PRZERÓBKA OSADÓW ŚCIEKOWYCH

PRZERÓBKA OSADÓW ŚCIEKOWYCH

Przeróbka osadów ściekowych traktowana jeszcze niedawno jako zadanie

drugorzędne w stosunku do oczyszczania ścieków szybko nabiera znaczenia

równorzędnego.

Wybudowane wcześniej oczyszczalnie oraz wiele spośród budowanych obecnie

w oparciu o wcześniej przygotowane projekty, będą zmuszone do uzupełnień i

modernizacji.

Zmiana sytuacji podyktowana jest szybko postępującą zmianą podejścia do

osadów w Państwach Unii Europejskiej, co z kolei zobowiązuje do podobnego

podejścia państwa ubiegające się o członkostwo.

Z całą pewnością osady ściekowe, w zależności od przygotowania oraz

warunków lokalnych, będą nadal stanowić odpad do składowania albo produkt do

wykorzystania.

Osady przewidziane do składowania jako odpad będą musiały podlegać daleko

idącym przetworzeniom.

Jeszcze obecnie wielu inwestorów i projektantów z trudem godzi się z

koniecznością daleko idącego odwadniania, higienizacji i stabilizacji, jako warunków

złożenia osadu na składowisku, a już trzeba brać pod uwagę nową sytuację.

W krajach Unii i Polsce istnieją akty prawne, które zakładają istnienie tylko dwóch

typów składowisk.

Pierwsze to składowiska aktywne dla odpadów reagujących, w tym dla

odpadów komunalnych i osadów ściekowych, a drugie to składowiska ostateczne,

dla odpadów nie reagujących, w tym komunalnych i osadów ściekowych, ale po ich

przetworzeniu. Oczekuje się, że wysypiska aktywne znikną już po 2005 roku, dlatego

daleko idące przetworzenie osadu ściekowego będzie nieuniknione.

Osady ściekowe jako produkt będą musiały spełniać szereg wymogów co do

formy i jakości, dlatego sugeruje się opracowanie norm jakościowych. Jeśli

wymieniony “towar” byłby zbywany poniżej kosztów wytworzenia, to i tak koszty te

mogą być mniejsze aniżeli koszty związane z przetwarzaniem osadu na nie

reaktywny odpad.

Z produkcją osadów o znormalizowanych parametrach wiążą się zmiany

organizacyjne gospodarki ściekowej już na etapie kanalizacji ogólnospławnej.

Osady, które objętościowo stanowią 3% ścieków, zawierają ponad połowę

całego ładunku zanieczyszczeń dopływających w ściekach surowych. W

oczyszczalni z biologicznym usuwaniem związków biogennych, o przepływie 10 tys.

m3/d uzyskuje się dziennie 2730 kg suchej masy osadu (273 m3/d). Strącanie

chemiczne zanieczyszczeń ścieków może zwiększyć tę ilość osadu do 3400 kg s.m. /

d (340 m3/d).

Zwykle nie ma większych problemów z higienizacją i usuwaniem piasku oraz

skratek z oczyszczalni np. na składowiska odpadów, ale koszty przeróbki

pozostałych osadów stanowią 30-40% kosztów inwestycyjnych oraz 50%

kosztów eksploatacyjnych całej oczyszczalni.

Zwykle przystępowano do budowy oczyszczalni ścieków na podstawie

projektu, w którym przeróbka i unieszkodliwianie osadów kryła się pod napisem na

strzałce:

osad do przeróbki.

Osady ściekowe powstające w oczyszczalni (rys 1,2,3,4) muszą być

przetworzone na nieszkodliwe produkty końcowe a następnie usunięte z terenu

oczyszczalni.

Rys. 1. Ogólny podział osadów ściekowych.

Osady powstające w oczyszczalni muszą być przetworzone na nieszkodliwe

produkty końcowe i usunięte z terenu oczyszczalni.

Metody „magazynowania” osadu w oczyszczalni, jaskrawo widoczne w wielu

obiektach, są rażącym przykładem bezmyślności i beztroski projektantów.

Operatorowi oczyszczalni zostawia się więc problem bardzo trudny, a najczęściej

niemożliwy do rozwiązania we własnym zakresie.

OSADY ŚCIEKOWE

Osady surowe Osady

zmineralizowane

Nadmierny

Wstępny

Chemic

zny

Mies

zany

Osad wstępny powstaje w wyniku sedymentacji łatwo opadających zawiesin

w osadniku wstępnym. Usuwa się zwykle w ten sposób prawie 60% zawiesiny

ogólnej i 30% zanieczyszczeń określanych parametrem BZT5. Stosowane chemiczne

wspomaganie sedymentacji wstępnej poprawia efekty usuwania BZT5 do 60%, ale w

konsekwencji zwiększa ogólną ilość osadów powstających w oczyszczalni – niekiedy

o 30%, stąd wstępne strącanie nie jest powszechnie zalecane. Osad wstępny jest

dziś czasem cennym materiałem, z którego uzyskuje się niskocząsteczkowe kwasy

tłuszczowe zwane lotnymi (LKT). Uzyskane kwasy stanowią źródło węgla dla

mikroorganizmów podczas biologicznego oczyszczania ścieków.

Rys. 2. Pozyskiwanie osadu wstępnego (OW) oraz innych odpadów z oczyszczania

mechanicznego.

Osad biologiczny tzn. wtórny (nadmierny) powstaje jako wynik

biologicznego rozkładu związków organicznych, nie usuniętych w osadniku

wstępnym – czyli ok. 70% BZT5 ścieków surowych.

Osad nadmierny stanowią komórki „przyrastającej” masy osadu czynnego i

pozostałej po sedymentacji wstępnej zawiesiny ogólnej. W zależności od czasu

przetrzymania osadu (tzw. wieku osadu) w procesie biologicznym wytwarza się od

0,2 do 0,8 kg suchej masy osadu (s.m.) na 1 kg usuniętego BZT5.

Skład osadów jest ważny z powodu wyboru sposobu stabilizacji, możliwości

jego ostatecznego unieszkodliwiania, jest podstawą do oceny prawidłowości

przebiegu procesu stabilizacji oraz oceny stabilności osadu. Skład uzależniony jest

od rodzaju i ilości zanieczyszczeń usuwanych ze ścieków.

kraty

piaskownik

tłuszczownik

Oczyszczanie

mechaniczne Osadnik

wstępny

ścieki

oczysz. mech.

Wysypisko

ścieki

Obróbka

skratki

tłuszcz

piasek Osad wstępny

Oczyszczanie

biologiczne

Osadnik

wstępny

Rys. 3. Pozyskiwanie osadu nadmiernego (ON) z oczyszczania biologicznego.

Rys. 4. Pozyskiwanie osadu chemicznego (OCH) w procesie chemicznego

oczyszczania.

Osady ściekowe można scharakteryzować poprzez określenie masy

wydzielanego osadu w kilogramach suchej masy na dobę (kg s.m./d), określenie

objętości wydzielonego osadu w m3 na dobę (m3/d), oraz w procentach natężenia

dopływu ścieków (%).

Charakteryzowanie ilości osadu przez określenie jego objętości jest mniej

jednoznaczne od podawania suchej masy. Objętość wydzielonego osadu zależna

jest od masy osadu oraz jego uwodnienia, tj. zawartości wody w osadzie.

Uwodnienie osadu wyznacza się doświadczalnie w laboratorium poprzez wagowe

określenie masy pobranego osadu „mokrego” i masy osadu po wysuszeniu w

temperaturze 105 stopni.

Zakres analiz fizyczno-chemicznych osadów zależy od celu i potrzeb

użytkownika. Są to: temperatura, barwa, konsystencja, uwodnienie oraz chemiczne:

sucha masa, sucha masa organiczna, zawartość azotu, fosforu, potasu (N P K),

zawartość poszczególnych metali ciężkich oraz ich suma, kwasy lotne. Ponadto

ścieki

oczysz. biolog.

