Oczyszczanie ścieków

1. Definicja ścieków

Ścieki - to substancje ciekłe, które wprowadzane bezpośrednio lub za pośrednictwem urządzeń kanalizacyjnych do wód albo do ziemi mogą je zanieczyszczać, zmieniać ich stan fizyczny, chemiczny lub biologiczny albo działać niszcząco na świat roślinny lub zwierzęcy.

2. Podział ścieków.

W zależności od pochodzenia ścieki dzieli się na:

-bytowo-gospodarcze - pochodzą z bezpośredniego otoczenia człowieka, a więc z domów mieszkalnych, budynków gospodarczych, miejsc użyteczności publicznej, zakładów pracy. Powstają one w wyniku zaspokajania potrzeb gospodarczych i higieniczno-sanitarnych. Ścieki te zawierają dużą ilość zawiesin oraz związków organicznych i nieorganicznych; mogą się w nich także znajdować wirusy i bakterie chorobotwórcze oraz jaja robaków pasożytniczych. Skażenie powierzchniowych i podziemnych wód ściekami bytowymi stanowi poważne zagrożenie higieniczne i epidemiologiczne.

-przemysłowe - powstają w zakładach produkcyjnych i usługowych podczas różnych procesów technologicznych. Ilość i rodzaj ścieków przemysłowych zależy od rodzaju przedsiębiorstwa, technologii produkcji, ilości zużywanej wody. Do najważniejszych źródeł zanieczyszczenia wód ściekami należą przemysły: paliwowo-energetyczny, metalurgiczny, górniczy, elektromaszynowy, włókienniczy, chemiczny, garbarski i spożywczy.

-opadowe - powstają w wyniku spływów deszczowych (kwaśne deszcze), topnienia śniegu, a także przy myciu i polewaniu ulic miast.

3.Etapy oczyszczania ścieków (ciąg technologiczny).

Oczyszczanie mechaniczne

Ściek doprowadzany jest do oczyszczalni grawitacyjnie dwoma kanałami. Pierwszym etapem usuwania zanieczyszczeń jest skierowanie ścieku do hali krat. Całość przepływa przez kraty rzadkie (kanał o szerokości 2,5 m z siatką pręcików oddalonych od siebie o 40 mm),
a następnie przez kraty gęste (kanał o szerokości 1,8 m z siatką pręcików oddalonych od siebie o 6 mm). Na kratach zatrzymywane są skratki, czyli największe zanieczyszczenia, które wyrzucamy do kanalizacji (np. resztki jedzenia). Zatrzymane na kratach zanieczyszczenia transportowane są do prasopłuczek, które płuczą i odwadniają skratki. Z kolei piasek ze ścieku zatrzymywany jest w piaskownikach. Tak uzyskane odpady stałe (skratki i piasek) są przekazywane do kontenerów wywożonych na wysypiska śmieci.

Po usunięciu piasku ścieki zawierają zanieczyszczenia organiczne rozpuszczone, koloidalne i zawiesinę. W osadnikach wstępnych dokonuje się usunięcia zawiesin łatwo opadających poprzez zapewnienie wystarczająco powolnego przepływu laminarnego ścieków (warstwy ścieków nie mieszają się), pozwalającego opaść zawiesinom, które mają masę niewiele większą od wody. W osadnikach wstępnych w wyniku procesu sedymentacji (opadania pod wpływem grawitacji lub siły bezwładności) następuje oddzielenie łatwo opadających zawiesin organicznych od ścieków. W osadnikach wstępnych zachodzi również odtłuszczanie.

Oczyszczanie biologiczne

Pozbawiony już piasku i skratek ściek poddawany jest działaniu mikroorganizmów, które
w 6 bioreaktorach "żywią się" związkami węgla, azotu i fosforu i tym samym je skutecznie usuwają. Związków tych należy się pozbyć, gdyż są niebezpieczne dla ekosystemów wodnych.

