Gospodarka osadami ściekowymi

W procesie oczyszczania ścieków powstają 3 rodzaje odpadów: skratki, piasek oraz osady ściekowe.

Osadem ściekowym nazywamy mieszaninę wody i ciał stałych oddzielonych z różnych typów wody w rezultacie procesów naturalnych lub sztucznych.

Osady ściekowe charakteryzują się następującymi specyficznymi cechami:

• Wysokim uwodnieniem, zmieniającym się od ponad 99% w przypadku osadów surowych do 85-55% dla osadów odwodnionych oraz poniżej 10% dla osadów wysuszonych termicznie,

• Wysoką zawartością związków organicznych, podatnych na biologiczny rozkład (od 75% Sm dla osadów surowych do 45-55% Sm dla osadów ustabilizowanych)

• Wysoką zawartością związków azotowych (od 2-7% Sm), przy niższej fosforu i potasu

• Zróżnicowanymi zawartościami metali ciężkich, z reguły najwyższymi w przypadku osadów wstępnych z dużych oczyszczalni zlokalizowanych w miastach silnie uprzemysłowionych,

• Na ogół niskimi zawartościami substancji niebezpiecznych,

• Zróżnicowanym stopniem zagrożenia sanitarnego, największym dla osadów surowych wstępnych, najmniejszym dla osadów ustabilizowanych i higienizowanych.

Pełny proces przeróbki osadów

Do procesów przeróbki osadów ściekowych realizowanych na oczyszczalni ścieków należą:

• Zagęszczanie- ma na celu zmniejszenie objętości osadu i musi być stosowane w każdej oczyszczalni, ponieważ poprawia lub wręcz umożliwia prace wszystkich dalszych procesów przeróbki osadu. Zagęszczenie oznacza zmniejszenie ilości wody z około 99% do 94%, a nawet i więcej. Usuwając główną część wody wolnej zwiększamy zawartość suchej masy z 1% do 6%, a tym samym wielokrotnie zmniejsza się objętość osadu.

Wyróżniamy następujące sposoby zagęszczania osadu: w osadniku, grawitacyjne, flotacyjne, mechaniczne.

• Stabilizacja- ma na celu mineralizację osadu. Jest ona podstawowym procesem ograniczającym agresywny charakter osadów w stosunku do środowiska, może być prowadzona metodami biologicznymi ,chemicznymi i fizycznymi.

Stabilizacja biologiczna to fermentacja, stabilizacja tlenowa, kompostowanie oraz dwustopniowa stabilizacja tlenowo-beztlenowa.

Stabilizacja chemiczna to między innymi wapnowanie i hemoliza.

Stabilizacja fizyczna to suszenie i spalanie.

Stabilizacja zmniejsza zagniwalność osadu poprzez obniżenie zawartości suchej masy organicznej.

Wybór odpowiedniej metody stabilizacji osadów zależy od wielu czynników, do najważniejszych z nich należą:

• Wielkość oczyszczalni

• Skład ścieków mający decydujący wpływ na skład otrzymanych osadów

• Sposób ostatecznego unieszkodliwiania osadów

• Higienizacja– oznacza zmniejszenie ilości organizmów chorobotwórczych. Nie jest to zabicie wszystkich organizmów, które nazywamy sterylizacją. Higienizacja może zachodzić wspólnie z procesem stabilizacji. Przykładem higienizacji jest proces wapnowania.

Możliwość wykorzystania wapna do niszczenia organizmów chorobotwórczych opiera się na wykorzystaniu ciepła, które wywiązuje się podczas reakcji hydratacji tlenku wapna wodą zawartą w osadach. Proces ten zachodzi z równaniem:

Cao + H₂O = Ca(OH)₂ + 1160 kJ/kg Cao

Poza temperaturą istotnym czynnikiem wpływającym na biobójczość procesu jest również wysoki odczyn wapnowanych osadów co prowadzi do zahamowania procesów życiowych organizmów. Dodatkowo, podczas wapnowania następuje szybkie uwalnianie amoniaku, który przenika przez błony komórkowe i zwiększa likwidację organizmów patogennych.

• Odwadnianie- rozdział osadu na suchy placek i czysty, pozbawiony zawiesin odciek. Odwadnianie osadu zmniejsza wydatnie jego objętość dając w efekcie placek o gęstości, zależnie od rodzaj urządzenia od 17-40% s.m..Stosuje się wirówki, prasy rotacyjne, taśmowe, komorowe i membranowe oraz mechaniczne i naturalne poletka odwadniająco- suszące. Składowiska odpadów komunalnych wymagają osadu odwodnionego. Praktycznie chodzi o to by osad nie odciekał w czasie wykorzystania na składowisku i był kopny lub ziemisty.