Osad

nadmierny

ścieki

oczysz. mech.

Oczyszczanie

chemiczne

Osadnik

ścieki

oczysz. chem.

Osad

chemiczny

ścieki

oczysz. mech.

wykonuje się oznaczenia biologiczne: liczba bakterii chorobotwórczych, pasożytów i

jaj pasożytów. Czasem oznacza się zawartość pestycydów, tłuszczy i białek.

Osad surowy Osad surowy po

zagęszczeniu

Osad po fermentacji i

odwodnieniu na wirówkach

100%objętości

99%wody

1% ciałstałych

20%objętościpierwotnej

80%wodyusuwanej

95%wody

5% ciałstałych

4%objętościpierwotnej

75%wody

25% ciałstałych

Rys. 5. Zmiana masy, uwodnienia i objętości osadów w procesach stabilizacji

Skład fizyczno-chemiczny osadów zależy od rodzaju i ilości ścieków

wprowadzanych do kanalizacji oraz metod ich oczyszczania. W ostatnich latach w

wielu krajach obserwuje się obniżenie zawartości metali ciężkich w osadach, gdyż

ścieki przemysłowe przed wprowadzeniem do kanalizacji ogólnospławnej muszą być

podczyszczone. Ma to ogromne znaczenie podczas wykorzystania osadów (tab. 1.)

Własności technologiczne decydują o podatności osadów do stabilizacji lub

ostatecznego unieszkodliwiania. Do nich należą: charakterystyka postaci wody

występującej w osadzie, opór właściwy osadu, podatność na odwodnienie, ciepło

spalania i wartość opałowa osadu, lepkość i charakterystyka płynięcia osadu (osad

przypomina swoją konsystencją ketczup i płynie inaczej niż woda).

Oznaczenia własności technologicznych osadów należą do grupy oznaczeń

specjalnych, praktycznie rzadko wykonywanych w eksploatacji oczyszczalni.

Istotnym parametrem jakości osadów ściekowych jest wielkość zanieczyszczeń

sanitarnych (tab. 2)

Tabela 1. Dopuszczalna zawartość metali ciężkich w osadach przeznaczonych

do rolniczego i nierolniczego wykorzystania

Metale

Sposób przyrodniczego użytkowania osadów

Nawożenie, użyźnianie, rekultywacja

gruntów

Rolnicze

użytkowanie

Nierolnicze

użytkowanie

Agrotechniczne przetwarzanie

osadów na kompost, roślinne

utrwalanie powierzchni

gruntów

Zawartość metali [mg/kg s.m.o.]*

Ołów (Pb) 500 1000 1500

Kadm (Cd) 10 25 50

Chrom (Cr) 500 1000 2500

Miedź (Cu) 800 1200 2000

Nikiel (Ni) 100 200 500

Rtęć (Hg) 5 10 25

Cynk (Zn) 2500 3500 5000

* s.m.o. – sucha masa osadu

Tabela 2. Dopuszczalne wartości zanieczyszczeń sanitarnych w osadach

wykorzystywanych przyrodniczo

Wskaźnik Sposób przyrodniczego użytkowania osadów ściekowych

Użyźnianie i nawożenie Rekultywacja

Bakterie z rodzaju

Salmonella Niewykrywalne niewykrywalne

Jaja pasożytów przewodu

pokarmowego* do 10 do 300

* Ascaris lumbricoides, Trichocephalus sp., [szt./kg s.m.]

Czy można wpływać na jakość i ilość osadu?

Zarówno polityka administracyjna gminy jak i działalność eksploatatora w każdej

niemal oczyszczalni może wydatnie wpłynąć na jakość produkowanego osadu oraz

częściowo na jego ilość.

Parametry jakości osadu, które zależą do pewnego stopnia od eksploatatora

procesu oczyszczania ścieków:

- osad łatwo sedymentujący (brak organizmów nitkowatych)

- osad pozbawiony organizmów produkujących związki pieniące np. Nocardia czy

Microtrix

- osad pozbawiony metali ciężkich (których źródło jest poza oczyszczalnią)

- unikanie wtórnej infekcji osadu czynnego poprzez utrzymanie rur w czystości i

dbanie o usuwanie piany

- minimalizacja lub eliminacja koagulantów nieorganicznych w procesie

oczyszczania.

Czynniki wpływające na ilość produkowanego osadu:

- stosowanie nieorganicznych koagulantów, takich jak związki żelaza czy wapna

znacznie zwiększa ilość powstających osadów i utrudnia ich przeróbkę i

ostateczne unieszkodliwianie

- stosowanie wapna do stabilizacji i higienizacji osadu znacznie powiększa masę

osadu ze względu na konieczność stosowania dużych dawek wapna w tych

procesach

- ilość osadów powstających w biologicznych procesach rośnie wraz ze spadkiem

temperatury. Jest to spowodowane zwolnieniem procesów oddychania wewnątrz

komórkowego, stąd w zimie jest więcej osadów do przeróbki niż w lecie

- biologiczne przygotowanie osadu, poprzez stabilizację czy biologiczną

higienizację, zmniejsza ilość osadu kierowaną do przeróbki

- długi wiek osadu zmniejsza ilość produkowanego osadu - generalnie wiadomo,

że prawidłowa eksploatacja oczyszczalni to ciągła regulacja wieku osadu.

Dlaczego należy unieszkodliwiać osady?

Osady musimy unieszkodliwiać z przyczyn:

- prawnych

- estetycznych

- praktycznych.

Unieszkodliwianie osadu polega na:

- zmniejszeniu jego zagniwalności w procesie stabilizacji

- zabiciu organizmów chorobotwórczych w procesie higienizacji

- zmniejszeniu objętości i masy osadu w procesie odwadniania, suszenia

- wywozie z terenu oczyszczalni do miejsca jego ostatecznego wykorzystania lub

zdeponowania.

Surowe osady wydzielone w oczyszczalni (OW, OCH i ON) są niebezpieczne

sanitarnie, ponieważ zawierają pasożyty, bakterie chorobotwórcze i wirusy. W

osadach surowych ich ilość jest bardzo duża, co stwarza że są niebezpieczne i

uciążliwe dla otoczenia. Osady te posiadają zdolność do zagniwania tj. rozkładu

beztlenowego związków organicznych, co wiąże się z wydzielaniem bardzo przykrych

i uciążliwych zapachów.

Pośród procesów przerobu osadów dość szczególne miejsce zajmuje ich

kondycjonowanie. Nie jest to proces najważniejszy, niemniej jest on stosowany

często, a jego celem jest przygotowanie osadów do procesu, który ma po nim

nastąpić. Kondycjonowanie osadu może wystąpić w różnych miejscach

technologicznego układu.

Kondycjonowanie osadu ma doprowadzić do zmiany struktury osadu i stanu

powierzchni zdyspergowanych cząstek fazy stałej, a w konsekwencji do zwiększenia

rozmiarów cząstek i zmniejszenia sił wiążących cząstki z wodą. Są to fizyczne i

chemiczne metody.

Kondycjonowanie wysoką temperaturą - stosowana temperatura to 177 – 204

stopni C w reaktorze przy ciśnieniu 1,72 – 2,75 kPa przez 15 – 40 minut. Takie

osady łatwo się odwadniają nawet bez żadnych dodatków.

Kondycjonowanie przez wymrażanie, za pomocą ultradźwięków, przez

dodatek popiołu, pyłu węglowego, pyłu cementowego

Środki nieorganiczne: sole żelaza, glinu (20-62 kg/t s.m. osadu), wapno.

