Definicja osadów ściekowych
Zgodnie z art. 3 ust. 3 pkt. 2 ustawy z dnia 27 kwietnia 2001 r. o odpadach (tekst jednolity: Dz. U. Nr 39/2007, poz. 251 z późn. zm.), przez komunalne osady ściekowe rozumie się pochodzący z oczyszczalni ścieków osad z komór fermentacyjnych oraz innych instalacji do oczyszczania ścieków komunalnych oraz innych ścieków o składzie zbliżonym do składu ścieków komunalnych.
Produkcja osadu w oczyszczalni zależy od zawartości w ściekach zawiesin oraz stężenia substancji organicznej. W całym procesie produkcji osadów, zależnie od przyjętej technologii oczyszczania ścieków uzyskuje się od 0,5 do suchego materiału osadu biologicznego na usuniętego BZT5. Należy do tego dodać osady powstałe z sedymentacji zawiesin oraz produkty chemicznego strącania, co daje w sumie ilość osadów przekraczającą suchego materiału osadu na usuniętego BZT5. Rozpatrując produkcję suchej masy osadu surowego można powiedzieć, że ilości osadów z osadnika wstępnego i wtórnego są porównywalne. Jedynie przy zastosowaniu strącania wstępnego występuje pod tym względem zauważalna różnica, gdyż uzyskuje się znacznie większą ilość osadu wstępnego. Osady wstępne i wtórne różnią się znacznie od siebie biorąc pod uwagę zarówno ich skład jak i uwodnienie, które dla osadów wstępnych wynosi 93 – 98%, a dla osadów nadmiernych 98,5 –
99,7%. Podane wartości uwodnienia dają w efekcie bardzo duże różnice w objętości osadu produkowanego w ciągu doby (osadu nadmiernego powstaje objętościowo kilkakrotnie więcej). Objętość osadu zmniejsza się po kolejnych procesach mających na celu maksymalne jego odwodnienie. Działanie takie zdeterminowane jest koniecznością minimalizowania wysokich kosztów ostatecznego unieszkodliwiania osadów. Bilans masy ładunków zanieczyszczeń pozwala zaplanować gospodarkę ściekową, na oczyszczalni i jest podstawą, do efektywnego prowadzenia procesów oczyszczania oraz wpływu na ograniczenie ilości produkowanego osadu. Prawidłowe funkcjonowanie ciągu oczyszczania ścieków zależne jest od przyjętej technologii przeróbki osadów. Zdrowa współzależność tych dwóch ciągów daje obsłudze oczyszczalni możliwość wpływu zarówno na jakość ścieków oczyszczonych jaki ilość produkowanych osadów. Czynnikami wpływającymi na ilość wytwarzanego osadu są: rodzaj i ilość stosowanych koagulantów nieorganicznych, regulacja wieku osadu, wpływ zmian temperatury w zależności od pory roku, zmiana właściwości osadów po procesach przygotowania i przeróbki osadów. Wybór optymalnego ciągu przeróbki osadów stwarza wiele problemów zarówno projektantom jaki inwestorom. Wybór technologii powinna poprzedzać wnikliwa analiza techniczne – ekonomiczna, uwzględniająca takie czynniki jak:
- wielkość i charakter zlewni, którą obsługuje oczyszczalnia,
- rodzaj kanalizacji,
- wielkość oczyszczalni,
- ilość i skład dopływających ścieków,
- technologia oczyszczania ścieków,
- ilość i skład powstających osadów,
- stopień niezawodności instalacji,
- żywotność instalacji,
- warunki gwarancji i dostępność serwisu na rynku polskim,
- elastyczność rozwiązań, stopień zautomatyzowania,
- koszty inwestycyjne,
- koszty eksploatacyjne z uwzględnieniem kosztów utylizacji osadu.
Analizę techniczno — ekonomiczną należy przeprowadzić dla całego ciągu przeróbki
osadów, a nie tylko dla pojedynczych jej elementów, często bowiem wyższe nakłady
na jeden z procesów dają oszczędności w procesach sąsiednich lub kolejnych, np.
wysoki koszt zakupu prasy do wysokociśnieniowego odwadniania może się zwrócić
w kosztach eksploatacyjnych suszenia, transportu i składowania produktu końcowego. Ze względu na wysokie koszty przeróbki osadów w małych oczyszczalniach ścieków, zagadnienie to powinno być rozwiązane dla grupy sąsiadujących ze sobą oczyszczalni.
