1. RÓŻNICE W SKŁADZIE WÓD PODZIEMNYCH I POWIERZCHNIOWYCH ORAZ UKŁADY TECHNOLOGICZNE ICH OCZYSZCZANIA

   w. podziemna:

   - jakościowo lepsza od powierzchniowej (oczyszczona w wyniku infiltracji)

   - zasolona (wskutek kontaktu ze skałami)

   - stały skład fizykochemiczny (główna różnica)

   - rzadko występują zawiesiny i koloidy

   - nadmierna ilość Fe i Mn

   - zawiera agresywny CO₂

   - zwykle nie ma tlenu rozpuszczonego (zaw O₂ maleje wraz z głębokością)

   - rzadko zawiera związki organiczne

   - niższa barwa i mętność (bardziej klarowna od powierzchniowej)

   Skład wód podziemnych zależy od:

• rodzaju i budowy skał, które mają bezpośredni kontakt z wodą,

• stopnia zwietrzenia i uziarnienia skał,

• prędkości przepływu wody,

• stopnia kontaktu z wodami powierzchniowymi i opadowymi.

  w. powierzchniowa:

  - zanieczyszczona zawiesinami, koloidami, sub. Rozpuszczonymi

  - duża barwa, mętność

  - obecność zw. org.

  Skład wód powierzchniowych zależy od:

• budowy geologicznej i topografii zlewni,

• intensywności rozpuszczania minerałów budujących zlewnię,

• procesów fizycznych (sedymentacja, sorpcja) i chemicznych (hydroliza, reakcja redoks),

• prędkości przepływu,

• wielkości powierzchni kontaktu wody z powietrzem atmosferycznym,

• rodzaju organizmów wodnych,

• temperatury i wielkości opadów atmosferycznych,

• działalności człowieka.

  Podstawowy układ technologiczny oczyszczania wód podziemnych:

  NAPOWIETRZANIE → FILTRACJA → DEZYNFEKCJA

  Podstawowy układ technologiczny oczyszczania wód powierzchniowych:

  KOAGULACJA → SEDYMENTACJA → FILTRACJA → DEZYNFEKCJA

1. CEL STOSOWANIA PROCESU KOAGULACJI; ISTOTA PROCESU ORAZ CZYNNIKI WSPÓŁDECYDUJĄCE O PRZEBIEGU I SKUTECZNOŚCI TEGO PROCESU.

   Celem stosowania procesu koagulacji jest łączenie się pojedynczych cząstek trudno opadających oraz koloidalnych w większe skupiska, tzw. aglomeraty, aby umożliwić ich usunięcie w późniejszych procesach: sedymentacja/flotacja oraz filtracja.

   Istota procesu – koagulacja prowadzona jest w dwóch fazach:

• FAZA I: trwa kilka sekund - po dodaniu koagulantu, następuje destabilizacja cząstek koloidalnych,

• FAZA II (FLOKULACJA): trwa znacznie dłużej , zdestabilizowane już koloidy zderzając się ze sobą tworzą aglomeraty.

  Czynniki współdecydujące o przebiegu i skuteczności koagulacji:

• obecność mikroorganizmów może zakłócać przebieg flokulacji, a więc może mieć negatywne w skutkach na końcową skuteczność koagulacji (w takim przypadku przed koagulacją należy zastosować dezynfekcję),

• dawka koagulantu musi być odpowiednia, tzn. taka aby potencjał elektrokinetyczny wynosił 0,

• rodzaj koagulantu – jest zależny od rodzaju przeważających zanieczyszczeń,

• czas przetrzymania wody w poszczególnych urządzeniach musi być odpowiedni – taki aby powstały kłaczki,

• odpowiednia temperatura – około 22°C,

• zastosowanie substancji wspomagających koagulację – celem ich stosowania jest przyspieszenie powstawania kłaczków, zwiększenie pojemności sorpcyjnej, zmniejszenie negatywnego wpływu niskich temperatur oraz zmniejszenie dawki koagulantu,

1. USUWANIE ZAWIESIN Z WÓD POWIERZCHNIOWYCH I PODZIEMNYCH W PROCESIE SEDYMENTACJI LUB FLOTACJI

   Sedymentacja – proces opadania zawiesiny ciała stałego w cieczy w wyniku działania siły grawitacji lub sił bezwładności. Sedymentacji ulegają zawiesiny i cząstki o gęstości większej niż gęstość cieczy.

   Ze względu na warunki hydrauliczne sedymentacje możemy podzielić na:

• opadanie swobodne – zachodzi przy małej liczbie cząstek. Każda cząstka opada oddzielnie i nie wpływa na inne.

• opadanie skupione – zachodzi przy dużym zagęszczeniu cząstek. Cząstki zderzają się ze sobą tworząc aglomeraty, dzięki czemu mniejsze cząstki mogą opadać szybciej.

• Opadanie zakłócone – dla zawiesin ziarnistych nie łączących się w aglomeraty – wiry powstające przy opadaniu cząstek większych wypierają cząstki mniejsze ku górze

  Skuteczność sedymentacji cząstek jest zależna od:

• gęstości cząstek,

• stężenia cząstek,

• wymiaru cząstek,

• kształtu cząstek,

• temperatury wody,

• prędkości i kierunku przepływu wody.

  Sedymentacja odbywa się w osadnikach. Możemy je podzielić na:

• osadniki o przepływie poziomym,

• osadniki o przepływie pionowym,

• osadniki o przepływie poziomo-pionowym,

• osadniki odśrodkowe,

• osadniki wielostrumieniowe,

• osadniki kontaktowe (klarowniki).

