach o małej wartości rolniczej.

Stawy napowietrzane

Pełne wymieszanie zawartości stawu zachodzi w stawach tlenowych, natomiast niecałkowite w stawach fakultatywnych. Dalsze zwiększenie efektów oczyszczania biologicznego uzyskuje się przez zaprojektowanie stawu sedymentacyjnego. Stawy napowietrzane są typowymi zbiornikami ziemnymi o umocnionych skarpach. Do napowietrzania stawów najlepiej nadają się urządzenia mechaniczne, w postaci wirników lub turbin. Są one umieszczane na pomostach stałych lub na pływakach.

Stawy ściekowe rybne

Oprócz oczyszczania ścieków prowadzi się w nich hodowlę ryb. Ścieki doprowadzane do stawów rybnych nie mogą zawierać związków powierzchniowo - czynnych i toksycznych oraz muszą być dokładnie mechanicznie oczyszczane. Żyzne wody ściekowe wprowadzane do stawu powodują intensywny rozwój planktonu, stanowiącego pokarm ryb. Nadmiary planktonu mogą być zużytkowane przez założenie dodatkowo hodowli kaczek. Doprowadzalniki ściekowe do stawów w miarę możliwości powinny być wyposażone w urządzenia umożliwiające napowietrzania ścieków. Dobre równomierne rozprowadzenie i natlenianie ścieków mogą dać urządzenia deszczujące. W okresie zimowym ścieki muszą być kierowane na pola filtracyjne lub do stawów stabilizacyjnych.

Złoża biologiczne

Złoże biologiczne stanowi jak gdyby stos tłuczonych kamieni, żużlu, koksu, a nawet elementów z tworzyw sztucznych, ułożony na ruszcie z cegieł lub prefabrykowanych elementów betonowych. Zasada działania złoża biologicznego jest następująca: mechanicznie oczyszczone ścieki przepuszcza się przez dobrze napowietrzoną warstwę kruszywa, stanowiącego wypełnienie złoża biologicznego. Powierzchnia wypełniacza, tj. kruszywa, pod wpływem działania ścieków pokrywa się błoną biologiczną. Procesy biochemiczne polegają na bezpośrednim, enzymatycznym utlenianiu substancji organicznej oraz syntezie komórek drobnoustrojów tworzących błonę biologiczną. Warunkiem pracy złoża biologicznego jest zapewnienie kontaktu ścieków z błoną biologiczną oraz odpowiednie napowietrzenie złoża. Złoże najczęściej napowietrza się wywołując ruch powietrza za pomocą różnic temperatur. Ścieki doprowadzane są na złoża specjalnymi urządzeniami (najczęściej zraszaczami obrotowymi). W złożach zraszanych konieczna jest każdej jesieni i wiosny regeneracja błony. Proces ten zwany jest również odbudowaniem złoża.

Osad czynny

Oczyszczanie ścieków za pomocą osadu czynnego polega na zgromadzeniu niezwykle dużej ilości drobnoustrojów w małej objętości i utrzymywania ich aktywności biologicznej przez sztuczne doprowadzanie odpowiednich ilości tlenu. Zasadniczy proces oczyszczania ścieków przeprowadza się w komorach napowietrzania. Pod wpływem napowietrzania wytwarza się tu charakterystyczny zespół drobnoustrojów - głównie bakterii i pierwotniaków - który utrzymywany w ciągłym ruchu powoduje powstanie kłaczków osadu czynnego. Kłaczki mają strukturę gąbczastą, dzięki czemu tworzą dużą powierzchnię czynną, zdolną do sorbowania związków organicznych znajdujących się w ściekach w postaci rozpuszczonej i koloidalnej. Sorbowane związki organiczne są zużywane jako pożywka, następuje przyrost liczby mikroorganizmów i wyniku procesów utleniania zwiększenie ilości związków mineralnych.

Najważniejszym elementem instalacji w oczyszczalni osadem czynnym są komory napowietrzania. W komorach tych stosowane jest napowietrzanie powierzchniowe, od dołu, lub podpowierzchniowe. Do napowietrzania powierzchniowego służą koła łopatkowe, szczotki stalowe, wirniki, mieszadła turbinowe. W komorach napowietrznych sprężonym powietrzem, powietrze jest doprowadzane za pomocą płytek perforowanych, rur perforowanych oraz dysz. Często stosowane jest napowietrzanie podpowierzchniowe za pomocą rusztu systemu Inka. W celu zmniejszenia zużycia energii sprężarki zastąpiono wentylatorami.

Uproszczone sposoby oczyszczania osadem czynnym

Uproszczone sposoby oczyszczania ścieków osadem czynnym polegają zwykle na przedłużonym czasie napowietrzania przy niskim obciążeniu ładunkiem. Dąży się w ten sposób do utlenienia obciążeń organicznych bez stosowania dodatkowych procesów przeróbki osadów. Oczyszczalnie stosujące sposoby uproszczone można podzielić na dwie grupy: -rowy biologiczne -komory o przedłużonym czasie napowietrzania. Rowy biologiczne stosowane są do oczyszczania małych ilości ścieków bytowo-gospodarczych lub przemysłowych. Oczyszczalnię tego typu stanowi jeden lub kilka rowów połączonych ze sobą, w których mieszanie, przepływ i napowietrzanie ścieków osiąga się za pomocą ustawionej w poprzek rowu szczotki Kessenera. W celu zabezpieczenia rowu przed zamarzaniem odbudowuje się szczotki oraz wmontowuje urządzenia podgrzewające wewnątrz ich obudowy. Komory przedłużonego napowietrzania różnią się od rowu biologicznego około dwukrotnie większym obciążeniem ściekami. Typowym rozwiązaniem są komory napowietrzania zespolone z osadnikiem wtórnym.