Celem prowadzenia procesów przeróbki osadów jest uzyskanie osadu o takich parametrach (właściwościach), które umożliwiają jego dalsze bezpieczne zagospodarowanie, ewentualnie ostateczne unieszkodliwienie. Dlatego też kryterium decydującym o doborze i kolejności zastosowania poszczególnych procesów technologicznych powinien być przewidziany i możliwy do zastosowania w konkretnych warunkach prawnych, technicznych, ekonomicznych i socjologicznych sposób ostatecznego unieszkodliwienia osadów. Równocześnie należy brać pod uwagę, że dobór technologii i urządzeń do przeróbki osadów będzie miał istotny wpływ na technologię i eksploatację ciągu oczyszczania ścieków.
Charakterystyka osadów ściekowych
Ilość i jakość powstających na oczyszczalni osadów ściekowych jest zmienna, przy czym do głównych czynników powodujących zróżnicowanie ich właściwości należą:
- rodzaj ścieków dopływających na oczyszczalnię,
- wielkość ładunku zanieczyszczeń,
- sposób oczyszczania ścieków i stosowane parametry technologiczne, w tym szczególnie wiek osadu, obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń, występowanie osadnika wstępnego,
- sposób przeróbki osadów.
Osady powstające na oczyszczalni ścieków możemy podzielić na:
- osad wstępny – to zawiesina wytrącona w osadniku wstępnym,
- osad nadmierny – z procesów biologicznego oczyszczania ścieków czyli nadmiar osadu czynnego lub błony biologicznej usuwanej w osadnikach wtórnych,
- osad chemiczny – z procesów chemicznego oczyszczania ścieków w zależności od sposobu i miejsca dawkowania koagulantu, usuwany jest wspólnie z osadem wstępnym lub nadmiernym,
- osad mieszany – osad wstępny, nadmierny.
Nie ma typowych osadów ściekowych, w każdej oczyszczalni powstają osady o odmiennych właściwościach fizyko – chemicznych. Wspólną cechą wszystkich osadów ściekowych jest ich wysokie uwodnienie 99 – 95%, duża zawartość związków organicznych, łatwość zagniwania, występowanie związków biogennych (azot, fosfor), związków specyficznych, związków chorobotwórczych (bakterie, wirusy, grzyby, jaja pasożytów). Występujące w osadzie związki organiczne zależą od rodzaju osadu. W osadzie wstępnym i chemicznym to przede wszystkim martwa masa organiczna, która łatwo ulega rozkładowi w warunkach tlenowych i beztlenowych. Osad nadmierny charakteryzuje się jednorodną kłaczkowatą strukturą, w której dominują żywe mikroorganizmy oraz zaabsorbowane martwe cząstki organiczne i koloidy, które nie zostały zatrzymane w osadniku wstępnym. Wraz ze wzrostem wieku osadu udział martwej masy organicznej w osadzie nadmiernym maleje. Jak już wspomniano osady charakteryzują się wysokim uwodnieniem.
Właściwości osadów ściekowych:
~ Wysokie uwodnienie (ponad 99% dla osadów surowych, 55-80% dla osadów odwodnionych, poniżej 10% po termicznym suszeniu).
~ Wysoka zawartość związków organicznych (około 75-85 % suchej masy dla osadów niestabilizowanych, 45-55% dla osadów ustabilizowanych).
~ Wysoka zawartość związków azotu (2-7% s.m.), niższa związków fosforu i potasu.
~ Zróżnicowana zawartość metali ciężkich (największa w przypadku oczyszczalni ścieków zlokalizowanych w silnie uprzemysłowionych miastach).
~ Zróżnicowany stopień zagrożenia sanitarnego – największy dla osadów surowych wstępnych, najmniejszy dla osadów ustabilizowanych. Wśród wykrywanych w osadach ściekowych organizmów patogennych występują bakterie chorobotwórcze (pałeczka duru brzusznego, czerwonki, tężca, gruźlicy), grzyby (np. grzyby pleśniowe), wirusy, pierwotniaki oraz jaja pasożytów (Ascaris – glista ludzka, Toxocara – glista psia lub kocia, Trichuris – włosogłówka). Zawartość składników nawozowych, takich jak azot, fosfor i wapń w osadzie jest 1,5 razy większa niż w dobrej jakości oborniku. Niższy natomiast jest poziom potasu i magnezu.