  Flotacja jest natomiast przeciwieństwem procesu sedymentacji, tzn. podczas flotacji usuwane są cząstki o gęstości mniejszej lub równej od gęstości wody. Do cząstek flotujących zalicza się przede wszystkim glony. Zazwyczaj stosuje się wspomaganie flotacji poprzez zastosowanie flotacji gazowej. Najczęściej spotyka się flotację ciśnieniową. Pęcherzyki powietrza wynoszą zawiesiny na powierzchnię wody następnie taki koncentrat flotacyjny jest zbierany w postaci piany.

1. FILTRACJA POWOLNA I POSPIESZNA ORAZ ZASTOSOWANIE TYCH PROCESÓW W USUWANIU ZANIECZYSZCZEŃ Z WÓD

   Najczęściej stosowanymi materiałami filtracyjnymi są: piasek kwarcowy, węgiel antracytowy i granulowany węgiel aktywny.

   Stosując filtrację pod kątem odkwaszania wody, jako materiał filtracyjny używa się: grysu marmurowego oraz prażonego dolomitu.

   Filtracja powolna - charakteryzuje się małą prędkością przepływu, około 0,1 m/h.

   W wyniku tak niewielkich prędkości, głównie na powierzchni złoża, wytwarza się błona biologiczna, którą tworzą bakterie saprofityczne. Obecność błony biologicznej wyklucza zastosowanie przed procesem filtracji powolnej chemikaliów.

   Filtracja powolna poza bardzo dobrą skutecznością usuwania bakterii – około 90%, zapewnia około 95% zmniejszenie mętności i około 60% utlenialności, a także obniża barwę. W wyniku procesów biochemicznych związanych z obecnością mikroorganizmów, w wodzie po filtracji, zmniejsza się stężenie tlenu rozpuszczonego, a wzrasta stężenie CO₂. Filtry powolne nie są płukane. Ich czyszczenie odbywa się na zasadzie usuwania wierzchniej warstwy złoża. Konsekwencją tego czynu jest zmniejszenie skuteczności usuwania przede wszystkim bakterii, ponieważ została w dużym stopniu usunięta błona biologiczna. Największą wadą filtrów powolnych jest natomiast bardzo duża wymagana powierzchnia, a co za tym idzie większe koszty inwestycyjne, a także znaczna uciążliwość przy czyszczeniu.

   Zaletą filtracji pospiesznej, w porównaniu do powolnej, są niższe koszty inwestycyjne, mniejsza powierzchnia oraz łatwiejsze ich oczyszczanie (płukanie).

   W procesie filtracji pospiesznej woda przepływa w zakresie prędkości od 5 do 25 m/h (powyżej 25 to filtry superpospieszne). Usuwa się tutaj głównie zawiesiny pochodzenia naturalnego, koloidy które nie zsedymentowały w osadniku oraz związki żelaza i manganu. Filtry pospieszne czyszczone są okresowo gdy zauważy się odpowiedni spadek ciśnienia. Wtedy to następuje płukanie filtru: od dołu do góry. Dwa główne stosowane rodzaje filtrów pospiesznych to: filtry pospieszne grawitacyjne – otwarte, filtry ciśnieniowe.

2. CEL I METODY ODKWASZANIA

   Celem odkwaszania wody jest pozbawienie jej cech agresywnych, tzn. usunięcie z wody agresywnego dwutlenku węgla w takiej ilości aby woda znalazła się w stanie równowagi węglanowo-wapniowej.

   Wyróżniamy dwie metody: fizyczną i chemiczną.

   Metody fizyczne (napowietrzanie) stosowane są do wód o zasadowości ogólnej powyżej 100 gCaCO₃/m³. Odkwaszanie mechaniczne polega na przejściu dwutlenku węgla z wody do powietrza, natomiast tlen i azot przechodzą z powietrza do wody. Wymiana ta zachodzi do momentu uzyskania stanu równowagi, tzn. do momentu, w którym stężenie CO₂ w fazie gazowej jest proporcjonalne do stężenia CO₂ w cieczy.

   Metody chemiczne stosuje się, jeżeli nie stosowano wcześniej metod fizycznych (zasadowość ≤100 gCaCO₃/m³) albo jeżeli metody fizyczne nie dały oczekiwanych efektów. Do niedawna najczęściej stosowano wapno palone, jednak z uwagi na uciążliwość w jego przygotowaniu obecnie najczęściej korzysta się z wapna hydratyzowanego.

3. USUWANIE NIEORGANICZNYCH I ORGANICZNYCH POŁĄCZEŃ ŻELAZA Z WODY PODZIEMNEJ I INFILTRACYJNEJ

   Usuwanie żelaza dotyczy głównie wód podziemnych i infiltracyjnych, bardzo rzadko powierzchniowych. Istota usunięcia żelaza z wody polega na utlenieniu Fe(II) do Fe(III), które jest już łatwowytracalne.

   Aby żelazo mogło zostać usunięte należy spełnić następujące warunki:

• zapewnić hydrolizę związków żelaza,

• utlenić jony Fe(II) do Fe(III),

• wytrącić i aglomerować cząstki Fe(OH)₃,usunąć wytrącony wodorotlenek żelaza

  Jeżeli żelazo występuje w wodzie w połączeniu z związkami nieorganicznymi to możemy zastosować standardowy proces oczyszczania:

  NAPOWIETRZANIE → SEDYMENTACJA → FILTRACJA → DEZYNFEKCJA

  Żelazo występujące w połączeniach organicznych stwarza duży problem w oczyszczaniu wody.

  Są to połączenia trwałe i trudno utlenić Fe(II) do Fe(III). To, że żelazo występuje w połączeniach organicznych można zauważyć poprzez podwyższoną barwę wody (z reguły woda podziemna i infiltracyjna ma niską barwę).

  Zastosowanie standardowego napowietrzania nie przynosi żadnych rezultatów.

  Najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie koagulacji siarczanem glinowym bądź wapnem. Koagulacja powinna być prowadzona w środowisku alkalicznym. Zastosowanie wapna wiąże się z obniżeniem zawartości magnezu, a także z koniecznością zastosowania rekarbonizacji (dawkowanie do wody CO₂) aby przywrócić wodzie stan równowagi węglanowo-wapniowej. Stwierdzono, że połączenie koagulacji z sedymentacją pozwala usunąć żelazo, a także obniżyć barwę i utlenialność.

1. PROCESY ELIMINACJI MANGANU Z WODY PODZIEMNEJ I INFILTRACYJNEJ

   Mangan nie jest tak łatwy do usunięcia jak żelazo, a wynika to z faktu że utlenianie manganu następuje dopiero po całkowitym utlenieniu żelaza.

   Istota usunięcia manganu polega na jego utlenieniu z Mn(II) do Mn(IV).

   Rolę utleniacza może pełnić tlen, jednak pH powinno wtedy wynosić co najmniej 9,5.

   Z powodu tak dużego pH stosowanie tlenu jako utleniacza jest raczej niemożliwe.

   Dlatego też z reguły stosuje się silniejsze utleniacze, które działają już przy niższym pH, takie jak: nadmanganian potasu, chlor czy ozon.

   Powszechną metodą usuwania manganu jest filtracja przez wpracowane złoże, którego ziarna pokryte są dwutlenkiem manganu. Dwutlenek manganu jest nierozpuszczalny w wodzie.

   Posiada natomiast zdolność sorpcyjną w stosunku do jonów metali, w tym manganu.

   Dwutlenek manganu spełnia przede wszystkim rolę utleniacza Mn(II) do Mn(III), a następnie dzięki obecności tlenu rozpuszczonego Mn(III) utleniane zostaje do Mn(IV) co umożliwia jego wytrącenie. Zastosowanie wpracowanego złoża filtracyjnego umożliwia usunięcie manganu bez konieczności wcześniejszej alkalizacji.

2. USUWANIE ZANIECZYSZCZEŃ ORGANICZNYCH Z WÓD

   Największym problemem w oczyszczaniu wody jest usunięcie z niej związków organicznych.

   Owe związki usuwane są w procesie sorpcji, która dzieli się na adsopcję i absorpcję.

   Najczęściej stosowanym sorbatem jest węgiel aktywny. Podczas sorpcji usuwane są zanieczyszczenia powodujące barwę i zapach, zanieczyszczenia będące prekursorami ChZO(chlorowane zw. org.) i THM (Trihalometany), a także zanieczyszczenia mające negatywny wpływ na zdrowie konsumentów. Adsorpcja polega na wiązaniu usuwanych zanieczyszczeń na powierzchni sorbentów.

   Absorpcja polega na wnikaniu w samo ziarno sorbenta.

   Jeżeli siły wiążące zanieczyszczenia są duże to dochodzi do procesu nieodwracalnego – sorpcji chemicznej. Jeżeli natomiast siły wiążące zanieczyszczenia są słabe, tzn. są wiązane siłami van der Waalsa to proces jest odwracalny – sorpcja fizyczna. Proces sorpcji może być prowadzony z wykorzystaniem pylistego, ziarnistego lub granulowanego węgla aktywnego.

   PWA dawkuje się najczęściej w procesie koagulacji, natomiast ZWA lub GWA stosowany jest jako jedna z warstw złoża filtracyjnego.

3. DEZYNFEKCJA WODY: CELE, METODY I UBOCZNE PRODUKTY DEZYNFEKCJI

   Celem dezynfekcji wody jest zniszczenie żywych i przetrwalnikowych form organizmów patogennych(chorobotwórczych) oraz zapobiegnięcie ich wtórnemu rozwojowi w sieci wodociągowej.

   Do dezynfekcji wody można wykorzystać metody fizyczne, takie jak:

• gotowanie i pasteryzacja wody – metoda stosowana głównie w gospodarstwie domowym;

• promieniowanie ultrafioletowe – metoda dobra ale bardzo krótkotrwała, w związku z tym nastąpi wtórne zanieczyszczenie;

• ultradźwięki – niestosowana metoda, nie do końca poznana.

  Najczęściej jednak stosuje się metody chemiczne, poprzez dawkowanie do wody:

• chloru,

• dwutlenku chloru,

• chloroamin,

• ozonu.

  Najskuteczniejszym z wyżej wymienionych dezynfektantów jest ozon. Jego wadą jest jednak krótki czas działania. Chloroaminy z kolei działają znacznie dłużej, jednak są słabym dezynfektantem.

  W związku z tym obecnie bardzo często wybiera się dwutlenek chloru, który jest stosunkowo skuteczny i trwały.

  Z racji tego, że dezynfektanty są również silnymi utleniaczami, może dojść do utlenienia związków nieorganicznych i organicznych znajdujących się w już oczyszczonej wodzie. O ile utlenienie związków nieorganicznych nie ma większego wpływu na wtórne zanieczyszczenie wody, o tyle związki organiczne stanowią duży problem. Mogą one utlenić się do postaci zagrażającej zdrowiu ludzi. Jednym z głównych wtórnych zanieczyszczeń wynikających z zastosowania procesu dezynfekcji są trihalometany (THM). Mogą one powstać jeżeli w wodzie w czasie dezynfekcji znajdują się kwasy humusowe, chlorofil czy metabolity organizmów wodnych.

1. ŚCIEKI I OSADY POWSTAJĄCE W UKŁADACH OCZYSZCZANIA WÓD I GOSPODARKA TYMI ODPADAMI

   Osady powstające w zakładach uzdatniania wody:

• osady pokoagulacyjne,

• osady zawierające wodorotlenek żelaza,

• osady powstałe podczas strąceniowych metod oczyszczania wody, np. zmiękczania,

• osady wydzielone ze ścieków.

  Ścieki powstające w zakładach oczyszczania wody:

• popłuczyny,

• zużyte czynniki stosowane do regeneracji jonitów,

• wody po płukaniu zbiorników i urządzeń.

