Charakterystyka ścieków

Definicja ścieków

Według ustawy z dnia 27 kwietnia 2001r. „Prawo Ochrony Środowiska” Dz. U. 2001 Nr 62 poz. 627 pod pojęciem „ścieki” rozumie się: wprowadzane do wód lub ziemi:

• wody zużyte, w szczególności na cele bytowe lub gospodarcze

• ciekłe odchody zwierzęce, z wyjątkiem gnojówki i gnojowicy

• wody opadowe lub roztopowe, ujęte w otwarte lub zamknięte systemy kanalizacyjne pochodzące z powierzchni zanieczyszczonych o trwałej nawierzchni, w szczególności z miast, portów, lotnisk, terenów przemysłowych, handlowych, usługowych składowych, baz transportowych oraz dróg i parkingów

• wody odciekowe ze składowisk odpadów i miejsc ich magazynowania, wykorzystane solanki, wody lecznicze i termalne

• wody pochodzące z odwodnienia zakładów górniczych z wyjątkiem wód wtłaczanych do górotworu, jeżeli rodzaje i ilość substancji zawartych w wodzie wtłaczanej do górotworu są tożsame z rodzajami i ilościami substancji zawartych w pobranej wodzie

• wody wykorzystane, odprowadzane z obiektów chowu lub hodowli ryb łososiowatych

• wody wykorzystane, odprowadzane z obiektów chowu i hodowli ryb innych niż łososiowate albo innych organizmów wodnych, o ile produkcja tych ryb lub organizmów rozumiana jako średnioroczny przyrost masy tych ryb albo tych organizmów w poszczególnych latach cyklu produkcyjnego przekracza 1 500 kg z 1 ha powierzchni użytkowej stawów rybnych tego obiektu w jednym roku danego cyklu.

Jednym słowem można powiedzieć, że ścieki to zużyte substancje gazowe, stałe lub płynne, koloidy, zawiesiny lub roztwory odprowadzane do wód lub gruntów powodujące zanieczyszczenia zarówno wód powierzchniowych jak i podziemnych.

 

Zanieczyszczenia te możemy podzielić na:

• naturalne - pochodzące z domieszek zawartych w wodach powierzchniowych i podziemnych, np. zasolenie, zanieczyszczenie humusem, związkami żelaza

• sztuczne (antropogeniczne) - związane z działalnością człowieka a także z powierzchniowych i gruntowych spływów z terenów przemysłowych, rolniczych, składowisk odpadów komunalnych np. (wysypisk śmieci).

Zanieczyszczenia sztuczne dzielimy na

• biologiczne - spowodowane obecnością drobnoustrojów, np. bakterii, wirusów, glonów, grzybów, pierwotniaków i ich toksyn

• chemiczne - odnoszą się do zmian składu chemicznego i odczynu (pH). Należą do nich: oleje, benzyna, smary ropa, chemiczne środki ochrony roślin - pestycydy, nawozy sztuczne, węglowodory aromatyczne, sole metali ciężkich, kwasy, zasady, fenole.

 Główne zanieczyszczenia chemiczne i ich źródła.

Główne zanieczyszczenia chemiczne wód	Źródła chemiczne zanieczyszczeń
detergenty	gospodarstwa domowe, pralnie, myjnie, przemysł papierniczy, farbiarski, gumowy, szklarski, tekstylny, budownictwo
środki ochrony roślin - pestycydy, nawozy sztuczne (azotany, fosforny)	przemysł chemiczny, rolnictwo i leśnictwo
fenole	przemysł chemiczny, spożywczy, ścieki komunalne, rafinerie, koksownie, gazownie
związki metali ciężkich (Hg, Cd, Cr, Mn, Cu, Fe)	transport samochodowy, ścieki przemysłowe, metalurgia, górnictwo, hutnictwo
węglowodory aromatyczne	petrochemia, przemysł chemiczny
radioizotopy	eksplozje jądrowe, przemysł zbrojeniowy
cyjanki	galwanizeria
benzyna, nafta, olej, ropa naftowa, smary	komunikacja, transport samochodowy i wodny, awarie i katastrofy tankowców, platform wiertniczych, przemysł paliowo-energetyczny

• Detergenty - syntetyczne substancje czyszczące, zawierające składnik organiczny, obniżający napięcie powierzchniowe, dzięki czemu następuje osłabienie sił wiążących cząstki brudu z podłożem. Stanowią główny składnik środków piorących, myjących, zwilżających. Są bardzo trwałe i nie ulegają biodegradacji (rozkładowi pod wpływem mikroorganizmów). Detergenty wpływają hamująco na procesy samooczyszczania się wody i działają toksycznie na organizmy żywe.