~ Niektóre osady przemysłowe pochodzące z zakładowych oczyszczalni ścieków, szczególnie z przemysłu spożywczego oraz celulozowego, skórzanego i ceramicznego, mogą być poddawane odzyskowi metoda R10 (rozprowadzanie na powierzchni ziemi w celu nawożenia lub ulepszenia gleby), jeśli spełniają m.in. wymagania jak dla komunalnych osadów ściekowych określone w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 1 sierpnia 2002 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych (Dz. U. Nr 134, poz. 1140 i zm. Dz. U. Nr 155/2002, poz. 1299). Warunki odzysku określa rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 14 listopada 2007 r. w sprawie procesu odzysku R10 (Dz. U. Nr 228, poz. 1685).
Wykorzystanie osadów ściekowych
Osady ściekowe powstają w oczyszczalniach ścieków jako specyficzny odpad procesów oczyszczania ścieków. Dotąd najczęściej trafiały na składowiska, wysypiska lub do środowiska w postaci wstępnie ustabilizowanej (np. po stabilizacji tlenowej, beztlenowej lub wapnem). Zawsze jednak stanowią dość istotny problem techniczny ze względu na duże uwodnienie i masę oraz niebezpieczeństwo sanitarne. Najnowsze przepisy wymuszają na wytwórcach ( oczyszczalniach) zmianę tych niekorzystnych właściwości. Osady ściekowe są coraz częściej używane do użyźniania terenów rolniczych i leśnych oraz do rekultywacji terenów zdewastowanych. Obok bogactwa materii organicznej, osady ściekowe zawierają wiele związków i pierwiastków koniecznych do wzrostu i rozwoju roślin oraz mikroorganizmów. Czynnikiem ograniczającym stosowanie osadów do użyźniania i rekultywacji gleb, jest wysoka zawartość ołowiu i cynku jak również obecność szeregu organizmów niebezpiecznych dla człowieka. Przeprowadzono badania osadów ściekowych w celu określenia liczebności bakterii wskaźnikowych oraz mikro-grzybów . Uzyskane wyniki wykluczają stosowanie badanych osadów do rekultywacji terenów rolnych, ze względu na zagrożenie sanitarne.
Skład chemiczny osadów ściekowych jest bardzo zmienny i zależy od wielu czynników między innymi od rodzaju oczyszczanych ścieków oraz stosowanych procesów ich oczyszczania. Udział ścieków przemysłowych w ściekach komunalnych oraz charakter tych ścieków może mieć decydujący wpływ na jakość powstających osadów po-ściekowych. Azot w osadach występuje w dużej ilości w postaci związków łatwo przyswajanych, które stanowią od 30 do 50% zawartości całkowitej tego składnika. Są to główne połączenia amonowe. Pozostała część azotu zawarta jest w połączeniach organicznych. Ilość substancji organicznej w osadach ściekowych waha się do 22,5 do 60,8% w suchej masie, przy średniej zawartości 45%. Zawartość makro- i mikropierwiastków w osadach jest wielkością bardzo zmienną. Wysoka zawartość azotu, fosforu, magnezu w osadach ściekowych stwierdzona przez wielu autorów może wpływać na bilans składników pokarmowych roślin w układzie: gleba- roślina, przyczyniając się do pełnego, względnie częściowego zaspokojenia potrzeb nawozowych roślin na składniki pokarmowe, głównie azot i fosfor.
Energetyczne wykorzystanie osadu ściekowego.