  Gospodarka w/w odpadami polega na maksymalnym zmniejszeniu ich objętości, a także zagospodarowanie ich w sposób bezpieczny dla środowiska. Odpady (osady i ścieki) stanowią około 5% wydajności zakładu. Stosuje się tutaj najczęściej metody zagęszczania (pozbawianie wody) (poletka osadowe, odstojniki, laguny), kondycjonowania (jest to dodawanie do wody np. polimerów bądź wapna w celu zwiększenia podatności osadów na ich odwadnianie i zagęszczanie), odwadniania (prasy wirówki).

  Ostateczne unieszkodliwienie odpadów może zostać wykonane poprzez:

• składowanie ich na wysypiskach odpadów,

• wykorzystanie do rekultywacji terenów,

• zastosowanie w rolnictwie (rygorystyczne wymagania odnośnie składu),

• odprowadzenie do kanalizacji (obecny w ściekach glin i żelazo zwiększają stopień usuwania fosforanów ze ścieków komunalnych).

1. DANE WYJŚCIOWE DO PROJEKTOWANIA OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW.

Poprawne zaprojektowanie oczyszczalni ścieków miejskich wymaga przede wszystkim ustalenia:

1. miarodajnej ilości doprowadzanych do oczyszczalni ścieków,

2. miarodajnego składu ścieków surowych,

3. miarodajnego składu ścieków oczyszczanych,

4. uzyskanie niezbędnych uzgodnień przedprojektowych.

Ad. a) – miarodajna ilość oczyszczanych ścieków

- na podst obliczeń z wykorzystaniem literatury specjalistycznej, (gdy zlewnia nie jest uzbrojona w system kanalizacji)

- na podstawie pomiarów natężenia spływu ścieków ze zlewni dla której projektuje się oczyszczalnię (tylko w takim przypadku, gdy zlewnia jest uzbrojona w system kanalizacyjny).

-metoda z zastosowaniem wskaźników zapotrzebowania wody na cele byt-gosp i produkcyjne w przeliczeniu na 1 mieszkańca

-metody z zastosowaniem scalonych wskaźników zapotrzebowania wody dla różnych grup odbiorców na terenie jednostki osadniczej.(20-25lat)

-metody bilansowania ilości ścieków odpowiadających zużyciu wody dal różnych celów wyst na terenie jednost osadniczej.

Ad. b) – miarodajny skład ścieków surowych

Skład ścieków surowych doprowadzanych do oczyszczalni może być określony następująco:

• na podstawie obliczeń opartych o literaturę specjalistyczną,

• na podstawie wyników miarodajnych analiz ścieków (tylko wtedy, gdy zlewnia uzbrojona jest w kompletny system kanalizacji).

Przy braku wyników pomiarów rzeczywistych należy:

• obliczyć miarodajną ilość ścieków doprowadzanych do oczyszczalni,

• obliczyć miarodajną wartość dobowych ładunków zanieczyszczeń doprowadzanych do oczyszczalni, pochodzących z poszczególnych źródeł. (masę zanieczyszczeń niesioną ze ściekami w czasie)

Ładunek ścieków bytowo-gospodarczych

Ładunek zanieczyszczeń ścieków bytowo-gospodarczych obliczać należy wg równania:

gdzie:

Ł – obliczeniowy ładunek zanieczyszczeń, [kg/d],

M – ilość mieszkańców rzeczywistych w okresie na który projektuje się oczyszczalnie,

l j – ładunek jednostkowy zanieczyszczeń powstających od 1 mieszkańca, [g/M · d]

Ad. c) – miarodajny skład ścieków oczyszczonych

Miarodajny skład ścieków oczyszczonych winien być określony przez właściwy organ administracji publicznej (starosta lub wojewoda w zależności od przepustowości oczyszczalni ścieków).

• Przepisy polskie określające wymagany skład ścieków odprowadzanych do wód lub do ziemi

• Wymagany skład ścieków uwzględniający przepisy Unii Europejskiej i Rzeczpospolitej Polskiej

Celem wyznaczenia rzeczywistego składu ścieków oraz określenia miarodajnych wartości wskaźników i stężeń zanieczyszczeń należy przeprowadzić pomiary natężenia przepływu ścieków oraz wykonać analizy fizyko-chemiczne własności i składu ścieków.

Ad. d) – uzgodnienia jakie powinna mieć projektowana oczyszczalnie

• WARUNKI GRUNTOWO-WODNE

• DOSTAWA WODY

• ODBIÓR ODPADÓW

• LOKALIZACJA ZRZUTU ŚCIEKÓW DO ODBIORNIKA

• ENERGIA ELEKTRYCZNA

• DROGA DOJAZDOWA DO OCZYSZCZALNI

• OCHRONA ARCHEOLOGICZNA

• OCHRONA OCZYSZCZALNI PRZED POWODZIĄ

• KOLIZJE SIECIOWE

1. CHARAKTERYSTYKA ŚCIEKÓW KOMUNALNYCH (SKŁAD I WŁASNOŚCI).

Ścieki komunalne - SKŁAD :

są to ścieki bytowe lub mieszanina ścieków bytowych ze ściekami przemysłowymi albo wodami opadowymi lub roztopowymi, odprowadzane kanalizacją, bądź dowożone do oczyszczalni ścieków komunalnych.

Skład ścieków można określić jako:

ścieki = woda + domieszki

organiczne składniki ścieków : białka, węglowodany, tłuszcze, oleje, żywice, barwniki, fenole, produkty naftowe, detergenty, pestycydy itp. ponadto mikroorganizmy patogenne – chorobotwórcze: bakterie, pierwotniaki, helmintany, wirusy

Składnikami nieorganicznymi są zasady, kwasy nieorganiczne, metale ciężkie (ołów, miedź, rtęć, cynk, kadm, chrom) a także arsen, chlor, siarkowodór, jony siarczanowe, chlorkowe, azotanowe, fosforanowe, węglanowe, amonowe itd.