W wielu oczyszczalniach wapno wprowadzane jest do osadów dopiero po ich

ostatecznym odwodnieniu jako czynnik dezynfekujący, korygujący wartość pH i

zmniejszający uciążliwość zapachów.

Wapno wprowadzone przed odwadnianiem pozwala na zmniejszenie zużycia

polimeru i zwiększa efektywność pracy wirówki, dając w efekcie mniejszą objętość

osadu. Wymagane dawki wapna są duże i wynoszą 75 – 275 kg/t s.m. osadu.

Środki organiczne - to głównie polielektrolity. O wielkości optymalnej dawki

polielektrolitu decyduje szereg czynników: rodzaj osadu, rodzaj procesu do którego

osad jest przygotowywany, rodzaj urządzenia, które będzie wykorzystywane,

intensywność mieszania podczas kondycjonowania.

Niezależnie od tego:

- dawki polielektrolitów, w porównaniu z substancjami nieorganicznymi, są

mniejsze oraz nie zwiększają objętości osadów (tamte zwiększały o 30%)

- dodatki organiczne nie zwiększają znacząco szybkości procesu flotacji

powietrznej, ale wyraźnie zwiększają skuteczność

- istnieje możliwość przedawkowania polielektrolitu, co powoduje wzrost lepkości,

oporu i czasu ssania kapilarnego, zmniejsza efektywność procesu

- zwiększenie intensywności mieszania przy wprowadzaniu polielektrolitu do osadu

pozwala najczęściej obniżyć optymalną dawkę.

Osady surowe wymagają stabilizacji składu chemicznego (zlikwidowanie

zdolności do zagniwania). Stabilizacja ta obejmuje procesy: chemiczne, biologiczne i

termiczne (rys. 6).

STABILIZACJA OSADÓW

FERMENTACJA MOKRE SPALANIE

KOMPOSTOWANIE WAPNOWANIE PIROLIZA

TLENOWA STABILIZACJA SPALANIE

TERMOKONDYCJONOWANIE

Rys. 6. Podstawowe sposoby stabilizacji osadów

Osady ustabilizowane mogą być rolniczo, składowane na wysypiskach,

spalane itp. (rys.7). Spalanie wymaga odwodnienia bez stabilizacji a popiół

składowany jest na składowisku.

Rys. 7. Podstawowe sposoby usuwania osadów z oczyszczalni

Wybór metody stabilizacji osadów zależy od przewidywanego sposobu jego

ostatecznego usunięcia z oczyszczalni oraz od wielkości oczyszczalni. Odchodzi się

od rolniczego wykorzystywania nieustabilizowanych osadów pod względem

bakteriologicznym. Dlatego wymaga się stabilizacji bakteriologicznej krótkotrwałej w

podwyższonej temperaturze (50 do 60 stopni) lub długotrwałej w temperaturze 35

stopni.

W czasie stabilizacji osadów następują zmiany w zawartości cieczy (wody)

bowiem następuje hydroliza i rozkład ciał stałych, zmiany w zawartości i

właściwościach ciał stałych (cząstek osadu) oraz zmiany w ilości rozpuszczonych

gazów. Osady po stabilizacji wymagają usunięcia z terenu oczyszczalni. Na rys. 8

przedstawiono schemat zagospodarowania osadów ściekowych.

PROCESY BIOLOGICZNE PROCESY CHEMICZNE PROCESY TERMICZNE

OSTATECZNE USUNIĘCIE

OSADÓW

PRZYRODNICZE

WYKORZYSTANIE

SKŁADOWANIE

(WYSYPISKO)

SPALANIE

WYKORZYSTANIE

POPIOŁU

PROD. MAT.BUD.,

PALIW itp.

Rys. 8. Metody zagospodarowania osadów z małych oczyszczalni ścieków

Wybór metody stabilizacji osadów zależy od sposobu jego ostatecznego

usunięcia z oczyszczalni oraz od wielkości oczyszczalni, np. osady kierowane do

spalania lub granulacji termicznej nie wymagają stabilizacji biologicznej czy

chemicznej i bez ograniczeń co do zawartości organizmów chorobotwórczych.

ZAGĘSZCZANIE OSADÓW

Woda w osadach występuje w trzech postaciach:

- woda wolna (międzycząsteczkowa)

- woda kapilarna

- woda związana (chemicznie związana).

Tylko woda wolna jest usuwana z osadu w procesie zagęszczania. Jest to

ta woda, która oddziela się samorzutnie od osadu np. w procesie odstania czy

odsączania. Woda wolna dominuje w osadach przy uwodnieniach od 80% do 99,9%.

Zagęszczanie osadu może być:

- samoistne (grawitacyjne), w których cząstki osadu sedymentują w wyniku

działania siły grawitacji (w osadnikach lub zagęszczaczach grawitacyjnych

osadów - przepływowe, porcjowe)

- flotacyjne - cząstki osadu „wiązane” są czynnikiem flotującym (najczęściej

powietrzem) i wynoszone za pomocą powietrza na powierzchnię zagęszczacza

- mechaniczne – w którym wodę wolną z osadu oddziela się w procesie filtracji lub

wirowania.

STABILIZACJA OSADÓW

Zbiornik

magazynujący osad

Transport Duże oczyszczalnie

miejskie

Odwodnienie

i dezynfekcja

Surowe osady organiczne stanowią istotne zagrożenie dla środowiska z uwagi na

zawartość organizmów chorobotwórczych oraz zdolność do zagniwania. Przeróbka

osadów (stabilizacja osadów) może być prowadzona w :

- procesach biologicznych (fermentacja metanowa, tlenowa stabilizacja,

kompostowanie)

- procesach chemicznych (wapnowanie osadów)

- procesach termicznych (termo-kondycjonowanie, mokre spalanie, piroliza,

spalanie osadów).

W czasie stabilizacji następują w osadzie zmiany w zawartości cieczy (wody),

zmiany w zawartości i własnościach ciał stałych (cząstek osadu), zmiany w ilości

rozpuszczonych gazów. Osady ustabilizowane są po odwodnieniu usuwane z terenu

oczyszczalni.

Stabilizacja osadów jest bardzo kosztownym procesem, porównywalnym z

kosztami oczyszczania ścieków. Szacunkowo w kosztach budowy całej oczyszczalni,

50% stanowią koszty budowy urządzeń do oczyszczania ścieków, a 50% koszty

urządzeń do stabilizacji i odwadniania osadów.

Należy jednak pamiętać, że nie zawsze osady muszą być stabilizowane, np. jeśli

kieruje się osad do spalania to wystarczy jedynie jego odwodnienie.

Biologiczna stabilizacja osadów

Organiczne cząstki osadów mogą być rozkładane (biodegradowane) przez

mikroorganizmy w warunkach beztlenowych (fermentacja metanowa) lub tlenowych

(stabilizacja tlenowa).

Rozkład (stabilizacja) zanieczyszczeń organicznych osadu w warunkach

beztlenowych nosi nazwę fermentacji metanowej, ponieważ głównym produktem

tego rozkładu jest gaz zawierający 60 – 80% metanu oraz dwutlenek węgla.

Rozkład zanieczyszczeń organicznych osadów w warunkach tlenowych (w

obecności tlenu) nosi nazwę tlenowej stabilizacji osadów. Tlenowa stabilizacja

osadu jest to metoda wykorzystująca biologiczny rozkład zanieczyszczeń

organicznych zawartych w osadach surowych. Tlenowa stabilizacja oparta jest na

tlenowym rozkładzie masy organicznej w warunkach „głodu substratowego”, czyli

tzw. respiracji endogennej. Proces ten prowadzony jest w wydzielonych, otwartych

lub zamkniętych komorach z doprowadzeniem powietrza lub równolegle z

oczyszczaniem ścieków w komorach osadu czynnego w układzie z przedłużonym

napowietrzaniem. Proces ten powoduje zmniejszenie masy organicznej osadu.

