Ścieki powstają z wód zużytych na cele produkcyjne i socjalno-gospodarcze oraz z wód opadowych. Dzieli się je na:
ścieki socjalno-bytowe - z umywali, kuchni łaźni, pralni itp. - powstające w gospodarstwach domowych, obiektach użyteczności publicznej, zakładach przemysłowych itp.,
ścieki technologiczne - powstają w wyniku działalności produkcyjnej w zakładach przemysłowych,
ścieki opadowe - wody deszczowe lub z topniejącego śniegu i lodu.
Do oczyszczalni, w zależności od rodzaju kanalizacji doprowadzane są wszystkie lub tylko niektóre rodzaje ścieków. Na terenach niezurbanizowanych stosowana jest zazwyczaj tylko sieć kanalizacji sanitarnej z kanalizacji rozdzielczej, którą odprowadzane są głównie ścieki socjalno-bytowe oraz przemysłowe. Ponadto, do oczyszczalni dopływają wody technologiczne ze stacji uzdatniania wody oraz wody infiltracyjne.
Można przyjmować, że ilość ścieków socjalno-bytowych waha się od 90 do 100% zapotrzebowania na wodę. Wielkości te uzasadnione są pewną retencją sieci oraz opóźnieniem w czasie odpływu w stosunku do czasu poboru wody.
Ilość ścieków technologicznych ze stacji uzdatniania wody równa się ilości ścieków powstających przy płukaniu filtrów i powinna być przyjmowana na podstawie dokumentacji technicznej. W przypadku braku dokumentacji wielkość tę przyjmuje się od 5 do 10% średniego dobowego zapotrzebowania na wodę.
Wszystkie ścieki odprowadzane są w końcowym etapie do jakiegoś otwartego odbiornika. Mogą przy tym wywoływać np. przykre zapachy, zmianę smaku wody, śnięcie ryb itd. Zdrowie człowieka może być zagrożone przez zakażenie wody pitnej, terenów kąpielowych, czy środków spożywczych. W ten sposób rozprzestrzeniają się różne choroby, jak: cholera, dur brzuszny i żółtaczka zakaźna. Ograniczona może również przydatność wody rzecznej dla potrzeb rolnictwa i przemysłu. Oczyszczanie ścieków ma chronić odbiornik przed zanieczyszczeniem. Zadanie to rozwiązuje się nie tylko przez oczyszczanie ścieków. Istnieją również środki techniczne chroniące odbiornik.
Oczyszczalnia ścieków jest tylko jednym z ogniw powiązanej ze sobą gospodarki wodnej i ściekowej, co powinni uwzględnić wszyscy odpowiedzialni za stan czystości wód na terenach całych zlewni rzek, a więc właściwe władze i urzędy nadzoru czystości wód (Państwowa Inspekcja Wód przy Centralnym Urzędzie Gospodarki Wodnej ), które powinny być zakładane szczególnie wówczas, gdy istnieje możliwość budowy dużych oczyszczalniach centralnych, które zapewnią znacznie wyższy stopień oczyszczania ścieków, niż by można to uzyskać w najlepszych pojedynczych oczyszczalniach lokalnych. Przy wyborze metod oczyszczania należy uwzględnić sprawność poszczególnych procesów ich koszt oraz wymagania stawiane odbiornikowi. Ponadto należy rozważyć możliwość rolniczego wykorzystania ścieków.
Przy oczyszczaniu ścieków rozróżnia się procesy mechaniczne (fizyczne), chemiczne i biologiczne.
Do procesów mechanicznych zaliczamy: cedzenie, flotację i sedymentację. Wszystkie procesy mechaniczne dotyczą tylko substancji nierozpuszczalnych, czyli zawieszonych w ściekach.