Właściwości:

- temperatura waha się od 10^oC w zimie do 15^oC w lecie i wpływa na szybkość przebiegu procesów biologicznego oczyszczania ścieków zarówno w oczyszczalni jak i samooczyszczania w odbiorniku

- dopuszczalne granice pH dla mieszaniny ścieków komunalnych i przemysłowych odprowadzanych do kanalizacji lub do odbiorników ścieków wynoszą 6,5÷9,0.

- Chlorki w ściekach pochodzą z wody wodociągowej (swoiste) oraz z zanieczyszczeń zawartych w ściekach. Stężenia chlorków w ściekach bytowych mogą przyjmować wartości z zakresu kilkunastu do kilkuset g Cl-/m³.

- Zasadowość ścieków surowych jest miarą zawartości kwaśnych węglanów wapnia Ca(HCO₃)₂ i magnezu Mg(HCO₃)₂ i zależna jest w zasadzie od zasadowości wody wodociągowej używanej na danym terenie.

- Zawartość Azot i fosfor. Ich źródłem w ściekach komunalnych są:

• zanieczyszczenia pochodzenia zwierzęcego i roślinnego,

• azotan sodu (lub inne związki chemiczne),

• azot atmosferyczny.

- Wg Imhoffa wyróżnia się:

• Ścieki świeże: charakteryzujące się stężeniem tlenu rozpuszczonego (ok. 6 gO₂/m³), o słabym zapachu, barwie żółto-szarej lub biało-szarej, zawierające zawiesiny łatwoopadające.

• Ścieki stare: zwietrzałe, charakteryzujące się stężeniem tlenu rozpuszczonego (1÷2 gO₂/m³), o barwie opalizującej, mlecznej, zawierającej zawiesiny silnie uwodnione (nierozbite dlatego łatwoopadającej).

• Ścieki zagniłe: nie zawierające tlenu, o zapachu siarkowodoru i czarnej barwie, nieprzeźroczyste, zawierające zawiesiny drobne, trudnoopadające. Ścieki te charakteryzują się niezwłocznym (natychmiastowym) chemicznym zapotrzebowaniem tlenu (NZT).

1. MECHANICZNE OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW.

- Mechaniczne oczyszczanie ścieków jest I stopniem oczyszczania ścieków.

- Przygotowuje ono ścieki do dalszej obróbki w oczyszczalni.

- Mechaniczne oczyszczanie ścieków eliminuje większe ciała stałe - skratki, pływające i wleczone, cząstki ziarniste o średnicy 0,1 mm i większe, zawiesiny łatwo opadające, oleje i tłuszcze.

Na całość zabiegów, określanych jako mechaniczne oczyszczanie ścieków, składają się następujące procesy:

• cedzenie - prowadzi do usunięcia ze ścieków substancji pływających i ciał wleczonych o dużych wymiarach. Do cedzenia używa się krat i sit.

• wznoszenie (flotacja) - prowadzi do usunięcia ze ścieków zanieczyszczeń o gęstości mniejszej niż woda. Na powierzchni ścieków zbierają się głównie oleje i tłuszcze, a urządzenia używane do ich usuwania to tłuszczowniki

• sedymentacja - prowadzi do usunięcia zanieczyszczeń o małych wymiarach i gęstości większej od wody. Proces sedymentacji zachodzi w osadnikach, przy odpowiedniej prędkości przepływu ścieków lub w urządzeniach o pracy cyklicznej (nie przepływowych)

• filtracja - służy do usuwania ze ścieków zanieczyszczeń o znacznym stopniu rozdrobnienia. Proces oczyszczania ścieków bytowo - gospodarczych bywa zakańczany filtracją, jeśli wymagania w zakresie zawartości zawiesin uzasadniają jej stosowanie.

W ciągu technologicznym mechanicznego oczyszczania ścieków, stosuje się przede wszystkim: kraty, sita, piaskowniki, tłuszczowniki oraz osadniki wstępne.

Jeśli zachodzi taka konieczność buduje się zintegrowane instalacje do przepłukiwania skratek i piasku.

Przy urządzeniach do usuwania ze ścieków ciał stałych często instaluje się urządzenia do obróbki skratek takie jak: praski do skratek, płuczki skratek, podajniki.

1. KONWENCJONALNE OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW OSADEM CZYNNYM I NA ZŁOŻACH BIOLOGICZNYCH (BEZ USUWANIA SUBSTANCJI BIOGENNYCH).

ZŁOŻE BIOLOGICZNE

Jest to urządzenie do biologicznego oczyszczania ścieków w środowisku powietrznym, pracujące na zasadzie przekraplania ścieków przez materiał wypełniający złoże.

Zasadniczą częścią złoża jest zatem materiał wypełniający, na powierzchni którego w czasie przekraplania ścieków rozwija się tzw. błona biologiczna.

Mikroorganizmy zasiedlające błonę biologiczną adsorbują zawarte w ściekach zanieczyszczenia organiczne i następnie rozkładają je w warunkach tlenowych.

Warunkiem odpowiedniej pracy złoża biologicznego jest istnienie odpowiedniej ilości błony biologicznej jak też łatwość dostępu tlenu do całej objętości złoża.

Służy do oczyszczania ścieków ulegających biodegradacji. Mogą być wykorzystywane do oczyszczania ścieków byt - gosp i przemysłowych. Wykonywane są w postaci kolumn przepływowych wypełnionych materiałem porowatym, naturalnym lub z tworzyw sztucznych na którym to materiale w skutek zanieczyszczenia ściekami rozwijają się mikroorg. nazywane błoną biologiczną o własnościach takich jak

osad czynny.

Rodzaje złóż biologicznych

a)stacjonarne - zalewane, zraszane, spłukiwane, wieżowe,

b)obrotowe - tarczowe, bębnowe, taśmowe.

