Złoża biologiczne są urządzeniami biologicznego oczyszczania ścieków w szczególności związków węgla i azotu. W poniższym artykule, krótko przedstawię podstawowe układy ciągów technologicznych opartych na złożach biologicznych przystosowanych do usuwania związków azotu na drodze biologicznej. Oczyszczanie ścieków na złożach biologicznych musi być poprzedzone stopniem mechanicznym pozwalającym na oddzielenie większych zanieczyszczeń ze ścieków. Usunięcie części stałych ma na celu zabezpieczenie układu zraszającego złoże biologiczne przed uszkodzeniem oraz zapobieganie zatykaniu się wolnych przestrzeni złoża biologicznego. Jako stopień mechanicznego oczyszczania ścieków najczęściej stosowane są osadniki Imhoffa lub gnilne wykonane jako zbiorniki wielokomorowe. Każda oczyszczalnia biologiczna musi być także wyposażona w osadnik wtórny oddzielający nadmiar błony biologicznej od ścieków. Złoża biologiczne zalane, jak i fluidalne, mogą działać analogicznie jak układy SBR osadu czynnego tj. cyklicznie w jednym urządzeniu mogą być prowadzone procesy tlenowe jak i beztlenowe.

Układ jednostopniowy

Podstawowym układem oczyszczania ścieków przy wykorzystaniu złóż biologicznych to układ jednostopniowy, stosowany jest głownie do usuwania związków węgla. W przypadku odpowiednio dużej powierzchni złoża biologicznego do ładunku zanieczyszczeń na złożu mogą zachodzić także procesy nitryfikacji. Ciąg technologiczny składa się z: osadnika wstępnego, złoża biologicznego, osadnika wtórnego.

Układ z pełną nitryfikacją

Jest to układ dwustopniowy składający się z:

• osadnika wstępnego,

• złoża biologicznego I° na którym zachodzi utlenianie związków węgla,

• osadnika pośredniego (opcjonalnie),

• złoża biologicznego II° stanowiącego złoże nitryfikacyjne,

• osadnika wtórnego

Osadnik wtórny znajdujący się pomiędzy złożami jest opcjonalny. Brak osadnika pośredniego powoduje konieczność zwiększenia objętości złoża drugiego stopnia, dlatego też zaleca się wykorzystanie osadnika pośredniego w układzie technologicznym. Układ może zostać sprowadzony do układu jednostopniowego pod warunkiem zachowania całkowitej objętości złoża równej sumie objętości złoża pierwszego stopnia i złoża nitryfikacyjnego.

Układ z denitryfikacją i nitryfikacją

Układ złóż zraszanych z denitryfikacją w wielokomorowym osadniku gnilnym (denitryfikacja wstępna). Z uwagi na trudności prowadzenia denitryfikacji na złożach biologicznych układ taki jest bardzo rzadko stosowany. Najczęściej złoża denitryfikacyjne są urządzeniami, które nie wyszły poza obszar badań. W celu prowadzenia denitryfikacji na złożu zraszanym, należy zamknąć szczelnie złoże ograniczając dostęp powietrza. Należy również zalać króćce doprowadzające i odprowadzające ściek do i ze złoża. Złoża denitryfikacyjne zraszane stosowane są jako kolejny III° oczyszczania ścieków. Innym rozwiązaniem denitryfikacji jest recyrkulacja ścieków z II° złoża biologicznego (nitryfikacyjne) do drugiej komory wielokomorowego osadnika gnilnego, stanowiącego część mechaniczną oczyszczalni. Panujące w osadniku gnilnym warunki beztlenowe umożliwiają przeprowadzenie procesu denitryfikacji.

Schemat złoża zastosowanego na oczyszczalni

Ściany złoża biologicznego mogą być wykonane z betonu lub paneli z tworzyw sztucznych. Wypełnienie - czyli podłoże do rozwoju bakterii może być wykonane z różnorodnych materiałów opisanych w następnym punkcie. W przypadku oczyszczalni w Oleśnie ściany są z żelbetonu, a wypełnienie jest wykonane z pakietów tworzywa sztucznego. Złoże spoczywa na ruszcie, który zapewnia dostęp powietrza od spodu. Na dole ścian można zauważyć szczeliny wentylacyjne, zapewniające właściwe natlenienie i przewietrzenie złoża. Szczeliny muszą być drożne, gdyż zablokowanie grozi obumarciem złoża. Nasze złoża są wyniesione ponad grunt, a sama oczyszczalnia jest w szczerym polu. Zimą panują tu dość surowe warunki atmosferyczne. Silne i mroźne wiatry nie należą do rzadkości. Dlatego w celu ochrony złóż przed nadmiernym wychłodzeniem zakrywamy szczeliny wlotowe paletami (widoczne na kilku fotografiach). Nie blokuje to dostępu powietrza, a znacznie hamuje wtargnięcie mroźnego powietrza do złoża. Pierwotnym założeniem projektantów było ogrzewanie złoża poprzez zastosowanie wymienników ciepła i nadmuch. Ciepło miało być wytwarzane w drugim kotle kotłowni. Jednak złoża nie posiadają zadaszenia, więc takie rozwiązanie było nonsensowne. Jednak sam sztuczny nadmuch można stosować w przypadku gdy złoże nie wytwarza dostatecznego ciągu kominowego (jest niskie).

Wypełnienie złoża

Wypełnienie może być pakietowe lub swobodnie usypane. Na wypełnienie stosowane są tworzywa sztuczne, kamienie, koks dawniej żużel. Wypełnienie jest nośnikiem, na którym rozwijają się kolonie bakteryjne. Powinno charakteryzować się:

• dużą powierzchnią czynną,

• niskim oporem hydraulicznym,

• małą martwą objętością - strefą gdzie nie docierają ścieki i powietrze,

• równomiernością rozprowadzenia ścieków i powietrza,

• obojętnością chemiczną dla bakterii (żużel nie jest obojętny).