• Suszenie- stosowane musi być wtedy, gdy osad ma mieć gęstość większą od 20-35% s.m. ze względu na wymogi następnych procesów jak przyrodniczego wykorzystania czy spalania. Suszenie osadów polega na wytworzeniu z mechanicznie odwodnionego osadu trwałego produktu, który może być wykorzystywany jako granulowany nawóz organiczny lub paliwo energetyczne. W wyniku suszenia objętość mechanicznie odwodnionego osadu maleje 4 do 5-krotnie. Wysuszony termicznie osad jest pozbawiony organizmów chorobotwórczych, stąd też, jeśli nie zawiera nadmiernej koncentracji metali ciężkich, może być wykorzystywany w wyżej wymieniony sposób.

Uwarunkowania wyboru sposobu zagospodarowania osadów ściekowych

Wybór ostatecznej metody zagospodarowania osadów ściekowych jest uwarunkowany wieloma czynnikami. Problem zagospodarowania osadów ściekowych powinien być zintegrowany z procesem oczyszczania ścieków. Decydując się na konkretny sposób zagospodarowania osadów należy rozważyć aspekty techniczne, ekonomiczne, ekologiczne i uwarunkowania lokalne.

Ostateczne metody zagospodarowani osadów:

Przyrodnicze wykorzystanie

Przyrodnicze zagospodarowanie osadów ściekowych jest metodą pozwalającą wykorzystać ich właściwości nawozowe. Charakteryzuje się niskimi kosztami, jednak jej zastosowanie wiąże się z ograniczeniami wynikającymi ze składu chemicznego i sanitarnego osadów. Poza tym osady wytwarzane są przez okres całego roku, zaś możliwość ich zastosowania występuje znacznie rzadziej. Wymaga to odpowiedniego systemu magazynowania osadów i odpowiedniej liczby odbiorców. Dlatego decyzja o przyrodniczym wykorzystaniu osadów ściekowych musi być poprzedzona wnikliwą analizą wielu czynników.

W rozporządzeniu Ministra Środowiska w sprawie komunalnych osadów ściekowych określono warunki, jakie muszą być spełnione przy wykorzystaniu osadów ściekowych, dawki tych osadów, które można stosować na gruntach oraz zakres, częstotliwość i metody referencyjne badań osadów oraz gruntów , na których osady mają być stosowane. W chwili obecnej osady z większości polskich oczyszczalni spełniają wymogi rozporządzenia.

Ograniczenia w stosowaniu osadów ściekowych wynikają z zawartości metali ciężkich ze względu na ich toksyczne oddziaływanie na organizmy żywe oraz zdolność do bioakumulacji.

Ważnym problemem który może istotnie ograniczyć stosowanie osadów ściekowych w rolnictwie jest zawartość mikrozanieczyszczeń organicznych. Obecność tych substancji w osadach stanowi duże zagrożenie dla zdrowia przy konsumpcji plonów wyhodowanych na glebie nawożonej takimi osadami ściekowymi. Podobne zagrożenie stwarza obecność patogenów – bakterii chorobotwórczych, pierwotniaków, grzybów pleśniowych i pasożytów. Stosowane procesy higienizacji osadów(wapnowanie, pasteryzacja, kompostowanie) nie zawsze są skuteczne.

Wnoszenie do gleby składników zgromadzonych w osadach ściekowych jest właściwe nie tylko z gospodarczego punktu widzenia, lecz także niezbędne do zachowania i odtwarzania ekologicznej równowagi. Skład mineralny i organiczny osadów z komunalnych oczyszczalni ścieków jest zbliżony do glebowej substancji organicznej, zwanej próchnicą. Dzięki temu możliwe jest przyrodnicze wykorzystanie osadów ściekowych. Pod pojęciem przyrodniczego użytkowania osadów ściekowych rozumie się stosowanie tych osadów do:

• Nawożenia gleb i roślin,

• Rekultywacji gleb zdegradowanych,

• Roślinnego utrwalania powierzchni gruntów narażonych na erozyjne działanie wody i wiatru,

• Produkcji kompostu na wyżej wymienione cele.

Termiczne

Do termicznych metod utylizacji osadów ściekowych można zaliczyć:

• Spalanie, czyli pełne utlenianie substancji organicznej zawartej w osadach,

• Termiczne suszenie

Dające różne produkty końcowe i mające różne zastosowania.