do procesu cedzenia zaliczamy: sita i kraty. Sita jako jedyne urządzenia oczyszczania instaluje się obecnie rzadko i to tylko w przypadkach odprowadzania ścieków do dużych rzek lub do morza, gdzie wody odbiornika gwarantują dostateczne rozcieńczenie ścieków. Zasadniczo wymaga się, aby na sitach zostały zatrzymane zawiesiny większe niż 3 mm. Sprawność sit wynosi zaledwie 1/5 sprawności osadników. Odróżnia się sita oczyszczane mechanicznie i przez spłukiwanie. Zawiesiny zatrzymane na pierwszym rodzaju sit usuwa się do specjalnych zbiorników. Substancje zatrzymane na sitach drugiego rodzaju są spłukiwane ściekami lub wodą czystą do specjalnego osadnika lub do komory fermentacyjnej. Kraty dzielimy na: rzadkie, gęste i prostokątne. Do wstępnego oczyszczania ścieków przed osadnikami zaleca się kraty rzadkie o prześwicie 40- 50 mm. Mają one zaletę, że przepuszczają kał i papiery, które opadają w osadniku wraz z osadem, zatrzymują natomiast substancje mogące spowodować zatkanie przewodu, a te należy usuwać osobno. Dla dużych dopływów zakłada się przelew do kanału omijającego, zaopatrzony również w pionową kratę rzadką, ale o prześwicie ok. 100 mm. Od czasu zastosowania zgarniaczy osadów w osadnikach powstała potrzeba stosowania mechanicznych krat gęstych, o prześwicie 20 mm., w celu ochrony pomp i czułych mechanizmów. W oczyszczalniach większych stosuje się natomiast kraty prostokątne. Ogólnie mówiąc proces cedzenia polega na tym, że duże ciała pływające wskutek swej wielkości są zatrzymywane na sitach lub na kratach.
przez flotację można usunąć ze ścieków zawiesiny cięższe od wody. W tym celu stosuje się przedmuchiwanie ścieków sprężonym powietrzem. Proces flotacji jest szeroko stosowany w przemyśle do tzw. procesu wzbogacania węgla lub rud. Niektóre zanieczyszczenia można oddzielić od ścieków przez ułatwienie im wypływania na powierzchnię, skąd się je następnie usuwa. Dotyczy to przede wszystkim olejów i tłuszczów, których ciężar właściwy jest mniejszy od wody. Proces flotacji prowadzi się dodając do wody specjalne związki a przede wszystkim:- związki zwane „zbieraczami”, które ulegają adsorpcji na powierzchni niektórych ciał, tworząc dookoła nich błonkę; zawierają one przeważnie azot lub siarkę.- środki „pianotwórcze”, które zmniejszają napięcie powierzchniowe wody i umożliwiają przylgnięcie pęcherzyków powietrza do uprzednio zwilżonych zbieraczem cząstek, np. oleje, tłuszcze, żywice, kleje. Ogólnie mówiąc proces flotacji polega na tym, że wskutek mniejszego ciężary właściwego niż woda, substancje wypływają na powierzchnię wody
Ścieki miejskie zawierają najwięcej zawiesin drobnych, których nie można zatrzymać za pomocą cedzenia. Nie można ich również oddzielić metodami flotacji, gdyż są cięższe od ścieków. Trzeba je oddzielić w osadnikach przez sedymentację. Kierunek przepływu ścieków w osadnikach może być poziomy lub pionowy. Przebieg procesu opadania zawiesin w ściekach określa się w lejach Imhoffa. Pozwala to oznaczyć czas opadania, potrzebny do uzyskania odpowiedniego wyniku oczyszczania. W osadnikach proces opadania przebiega podobnie z tą jedynie różnicą, że ciecz w osadniku znajduje się w ruchu a nie w spoczynku. Rozróżnia się zawiesiny ziarniste ( piasek, cząstki węgla ), których poszczególne cząstki opadają w kierunku dna osadnika niezależnie od innych i z jednakową prędkością oraz zawiesiny kłaczkowate ( wodorotlenek żelazowy, osad czynny ), które w czasie opadania zlepiają się w coraz większe kłaczki i wskutek tego opadają z coraz większą prędkością. Ogólnie mówiąc proces sedymentacji polega na tym, że większego ciężaru właściwego niż woda, substancje stałe opadają na dno osadników
Do chemicznych sposobów oczyszczania ścieków zaliczamy chemiczne strącanie i chlorowanie.