SPOSOBY ZAGOSPODAROWANIA ŚCIEKÓW

Ciągle jeszcze najpowszechniejszym sposobem rozwiązania problemu ścieków na terenie Polski jest gromadzenie ścieków w zbiornikach bezodpływowych (potocznie nazywanych "szambami"). Zebrane ścieki okresowo wywożone są do oczyszczalni ścieków. Rozwiązanie posiada wiele wad, takich jak:

• nie każda oczyszczalnia ma możliwość przyjęcia takich ścieków, (np. ze względu na brak punktu zlewnego, lub zastosowaną technologię oczyszczania),

• duża częstotliwość wywozu ścieków,

• duże koszty eksploatacji - transport ścieków na znaczne odległości,

• uciążliwość pracy wozu asenizacyjnego dla najbliższego otoczenia.

Najbardziej prawidłowym sposobem zagospodarowania ścieków jest odprowadzenie ich do oczyszczalni ścieków. Ogólnie oczyszczalnie ścieków możemy podzielić na:

• Oczyszczalnie przydomowe - które pozwalają oczyścić ścieki pochodzące z jednego lub kilku gospodarstw domowych. Ścieki oczyszczane są bezpośrednio w gospodarstwie.

• Oczyszczalnie lokalne - które pozwalają oczyścić ścieki pochodzące z kilku lub kilkunastu gospodarstw domowych ścieki odprowadzane są wspólna siecią kanalizacyjną do oczyszczalni.

• Oczyszczalnie zbiorcze - które pozwalają oczyścić ścieki pochodzące z całych wsi lub nawet grupy wsi. Ścieki odprowadzane są wspólną siecią kanalizacyjną. Ze względu na koszt sieci kanalizacyjnej stosowane są przede wszystkim na terenach o zabudowie zwartej.

Są wsie o zabudowie zwartej, dom blisko domu, w których lepiej jest zbudować wspólną sieć kanalizacyjną i zbiorczą oczyszczalnię ścieków. Jest to zadanie Samorządu gminnego. Są też wsie lub części wsi o zabudowie rozproszonej, w których budynki są położone daleko od siebie. Wtedy budowa sieci kanalizacyjnej, którą odpłyną ścieki, jest bardzo kosztowna. Aktualne przepisy ochrony środowiska zobowiązują władze Gminy do sprawowania nadzoru i przeprowadzania kontroli w zakresie zagospodarowania ścieków pochodzących z gospodarstwa domowego.

CZYM JEST OCZYSZCZALNIA PRZYDOMOWA?

Jest to urządzenie, które oczyszcza ścieki pochodzące z budynków mieszkalnych z jednego lub kilku gospodarstw, i pozwala na odprowadzenie ich w stanie oczyszczonym do gruntu, rzeki lub rowu. Urządzenia te nie są przeznaczone do oczyszczania ścieków pochodzących z produkcji zwierzęcej (np. gnojowicy lub gnojówki, która jest również niebezpieczna dla środowiska) wody deszczowej spływającej z dachów i placów.

Wybór rodzaju oczyszczalni ścieków zależy od stopnia zwartości zabudowy. Ścieki bytowo-gospodarcze zawierają różnego rodzaju substancje organiczne i nieorganiczne. Mogą to być odpadki produktów żywnościowych, wydaliny ludzkie, piasek, tłuszcze, detergenty (mydła i środki piorące). Ścieki te są bardzo niebezpieczne, ponieważ niosą w sobie duże ilości gnijących substancji organicznych, a także bakterie, wirusy i pasożyty. Zanieczyszczenia mogą być w wodzie rozpuszczone bądź nie, dlatego stosujemy zwykle dwa etapy oczyszczania ścieków.

Schemat działania przydomowej oczyszczalni ścieków

Etap I - usuwamy ze ścieków substancje nie rozpuszczone w wodzie zatrzymując je w osadniku gnilnym i dalej poddając procesowi fermentacji. Prawidłowo wykonany i eksploatowany osadnik pozwala na usunięcie do 80% zawiesin i do 40% zanieczyszczeń organicznych.

Etap II - usuwamy ze ścieków pozostałe, rozpuszczone w wodzie, substancje organiczne. Wykorzystujemy naturalne procesy tlenowego, biochemicznego rozkładu zanieczyszczeń. Do tego celu wyręczamy się mikroorganizmami (zwierzęcymi i roślinnymi), głównie bakteriami, dla których zawartość ścieków stanowi pokarm.

Dostęp do wody, to nie tylko prawo człowieka, ale i zobowiązanie!

Literatura:

• Głowiak B., Kempa E., Winnicki T. - Podstawy ochrony środowiska, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1985

• Szpindor A., - Zaopatrzenie w wodę i kanalizacja wsi, Wyd. ARKADY, Warszawa 1998

• Hartmann L., - Biologiczne oczyszczanie ścieków, Wyd. Instalator Polski, Warszawa 1996

• Koziorowski B., Kucharski J.- Ścieki Przemysłowe, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1964

• Miksch K., - Biotechnologia środowiskowa, część I, Fundacja Ekologiczna "Silesia", Katowice 1995

• Pawlaczyk-Szpilowa M., Mikrobiologia wody i scieków, PWN, Warszawa 1978

• Bartkiewicz B. - Oczyszczanie ścieków przemysłowych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002

• Mała encyklopedia PWN, PWN, Warszawa, 1995

• Encyklopedia Multimedialna PWN, PWN SA, Warszawa, 1999

---