Termiczne suszenie stosowane jest w celu:

• Zmniejszenia wilgotności, masy i objętości osadów przed ich usuwaniem na składowisko, w przypadku ograniczeń ilościowych stawianych przez właściciela składowiska,

• Higienizacji osadu przed wykorzystaniem do celów rolniczych, jednocześnie uzyskuje się materiał stabilny, łatwy do transportu, bez zapachu- nieuciążliwy dla otoczenia, łatwy do dawkowania na polu,

• Przygotowania osadu do spalania w odrębnym piecu lub wspólnie z odpadami komunalnymi.

Spalanie osadu ma na celu jego całkowite unieszkodliwienie przy wykorzystaniu energii cieplnej do suszenia osadów lub w innym celu. Pozostałości po odrębnym spalaniu osadów mogą być przydatne do wykorzystania gospodarczego.

Normalna zawartość w osadzie składników palnych: węgla, wodoru i siarki powoduje, że substancja palna osadu ma wartość opałową zbliżoną do węgla brunatnego.

Popiół ze spalania osadów wykorzystywany jest do produkcji cegieł, mas asfaltowych, jako granulat do celów drogowych lub deponowany jest na składowiskach komunalnych lub przemysłowych.

Składowanie

Składowisko osadów ściekowych rożni się znacznie od składowiska odpadów komunalnych:

• Składowiska osadów podlegają szybszej konsolidacji w porównaniu ze składowiskami odpadów komunalnych. Prawie cała konsolidacja zachodzi w ciągu jednego roku.

• Jednorodny skład fizyczny materiałów w składowisku osadów.

• Jednakowa jakość chemiczno- biologiczna materiału.

• Znikoma produkcja gazów i zapachów.

• Osady zdeponowane w składowisku są po 3-5 latach zhumifikowane i w pełni bezpieczne pod względem sanitarnym do przyrodniczego wykorzystania.

Lokalizacja składowiska osadów wykonywana jest tak, jak dla składowiska odpadów komunalnych. Ponieważ obszar niezbędny pod składowisko osadów jest znacznie mniejszy niż w przypadku odpadów stałych- stąd łatwiej jest zlokalizować stosowny teren. Jakość osadów kierowanych na takie składowiska powinna być taka sama, jak w przypadku składowisk odpadów komunalnych. Stosuje się wszystkie przepisy obowiązujące przy składowiskach odpadów komunalnych.

Kompostowanie osadów ściekowych

Kompostowanie jest tradycyjnym procesem przeróbki odpadów organicznych pochodzenia komunalnego, przemysłowego i rolniczego.

Kompostowanie osadu jest procesem wielofunkcyjnym mającym na celu:

• Zniszczenie organizmów chorobotwórczych

• Stabilizację związków organicznych- dojrzewanie

• Wysuszenie osadu

• Wyprodukowanie materiału który można wykorzystać przyrodniczo lub sprzedać.

Proces kompostowania powinien być stosowany tylko do osadów nadających się do wykorzystania pod względem niskiej zawartości metali ciężkich i zanieczyszczeń specjalnych. Kompostować można tylko materiał o niskim uwodnieniu.

Podstawowe zalety i wady kompostowania osadów ściekowych:

Zalety:

• Redukcja objętości materiału, który musi być transportowany z oczyszczani do rolników

• Ułatwienie w stosowaniu(w rolnictwie) ze względu na mniejszą zawartość wody,

• Kontrola zawartości azotu i fosforu do poziomu wymaganego przez zastosowanie rolnicze,

Wady:

• Napowietrzanie podczas kompostowania wymaga energii

• Potrzebny jest rynek zbytu na kompost

• Koszty kompostowania są wyższe od prostego wprowadzania osadów do gleby w celu wykorzystania rolniczego,

• Brak wiedzy o zawartości organicznych mikrozanieczyszczeń i patogenów w osadach ściekowych i ich wpływu na łańcuch pokarmowy.

Bibliografia:

1. Łuczak G., 2007 Zarządzanie gospodarką odpadami. Futura. Poznań

2. Oleszkiewicz J.,1998 Gospodarka osadami ściekowymi. LEM s.c. Kraków

3. Suchy M., 1997 Gospodarka osadami ściekowymi. Państwowa Inspekcja Ochrony Środowiska Rzeszów

4. Janosz-Rajczyk M.2004 Komunalne osady ściekowe Częstochowa