OSAD CZYNNY

Oczyszczanie ścieków metodą osadu czynnego polega na ich napowietrzeniu z charakterystycznym zespołem drobnoustrojów, pierwotniaków czy zwierząt (wrotek) czyli tzw. osadem czynnym oraz na oddzieleniu osadu od oczyszczanych ścieków w osadnikach wtórnych.

Wskutek znacznych własności sorpcyjnych osadu czynnego związki organiczne zawarte w ściekach ulegają sorpcji na powierzchni kłaczków a następnie zostają utleniane lub zużyte na biosyntezę nowych komórek.

Efektywność oczyszczania zależy przede wszystkim od działalności fizjologicznej organizmów, których niezwykle duża liczba zgromadzona jest w małej objętości.

W procesie występuje przyrost biomasy (osadu wtórnego) – zatem konieczne jego oddzielenie (sedymentacja wtórna) i utylizacja (przeróbka osadu).

PARAMETRY

• WIEK OSADU (najważniejszy parametr, decyduje o efektach) Jest to średni czas przebywania kłaczków osadu czynnego w układzie (wynosi 1 ÷ 40 d). W oczyszczaniu ścieków bez usuwania substancji biogennych WO 3-7 dób

• STĘŻENIE OSADU W Komorze Osadu Czynnego x = 2000 ÷ 5000 gsm/m³ (najczęściej ok. 3000)

• CZAS PRZETRZYMANIA SCIEKÓW T = kilka do kilkanaście godzin (zależnie od WO i przyjmowanego x).

  Nie powinien być krótszy o ok. 3h.

• OBCIĄŻENIE OSADU, OBCIĄŻENIE OBJĘTOŚCI, INDEKS OSADU, STOPIEŃ RECYRKULACJI,

  STĘŻENIE OSADU RECYRKULOWANEGO, OBJĘTOŚĆ OSADU NADMIERNEGO

1. OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW OSADEM CZYNNYM I NA ZŁOŻACH BIOLOGICZNYCH Z USUWANIEM SUBSTANCJI BIOGENNYCH.

Azot i fosfor są pierwiastkami niezbędnymi dla wzrostu organizmów i określane są mianem biogenów lub biostymulatorów.

Zatem oczyszczanie ścieków z usuwaniem biogenów oznacza usuwanie ze ścieków związków azotu i fosforu.

• Zasady usuwania zw azotu ze ścieków

Amonifikacja - polega na przemianie azotu organicznego do azotu amonowego zgodnie z:

N_org + heterotrofy → NH4

(Heterotrofy - organizmy rozkładające martwą materię organiczną do prostych związków mineralnych)

Może przebiegać zarówno w warunkach tlenowych jak i beztlenowych. Charakteryzuje się znacznie większą ilością reakcji niż nitrifikacja - w procesach wielofazowego osadu czynnego można założyć całkowite przejście Norg w azot amonowy.

Nitrifikacja - WO 7-10 dób

jest to proces utleniania amoniaku(NH4) do azotanów.

Stężenie tlenu ok. 2gO2/m3 - Nitryfikacja biegnie tylko w warunkach tlenowych

Warunkiem nitryfikacji jest obecność nitryfikantów w osadzie czynnym.

Nitryfikanty mają długi czas generacji, zatem średni czas przetrzymania cząstek osadu w komorze napowietrzania (wiek osadu) musi być odpowiednio długi, żeby nitryfikanty zdążyły się „mnożyć”.

NH₄⁺ + 1,5O₂ NO₂^- + 2H⁺ + H₂O

NO₂^- + 0,5O₂ NO₃^-

NH₄⁼ + 2O₂ NO₃^- + 2H⁺ + H₂O

Reakcja utleniania NH4 do azotanów jest znacznie szybsza niż azotynów do azotanów zatem w większości przypadków po procesie nitryfikacji stężenie azotynów jest minimalne.

Denitryfikacja - Stężenie O₂ < 0,5 g/m³

polega na biochemicznej redukcji azotanów lub azotynów do azotu gazowego z jednoczesnym usuwaniem(asymilacja) zw organicznych które są źródłem węgla i energii dla heterotrofów prowadzących ten proces.

• Zasady usuwania zw fosforu ze ścieków

Defosfatacja ścieków

Biologiczne:

Konwencjonalna (naturalna) defosfatacja biologiczna wynika z procesów wzrostu mikroorganizmów

(osadu czynnego, złóż biologicznych), do których niezbędna jest podaż fosforu.

Zasymilowany przez biomasę fosfor stanowi trwały składnik biomasy.

Zasada „naturalnej” defosfatacji ścieków sprowadza się do usuwania fosforu ze ścieków poprzez jego ewakuację wraz z osadem nadmiernym.

Nadmiarowe biologiczne usuwanie fosforu prowadzone jest przez tzw. bakterie PAO które:

- są heterotrofami,

- są bezwzględnymi tlenowcami,

- jako źródło węgla wykorzystują niskocząsteczkowe rozpuszczone związki organiczne – głównie niskocząsteczkowe kwasy tłuszczowe (LKT – octan propionowy i inne) oraz alkohole,

- nie rozkładają węglowodanów,

- powoli wzrastają,

- w warunkach tlenowych i w mieszanej kulturze, z uwagi na powolny wzrost, nie mogą konkurować z innymi szybko rosnącymi heterotrofami,

- w warunkach naprzemiennych beztlenowo – tlenowych, które są „stresujące” dla szybkorosnących heterotrofów, istnieją warunki korzystne dla PAO (wygrywają one konkurencję).

Defosfatacja chemiczna może być realizowana jako samodzielny proces strącania fosforanów ze ścieków lub jako proces wspomagający wzmożoną defosfatację biologiczną w przypadku, gdy jest ona niewystarczająca. Pod pojęciem defosfatacji chemicznej należy rozumieć również chemiczne strącanie fosforanów z cieczy nadosadowej powstającej w poszczególnych obiektach gospodarki osadowej.