Osady ściekowe mają cechy fizyczne i chemiczne zbliżone do torfu. Osad może być wiec podobnie wykorzystywany do nawożenia gleb lub jako opał. W Polsce zainstalowanych jest około 20 biogazowni w komunalnych oczyszczalniach ścieków. Wykorzystywanie osadu jako opału jest alternatywą dla procesu fermentacji beztlenowej osadu też jego uzupełnieniem. Osady ściekowe o znacznym uwilgotnieniu powinny zostać odwodnione. Osad o konsystencji stałej może zostać skierowany do utylizacji poprzez spalanie zaś częściej uwodniona- poddana procesowi fermentacji beztlenowej. Tego typu instalacje, wykorzystujące osad ściekowy do produkcji ciepła na potrzeby własne oczyszczalni działają już w kilkunastu miejscach w Polsce (np. Swarzewo, Dębogórze, Radziejów i Brzozowe). Aby poddać osad ściekowy procesowi gazyfikacji w kotle musi on zostać albo w znacznym stopniu odwodniony, albo wymieszany z innym paliwem stałym jak drewno, słoma, czy miał węglowy, aby uzyskać odpowiednią zawartość suchej masy i wartość opałową. Odwodnienie osadu można przeprowadzić jedną z wielu metod: zagęszczenie sedymentacyjne, poletka osadowe ( 20% zawartości fezy suchej, uzyskuje się w okresie kilku tygodni), poletka trzcinowe ( 35-40%), mechaniczne odwodnienie- wirówka lub prasa taśmowa ( 15- 20%), prasa komorowa, suszarka osadów. Proces mechanicznego suszenia osadów wymaga jednak znacznie większej ilości energii, co wiąże się z dużym inwestycyjnym nakładem finansowym oraz wysokimi kosztami utrzymania. W związku z tym, aby zminimalizować koszty poleca się współ-spalanie osadu wraz z paliwem stałym (biomasa). Osady ściekowe uznawane są za odpady niebezpieczne, dlatego ich spalanie nie może odbywać się w tradycyjnych kotłach rusztowych, ale w specjalnych kotłach, w których następuje gazyfikacja paliwa. W tego typu kotłach nie występuje przekroczenie dopuszczalnych norm emisji. W kotłach tych proces gazyfikacji rozpoczyna się już przy uwodnieniu osadu poniżej 80%, chociaż najlepsze i wskazane uwodnienie wynosi powyżej 60%.
Wykorzystanie wartości nawozowej osadów ściekowych ma ogromne znaczenie w przypadku ochrony środowiska, która stała się jednym z najpoważniejszych problemów. Intensywny rozwój gospodarczy spowodował wzrost ilości ścieków przemysłowych i komunalnych. W rolnictwie nie mogą być stosowane osady zawierające substancje toksyczne, szkodliwe dla człowieka, które akumulują się w glebie i w roślinach, te które zawierają bakterie chorobotwórcze, metale ciężkie, wirusy, jaja pasożytów. Najbardziej przydatne są osady ściekowe przemysłu spożywczego i rolnego, bytowo - gospodarcze. Istotnym elementem oceny przydatności osadów ściekowych jako nawozu organicznego jest porównanie działania nawozowego tej substancji na tle innych nawozów organicznych. Doświadczenia porównujące d mianie nawozowe osadów ściekowych z obornikiem wykazują, że działanie nawozowe osadów jest porównywalne z działaniem obornika, a czasem jest nawet większe.
Obecnie wiele oczyszczalni boryka się z problemem zagospodarowania osadów ściekowych, które stanowią kłopotliwy odpad procesu oczyszczania ścieków. Jednym z możliwych rozwiązań tego problemu są instalacje do przeróbki osadów ściekowych na nawóz organiczno- wapniowy. Osady ściekowy o uwodnieniu 70,85 % nie zawierają metali ciężkich w ilościach przekraczających dopuszczalne poziomy, podaje się do mieszalnika łopatkowego. Równocześnie do tego mieszalnika dozuje się wapno palone w ilościach niezbędnych do higienizacji osadów. Dokładnie wymieszane wszystkie komponenty opuszczają mieszalnik w postaci zgrudkowanej (paragranulatu) o uziarnieniu 4,10 mm. Świeży produkt po mieszalniku musi przez kilka godzin leżakować w pryzmie. W czasie leżakowania, w utworzonej mieszaninie biegnie proces higienizacji (niszczenia patogenów) głównie pod wpływem podwyższonej temperatury i pH. Po kilkugodzinnym okresie leżakowania produkt ma postać sypkiego, zgrudkowanego materiału - wygodnego w stosowaniu nawozu. Surowce użyte w procesie :
• Osady ściekowe
• Różne gatunki wapna odpadowego
• Rozdrobnione bioodpady
• Pyliste wapno palone
Metody i sposoby przeróbki osadów ściekowych
Zasadniczym celem przeróbki osadów jest osiągnięcie następujących efektów:
- zmniejszenia objętości osadów i usunięcia z nich wody,
- stabilizacji osadów (stabilizacja osadów ściekowych polega na zmniejszeniu zgnilizny oraz zlikwidowaniu nieprzyjemnych zapachów poprzez
zredukowanie ilości substancji organicznej zawartej w osadzie),
- higienizacji osadów (higienizacja obejmuje procesy, w wyniku których
następuje usunięcie z osadu organizmów chorobotwórczych i uzyskanie
produktu bezpiecznego sanitarnie),
- przygotowania osadów do ostatecznej formy zagospodarowania.