• Pestycydy - środki ochrony roślin, owadobójcze - do zbiorników wodnych dostają się w wyniku spłukiwania z opylonych lub opryskanych uprzednio roślin, wymywania z gleby oraz spływania wraz ze ściekami z zakładów produkujących te związki. Powodują pogarszanie stanu sanitarnego wód podziemnych, działają toksycznie, naruszają procesy samooczyszczania się wód, przyczyniają się do zjawiska eutrofizacji wód. Mają długi czas rozpadu i zdolność kumulowania się w środowisku.

• Fenole - to związki aromatyczne, jedne z najbardziej uciążliwych dla otoczenia. Dostają się do wód wraz ze ściekami komunalnymi i przemysłowymi (z rafinerii, wytwórni tworzyw sztucznych, koksowni, przetwórstwa drzewnego i włókna syntetycznego). Woda zanieczyszczona fenolami ma odrażający smak, a ryby w niej żyjące nie nadają się do spożycia. Są to substancje toksyczne i wywołujące oparzenia skóry.

• Węglowodory aromatyczne - do wód powierzchniowych dostają się ze ściekami z koksowni, z gazami i rozpuszczalnikami. Pochodzą głównie z przemysłu, motoryzacji i spalania węgla. Są słabo rozpuszczalne w wodzie, kumulują się w osadach dennych oraz tkance tłuszczowej zwierząt wodnych. Są rakotwórcze. Węglowodory aromatyczne rolne to spłukiwane z pól nawozy sztuczne i środki ochrony roślin (tzw. chemizacja rolnictwa) oraz ścieki z intensywnej hodowli zwierząt (gnojowica). Można wprawdzie sprawić, że określone zasoby wodne staną się w wyniku zanieczyszczenia nieprzydatne dla człowieka lub nawet szkodliwe, ale zarówno w procesach naturalnych, jak i sztucznych możliwe jest ich oczyszczanie i powtórne użycie.

• Metale ciężkie - dostają się do wód wraz ze ściekami przemysłowymi, z odpadami, ze spływami z pól, z hałd hutniczych. Mają zdolność kumulowania się w osadach dennych, są toksyczne dla organizmów również dla człowieka, mogą powodować trwałe i nieodwracalne uszkodzenia różnych narządów, np. nerek, mózgu, rdzenia kręgowego.

• Radioizotopy - ich źródłem są: wybuchy bomb atomowych i wodorowych, reaktory jądrowe, kopalnie oraz zakłady posługujące się substancjami promieniotwórczymi

Rodzaje ścieków

W zależności od pochodzenia ścieki dzieli się na:

• Bytowo-gospodarcze (komunalne) - pochodzą z bezpośredniego otoczenia człowieka, czyli z domów mieszkalnych, budynków gospodarczych, miejsc użyteczności publicznej, zakładów pracy Powstają one w wyniku zaspokajania potrzeb gospodarczych oraz higieniczno-sanitarnych, są to np.: niedojedzone resztki pożywienia ze zmywanych naczyń, odchody ludzkie, brudy z prania, środki do mycia i prania. Opisywane ścieki zawierają dużą ilość zawiesin oraz związków organicznych (białka, tłuszcze, cukry) i nieorganicznych. Mogą również posiadać niebezpieczne wirusy i bakterie chorobotwórcze (żółtaczki zakaźnej, duru brzusznego, cholery i in.) oraz jaja robaków pasożytniczych, np. tasiemców. Stałym elementem tych ścieków jest pałeczka okrężnicy (Escherichia coli), - bakteria która sama nie stanowi większego zagrożenia dla człowieka, lecz jej ilość w ściekach jest wskaźnikiem obecności czynników wywołujących tyfus, dur brzuszny i dyzenterię. Skażenie powierzchniowych i podziemnych wód ściekami bytowymi stanowi poważne zagrożenie higieniczne oraz bakteriologiczne.

• Przemysłowe - powstają w zakładach produkcyjnych i usługowych podczas różnych procesów technologicznych, np. przy otrzymywaniu, uszlachetnianiu i przeróbce surowców. Ilość i rodzaj tych ścieków zależy od rodzaju przedsiębiorstwa, technologii produkcji, ilości zużywanej wody Najwięcej zanieczyszczeń powoduje przemysł: górniczy, metalurgiczny, elektromaszynowy, włókienniczy, chemiczny, paliwowo-energetyczny, celulozowy, garbarski i spożywczy.