Środki strącające (koagulanty) powodują przekształcenie zawiesin trudno opadających i części koloidów w postaci kłaczków, które już łatwo opadają. Najlepszymi koagulantami ścieków miejskich są siarczan i chlorek żelaza. Koagulantem do ścieków z płuczek węgla może być wapno oraz mąka kartoflana z ługiem sodowym. Po dodaniu koagulanta ścieki mieszają się najpierw szybko, a następnie wolno przez 10 do 20 min., dla wytworzenia możliwie dużych kłaczków. Do wolnego mieszania służą mieszadła, pompy lub sprężone powietrze. W celu oddzielenia kłaczków, ścieki kieruje się do osadników o czasie przepływu 1 do 4 godz. Drobne zawiesiny pochodzące z koagulacji mają charakter wyraźnie kłaczkowaty. Do ich usuwania stosuje się osadniki szczególnie o przepływie pionowym. Według doświadczeń Schmidta i Degenera kłaczkowanie można poprawić, dodając do ścieków papkę węgla brunatnego; w tym celu stosuje się w USA dodatek miazgi drzewnej. Dodatki te ułatwiają sztuczne suszenie, a następnie spalanie osadu. Objętość osadu po koagulacji ulega dużemu zwiększeniu, gdyż powiększa się ilość strąconych zawiesin, a ponadto dochodzą jeszcze wprowadzane związki chemiczne. Główną przyczyną jest jednak zwiększony stopień uwodnienia. Objętość osadu pokoagulacyjnego jest 2 do 3 razy większa od ilości osadu po mechanicznym oczyszczaniu ścieków. Jeżeli stosuje się także dodatek wapna, objętość osadu może być jeszcze większa. Miazga drzewna i węgiel brunatny zwiększają nie tylko objętość, ale również suchą pozostałość osadu. Chemiczne strącanie oczyszcza ścieki w stopniu pośrednim między wynikami oczyszczania mechanicznego, a pełnego biologicznego, natomiast w połączeniu z zawiesinami węgla brunatnego lub filtrami piaskowymi i chlorowaniem uzyskuje się odpływ nie zagniwający, oczyszczony w stopniu zbliżonym do biologicznego. Bardzo skutecznym sposobem oczyszczania, szczególnie ścieków przemysłowych, jest połączenie strącania chemicznego solami żelaza z procesem osadu czynnego. Chemiczne strącanie daje dobre wyniki przy oczyszczaniu ścieków z miast przemysłowych, w których oczyszczanie biologiczne może zawodzić. Przy odpowiedniej wartości odczynu (pH) ścieków, można z nich wytrącić rozpuszczone wodorotlenki żelaza i toksycznych metali kolorowych. W ściekach zawierających dużą ilość domieszek organicznych, tworzą się koloidy ochronne, a stopień wytrącenia metali zmniejsza się i wynosi tylko 50-70%. Koszt eksploatacji oczyszczalni ścieków opartej na chemicznym strącaniu wynosi przy całorocznej pracy prawie tyle, co oczyszczalni biologicznej, jakkolwiek stopień oczyszczania jest mniejszy. Strącanie chemiczne jest korzystne, jeżeli przez większą część roku wystarcza oczyszczanie w osadnikach, a stosowanie kosztownych koagulantów ogranicza się do kilku miesięcy letnich, czyli przy sezonowej pracy oczyszczalni chemicznej. Chemiczne strącanie pozwala bez większych kosztów na zwiększenie stopnia oczyszczania ścieków w istniejących już osadnikach oraz na przygotowanie ścieków przemysłowych do oczyszczania biologicznego.
Chlorowanie stosuje się je do odkażania ścieków surowych lub oczyszczonych, do poprawy wyników sedymentacji, do odtłuszczania, zwalczania zapachu ścieków i osadów, do niszczenia grzybków i larw owadów w złożach zraszanych, do usuwania błon ze złóż biologicznych, do zagęszczenia osadu czynnego oraz do ochrony odbiorników, kąpielisk i zakładów wodociągowych przed zakażeniem. Działanie chloru polega głównie na utlenianiu i niszczeniu organizmów roślinnych i zwierzęcych. Chlorowanie w połączeniu z zastosowaniem osadników jest doskonałym sposobem oczyszczania ścieków, szczególnie jeżeli chodzi o zabezpieczenie przed zakażeniem odbiorników z kąpieliskami, pól ostryg i małży oraz wód zasilających zakłady wodociągowe. Metoda ta ma również zastosowanie, podobnie jak oczyszczanie chemiczne do szkodliwych ścieków przemysłowych, których biologicznie oczyszczać nie można. Jest ona szczególnie korzystna, jeżeli wystarczają same tylko osadniki, a dodatek chloru jest niezbędny tylko w pewnych okresach. W razie potrzeby chloratory można zainstalować w oczyszczalni w ciągu kilku dni.