Optymalny ciąg przeróbki osadów powinien spełniać następujące warunki:
- musi odpowiadać wymogom techniczno – technologicznym oczyszczalni,
- być najtańszym w kosztach inwestycyjnych i eksploatacyjnych,
- być prostym w obsłudze,
- zapewnić bezpieczeństwo załodze (poprzez stosowanie technologii nie
wymagającej bezpośredniego kontaktu z osadem oraz zapewnienie
wysokosprawnych systemów wentylacji wyposażonych w systemy
dezodoryzacji powietrza),
- harmonizować z otoczeniem poprzez estetykę rozwiązań architektonicznych
oraz ich funkcjonalność,
- zapewnić koszt przeróbki rosnący wolniej od kosztów inflacji,
- odpowiadać wymaganiom zasady zrównoważonego rozwoju,
- uwzględniać możliwość ostatecznego wykorzystania osadów na terenach
przyległych do oczyszczalni.
Powyższe warunki sprawiają, że dobór ciągu operacji jednostkowych nie jest łatwy.
Musi być oparty na doświadczeniach z analizy pracujących układów oraz wynikać z
wszechstronnej wiedzy. Przy projektowaniu technologii przeróbki osadów warto
kierować się kilkoma podstawowymi zasadami podanymi przez prof. Oleszkiewicza
w poradniku omawiającym współczesną gospodarkę osadami [5]. Wskazówki te
pomagają w łatwy sposób uzyskać wyżej podane optymalne efekty, a brzmią
następująco:
- nie ma typowych osadów – gdyż prowadzi to do pogorszenia właściwości
osadów (uwalnianie fosfory, zmniejszenie sprawności odwadniania); wyjątek
stanowi zatrzymanie osadu w zagęszczaczach dla wyprodukowania lotnych
kwasów tłuszczowych (LKT),
- nie łączy się osadów – mieszanie osadów wstępnych i nadmiernych zmniejsza
ich odwadnianie, ujemnie wpływa na proces stabilizacji beztlenowej (osad
nadmierny źle fermentuje ze względu na obecność flory bakteryjnej
przystosowanej do warunków tlenowych, zmniejszając ilość produkowanego
metanu),
- nie zawraca się osadów – aby nie wprowadzać z powrotem do ciągu
oczyszczania ścieków zawiesiny, związków azotu i fosforu,
- należy dbać o czystość osadów – chodzi tutaj o zabezpieczenie urządzeń
przed uszkodzeniami i zatykaniem spowodowanym przez piasek, żwir, kapsle,
tłuszcze oraz szczególnie przez szmaty i włosy; należy również zabezpieczyć
przerabiane osady przed wtórnym zakażeniem przez organizmy
chorobotwórcze.
Kierując się podanymi wyżej zasadami można zaprojektować nowoczesny i
skuteczny ciąg przeróbki osadów, który w dużych oczyszczalniach ścieków składa
się z elementów ułożonych w następującej kolejności:
- zagęszczanie osadów – prowadzone osobno dla osadów wstępnych i nadmiernych,
- stabilizacja biologiczna osadów zagęszczonych,
- zmniejszenie objętości osadów przez ich odwadnianie i suszenie,
- ostateczne unieszkodliwianie osadów.
W ostatnich latach coraz więcej uwagi poświęca się metodom ograniczającym
ilość osadów wyprowadzanych z oczyszczalni ścieków do środowiska oraz
zwiększających efektywność znanych i stosowanych od dawna metod przeróbki
osadów. Do nowych rozwiązań należy zaliczyć: dezintegrację osadu, ozonowanie
osadu nadmiernego oraz suszenie.