Podstawowe parametry technologiczne procesu tlenowej stabilizacji to: zawartość

tlenu rozpuszczonego, pH, temperatura, szybkość zużycia tlenu, wiek osadu.

Rozkład zanieczyszczeń organicznych osadu w warunkach tlenowych lub

beztlenowych, w obecności innych odpadów organicznych (kora drzewna, trociny,

słoma itp.) przy niskim odwodnieniu masy (np. 50% s.m.) nosi nazwę

kompostowania.

Kompostowaniu można poddawać osady surowe (mniej korzystne) lub osady

ustabilizowane po fermentacji lub tlenowej stabilizacji (rys. poniżej). Kompostowanie

wymaga zawsze odwodnienia osadów, nie można kompostować osadów w stanie

płynnym.

Kompostowanie pozwala na produkcję możliwego do sprzedaży z oczyszczalni

produktu. Kompostowanie zapewnia:

- stabilizację związków organicznych

- dezynfekcję naturalną (wysoka temperatura w czasie procesu)

- redukcję masy i uwodnienia osadów

- produkcję stabilnego produktu końcowego..

Kompostowaniu poddaje się osady po zmieszaniu np. ze słomą lub trocinami,

w których zawartość ciał stałych waha się w granicach 40 do 50% a uwodnienie

odpowiednio od 60-50%. Wymagane jest osiągnięcie wartości stosunku węgla

organicznego do azotu 26:1. W warunkach tlenowych mieszanina ogrzewa się

samorzutnie do temperatury od 50 do 70 stopni. Kompostowanie w warunkach

beztlenowych jest uciążliwe zapachowo, stąd jest nie polecane.

Proces ten można prowadzić w układzie pryzmowym w małych i średnich

oczyszczalniach lub w specjalnych reaktorach. We wszystkich kompostowniach, z

uwagi na uciążliwość zapachową, wymagana jest dezodoryzacja powietrza

stosowanego do napowietrzania. W kompostowaniu bardzo ważny jest uzupełniający

materiał stosowany do mieszania z osadami (trociny, słoma itp.), materiał ten często

decyduje o jakości kompostu oraz o szybkości kompostowania.

W czasie eksploatacji kompostowni kontroli podlega: uwodnienie mieszaniny

(min. 40% i max. 60%), stosunek węgla organicznego do azotu w mieszaninie (C/N -

20-32) temperatura w pryzmach (około 60 stopni i wyżej), intensywność

napowietrzania (20 – 50 m3 powietrza /godzinę na 1000 kg s.m. osadu oraz jakość

wyprodukowanego kompostu. Optymalna maksymalna temperatura w pryzmie

wynosi około 60 stopni, przez okres około3 dni. Obniżenie się temperatury może być

spowodowane złym stosunkiem C/N lub zbyt dużą intensywnością napowietrzania.

Przy niskim stosunku C/N (poniżej 20/1) należy liczyć się z wydzielaniem do

atmosfery dużych ilości amoniaku z równoczesnym dobrym kompostowaniem.

Biologiczna stabilizacja osadów może być prowadzona w układzie jedno- lub

wielostopniowym. Fermentacja metanowa pozwala na odzysk energii, natomiast

tlenowa stabilizacja i kompostowanie wymagają doprowadzenia energii z zewnątrz.

Wybór metody biologicznej stabilizacji osadu zależy od wielkości oczyszczalni oraz

kosztów tej stabilizacji.

Czy wyodrębnione osady ściekowe w Polsce są gorsze od tych z Unii?

Analiza informacji naukowej, statystycznej pozwala sądzić, że gorsze nie są.

Niemniej konieczne wydaje się na początek bezwzględne egzekwowanie

wymagania, aby ścieki przemysłowe odprowadzane do kanalizacji miejskich miały

zanieczyszczenia na poziomie, który będzie gwarantował, że wyodrębnione z nich

osady będą mogły być wykorzystywane przyrodniczo. Pewne różnice w warunkach

odprowadzania ścieków do kanalizacji komunalnych mogą wynikać z różnic w

technologii oczyszczania ścieków oraz w procesach przerobu osadów stosowanych

w lokalnej czy miejskiej oczyszczalni ścieków.

Osady ze ścieków komunalnych, z oczyszczalni wiejskich, ze ścieków przemysłów

rolno-spożywczych i niektórych innych, są bogatym źródłem składników pokarmowych dla

roślin oraz wykazują bardzo skuteczne oddziaływanie glebotwórcze.

Osady wprowadzone do wierzchnich warstw bezglebowego gruntu nadają tej

warstwie biologiczną aktywność, właściwą dla gleb urodzajnych. O wartości osadu

jako nawozu decydują :

- wartość nawozowa

- wartość glebotwórcza

- obecność syntetycznych związków organicznych

- obecność metali ciężkich

- obecność organizmów chorobotwórczych i innych.

O wartości nawozowej decyduje zawartość głównych składników pokarmowych

dla roślin (N, P, K, Mg, Ca) oraz mikroelementów.

Zawartość azotu w osadzie ze ścieków komunalnych zależy w dużej mierze od

sposobu i stopnia stabilizacji.

W osadach surowych nadmiernych azot stanowi zwykle 4 – 8% s.m. a w

surowych wstępnych nawet powyżej 8% s.m. W osadach stabilizowanych

fermentacją metanową ilość azotu jest mniejsza i wynosi zwykle 2,5 – 4% s.m.

Osady ze ścieków komunalnych są bogate w fosfor. Ilość fosforu w przeliczeniu

na P2O5 waha się najczęściej w granicach 2 – 8% s.m. ale niekiedy dochodzi do

kilkunastu procent.

Uogólniając można przyjąć, że zawartość azotu w osadach surowych jest często

wyższa, a w stabilizowanych podobna do zawartości w gnojowicy oraz zawsze

wyższa aniżeli w oborniku.

Zawartość fosforu jest podobna, lub wyższa, w porównaniu do typowych

nawozów organicznych chociaż zawartość potasu jest niższa.

Zawartość mikroelementów jest znacznie wyższa aniżeli w gnojowicy czy

oborniku oraz znacznie wyższa aniżeli w kompostach z przeciętnej masy zielonej.

Właściwości glebotwórcze osadów wynikają przede wszystkim z obecności w

osadach dużej ilości substancji organicznych, stanowiących bogate środowisko dla

działalności mikroorganizmów oraz substancji podatnych na tworzenie humusu.

Wśród bardzo bogatej w osadach mikroflory są również gatunki typowo glebowe

pochodzące ze spływów powierzchniowych, mycia warzyw przez mieszkańców itp.

Osady poprawiają stosunki wodne i gazowe wierzchnich warstw gruntu, powodują

rozwój życia biologicznego oraz przyczyniają się do stabilizacji gruntów

bezglebowych.

Ilość substancji organicznych w osadach surowych nie stabilizowanych może

nawet przekraczać 75% s.m. Wpływ glebotwórczy substancji organicznych osadów

surowych jest mniejszy niż stabilizowanych, natomiast wartość nawozowa jest

wyższa.

Przydatność osadów do przyrodniczego wykorzystania może być bardzo

ograniczona przez obecność niepożądanych substancji organicznych pochodzenia

przemysłowego. Substancje te trafiają do kanalizacji wraz ze ściekami

przemysłowymi lub pośrednio od ludności ze ściekami bytowymi, czy ze spływami

powierzchniowymi.

W ostatnim czasie zwrócono większą uwagę na WWA, mimo że nie ma

obowiązku kontroli ich stężenia zarówno w UE jak i w naszym kraju. Wykazano w

wielu przypadkach, że poziom WWA w glebach oddalonych od ośrodków miejskich,

nie przekracza kilku g/kg s.m. i jest na ogół niższy niż w osadach. Ilość WWA w

roślinach wzrasta w miarę zwiększania się stężenia w glebie.