W skład ścieków przemysłowych wchodzą zanieczyszczenia organiczne, nieorganiczne oraz różnego rodzaju pyły Do nieorganicznych zanieczyszczeń rozpuszczalnych należą sole mineralne, wpływające na właściwości chemiczne wody, np. kwas siarkowy, który dostaje się na powierzchnię ziemi i do wód w postaci tzw. kwaśnych deszczów, czy toksyczne sole metali ciężkich (np. ołowiu, rtęci), które działają zabójczo na organizmy żywe.

Zanieczyszczenia organiczne powstają w trakcie produkcji mas plastycznych, w wytwórniach barwników i tworzyw sztucznych (fenole), w przemyśle gumowym, przy rafinacji ropy naftowej (głównie węglowodory), odpady z garbarni, gorzelni, browarów, cukrowni, celulozowni oraz z przemysłu mięsnego.

Specyficznym rodzajem zanieczyszczeń przemysłowych są zanieczyszczenia termiczne, związane ze spuszczaniem do zbiorników wodnych wód ciepłych i gorących. Są to wody teoretycznie czyste, które wykorzystano do chłodzenia w różnych procesach przemysłowych. np. energetyce. Ich "zanieczyszczeniem" jest wysoka temperatura. Wody te podnoszą temperaturę naturalnych lub sztucznych zbiorników wodnych i prowadzą do poważnych zmian w ich florze i faunie. Najczęściej obumierają rodzime gatunki roślin i zwierząt, a na ich miejsce pojawiają się nowe. Nierzadko też dochodzi do nadmiernego rozwoju tylko jednego gatunku. Z tego powodu do podgrzanych np. przy elektrownianych zbiorników wodnych trzeba wprowadzać obce ryby roślinożerne, np. amur.

Skład ścieków przemysłowych w zależności od stosowanych procesów produkcyjnych.

Przemysł	Zawartość ścieków
nawozów sztucznych	azotany, węglany, siarczany, siarkowodór, fenol
paliwowo-energetyczny	detergenty, ropa i ropopochodne, smary
metalurgiczny	związki metali ciężkich (Pb, Hg, Cr)
chemiczny	kwasy, zasady, mało tlenu
celulozowo-papierniczny	chlorki sodu i wapnia, węglan wapnia
spożywczy	związki organiczne, kwas np. mlekowy, mało tlenu
tekstylny, garbarski	związki organiczne, barwniki, fenole, metale ciężkie, mało tlenu
elektrownie	ciepło
kopalnie	sole mineralne

• Ścieki rolnicze - tworzone są głównie przez spływy z gnojowiska, ferm zwierzęcych oraz pól uprawnych. Działanie ścieków rolniczych jest podobne do działania ścieków bytowo-gospodarczych. Podstawowym problemem wiejskim jest gnojownica, która bardzo często jest stosowana jako nawóz, a następnie jest spłukiwana do pobliskich rzek oraz rowów. Przenika w ten sposób do gruntowych wód. Gnojownica powszechnie uważana za dobry nawóz jest bardzo szkodliwym i uciążliwym zanieczyszczeniem. Do innych bardzo szkodliwych zanieczyszczeń rolniczych zaliczamy pestycydy, które mogą być wykorzystywane do ochrony roślin w celu zwalczania chwastów, owadów, grzybów, gryzoni. Pestycydy są w stanie odkładać się w wielu organizmach wodnych. Wywołują szkody także konsumentom tych zatrutych organizmów. Pestycydy składają się z około 250 związków (np. endryna, aidryna, dieidryna). Aktualnie panuje tendencja do zaniechania stosowania pestycydów i zastąpienia ich lepszymi, szybciej się rozkładającymi związkami.

• Ścieki opadowe - powstają przede wszystkim w wyniku takich zjawisk jak: spływy deszczowe, topnienie śniegu, mycie, polewanie ulic. Cechują się znaczną zmiennością składu, zależną od:

- pory roku

- częstotliwości odpadów

- czasu trwania opadów

- stopnia zanieczyszczenia powietrza pyłami i aerosolami

Ścieki ze względu na sposób działania na organizmy możemy podzielić na:

• bezpośrednio szkodliwe

• pośrednio szkodliwe.

Ścieki ze względu na powstawanie dzielimy na:

• zanieczyszczenia punktowe (przede wszystkim ścieki), które występują w jednym punkcie;

• zanieczyszczenia obszarowe, które są w stanie dostać się do powierzchniowych oraz podziemnych wód duży obszar (substancje chemiczne wykorzystywane w rolnictwie).

Ścieki ze względu na kryterium trwałości dzielimy na:

• ścieki ulegające rozkładowi (substancje organiczne trujące, które podlegają przemianom chemicznym, w wyniku których powstają proste związki nieorganiczne przy udziale bakterii np. substancje występujące w domowych ściekach).