1. BILANSOWANIE MASY I OBJĘTOŚCI OSADÓW POWSTAJĄCYCH W PROCESIE OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW.

MASA OSADÓW – suma wszystkich osadów wydzielanych podczas procesu oczyszczania

Masa osadów wstępnych.

M_os^wst =Q∙C₀∙η Q- dopływ do osadnika

C_o – stężenie zawiesin ogólnych na dopływie,

η- stopień usunięcia zawiesin

Masa osadów pośrednich.

Masa osadów wtórnych.

Masa osadów wydzielanych w osadnikach wtórnych obejmuje:

M_os^wt - masa osadów wtórnych, kg sm/d

M_os^biol - masa osadów z biologicznego oczyszczania ścieków, kgsm/d

M_os^inert - masa osadów inertnych, części organiczne osadów biologicznych, nierozkładalne kgsm/d

M_os^mineral. - masa osadów mineralnych, kgsm/d

M_os^chem - masa osadów powstających w wyniku chemicznego wspomagania biologicznego oczyszczania ścieków, kgsm/d

OBJĘTOŚĆ OSADÓW

V – objętość osadów, m³

SM – zawartość suchej masy osadów, kgSM (SM=Mos∙η)

U – uwodnienie osadów, %

ρ - gęstość

1. CHEMIKALIA STOSOWANE W OCZYSZCZANIU ŚCIEKÓW I UNIESZKODLIWIANIU OSADÓW ŚCIEKOWYCH (JAKIE I W JAKIM CELU STOSOWANE).

Nazwa	Wzór chemiczny	Cel
Siarczan glinu	Al2(SO4)3∙18H2O	Koagulacja
Glinian sodowy	NaAlO2
Siarczan żelazawy	FeSO4∙7H2O
Chlorek żelazowy	FeCl3
Wapno palone	CaO
Wapno hydratyzowane	Ca(OH)2	Koagulacja, neutralizacja ścieków kwaśnych,
Dwutlenek siarki	SO2	Strącanie chromu
siarczanu żelazawego	FeSO4
pirosiarczyn sodowy	Na2S2O5
Chlor	Cl	Utlenianie zw. org itp. (więcej w pytaniu 20)
Tlen, Ozon	O2 O3
Wodorotlenek sodu	NaOH	neutralizacja ścieków kwaśnych,
Węglan sodu	Na2CO3
Węglan wapnia	CaCO3
	MgO
	H3PO4	neutralizacja ścieków zasadowych,
	HCl
	H2SO4
	CO2

1. METODY ZMNIEJSZANIA OBJĘTOŚCI OSADÓW I STABILIZACJI.

SPALANIE OSADÓW spalanie w złożu fluidalnym lub spalanie bezpośrednie (w piecach rusztowych, półkowych, obrotowych)

SUSZENIE OSADÓW - W wyniku wysuszenia osadów uzyskuje się znaczne obniżenie objętości i uwodnienia osadów, dzięki temu można obniżyć koszty związane ze składowaniem osadów na wysypiskach oraz z wywozem osadów. Produktem końcowym suszenia jest prawie bezpyłowy, stabilny granulat, pasteryzowany i równomiernie wysuszony, o zawartości suchej masy od 90 – 95%. Nadaje się idealnie do wykorzystania rolniczego (jeżeli jego parametry na to pozwalają), do zagospodarowania terenów zdegradowanych, jako materiał infiltracyjny lub paliwo alternatywne

SZKLIWIENIE OSADÓW - jest to nowoczesna technologia, pozwalająca z frakcji mineralnej uzyskać szkło budowlane, a nie popiół, jak w przypadku konwencjonalnych metod termicznego przekształcania.

FERMENTACJA METANOWA – w przypadku osadów ściekowych z dużą zawartością związków organicznych, podatnych na biologiczny rozkład. Sporo związków organicznych całkowicie rozkłada się do CO2 H2O i oczywiście CH4, zmniejszając oczywiście objętość i dodatkowo produkując biogaz z 50-80 % zawartością metanu, który można łatwo wykożystać jako źródło energii.

STABILIZACJA TLENOWA jest procesem używanym do stabilizacji osadów, wymaga on nakładów energii w postaci napowietrzania. Proces można prowadzić na różne sposoby, są to m.in. konwencjonalna stabilizacja tlenowa, stabilizacja tlenowa partiami bądź autotermiczna stabilizacja tlenowa. Na wybór metody prowadzenia procesu składają się takie czynniki jak: charakterystyka osadów, warunki klimatyczne, warunki jakie osady muszą spełniać po przeróbce.

STABILIZACJA WAPNEM palonym/hydratyzowanym

(metoda chemiczna)

Zastosowanie wapna umożliwia również zagospodarowanie odpadu, który w postaci mieszanki osadowo-wapiennej może być wykorzystany jako nawóz organiczny w rolnictwie i do rekultywacji gruntów.

(jeśli skład osadów na to pozwala)

1. Podstawy biologicznego oczyszczania ścieków.

   Drugi stopień oczyszczania ścieków - zwany biologicznym, polega na tym, że zanieczyszczenia

   rozpuszczone lub takie, które znajdują się w postaci bardzo drobnej zawiesiny - najczęściej tłuszcze, białka i węglowodany - rozkładane są przez mikroorganizmy gdzie część substancji organicznych zużywana jest do budowy nowych komórek bakterii, a część uwalniana w postaciu gazu

Biologiczne innymi słowy biochemiczne sposoby oczyszczania ścieków nierozerwalnie wiążą się z pracą czy współpracą drobnoustrojów. (którym zawdzięczamy istnienie naturalnych procesów samooczyszczania się środowiska).