W ośrodkach wielu krajów szczególną uwagę zwraca się na obecność w osadach

organicznych związków chloru. Szczególnie dotyczy to:

- PCDD – dioksyny (polichlorowane dibenzodioksyny)

- PCDF – furany (polichlorowane bibenzofurany)

- PCB – polichlorowane bifenyle

- AOX – suma adsorbowalnych organicznych związków chloru (nie może

przekraczać 500 mg/kg s.m.)

Czynnikiem, który w różnym stopniu ogranicza lub czasami uniemożliwia

przyrodnicze wykorzystanie osadów ze ścieków komunalnych, są metale ciężkie.

Występują one w osadach komunalnych w różnych ilościach, zależnych od ilości i

rodzaju ścieków przemysłowych odprowadzanych do ogólnej kanalizacji. Kolejnym

niepożądanym składnikiem osadów ściekowych mogą być organizmy

chorobotwórcze, głównie bakterie i jaja pasożytów przewodu pokarmowego. W

ostatnim czasie zwraca się również uwagę na grzyby, mogące wywoływać grzybice.

Skażenie osadów jest zależne od skażenia ścieków oraz skuteczności

zastosowanej higienizacji.

PRZYGOTOWANIE OSADÓW DO BEZPOŚREDNIEGO UŻYTKOWANIA

PRZYRODNICZEGO

Osady ze ścieków komunalnych mogą być użytkowane przyrodniczo

„bezpośrednio” po ich dalszym przetworzeniu w części osadowej oczyszczalni lub

„pośrednio” po ich dalszym przetworzeniu na uszlachetnione produkty nawozowe.

Jeśli osady mają być użytkowane bezpośrednio, to procesy przerobu w oczyszczalni

ścieków muszą zapewniać skuteczną higienizację, uwodnienie na poziomie zgodnym

z założonym systemem rozprowadzania (na grunt lub do gruntu) oraz właściwą

jakość pod względem wartości składników niepożądanych. Do użytkowania

bezpośredniego nadają się zarówno osady płynne jak i stałe (maziste i ziemiste).

Osady płynne - zagęszczone na wirówkach, pasteryzowane i stabilizowane,

zawierają od 5 do 7% suchej masy i mogą być rozprowadzane do gruntu lub na

powierzchnię gruntu. Po rozprowadzeniu na powierzchnię z reguły wykonuje się

mieszanie gruntu z osadem.

Osady stałe - zagęszczane metodami mechanicznymi, higienizowane

termicznie, najczęściej stabilizowane fermentacją metanową i odwadniane

mechanicznie zawierają od 15 do 34% suchej masy rozprowadza się na grunt i

miesza się z gruntem. Najlepiej rozprowadzają się osady o zawartości suchej masy

powyżej 25%.

Osady stałe – przygotowywane jak wyżej ale higienizowane wapnem po

odwodnieniu zawierają od 30 do 55% s.m. lub odwadniane metodami naturalnymi

zawierające do 60% s.m. z reguły rozprowadzane są na grunt i mieszane. Prace te

można wykonywać typowymi maszynami rolniczymi do rozprowadzania gnojowicy

(płynne osady) lub rozrzucania nawozów stałych (osady stałe o konsystencjach

ziemistych i gruzełkowatych). Pasteryzacja amoniakiem osadu o zawartości 12 –

15% s.m. Wykorzystanie dżdżownic do wytwarzana tzw. wermikompostu.

Fermentacja metanowa

Rys. 10. Uproszczony schemat fermentacji metanowej osadu

Jest to proces wielofazowy w którym w fazie I bakterie hydrolityczne za

pomocą enzymów zewnątrzkomórkowych rozkładają nierozpuszczalne związki

organiczne osadów (celuloza, ligniny, białka, tłuszcze) do związków rozpuszczalnych

w wodzie, takich jak kwasy tłuszczowe, alkohole, amoniak itd. (rys. 10).

W fazie II bakterie kwasowe rozkładają te związki rozpuszczalne do prostych

kwasów organicznych takich jak: kwas octowy, kwas propionowy, wodór i dwutlenek

węgla. Jest to tzw. fermentacja kwaśna. Metabolity fermentacji kwaśnej są

substratem fazy III dla bakterii heterotroficznych (kwas octowy) oraz dla bakterii

metanowych autotroficznych (wodór i dwutlenek węgla). Produktem metabolizmu

bakterii metanowych jest metan, dwutlenek węgla i woda. W większości przypadków

te bakterie limitują szybkość procesu fermentacji osadów, oznacza to, że są

wolniejsze od bakterii fazy kwaśnej. Należy proces prowadzić tak, aby kwasowe

FAZA 1

Bakterie zakwaszające FAZA 2

(kwasowe)

Kwasy

organiczne

CH4 + H2O CH4 + H2O

Bakterie hydrolityczne

Bakterie metanowe

(heterotroficzne)

Bakterie metanowe

(autotroficzne)

bakterie nie zdominowały komory fermentacji. Osiąga się to poprzez ograniczenie

doprowadzenia świeżego osadu (pokarmu). Bakterie metanowe są bardzo wrażliwe

na: temperaturę, odczyn, zawartość substancji toksycznych oraz namnażają się

bardzo wolno. Bakterie metanowe są łatwe do przytrucia lub nawet zabicia, a bardzo

trudne do wzrostu i namnażania.

Zaletą procesu fermentacji, oprócz stabilizacji osadów jest produkcja palnego

gazu. Gaz fermentacyjny zawiera około 70% metanu i około 30% dwutlenku węgla

(ZKF i OKF – w zależności czy ujmuje się gaz czy nie). Fermentację można

prowadzić w układzie jednostopniowym (bez / z odzyskiem gazu), lub w układzie

wielostopniowym (z odzyskiem gazu). Bilanse energetyczne wykazują, że ilość gazu

fermentacyjnego nie pozwala na pełne pokrycie zapotrzebowania energii przez

oczyszczalnię ścieków.

W zależności od temperatury fermentację dzielimy na:

- psychrofilową (T<20 stopni)

- mezofilową (T=30 –38 stopni)

- termofilową (T= 45 –58 stopni).

Podstawowymi wielkościami wpływającymi na przebieg procesu fermentacji jest

kontrola ilości i częstotliwości doprowadzania osadu surowego, intensywność

mieszania, odczyn, zawartość kwasów lotnych i zasadowość, temperatura,

substancje toksyczne, produkcja gazu.

Czas przebywania w komorze fermentacji gwarantujący minimalną stabilizację

osadu zwykle określa się jako 38% obniżki suchej masy organicznej i zależy on od

temperatury. Czas ten wydłuża się znacznie dla procesów prowadzonych w OKF, co

często wymaga wielu lat. Ważna jest także zawartość patogenów. Amerykańskie

wymogi mówią o dopuszczeniu 1 jaja robaków na 4 g s.m. osadu. W warunkach

polskich jaja Ascaris (glista ludzka) giną dopiero po 3-4 latach magazynowania OKF.

Ilość i częstotliwość doprowadzania osadu musi być zgodna z instrukcją

obsługi. Zależy to od temperatury fermentacji i wielkości oczyszczalni. W fermentacji

psychrofilowej dopuszcza się jedno- lub kilkakrotne zasilanie w ciągu doby. Przy

fermentacji mezofilowej można doprowadzać nie rzadziej niż 6 razy w ciągu doby,

zaś podczas fermentacji termofilowej częstotliwość zasilania osadem jest wyższa.

