SPOSOBY OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW
Ścieki to mieszanina wody i zanieczyszczeń. Istotą procesu oczyszczania jest wydzielenie zanieczyszczeń z wody i oddanie jej do środowiska. Zanieczyszczenia występujące w ściekach usuwane są w kolejności od największych do najmniejszych.
Cały proces oczyszczania ścieków umownie został podzielony na 4 fazy, zwane stopniami:
Oczyszczanie I stopnia - oczyszczanie wstępne, mechaniczne
Oczyszczanie II stopnia – oczyszczanie biologiczne lub równorzędne chemiczne, w przypadku zanieczyszczeń nieulegających biodegradacji
Oczyszczanie III stopnia – doczyszczanie ścieków związane z usuwaniem pozostałości biogennych
Oczyszczanie IV stopnia (odnowa wody) – stosowane wszędzie tam, gdzie ponowne wykorzystanie oczyszczonej wody jest opłacalne
Oczyszczanie I stopnia
W świetle obowiązujących obecnie przepisów, nie pozwala na uzyskanie ścieków o parametrach pozwalających wprowadzić je z powrotem do środowiska.
Dlatego obecnie oczyszczanie I stopnia traktowane jest jako przygotowanie ścieków do dalszych procesów oczyszczania. W ramach I stopnia oczyszczania, stosowane są proste procesy mechaniczne, które prowadzą do wydzielenia:
- większych ciał stałych pływających lub wleczonych, które nazywamy skratkami (zatrzymywane są na kratach lub sitach)
- cząstki ziarniste o wielkości ziarna 0,1 mm; są to najczęściej zawiesiny mineralne, zatrzymywane w piaskownikach
- zanieczyszczenia oleiste i tłuszcze, które zatrzymywane są w piaskownikach napowietrzanych lub wydzielają się samoistnie w procesie sedymentacji flotując na powierzchnię ścieków; przy dużych stężeniach natomiast budowane są dla nich specjalne komory zwane odtłuszczaczami
- zawiesiny łatwo opadające; mogą być pochodzenia mineralnego lub organiczne; wydzielają się w osadnikach wstępnych na drodze sedymentacji
W trakcie przeprowadzania procesów mechanicznych dochodzi do usunięcia następujących zanieczyszczeń:
* zawiesina łatwo opadalna → efektywność usuwania: 90%
* zawiesina ogólna → 60-70%
* BZT5 (biochemiczne zapotrzebowanie na tlen; wyraża ilość tlenu potrzebną do rozkładu związków organicznych zawartych w ściekach przez mikroorganizmy w temperaturze 20oC; okres 5-dniowy jest okresem najintensywniejszego rozkładu związków organicznych węglowych) → efektywność usuwania: 25-40% (najczęściej 30%)
* ChZT (chemiczne zapotrzebowanie na tlen) → 20-40%
* azot ogólny → 10-20%
* fosfor ogólny → 5-15%
* jaja robaków → 70-85%
* bakterie → 25-75%
Stosowanie urządzeń: w przypadku dużych oczyszczalni ścieków, stosowane są wszystkie urządzenia, czyli: kraty, piaskowniki, osadniki wstępne i odtłuszczacze (jeżeli jest to konieczne); w przypadku oczyszczalni małych, oczyszczanie mechaniczne ogranicza się do osadnika wstępnego, poprz3edzonego kratami, które nie będą występowały na terenie oczyszczalni przydomowych.
Proces oczyszczania mechanicznego może być czasami poprzedzony lub wzbogacony w proces napowietrzania, stosowany w celu odświeżenia zgniłych ścieków (gdy większość ścieków dowożona jest wozami asenizacyjnymi).
Oczyszczanie II stopnia
Większość ścieków bytowo-gospodarczych zawiera zanieczyszczenia organiczne, rozkładane na drodze biologicznej. Zanieczyszczenia służą mikroorganizmom jako pokarm, pozwalający na dalsze namnażanie się i budowanie komórek. W wyniku tych procesów, dochodzi do utleniania związków organicznych do prostych związków mineralnych. Podstawa miary efektywności procesu jest usuwanie zanieczyszczeń organicznych, wyrażane ubytkiem wartości BZT5.
Wyróżniamy:
· niepełne biologiczne oczyszczanie ścieków, gdzie obniżenie BZT5 nie przekracza 85%; stężenie BZT5 w ściekach oczyszczonych może być >= 40gO2/m3
· pełne biologiczne oczyszczanie ścieków, gdzie efektywność procesu: 90-95%, a BZT5 ścieków oczyszczonych jest =<25gO2/m3
Dodatkowo w trakcie II stopnia oczyszczania ścieków rozpoczyna się proces usuwania zanieczyszczeń biogennych (związków azotu i fosforu).