Zmniejszenie objętości osadów ściekowych należy do podstawowych zadań
przeróbki osadów. Polega ono na obniżeniu zawartości wody w osadzie, a
realizowane jest w procesach zagęszczania, odwadniania i suszenia.
Na rys.2. została pokazana zmiana objętości osadu przy wzroście zawartości
suchej masy. Fakt istotnej zmiany objętości osadu podczas usuwania z niego wody
wolnej zmusza projektanta do zwrócenia szczególnej uwagi na procesy
zagęszczania i odwadniania, gdyż właśnie te procesy i ich efektywność będzie mieć
poważne skutki ekonomiczne.
Zanim jednak osady zostaną poddane wymienionym procesom, muszą być
odpowiednio przygotowane przez szereg zabiegów określanych mianem
kondycjonowania. Ich celem jest zmiana właściwości osadu pozwalająca na szybsze
i bardziej skuteczne usunięcie z niego wody. Daje to w efekcie uwolnienie części
wody związanej, obniżając w ten sposób całkowity nakład energii potrzebnej do jej
usunięcia.
Uzyskanie zadowalającego efektu zagęszczania osadu nadmiernego wymaga
zastosowania urządzeń mechanicznych. Właściwości fizyczne osadu nadmiernego
oraz uwalnianie się z osadu azotu wskutek denitryfikacji w zagęszczaczach
uniemożliwia grawitacyjne jego zagęszczanie. Natomiast zagęszczanie mechaniczne
musi być wspomagane flokulacją osadu przy użyciu Poli-elektrolitów, co powoduje
powstawanie dużych kłaczków osadów, posiadających liczne pory i mikro-pory. Osad
nadmierny ma konsystencję półpłynną.
Niezależnie od rozwiązań konstrukcyjnych zagęszczacza, całość instalacji składa
się z zagęszczacza, urządzenia do roztwarzania i dozowania Poli-elektrolitu, pompy
tłoczącej osad do zagęszczacza, urządzenia do mieszania osadu z Poli-elektrolitem
(reaktory szybkiego i wolnego mieszania), pompy osadu zagęszczonego, wanny do
odbioru filtratu (filtrat może być wykorzystany jako woda technologiczna) oraz
urządzenia automatyki i sterowania.
Główne korzyści wynikające ze stosowania mechanicznego zagęszczania osadów to:
- odciążenie hydrauliczne ciągu przeróbki osadu,
- zmniejszenie objętości osadu w komorach stabilizacji osadu,
- oszczędności energetyczne na ogrzewaniu komór fermentacyjnych,
- uzyskanie większej produkcji biogazu,
- zmniejszenie ilości odcieków podczas odwadniania osadu – redukcja wtórnego obciążenia ciągu oczyszczania ścieków związkami biogennymi, Koncentracja suchej masy w osadzie nadmiernym zagęszczonym może wynosić, w zależności od zastosowanego urządzenia i Poli-elektrolitu od 3 do 8% s.m.. Stopień rozdziału faz jest znacznie wyższy w urządzeniach posiadających przegrodę filtracyjną. Końcowy efekt zagęszczania i stopień rozdziału faz przy zagęszczaniu mechanicznym tego samego rodzaju osadu, praktycznie nie zależy od jakości produkowanego osadu, czyli jest niezależny od zaburzeń w pracy ciągu oczyszczania ścieków (np. puchnięcia osadu czynnego). Znacznemu wzrostowi indeksu osadu nie musi towarzyszyć pogorszenie jakości odcieku, ani zmniejszenie koncentracji suchej masy w osadzie zagęszczonym, jeżeli odpowiednio skoryguje się dawkę polimeru i parametry ruchowe urządzenia.
Graniczna wartość uwodnienia, przy której osad zmienia swoją konsystencję płynną
na półpłynną (charakterystyczną dla osadów zagęszczonych) uzależniona jest od właściwości osadów takich jak:
- proporcje między wodą wolną, a wodą związaną w osadzie,
- wielkość i budowa cząstek osadu,
- udział w suchej masie związków organicznych i mineralnych,
- stężenie Poli-elektrolitu,
- pH osadu.