Intensywność mieszania zawartości komór fermentacyjnych zależy od

temperatury fermentacji (wyższa T – intensywność mieszania większa). Do

mieszania osadu w komorach filtracyjnych stosuje się: pompy wirowe, mieszacze

mechaniczne zewnętrzne lub wewnętrzne, sprężony gaz fermentacyjny oraz systemy

mieszane.

W czasie fermentacji w komorze powstaje stan równowagi pomiędzy

bakteriami poszczególnych faz oraz produktami ich metabolizmu. W prawidłowo

przebiegającej fermentacji odczyn cieczy nadosadowej jest obojętny i wynosi od

pH=7 do pH=7,2, przy równoczesnej zawartości kwasów lotnych od 100 do 500 mg/l

i zasadowości nie mniejszej od 500 mg CaCO3/l. Zawartość kwasów lotnych

wyrażonych jako kwas octowy nie powinna przekraczać wartości 2000 mg/l. Znaczne

obniżenie pH niestety oznacza załamanie procesu, co dla eksploatatora oznacza

alarm. Graniczne wartości odczynu w procesie fermentacji wynoszą od pH = 6,5 do

pH = 8,5. Wartość odczynu zależy od zdolności buforowych osadu w komorze

fermentacyjnej. Na zdolność buforową wpływa zasadowość (ilość węglanów i

kwaśnych węglanów) oraz ilość kwasów organicznych (tzw. kwasy lotne) w formie nie

zdysocjowanej. Obniżanie się odczynu w czasie fermentacji jest pierwszym

wskaźnikiem zakłóceń w przebiegu procesu

Dobrym wskaźnikiem oceny prawidłowego przebiegu procesu fermentacji jest

wartość stosunku kwasów lotnych (KL) do zasadowości (Z), który musi być stabilny.

Alarmujący poziom KL/Z wynosi 0,3. Powyżej tej wartości należy podjąć działania

korekcyjne (neutralizacja osadu w komorze za pomocą zasad lub soli: Ca(OH)2,

Na2CO3, NaOH lub NH4OH. Czynniki te należy wprowadzać sukcesywnie

(rozciągnięte w czasie) z powodu wiązania rozpuszczonego CO2.

ZADANIE

Oznaczono, że w osadzie z komory fermentacji zawartość kwasów lotnych wynosi:

KL = 160 mg/l. Zasadowość osadu ma wartość Z = 2280 mg CaCO3 /l. Jaka

przebiega proces fermentacji, a więc jaki jest wartość stosunku KL/Z. Ponieważ

wartość ta wynosi 0,07 to oznacza, że wszystko jest w porządku (zalecana wartość

0,3). Dane z eksploatacji wykazują, że dawka wapna (Ca(OH)2) do neutralizacji jest

równa zawartości kwasów lotnych (mierzona w mg/l).

Zagęszczanie grawitacyjne

Zagęszczanie to przebiega samorzutnie np. w osadnikach lub prowadzone

jest w oddzielnych urządzeniach tzw. wydzielonych zagęszczaczach osadu. Te

ostatnie pracują w sposób okresowy lub ciągły. W zagęszczaczach okresowych

(porcjowych) wyróżniamy fazy:

napełniania osadem surowym,

zagęszczanie osadu z mieszaniem lub bez,

odprowadzanie osadu zagęszczonego,

odprowadzenie cieczy nadosadowej.

W zagęszczaczach o pracy ciągłej (przepływowe) występuje stały dopływ

osadu surowego z ciągłym odprowadzaniem cieczy nadosadowej i osadu

zagęszczonego. W czasie zagęszczania grawitacyjnego, w obu typach

zagęszczaczy, występuje równocześnie sedymentacja i komprymacja (zagęszczanie

i ściskanie) cząstek osadu. Przy zagęszczaniu obowiązuje bilans masy i objętości

osadu jako:

Masa osadu w dopływie = masa osadu zagęszczonego + masa osadu w cieczy nadosadowej

Qos x C0 = Qz x Ce + Qc x Cc [kg s.m./m3]

Objętość osadu w dopływie = Objętość osadu zagęszczonego + Objętość cieczy nadosadowej

Qos = Qz + Qc [m3/d]

Qos- objętość osadu doprowadzanego do zagęszczacza, m3/d

Qz – objętość osadu zagęszczonego odprowadzanego z zagęszczacza, m3/d

Qc – objętość cieczy nadosadowej odprowadzanej z zagęszczacza, m3/d

C0 – sucha masa w osadzie doprowadzanym, kg s.m. /m3

Ce – sucha masa w osadzie zagęszczonym, , kg s.m. /m3

Cc – sucha masa w cieczy nadosadowej, , kg s.m. /m3

Zasadniczym wskaźnikiem efektywności procesu zagęszczania jest

uwodnienie osadu zagęszczonego lub stężenie suchej masy w osadzie

zagęszczonym. Wielkością charakteryzującą efektywność tego procesu jest

współczynnik stopnia zagęszczenia określany jako

nz = Ce/Co

Wartość współczynnika nz (im większa tym lepiej) zależy od suchej masy lub

uwodnienia osadu doprowadzanego, rodzaju i własności osadu, czasu zagęszczania,

temperatury i stosowania czynników wspomagających (polimery, mieszanie itp.).

W zagęszczaczach nie przepływowych efekt zagęszczania zależy od czasu

przetrzymania osadu i zdolności cząstek osadu do zagęszczania. Parametry te

wyznacza się na terenie oczyszczalni w prostych badaniach testowych, polegających

na określaniu zmian objętości warstwy osadu zagęszczonego w zależności od czasu,

w cylindrze miarowym o objętości 500 lub 1000 cm3.

czas [h]

Z doświadczalnie wyznaczonej krzywej objętości osadu zagęszczonego

można wyznaczyć Ce dla przyjętego czasu zagęszczania. Przy założeniu, że Cc = 0

(nie ma cząstek osadu w cieczy nadosadowej) równanie to przyjmuje postać

Ce = C0 x (V0/Ve)

gdzie: V0 – początkowa objętość osadu w cylindrze, cm3

Ve – objętość osadu zagęszczonego po czasie zagęszczania t, cm3

W zagęszczaczach przepływowych efekt zagęszczania zależy nie tylko od

czasu przetrzymania ale również i od obciążenia powierzchni zagęszczacza suchą

masą osadu (Qhz). Efekt zagęszczania zmniejsza się wraz ze zwiększeniem

obciążenia powierzchni zagęszczacza suchą masą osadu.

Qhz = Qos x C0/24 x A [kg s.m. /m2 x h

gdzie A – powierzchnia zagęszczacza, m2

Podstawowe zalecenia do eksploatacji zagęszczaczy są następujące:

- okresowe czyszczenie powierzchni z obcych „grubych” zanieczyszczeń

- niedopuszczenie do flotacji kożucha osadu w wyniku zagniwania osadu

- dobre zagęszczenie osadu zapewnia niska wartość obciążenia hydraulicznego

powierzchni zagęszczacza lub odpowiednio długi czas przetrzymania

- surowe osady wstępne zagęszczają się dobrze i nie wymagają z reguły

stosowania polimerów

- surowe, nadmierne osady biologiczne znacznie gorzej się zagęszczają

- nadmierne osady mają tendencję do stratyfikacji (warstwowania) w

zagęszczaczu, zagniwania oraz flotacji kożucha

- przy zagniwaniu osadu w komorze zagęszczacza należy obniżyć aktywność

biologiczną osadu poprzez wprowadzenie chloru, wody utlenionej lub

nadmanganianu potasu, których dawkę ustala się doświadczalnie

- efektywność zagęszczania zależy od temperatury (wzrost temperatury powyżej

20 stopni w układzie należy recyrkulować ciecz nadosadową

Ciecz nadosadowa

obj

ęt

ość

adu

- doprowadzenie osadów o wysokiej temperaturze może wywołać termiczną

stratyfikację

- mieszanie osadu znacznie poprawia efekty zagęszczania, ale może stwarzać

problemy z uciążliwością zapachową

- wysokość warstwy osadu zagęszczonego (od 0,3 do 1,5 metra) decyduje o

zawartości ciał stałych w osadzie zagęszczonym, optymalną wysokość ustala

operator

- dla osadów wstępnych czas przetrzymywania wynosi od 1 do 2 dób, dla osadów

zmieszanych od 18 do 30 godzin

- należy pamiętać o bieżącej konserwacji i kontroli urządzeń i układów

pomiarowych.