Tak przetworzone ścieki trafiają do osadników wtórnych, w których osadzają się zanieczyszczenia. Część z nich wraca powtórnie do obróbki w bioreaktorach, a reszta wędruje do obiektów gospodarki osadowej celem ich zagęszczenia. Ponadto, oczyszczony ściek z osadników wtórnych tafia do rzeki Warty. Zmieszane osady trafiają do Wydzielonych Komór Fermentacyjnych, gdzie w temperaturze 35 oC w wyniku beztlenowej fermentacji przez około 30 dni następuje rozkład związków organicznych. W tym czasie powstaje biogaz (w ilości ok. 16 000 m3/dobę), który następnie spalany jest w Stacji Gazogeneratorów w celu produkcji tzw. "zielonej energii". Wyprodukowana energia pokrywa ok. 50% zapotrzebowania na energię elektryczną całej oczyszczalni.

4. Procesy zachodzące w bioreaktorach.

Bioreaktorem nazywamy urządzenie, które służy do przeprowadzania procesów biochemicznych w warunkach kontrolowanych.

BZT₅- Pięciodobowe biochemiczne zapotrzebowanie na tlen - jest to umowny wskaźnik określający ilość tlenu zużytego do rozkładu (utlenienia) związków organicznych zawartych w wodzie lub ściekach w temperaturze 20°C, w określonym czasie, przy udziale mikroorganizmów. Oznaczenia O₂ dokonuje się za pomocą metody Winklera lub metodą elektrochemiczną. Wartość BZT₅ otrzymujemy jako wskaźnik analizy polegającej na pomiarze zużycia tlenu przez mikroorganizmy w badanej próbce wody lub ścieków w ciągu 5 dób. Im wyższa wartość BZT₅ tym intensywniejsze są procesy rozkładu w danym zbiorniku.

Denitryfikacja - proces redukcji azotanów NO₃ do wolnego azotu (N₂) przeprowadzany przez anaerobowe bakterie żyjące głównie w głębokich warstwach gleby na poziomie lustra wód gruntowych lub w głębokich warstwach słabo mieszających się jezior. Działa przeciwstawnie do nitryfikacji. Prowadzi do zubożenia gleby w łatwo przyswajalny dla roślin azot. Odgrywa natomiast pozytywną rolę w procesie samooczyszczania wód. Jest jednym z etapów obiegu azotu w przyrodzie.

NO₃^- → NO₂^- → NO → N₂O → N₂

Defosfatacja - biochemiczny lub fizykochemiczny proces usuwania związków fosforu ze ścieków komunalnych. Defosfatacja może przebiegać poprzez wykorzystanie fosforu przez bakterie Acinobacter do procesów życiowych lub koagulacją solami glinu lub żelaza i filtracją.

Nitryfikacja - proces przebudowy jonów amonowych (NH₄) w jony azotanowe (NO₃) zachodzący w środowisku glebowym przy udziale bakterii nitryfikacyjnych. Odbywa się dwustopniowo. Pierwszy stopień polega na utlenianiu jonów amonowych do jonów azotanowych (III) - NO₂. Uczestniczą w nim bakterie z rodzaju Nitrosomonas i Nitrococcus (nitrozobakterie). W drugim etapie następuje dalsze utlenianie jonów. W tym procesie biorą udział bakterie z rodzaju Nitrobacter (nitrobakterie).

NH₄^- → NO₂^- → NO₃^-

5. Osady.

Osady ściekowe są produktem ubocznym oczyszczania ścieków i powstają wskutek szeregu procesów fizycznych, fizyczno-chemicznych i biologicznych zachodzących w oczyszczalniach ścieków.

Rodzaje osadów
Osad wstępny Powstaje w osadnikach wstępnych w wyniku opadania pod wpływem siły grawitacji lub siły bezwładności zawiesin łatwo opadających (oczyszczanie mechaniczne)

Rodzaje osadów - Do typowych odpadów powstających podczas oczyszczania ścieków miejskich i przemysłowych należą:

#skratki – powstające podczas cedzenia na kratach i sitach,

#piasek – usuwany w urządzeniu zwanym piaskownikiem,

#osady z osadników wstępnych w postaci łatwoopadalnych zawiesin wraz z częściami pływającymi,

t#łuszcze występujące w postaci kożucha usuwane w odtłuszczaczach,

#osady związane z biologicznym oczyszczaniem w postaci kawałków błony biologicznej lub nadmiernego osadu czynnego,

#osady związane z prowadzeniem procesu strącania chemicznego [1].