Proces biologicznego oczyszczania ścieków prowadzony jest w dwóch typach reaktorów:
a) reaktory, z mikroorganizmami osiadłymi; zaliczamy do nich wszystkie złoża biologiczne, pracujące w warunkach tlenowych lub beztlenowych; na terenie Polski, ten sposób oczyszczania ścieków stosowany jest raczej na terenie oczyszczalni mniejszych
b) reaktory biologiczne z organizmami wolno pływającymi; są to różnego typu komory osadu czynnego, pracujący w warunkach tlenowych lub przemiennych; dominuje obecnie na terenach dużych oczyszczalni.
W wyniku biologicznego oczyszczania ścieków, dochodzi do wytworzenia produktu ubocznego → osady biologiczne w postaci osadu czynnego nadmiernego lub obumarłej błony biologicznej. Osady te wydzielane są w osadnikach wtórnych, lokalizowanych po reaktorach biologicznych.
Ścieki, które nie podlegają biodegradacji, w ramach II stopnia oczyszczania ścieków, usuwane są na drodze chemicznej. Stosuje się tu procesy: strącania chemicznego, utleniania oraz klarowania ścieków.
Zastosowanie odczynników chemicznych, prowadzi do usunięcia niepożądanych zanieczyszczeń, ale jednocześnie może spowodować zasolenie ścieków oraz dodatkowo powstają dość duże ilości osadów chemicznych, które dalej należy zagospodarować. Oczyszczanie ścieków na drodze chemicznej, dotyczy częściej ścieków przemysłowych niż ścieków miejskich.
Oczyszczanie III stopnia
Doczyszczanie ścieków z zanieczyszczeń biogennych. Ścieki oczyszczone, odpływające po II stopniu, zaigrają nadal zanieczyszczenia biogenne (najczęściej związki azotu i fosforu), które po odprowadzeniu do wód odbiornika, mogą powodować proces eutrofizacji.
Proces usuwania biogenów:
a) Związki fosforu – uważane jako związki limitujące proces eutrofizacji usuwane są one w dwojaki sposób:
I. Procesy chemiczne – polegają na dodawaniu do ścieków reagentów chemicznych, najczęściej związków Fe lub Al. Oraz Ca, które powodują wytrącanie osadu w postaci związków nierozpuszczalnych; metody te posiadają swoje zalety (proste dawkowanie, możliwość wykorzystania istniejących urządzeń, dokładność obniżenia zawartości fosforu), ale także i wady, do których zaliczamy: wysoki koszt reagentów, powstawanie osadów o pochodzeniu biologiczno-chemicznym, zasolenie ścieków oczyszczonych.
II. Procesy biologiczne – na dzień dzisiejszy, dominują metody z wykorzystaniem bakterii o podwyższonej zdolności wiązania fosforu; w przypadku tych bakterii konieczne jest zapewnienie przemiennych warunków beztlenowo-tlenowych; jest to proces biologiczny, uzależniony od wielu czynników, wymagający ciągłego nadzoru
b) Związki azotu – usuwany jest on ze ścieków ze względu na możliwość spowodowania eutrofizacji, ale także na zagrożenia niosące ze sobą niebezpieczeństwo korozji urządzeń lub instalacji w przypadku przedostania się azotu amonowego do wody oraz możliwość zanieczyszczenia wód azotem azotanowym (niebezpieczeństwo dla człowieka i zwierząt).
Proces oczyszczania ścieków ze związków azotowych na terenie oczyszczalni miejskich odbywa się najczęściej na drodze biologicznej w dwojaki sposób:
I. przeprowadzenie azotu do formy azotu amonowego ora dalsze jego usuwanie w procesach tlenowych
II. przeprowadzenie azotu do formy azotanowej i usuwanie w procesach beztlenowych.
Oczyszczanie ścieków przemysłowych – usuwanie azotu, może być prowadzone na drodze chemicznej, stosuje się tu koagulację wapnem; w wyniku tego procesu uzyskujemy nie tylko usunięcie azotu, ale procesowi temu towarzyszy także usuwanie metali ciężkich oraz zanieczyszczeń refrakcyjnych.
Inną metodą usuwania azotu amonowego w instalacjach chemicznych jest usuwanie na drodze wymiany jonitowej (pozwala na usunięcie ok. 95% azotu całkowitego). Drugim procesem obecnie wprowadzanym jest zastosowanie odwróconej osmozy (ze względu na koszt obu procesów, ich zastosowanie jest ograniczone).
W trakcie III stopnia oczyszczania ścieków, oprócz usuwania związków biogennych, dochodzi do dalszego obniżenia BZT5, ChZT, barwy ścieków oraz resztkowej zawiesiny.
Oczyszczanie IV stopnia
Stosujemy je w przypadku, kiedy odnowa wody jest opłacalna ekonomicznie, ponieważ musimy mieć świadomość, że konieczne jest zastosowanie drogich procesów, pozwalających na usuwanie śladowych ilości zanieczyszczeń organicznych oraz refrakcyjnych.