Zagęszczanie flotacyjne

Do zagęszczania osadów stosuje się układ flotacji z recyrkulacją cieczy

nadosadowej. Zagęszczacze te stosują głównie jako czynnik flotacyjny powietrze.

Podstawowym parametrem w tym procesie, decydującym o efektach zagęszczania,

jest stosunek objętości wydzielonego powietrza (Vp) do suchej masy osadu (C0) oraz

obciążenie zagęszczacza suchą masą. Najczęściej stosowana wartość Vp/C0 wynosi

od 0,02 do 0,04 kg powietrza/kg suchej masy osadu. Ciśnienia saturacji (nasycania)

wynoszą od 0,2 do 0,5 MPa (2 – 5atm.). Zagęszczanie flotacyjne wymaga często

wprowadzania do osadów polimerów celem zwiększenia efektywności procesu

(typowe dawki wynoszą od 2 do 5 kg polimeru na tonę s. m. osadu). Zalecenia do

eksploatacji tego typu flotacji:

- oczyszczać powierzchnie z obcych (grubych) zanieczyszczeń

- zagęszczacze te działają kilka godzin w ciągu doby

- dobrze działający zagęszczacz zapewnia zagęszczenie osadu zmieszanego do

co najmniej Ce > 5% oraz osadu nadmiernego do Ce > 4%

- nie należy nadmiernie zwiększać ciśnienia powietrza bo to obniża efektywność

zagęszczania

- zwiększenie czasu przetrzymania w komorze flotacji obniża zawartość osadu w

cieczy nadosadowej.

Zagęszczanie mechaniczne

Podstawowe urządzenia do zagęszczania mechanicznego to:

- zagęszczacze wirówkowe wykorzystujące do odwadniania siły odśrodkowe

- zagęszczacze filtracyjno-taśmowe oparte są na tych samych zasadach i

procesach jednostkowych co prasy filtracyjno-taśmowe. Różnica sprowadza się

do znacznie mniejszych ciśnień, a tym samym i znacznie mniejszych efektów

odwadniania

- zagęszczacze bębnowe lub bębnowo-ślimakowe. Są to urządzenia oparte na tym

samym mechanizmie odwadniania co sita bębnowe.

Wszystkie urządzenia do mechanicznego zagęszczania wymagają zbiorników do

magazynowania osadów oraz zbiorników do mieszania osadów surowych z

polimerami przed ich odprowadzeniem do urządzenia zagęszczającego. Bez

polimerów efektywność zagęszczania jest niska. Zagęszczanie to stosuje się głównie

dla nadmiernego osadu surowego po procesach biologicznych. Nie jest ekonomiczne

stosowanie tych urządzeń dla osadu wstępnego lub osadu po fermentacji.

Wirówki dobrze nadają się do zagęszczania osadu nadmiernego z procesów

biologicznego usuwania fosforu.

Zagęszczacze filtracyjno-taśmowe odwadniają osad poprzez filtrację cieczy

nadosadowej przez tkaninę filtracyjną. Efektywność zagęszczania w tych

urządzeniach zależy od:

- natężenia dopływu osadu i zawartości w nim ciał stałych

- dawki i rodzaju wprowadzanych polimerów

- szybkości przesuwu taśmy

- wielkości szczeliny pomiędzy taśmami oraz kąta pochylenia taśm.

Efektywność zagęszczania w zagęszczaczach bębnowych zależy od:

- natężenia dopływu osadu i zawartości w nim ciał stałych

- dawki i rodzaju wprowadzanych polimerów

- szybkości obrotu bębna

- grubości warstwy osadu w bębnie oraz kąta pochylenia bębna

ZADANIE

W osadzie z komory fermentacji zawartość kwasów lotnych wynosi: KL = 2100 mg/l.

Oblicz dawkę wapna do neutralizacji.

Dawka wapna = zawartość kwasów lotnych = 2100 mg Ca(OH)2/l osadu w komorze

fermentacji (2100 mg Ca(OH)2/l = 2100 g Ca(OH)2/m3= 2,1 kg Ca(OH)2/m3.

Wprowadzanie reagentów do osadu winno być rozciągnięte w czasie, ponieważ

część z nich (głównie zasady) będzie reagować z dwutlenkiem węgla zawartym w

gazie fermentacyjnym. Będzie to powodować zmniejszenie objętości gazu w

komorze. Zbyt duża jednorazowa dawka środka neutralizującego może spowodować

gwałtowny spadek ciśnienia gazu, aż do wytworzenia podciśnienia, czego

konsekwencją może być zassanie powietrza do gazu (powstanie mieszaniny

wybuchowej) lub zniszczenie stropu komory. Zagrożenia tego nie ma gdy do

neutralizacji stosuje się węglany sodu lub potasu.

Temperatura jest istotnym parametrem procesu fermentacji. Gwałtowne

zmiany temperatury o 10 stopni w ciągu doby powoduje obumieranie (szok

termiczny) bakterii metanowych, co wiąże się z zawartością LK w komorze, wzrostem

pH i spadkiem zasadowości. Zmiany w dobrze funkcjonujących komorach

fermentacyjnych nie powinny przekraczać 20C/dobę, co daje się zabezpieczyć

poprzez prawidłową eksploatację wymienników ciepła oraz urządzeń do mieszania.

Substancje toksyczne to przede wszystkim: siarczki, kwasy lotne, metale

ciężkie, amoniak, węglowodory itd. Metale ciężkie są toksyczne dla metanowców

tylko w formie kationów (siarczki nie są toksyczne).

Jeśli w komorach fermentacyjnych stwierdza się obecność siarkowodoru to

można założyć z pewnością brak wolnych kationów metali. Toksyczność różnych

zanieczyszczeń zależy od synergizmu lub antagonizmu z innymi zanieczyszczeniami.

Antagonizm obniża efekt toksyczny a synergizm wzmaga działanie pojedynczych

substancji

Tabela. Synergiczne i antagonistyczne kombinacje kationów

Kation toksyczny Synergiczne kationy

(zwiększenie toksyczności)

Antagonistyczne kationy

(zmniejszenie toksyczności)

Amonowy (NH4) Mg, Ca, K Na

Wapniowy (Ca) NH4, Mg K, Na

Magnezowy (Mg) NH4, Ca K, Na, NH4, Ca

Sodowy (Na) Ca, Mg, NH4 K

Ilość i skład powstającego gazu podczas fermentacji zależy od rodzaju osadu i

ilości związków organicznych, temperatury fermentacji i czasu fermentacji. W

większości przypadków gaz fermentacyjny zawiera około 67% metanu, około 30%

dwutlenku węgla, nieco pary wodnej, około 1-2% siarkowodoru oraz śladowe ilości

merkaptanów. Z 1 kg usuwanego ChZT uzyskuje się 0,35 m3 metanu. W praktyce,

dla mieszaniny substratów zawartych w osadzie surowym ilość powstającego gazu

fermentacyjnego wyznacza się w stosunku do suchej masy organicznej osadu

(s.m.o.) wprowadzanego do komory fermentacji.