Wysokie zagęszczenie osadu nadmiernego, do stężenia powyżej 4,5%, wpływa
niekorzystnie na własności reologiczne osadu powodując:
- trudności w transporcie hydraulicznym – wzrost oporów przepływu osadu, wyższe nakłady energetyczne na pompowanie osadów oraz większe zużycie urządzeń,
- niepełne wymieszanie osadu w komorach stabilizacji utrudniające rozkład w
procesach stabilizacji dużych i zbitych flokuł osadu – w efekcie mniejsza wydajność procesu stabilizacji.
Stosowanie mechanicznego zagęszczania osadu nadmiernego jako procesu celowego przed stabilizacją posiada zatem aspekty niekorzystne, których jednak można uniknąć stosując kolejne nowe procesy obróbki osadów takie jak homogenizacja i dezintegracja.
Sposoby zagospodarowania osadów:
Przyrodnicze wykorzystanie – pod tym pojęciem rozumie się stosowanie osadów
do nawożenia gleb i roślin oraz rekultywację gleb zdegradowanych i bez glebowych
gruntów (np. utwory geologiczne pozbawione pokrywy glebowej wskutek robót
ziemnych, erozji, zwałowiska i nasypy naturalnych mas ziemnych, składowiska
odpadów).
Ograniczenia w stosowaniu:
- skład chemiczny i sanitarny - do głównych cech, które dyskwalifikują osady do
dalszego wykorzystania należy zwiększona zawartość metali ciężkich, silnie
toksycznych związków chemicznych i organizmów chorobotwórczych;
- osady wytwarzane są w ciągu całego roku, natomiast możliwość ich
zastosowania zależna jest od wegetacji roślin;
- wymaga odpowiedniego sytemu magazynowania i odpowiedniej liczby odbiorców;
- uwarunkowania techniczne związane z formą, w której są aplikowane osady –
osady odwodnione, nieodwodnione, wysuszone, po procesie kompostowania.
Wapnowanie osadów ściekowych
Metoda właściwa dla osadów zawierających metale ciężkie na poziomie pozwalającym na ich przyrodnicze wykorzystanie. Do osadów dodawane jest wapno
palone w ilościach niezbędnych do higienizacji osadu. Dodawanie wapna powoduje
stabilizację osadów i polepsza ich zdolność do odwadniania. Produkt końcowy można traktować jako nawóz, który służy do odkwaszania gleb poprawiający jej strukturę, jednocześnie dostarcza roślinom niezbędnych składników w ilościach porównywalnych z innymi nawozami organicznymi.
Kompostowanie osadów ściekowych
Kompostowanie osadów powoduje ich stabilizację, zniszczenie organizmów
chorobotwórczych, redukcję masy i uwodnienia. Substancja organiczna wykorzystywana jest jako materiał nawozowy, strukturotwórczy i rekultywacyjny.
Stanowi cenny nawóz organiczny mogący zastąpić obornik. Kompostowanie może być stosowane jako proces końcowy uszlachetniania osadów, pozwalający na uzyskanie materiału o wysokich cechach jakościowych, który może być wykorzystany przyrodniczo (pod warunkiem spełnienia norm metali ciężkich). Kompostowanie pozwala na uzyskanie produktu dojrzałego, całkowicie stabilnego, o zapachu ziemi i luźnej strukturze. Kompostowanie wymaga wymieszania osadu ze środkiem strukturotwórczym, np. trocinami. Korzystne dla procesu kompostowanie jest dodanie biopreparatów przyśpieszających rozkład biomasy. Najczęściej stosowaną metodą jest metoda pryzmowa.
Zgodnie z obowiązującymi przepisami, odzysk odpadów polegający na recyklingu
organicznym poprzez kompostowanie, wymaga uzyskania zezwolenia właściwego
organu na prowadzenie takiej działalności.
Zgodnie z art. 2 ust.1 pkt. 5 ustawy z dnia 10 lipca 2007 r. o nawozach i nawożeniu
(Dz. U. Nr 147, poz. 1033) nawozy organiczne to nawozy wyprodukowane
z substancji organicznej, w tym komposty. Jako nawóz kompost powinien spełniać
wymagania jakościowe określone w rozporządzeniu z dnia 19 października 2004 r.
w sprawie wykonania niektórych przepisów ustawy o nawozach i nawożeniu (Dz. U.
Nr 236, poz. 2369) [6].