Proces odnowy wody ma za zadanie usunięcie zanieczyszczeń organicznych oraz usunięcie z zasolenia wody.
W przypadku usuwania zanieczyszczeń organicznych, wykorzystujemy najczęściej sorpcję na węglach aktywnych granulowanych, która powoduje najczęściej 50% usunięcie zanieczyszczeń organicznych. Dochodzi tu do obniżenia wartości BZT5 do stężenia około 1gO2/m3.
W przypadku konieczności usuwania zanieczyszczeń refrakcyjnych lub chlorowcopochodnych, proces sorpcji zaleca się uzupełnić przez utlenianie jeszcze zanieczyszczeń ozonem.
Odnawianie wody przez odsalanie – wykorzystujemy proces dekarbonizacji wody z wykorzystaniem wapna, ale najczęściej wykorzystuje się procesy wymiany jonitowej lub filtracji przez błony półprzepuszczalne.
Mikrobiologiczne podstawy biologicznego oczyszczania ścieków.
W przypadku biologicznego oczyszczania ścieków, wykorzystuje się metabolizm organizmów roślinnych i zwierzęcych do transformacji zanieczyszczeń zawartych w ściekach, pochodzenia organicznego i mineralnego. Komórka jest podstawową jednostką strukturalną, mającą zdolność do stałego pobierania materii i energii z zewnątrz oraz przetwarzania składników pokarmowych.
Całokształt procesów prowadzonych przez komórkę nazywamy metabolizmem.
Rozróżniamy dwa rodzaje komórek:
a) prokariota
b) eukariota
Prokariota – samodzielne organizmy, zaliczane do świata roślin; budowę prokariota mają wszystkie bakterie oraz sinice; ma prostą budowę, otoczona jest sztywną ścianą komórkową (10-20mm), która jest łatwo przenikalna dla poszczególnych cząsteczek (cząsteczek ten sposób do komórki przenikają substancje pokarmowe oraz woda, na zewnątrz wydzielone są produkty metabolizmu); na zewnątrz ściana komórkowa może być osłonięta otoczką śluzowatą (skład: polimery cukrów, aminokwasów lub kwasów uronowych); wydzielany śluz pełni funkcję ochronną oraz umożliwia komórce pozyskiwanie substancji organicznych z otoczenia; śluz działa jak polielektrolit, na którym dochodzi do sorbowania zanieczyszczeń organicznych i mineralnych; zanieczyszczenia zatrzymywane na otoczce stanowią materiał zapasowy komórki.
Eukariota – mogą być organizmami samodzielnymi (np. pierwotniaki lub niektóre glony) lub mogą stanowić jednostkę podstawową tkanki organizmów wyższych; w odróżnieniu od prokariota, eukariota mają wyodrębnione struktury wewnętrzne, takie jak jądro, mitochondrium i inne.
W oczyszczaniu ścieków wykorzystuje się podstawy metabolizmu komórki.
W każdej komórce zachodzą procesy metaboliczne, na które składają się:
- procesy kataboliczne
- procesy anaboliczne
Katabolizm – utlenianie wewnątrzkomórkowe substancji organicznych w celu uzyskania odpowiedniej ilości energii dla przeprowadzenia procesów anabolicznych
Anabolizm – procesy, w których komórka zużywa energię na utrzymanie swoich funkcji życiowych, takich jak: rozmnażanie, synteza składników komórkowych, utrzymanie struktury plazmy oraz na transport i metabolizm do i z wnętrza komórki
Cukry proste, kwasy organiczne – takie związki pobierane są od razu do środka komórki; związki wielkocząsteczkowe (np. wielocukry, białka) – początkowo są rozkładane poza komórką i dopiero w formie prostej transportowane do środka komórki
Dostępność poszczególnych substancji dla komórek, uzależniona jest od ich struktury, właściwości chemicznych oraz od typu enzymów, jakie dana komórka jest w stanie wytworzyć.
Organizmy, które zdobywają energię tylko w wyniku utleniania materii organicznej nazywamy heterotrofami. W zależności od pozyskiwania energii w wyniku oddychania beztlenowego lub tlenowego, wyróżniamy:
a) heterotrofy tlenowe
b) heterotrofy beztlenowe
Bakterie, które posiadają zdolność zarówno w środowisku beztlenowym, jaki tlenowym zaliczamy do fakultatywnych beztlenowców.
Autotrofy – organizmy pozyskujące energię w wyniku procesów katabolicznych oraz z otoczenia. Rośliny wykorzystują energię słoneczną, a bakterie chemosyntetyzują energię powstającą w trakcie utleniania zredukowanych związków nieorganicznych, np. amoniak, azotyny, siarkowodór, jony żelaza czy manganawe.
Casablanca22