ZADANIE

Z komory wydziela się średnio w ciągu doby 1500 m3/d gazu fermentacyjnego. Do

komory tej doprowadzane jest średnio 5000 kg/d suchej masy organicznej w osadzie

surowym. Oblicz jednostkową ilość gazu fermentacyjnego (A) powstającego z 1 kg

wprowadzanej suchej masy organicznej

A = produkcja gazu / s.m.o. w osadzie = 1500 / 5000 = 0,3 m3/kg s.m.o.

Tabela 3. Ilość gazu fermentacyjnego z 1 kg s.m. substratu wejściowego

Rodzaj substratu

Ilość gazu Skład gazu [%]

dm3 CH4 CO2

1. Skrobia, celuloza 825 50 50

2. Węglowodany (średnio) 790 50 50

3. Tłuszcze *) 1250 68 32

4. Białka 704 71 29

5. Osad ściekowy 878 – 1020 63,8 – 66,7 33,3 – 36,2

*) Tłuszcze z trudem ulegają fermentacji, zwłaszcza w niższych temperaturach.

Przed wykorzystaniem gazu fermentacyjnego poddaje się go oczyszczaniu

przede wszystkim z siarkowodoru, pary wodnej i cząstek stałych.

Otwarte komory fermentacyjne nie przewidują odzysku gazu, a gaz jest

bezpośrednio wprowadzany do atmosfery powodując jej zanieczyszczenie.

Tlenowa stabilizacja osadu

Jest to metoda wykorzystująca biologiczny rozkład zanieczyszczeń

organicznych zawartych w osadach surowych. Tlenowa stabilizacja oparta jest na

tlenowym rozkładzie masy organicznej w warunkach „głodu substratowego”, czyli

tzw. respiracji endogennej. Proces ten prowadzony jest w wydzielonych, otwartych

lub zamkniętych komorach z doprowadzeniem powietrza lub równolegle z

oczyszczaniem ścieków w komorach osadu czynnego w układzie z przedłużonym

napowietrzaniem. Proces ten powoduje zmniejszenie masy organicznej osadu.

Podstawowe parametry technologiczne procesu tlenowej stabilizacji to:

zawartość tlenu rozpuszczonego,

pH,

temperatura,

szybkość zużycia tlenu

wiek osadu.

Wiek osadu WO [d] = masa osadu w komorze (kg s.m.) /masa osadu usuwanego (kg s.m./d).

W wydzielonych komorach tlenowej stabilizacji wiek osadu (WO) może być równy

czasowi stabilizacji lub hydraulicznemu czasowi przetrzymania osadu. Wiek osadu

wpływa na szybkość poboru tlenu przez osad oraz na stopień stabilizacji osadu.

Stopień stabilizacji osadu zależy od ubytku masy organicznej osadu.

Dla typowych osadów ze ścieków miejskich i dla temperatury w komorze

tlenowej stabilizacji powyżej 10 stopni wymagany czas przetrzymania osadu w

komorze wynosi: od 20 do 25 dni dla osadu wstępnego, od 12 do 15 dni dla osadu

zmieszanego oraz od 6 do 8 dni przy stabilizacji tylko osadu nadmiernego. Czas

przetrzymania (wiek osadu) wpływa także na szybkość zużycia tlenu przez osad.

Wartość szybkości zużycia tlenu jest jednym z wskaźników oceny stopnia stabilizacji

osadu. Im mniejsza wartość tego wskaźnika, tym osad jest bardziej ustabilizowany.

Na utlenienie 1 g s.m. organicznej osadu potrzeba średnio 1,42 g tlenu, stąd dobowe

zapotrzebowanie tlenu do stabilizacji osadu określa się jako

Z = 1,42 X [(Ssur-Sstab)]/t x V {kg O2/d].

gdzie:

ssur – biologicznie rozkładalna s.m.o. w osadzie surowym [kg s.m.o. / m3]

sstab – biologicznie rozkładalna s.m.o. w osadzie po stabilizacji [kg s.m.o. / m3]

V – objętość komory tlenowej stabilizacji [m3[

t – czas przetrzymania w komorze stabilizacji [d]

Dane eksploatacyjne wykazują, że w komorach tlenowej stabilizacji

jednostkowa moc zainstalowana urządzeń napowietrzających winna wynosić od 40

do 60 W/m3, a ilość powietrza jaką należy dostarczać do komór stabilizacji powinna

zawierać się w przedziale od 0,9 do 1,8 m3 powietrza na m3 komory i godzinę.

Zawartość tlenu w komorach tlenowej stabilizacji winna wynosić od 0,5 do 2,0 gO2/m3

(mg/l). Przy niższych zawartościach tlenu może wystąpić znaczna uciążliwość

zapachowa.

Tlenowa stabilizacja jest energetycznie mniej korzystna od fermentacji

metanowej ponieważ wymaga ciągłego doprowadzania tlenu (energii). Proces

tlenowej stabilizacji jest ekonomicznie uzasadniony w oczyszczalniach o przepływie

ścieków poniżej 3000 – 5000 m3/d. Związki organiczne osadu są w czasie tlenowej

stabilizacji rozkładane do dwutlenku węgla.

Tlenowa stabilizacja powoduje znaczne obniżenie zawartości zanieczyszczeń

organicznych w cieczy nadosadowej. Termofilowa stabilizacja tlenowa powoduje

naturalne samoogrzanie osadu w warunkach tlenowych do temperatury 60-70 stopni

(analogia do kompostowania). Zaletą tego procesu jest skrócenie czasu stabilizacji

do 3-4 dni oraz temperaturowa (naturalna) pasteryzacja osadu. Wadami tego

procesu są wyższe koszty dostarczania tlenu, silne pienienie w komorze oraz

znaczna uciążliwość zapachowa, co wymaga budowy zamkniętych komór stabilizacji

wraz z instalacją do oczyszczania gazów odlotowych.

Kompostowanie

Kompostowaniu można poddawać osady surowe (mniej korzystne) lub osady

ustabilizowane po fermentacji lub tlenowej stabilizacji (rys. poniżej). Kompostowanie

wymaga zawsze odwodnienia osadów, nie można kompostować osadów w stanie

płynnym.

Kompostowanie pozwala na produkcję możliwego do sprzedaży z oczyszczalni

produktu. Kompostowanie zapewnia:

- stabilizację związków organicznych

- dezynfekcję naturalną (wysoka temperatura w czasie procesu)

- redukcję masy i uwodnienia osadów

- produkcję stabilnego produktu końcowego..

Rys. 11. Schemat procesów stosowanych przy tlenowym kompostowaniu osadów

Kompostowaniu poddaje się osady po zmieszaniu np. ze słomą lub trocinami,

w których zawartość ciał stałych waha się w granicach 40 do 50% a uwodnienie

odpowiednio od 60-50%. Wymagane jest osiągnięcie wartości stosunku węgla

organicznego do azotu 26:1. W warunkach tlenowych mieszanina ogrzewa się

samorzutnie do temperatury od 50 do 70 stopni. Kompostowanie w warunkach

beztlenowych jest uciążliwe zapachowo, stąd jest nie polecane. Proces ten można

prowadzić w układzie pryzmowym w małych i średnich oczyszczalniach lub w

Napowietrzanie

pryzm wentylatorami

Napowietrzanie przez

przekładanie pryzm

Osad

Recyrkulacja kompostu

Materiał

organiczny

Mieszanie

Sprzedaż

Magazynowanie

Przesianie

Dojrzewanie Suszenie

specjalnych reaktorach. We wszystkich kompostowniach, z uwagi na uciążliwość

zapachową, wymagana jest dezodoryzacja powietrza stosowanego do

napowietrzania. W kompostowaniu bardzo ważny jest uzupełniający materiał

stosowany do mieszania z osadami (trociny, słoma itp.), materiał ten często decyduje

o jakości kompostu oraz o szybkości kompostowania.