Przy oczyszczaniu ścieków przeważają jednak procesy biologiczne (biochemiczne), związane z działaniem życiowym mikroorganizmów. O przebiegu tych procesów decyduje stosunek ogólnego ładunku zanieczyszczeń do ilości tlenu. Procesy życiowe mogą przebiegać w dwóch przeciwnych kierunkach, a mianowicie: utleniania ( wiązanie się z tlenem ) lub redukcji ( odłączenie tlenu ). Biologiczne sposoby oczyszczania ścieków opierają się głównie na procesach utleniania: mokre spalanie- Jeżeli oczyszczanie ścieków środkami mechanicznymi ( cedzenie, sedymentacja ) jest niewystarczające, wykorzystuje się wówczas współpracę drobnoustrojów, którym zawdzięczamy również naturalne procesy oczyszczania w przyrodzie. Oczyszczanie ścieków nazywamy wówczas biologicznym. Specjalne miejsce zajmują procesy „gnilne”, które przebiegają w środowisku beztlenowym. W wyniku procesów życiowych mikroorganizmów powstają kłaczkowate skupienia, które tworzą stałą błonkę na ziarnach gruntu pól irygowanych lub na materiale złóż biologicznych albo wolno pływają w wodzie, np. w osadzie czynnym. Błony biologiczne i kłaczki absorbują ze ścieków najdrobniejsze zanieczyszczenia, nawet rozpuszczone, które w następstwie zostają rozłożone przez drobnoustroje, a szczególnie przez bakterie. Proces ten przebiega tylko w warunkach tlenowych, dlatego woda musi bezwarunkowo zawierać tlen, który w miarę zużywania przez bakterie powinien być stale uzupełniany. W nieznacznej ilości tlen jest wytwarzany przez glony w złożach zraszanych, a szczególnie w stawach pod wpływem światła słonecznego. Decydujący jest jednak pobór tlenu z atmosfery, szczególnie przez powierzchnię wody, kontaktującej się z powietrzem. Przy sztucznych procesach dąży się do zwiększenia powierzchni kontaktu przez przedmuchiwanie wody, np. przy osadzie czynnym lub przy rozdeszczaniu wody w atmosferze powietrza, podobnie jak w złożach zraszanych i na zraszanych polach irygowanych. W obu przypadkach pobór tlenu przez kłaczki osadu i błonkę biologiczną jest wzmagany poprzez przedłużenie czasu i zwiększenie powierzchni kontaktu. Urządzenia biologicznej oczyszczalni ścieków powinny być tak zaprojektowane, aby pływające lub osadzone kłaczki i błonki biologiczne miały dostateczną przestrzeń do napowietrzania się. Każdemu więc obciążonemu odpowiada pewna minimalna powierzchnia.- Natomiast fermentacja osadów ściekowych jest procesem redukcyjnym; jeżeli świeże osady są fermentowane pod wodą, w pierwszym okresie wytwarza się tylko wodór, dwutlenek węgla i cuchnące gazy. Osad, początkowo obojętny, już w pierwszym dniu staje się kwaśny. Ta faza fermentacji została nazwana fermentacją kwaśną. Jest ona bardzo niepożądana przy oczyszczaniu ścieków, gdyż przebiega zbyt wolno i nieznacznie zmniejsza objętość osadów, które poza tym cuchną i źle wysychają. Osad jest ciągliwy o barwie żółtoszarej. Ze względu na znaczenie przesycenie gazami silnie się pieni i łatwo wypływa na powierzchnię. Druga faza fermentacji jest odmienna od fermentacji kwaśnej i przebiega w dobrze wpracowanej komorze fermentacyjnej. W wyniku tej fermentacji powstaje kwas węglowy, azot, a przede wszystkim metan. Proces ten jest bezwonny. Nazwano go fermentacją zasadową lub metanową.
Podsumowanie:
Ustalenie właściwego stopnia oczyszczania ścieków jest zagadnieniem podstawowym dla wybory właściwej koncepcji oczyszczania. Przy obliczeniach należy rozważać takie sposoby oczyszczania ścieków, żeby uzyskany efekt uczynił zadość warunkom właściwym dla danego odbiornika lub jego odcinka, oraz żeby instalacja była możliwie najtańsza. Znane jest, że procesy obczyszczania ścieków w każdej jednostce gospodarczej należą na ogół do deficytowych. Inwestowanie, a później także eksploatacja, nadmiernie niepotrzebnie rozbudowanych urządzeń może zasadniczo przyczynić się do spadku rentowności działania zakładu przemysłowego czy innego przedsiębiorstwa.
Istnieje wiele urządzeń, które usuwają zanieczyszczenia ze ścieków, a mianowicie:
kraty i sita- większe ciała pływające
piaskowniki- cięższe zawiesiny ziarniste
odtłuszczane, komory wstępnego napowietrzania, osadniki z urządzeniami do zgarniania tłuszczów- tłuszcze, oleje i substancje pływające
osadniki, komory napowietrzania (wypieniania), osadniki koagulacyjne, filtry piaskowe- drobne zawiesiny
urządzenia biologiczne- substancje rozpuszczone, koloidalne i bardzo drobne zawiesiny związków organicznych.
Bibliografia:
Imhoff :” Kanalizacja miast i oczyszczanie ścieków”
Bohdan Koziorowski :” Oczyszczanie ścieków przemysłowych”
Internet