• ścieki nie ulegające rozkładowi, czyli substancje, które ulegają przemianom chemicznym oraz, które nie są atakowane przez różne drobnoustroje (sole metali ciężkich)

• ścieki trwałe, które w małym stopniu ulegają rozkładowi biologicznemu (fenole, pestycydy, produkty ropy naftowej), nie ulegają biodegradacji oraz pozostają w środowisku naturalnym w takiej samej formie przez długi okres czasu.

Metody oczyszczania ścieków

Wobec dużego zanieczyszczenia wód w Polsce, coraz większa ilość zrzucanych do nich ścieków musi być oczyszczana. Stosuje się cztery stopnie oczyszczania:

• Mechaniczny - polegający na rozdrobnieniu, cedzeniu, filtrowaniu, sedymentacji (opadaniu zanieczyszczeń na dno), wirowaniu, flotacji (wypływanie zanieczyszczeń na powierzchnie wody w postaci piany). Do tych celów służą zwykle takie urządzenia:

kraty i sita, na których oddziela się wleczone ciała stale, piaskowniki, w których opadają cząstki ciała stałego o wymiarach do 0,2 mm, odtłuszczalniki i urządzenia rozdrabniające, osadniki wstępne, w których zatrzymywane są łatwo opadające zawiesiny. Drobniejsze zawiesiny przechodzą do drugiego stopnia oczyszczania.

• Biologiczny - polegający na rozkładzie (zmineralizowaniu) zanieczyszczeń przez mikroorganizmy (głównie bakterie tlenowe) występujące w tzw. osadach czynnych (bakterie, pierwotniaki i nicienie) lub błonach biologicznych (organizmy osiadłe na złożu biologicznym). Na tym etapie oczyszczania usuwa się rozpuszczone lub znajdujące się w postaci bardzo drobnej zawiesiny substancje organiczne, takie jak: tłuszcze, białka i węglowodany. Jednocześnie oddziela się resztki drobnej zawiesiny substancji mineralnych. Głównymi urządzeniami technicznymi stosowanymi w tym procesie są: złoża biologiczne, komory osadu czynnego oraz komory fermentacyjne.

Oczyszczanie na złożu biologicznym odbywa się w cylindrycznym zbiorniku wypełnionym np. żużlem hutniczym, tłuczniem kamiennym, koksem, kostkami ceramicznymi. Złoże jest równomiernie zraszane od góry ściekami za pomocą obrotowego zraszacza mechanicznego. Bakterie oraz inne organizmy żywe osadzają się na powierzchni wypełnienia, tworząc błonę biologiczną. Ścieki powoli przepływając przez złoże są oczyszczane przez te organizmy. Proces zachodzi przy odpowiedniej ilości doprowadzanego tlenu. Oczyszczanie ścieków za pomocą osadu czynnego przeprowadza się w komorach napowietrzanych, w których pływają skupiska bakterii i pierwotniaków tworzące zawiesinę kłaczkowatą. Mikroorganizmy te utleniają zanieczyszczenia zawarte w ściekach. W ciągu 8 godzin oczyszczania uzyskuje się obniżenie zawartości zanieczyszczeń substancjami organicznymi o 85%.

Ścieki po drugim stopniu oczyszczania zawierają zawiesiny kłaczkowate, które są oddzielane w osadnikach wtórnych.Oczyszczanie ścieków komunalnych prowadzi się zazwyczaj mechanicznie lub mechanicznie i biologicznie. Nie jest wskazane jednak ich zrzucanie do jezior i zbiorników zaporowych. Zawierają, bowiem duże ilości związków azotu i fosforu, więc zbiorniki szybko zarastają (proces eutrofizacji).

Pozostałe azotany z oczyszczonych ścieków usuwa się za pomocą mikroorganizmów w procesie denitryfikacji. Azotany są redukowane do azotynów, a następnie do azotu gazowego, który ulatnia się ze ścieków. Związki fosforu można usunąć również przy wykorzystaniu odpowiednich mikroorganizmów oraz przez dodanie siarczanu glinu, chlorku żelaza lub wodorotlenku wapnia.

Proces odnowy wody, w którym uzyskuje się wodę zdatną do picia oraz na potrzeby gospodarcze. Na tym etapie usuwa się rozpuszczone substancje nieorganiczne, np. sól. Następnie woda jest filtrowana i dezynfekowana za pomocą chloru lub ozonu. Otrzymuje się wodę pierwszej klasy czystości, pozbawioną bakterii i zdatną do picia.

---