Sposób przeróbki:

Do jednostkowych procesów przeróbki osadów ściekowych zaliczyć można: zagęszczanie, stabilizację, kondycjonowanie, odwadnianie, higienizację, suszenie. Jednak nie na każdej oczyszczalni wszystkie te operacje muszą mieć miejsce. Niektóre z operacji jednostkowych mogą być łączone. Dla właściwej przeróbki osadów przed ich końcowym wykorzystaniem niezbędne są jednak cztery podstawowe procesy:

• zagęszczanie

• stabilizacja,

• higienizacja,

• odwadnianie.

Zasadnicze cele przeróbki osadów to:

−zmniejszenie objętości osadów,

−stabilizacja osadów poprzez obniżenie w nich zawartości związków organicznych, higienizacja osadów,

−przygotowanie osadów do ostatecznego zagospodarowania lub unieszkodliwiania.

Sposoby zagospodarowania:

Na przestrzeni ostatnich kilku lat zagospodarowanie osadów w Polsce realizowane było poprzez:

−rolnicze wykorzystanie,

−rekultywację terenów przemysłowych oraz składowisk odpadów,

−kształtowanie terenów oczyszczalni ścieków oraz magazynowanie osadów na terenie oczyszczalni,

−produkcję roślin na kompost,

−składowanie na składowiskach odpadów komunalnych,

−termiczną utylizację.

6. Parametry ścieków

ChzT - Chemiczne zapotrzebowanie na tlen - jest to umowny wskaźnik jakości wód, wyrażający ilość zużytego tlenu (mgO₂/dm³) na procesy utleniania związków organicznych i nieorganicznych, ulegających utlenianiu w warunkach otoczenia. Informuje on o zawartości związków organicznych oraz niektórych nieorganicznych (np. sole żelazowe, siarczki) ulegających utlenianiu pod wpływem silnych utleniaczy. W oznaczeniu wykorzystuje się dwuchromian potasu (metoda dwuchromianowa).

BZT₅- Pięciodobowe biochemiczne zapotrzebowanie na tlen - jest to umowny wskaźnik określający ilość tlenu zużytego do rozkładu (utlenienia) związków organicznych zawartych w wodzie lub ściekach w temperaturze 20°C, w określonym czasie, przy udziale mikroorganizmów. Oznaczenia O₂ dokonuje się za pomocą metody Winklera lub metodą elektrochemiczną. Wartość BZT₅ otrzymujemy jako wskaźnik analizy polegającej na pomiarze zużycia tlenu przez mikroorganizmy w badanej próbce wody lub ścieków w ciągu 5 dób. Im wyższa wartość BZT₅ tym intensywniejsze są procesy rozkładu w danym zbiorniku.

Z.O. - Zawiesiny Ogólne - suma substancji łatwo opadających w ściekach organicznych i nieorganicznych. Minimalny rozmiar cząstek oznaczanych w ściekach definiuje norma. Wynosi on 0,45 µm.

N.O. - Azot ogólny - suma związków azotu znajdujących się w ściekach (azotyny, azotany, azot amonowy, azot organiczny). Związki fosforu i azotu są głównymi biogenami w ściekach. Powodują eutrofizację (użyźnianie) wód w rzekach i zbiornikach wodnych. Proces ten jest niekorzystny, ponieważ powoduje „zakwit” wód. Pojawiają się duże ilości mikroorganizmów, głównie sinic, które zużywają znaczne ilości tlenu uniemożliwiając oddychanie organizmów wyższych. W efekcie zbiornik lub ciek pustynnieje i giną organizmy wyższe.

P.O. - Fosfor ogólny - suma związków fosforu znajdujących się w ściekach (ortofosforany, polifosforany, fosfor organiczny).