Właściwie można powiedzieć że znane nam sposoby oczyszczania biologicznego są naśladownictwem procesów samooczyszczania zachodzących w przyrodzie.

Nie trudno więc zgadnąć, że intensyfikację procesów osiągniemy przez stworzenie dla drobnoustrojów optymalnych warunków rozwoju.

Innymi słowy prawidłowo zaprojektowany układ biologicznego oczyszczania powinien spełniać powyższe warunki:

• Równowaga między asymilacją (tworzeniem się nowych komórek), a mineralizacją (czyli rozpadem) związków organicznych

• Równowaga między ilością substancji pokarmowych a liczbą konsumentów (mikroorganizmów)

• Równowaga między biotopem a biocenozą (zespół populacji organizmów danego środowiska - biotopu)

PARAMETRY :

• Stechiometria i kinetyka procesu ( czyli szybkość rozkładu zanieczyszczeń )

• Współzależność między syntezą osadu i jego utlenianiem

• Zapotrzebowanie i zużycie tlenu

• Zapotrzebowanie związków pokarmowych ( takich jak azot fosfor)

• Wpływ pH, Temperatury, i toksyn

• Nitryfikacja i denitryfikacja

(Nitryfikacja (proces utleniania amoniaku i soli amonowych do azotanów(III) i azotanów(V) prowadzony przez bakterie nitryfikacyjne.)

Denitryfikacja (proces redukcji azotanów do azotu))

Jeśli mowa zaś o urządzeniach technicznych stosowanych w tym procesie to:

złoża biologiczne, (charakterystyczne zraszacze)

komory osadu czynnego (napowietrzanie ścieków)

1. CHEMICZNE OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW KOMUNALNYCH.

Powodem stosowania chemicznych metod w technologii oczyszczania ścieków jest:

• występowanie w ściekach dużej liczby trudno usuwalnych lub nierozkładalnych biologicznie zanieczyszczeń pochodzenia przemysłowego.

• wzrost wymagań w zakresie oczyszczania ścieków.

Polega to na:

• neutralizacji ścieków kwaśnych i zasadowych,(chemiczne zobojętnianie w celu dostosowania pH do odbiornika lub kanalizacji miejskiej , lub kolejnych procesów oczyszczania ścieków)

• utlenianiu chlorem i jego związkami oraz ozonem,(utl. chlorem: rozkład cyjanków, rozkład substancji organicznych, rozkład amoniaku, dezynfekcja; utl. ozonem: dezynfekcja, utlenianie specyficznych subst. takich jak fenole llub barwniki )

• redukcji chemiczna chromu,(po dodaniu reduktora chemicznego: Zredukowanie Cr⁶⁺ do Cr³⁺ _. Jako reduktor można stosować: SO₂, siarczanu żelazawego FeSO₄ lub siarczynów.)

• strącaniu chemicznym i koagulacji,

Proces koagulacji występuje zazwyczaj łącznie z chemicznym strącaniem. Oba współdziałające procesy przebiegają przy zastosowaniu tych samych koagulantów. Stosuje się je do osiągnięcia następujących celów:

• strącanie metali lub substancji barwnych w procesach podczyszczania lub końcowego oczyszczania ścieków przemysłowych,

• strącanie metali ze ścieków miejskich o dużym udziale ścieków przemysłowych w I st. oczyszczania przed oczyszczaniem biologicznym,

• wstępne oczyszczanie ścieków miejskich o dużym udziale ścieków przemysłowych w oczyszczalni fizyczno-chemicznej,

• podniesienie efektywności wstępnego oczyszczania ścieków w osadnikach przez wprowadzenie koagulantu do ścieków przed osadnikiem wstępnym,

• strącanie związków fosforu w celu ochrony powierzchniowych wód stojących przed eutrofizacją,

• polepszenie jakości odpływu z oczyszczalni biologicznej,

• usunięcie substancji refrakcyjnych,

• dekarbonizacja ścieków miejskich lub przemysłowych.

Do koagulacji typowych zanieczyszczeń w ściekach miejskich stosuje się najczęściej hydrolizujące sole żelaza i glinu:

- siarczan glinowy Al₂(SO₄)₃ ∙ 18H₂O,

- siarczan żelazawy FeSO₄ ∙ 7H₂O,

- siarczan żelazowy Fe₂(SO₄)₃ ∙ 9H₂O,

- glinian sodowy Na₂Al₂O₄.

- Wapno palone CaO

- Wapno hydratyzowane Ca(OH)₂

• wymiana jonowa zanieczyszczeń,

  • do usuwania i odzysku niektórych metali (miedź, chrom, cynk, cyna i in.) oraz innych związków w procesach podczyszczania ścieków przemysłowych,

  • do usuwanie niektórych związków refrakcyjnych przy odnowie wody ze ścieków miejskich i przemysłowych w systemach użytkowania wody w obiegach szeregowych lub zamkniętych,

  • w odnowie wody do demineralizacji odpływów zawierających nadmierne ilości rozpuszczonych soli.

Wymieniacze jonowe są formowane w postaci ziaren zbudowanych z polimerów.

Ze względu na rodzaj polimeru jonity podzielić można na nieorganiczne i organiczne oraz na naturalne lub syntetyczne.

• ekstrakcja do usuwania fenolu.

Oczyszczanie ścieków metodą ekstrakcji oparte jest na rozdziale substancji zanieczyszczającej na dwie ciecze wzajemnie nierozpuszczające się, proporcjonalnie do rozpuszczalności w nich usuwanego zanieczyszczenia. Przenoszenie ekstrahowanego składnika ze ścieków do rozpuszczalnika odbywa się pod wpływem różnicy stężeń.

Rozdział zanieczyszczenia między rozpuszczalnikiem (ekstrahentem) i wodą trwa tak długo, aż stężenia osiągną graniczne wartości, określone stanem równowagi.