Jeżeli kompost nie spełnia wymagań określonych ww. ustawie, nie jest produktem,
lecz nadal jest odpadem. W związku z tym kompost ten, jako odpad (materiał po
procesie kompostowania – ex 19 05 03) w wypadku zastosowania, musi odpowiadać
warunkom odzysku R10 określonym w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 14
listopada 2007 r. w sprawie procesu odzysku R10 (Dz. U. Nr 228, poz. 1685) [7].
Składowanie osadów
W 2004 r. dominującym kierunkiem zagospodarowania osadów ściekowych było ich
unieszkodliwianie poprzez składowanie. Według danych z KPGO 2010 było to ponad
41% masy osadów wytworzonych Obok przyczyn ekonomicznych (składowanie
generowało najmniejsze koszty unieszkodliwiania osadów), przyczyną takiego stanu
był brak możliwości skierowania osadów do odpowiednich instalacji (kompostowania
lub termicznego przekształcania) oraz przekroczenia dopuszczalnych parametrów
jakościowych osadu, które wykluczały bądź ograniczały możliwość zastosowania
rolniczego lub do rekultywacji. Zmiana z dnia 12 czerwca 2007 r. do rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy
z dnia 7 września 2005 r. w sprawie kryteriów oraz procedur dopuszczenia odpadów
do składowania na składowisku odpadów danego typu (Dz. U. Nr 186, poz. 1553),
zasadniczo nie dopuszcza do składowania nieprzetworzonych osadów ściekowych.
Od 1 stycznia 2013 r. zaczną obowiązywać kryteria dopuszczania odpadów do
składowania na składowisku odpadów innych niż niebezpieczne i obojętne (załącznik
4a do ww. rozporządzenia). Ustalono wartości graniczne dla ogólnego węgla organicznego, straty przy prażeniu i ciepła spalania.
Kryteria te dotyczą odpadów o kodach:
- 19 08 05 (ustabilizowane komunalne osady ściekowe),
- 19 08 12 (szlamy z biologicznego oczyszczania ścieków przemysłowych),
- 19 08 14 (szlamy z innego niż biologiczne oczyszczania ścieków przemysłowych),
- 19 12 12 (odpady z mechanicznej obróbki odpadów)
- oraz odpady z grupy 20.
Suszenie i termiczne przekształcanie
W wyniku termicznego suszenia osad przekształcany jest w produkt o zawartości
około 90% s. m., który może być wykorzystywany jako nawóz organiczny lub paliwo
energetyczne. Objętość mechanicznie odwodnionego osadu maleje wówczas 4-5
krotnie. Osad pozbawiony jest organizmów chorobotwórczych i jeśli nie zawiera
nadmiernej koncentracji metali ciężkich, może być wykorzystywany przyrodniczo.
Termiczne metody przekształcania osadów mogą w dużym stopniu rozwiązać
problem ich unieszkodliwiania. Realizacja tego założenia wydaje się bardzo
poważnym przedsięwzięciem, do wykonania którego potrzeba nowych zakładów
termicznego unieszkodliwiania bądź wykorzystania istniejącej infrastruktury spalania
paliw konwencjonalnych oraz przemysłu cementowego.
Obecnie wiele oczyszczalni ścieków modernizuje tzw. ciągi osadowe, planując
zastosowanie wariantu termicznego przekształcania osadów. Pierwsza taka
instalacja została uruchomiona w Łomży, gdzie zastosowano proces spalania
osadów w kotle rusztowym z jednoczesnym wykorzystaniem energii cieplnej ze
spalania do procesów suszenia osadów. Podobne instalacje będą uruchomione np.
w Radomiu, Warszawie i Kielcach.
Wysuszone osady mogą mieć wartość opałową na poziomie:
- 11 000 kJ/kg s.m. (osad beztlenowo stabilizowany, mieszany – wstępny plus
wtórny),
- 20 000 kJ/kg s.m. (osad surowy mieszany, wstępny plus wtórny).
Bibliografia:
„Osady ściekowe teoria i praktyka” B. January Bień, wyd. Politechnika Częstochowska 2007
„Gospodarka osadami ściekowymi” J. Oleszkiewicz, wyd. LEM, Kraków 1998
„Oczyszczanie ścieków tom II” B. Cywiński i inni, wyd. ARKADY, Warszawa 1997
CHARAKTERYSTYKA OSADÓW ŚCIEKOWYCH