Oczyszczanie ścieków

Osadnik w oczyszczalni ścieków w Warszawie Oczyszczalnia ścieków MPWiK Warszawa (fot. K. Kobus TravelPhoto)

 

Skoro znamy już ilość, skład i stopień świeżości ścieków, możemy zacząć je oczyszczać. Najpierw następuje oczyszczanie mechaniczne, polegające na wyodrębnieniu ze ścieków większości substancji nierozpuszczalnych. Dokonujemy tego za pomocą cedzenia, sedymentacji i flotacji. Potem następuje oczyszczanie biologiczne, a na końcu utylizacja osadów.

 

Schemat przedstawia poszczególne etapy i urządzenia oczyszczania ścieków: krata, prasa, wysypisko, piaskownik, separator piasku, odtłuszczacz, osadnik wstępny, komora fermentacji itp. (Photofactory)

 

Oczyszczanie mechaniczne

Cedzenie to oddzielenie substancji stałych za pomocą sit lub krat. Sita są zwykle produkowane jako perforowane bębny ustawione tak, aby wlewający się do ich środka ściek został pozbawiony zanieczyszczeń stałych. Kraty to zwykle rząd ustawionych pochyło lub pionowo prętów stalowych, zamocowanych w poprzek kanału doprowadzającego ścieki. Zanieczyszczenia zatrzymywane na kracie nazywane są skratkami, a sposób ich usuwania zależy od konstrukcji samej kraty.

 

Kolejnym etapem jest usunięcie ze ścieku cząstek mineralnych, które przedostały się przez kraty. Należą do nich popioły, pyły, piasek i żwir. Urządzenia wykorzystywane do tego celu nazywa się piaskownikami. Wykorzystują one zjawisko sedymentacji, czyli swobodnego opadania cząstek stałych pod wpływem grawitacji. Piasek po odprowadzeniu z urządzeń musi być poddany płukaniu oraz odwodnieniu. Urządzenie do płukania nazywamy płuczką, natomiast do odwadniania – separatorem piasku. Następnie piasek poddany jest dezynfekcji i trafia na wysypisko.

 

Obiekty oczyszczalni ścieków w Warszawie Oczyszczalnia ścieków MPWiK Warszawa (fot. K. Kobus TravelPhoto)

 

Ze ściekami miejskimi dopływa do oczyszczalni także mieszanina tłuszczów i olejów. Są one usuwane w oddzielnych urządzeniach zwanych odtłuszczaczami. Eliminacji tego typu zanieczyszczeń sprzyja proces flotacji. Tłuszcze, jako lżejsze od wody, mają tendencje do naturalnego formowania kożucha na powierzchni ścieku i dzięki temu można je łatwo usunąć. Często jednak to naturalne zjawisko jest niewystarczające. Chodzi bowiem o szybkie odseparowanie substancji unoszących się w toni, których ciężar właściwy zbliżony jest do ciężaru wody. Ich samoistne wypłynięcie na powierzchnię trwałoby zbyt długo. Dlatego do ścieku, za pomocą dyfuzorów, wprowadza się mikropęcherzyki powietrza, które przywierają do cząstek mineralnych i tłuszczy, a następnie wypływają wraz z nimi na powierzchnię cieczy, tworząc kożuch, który zbierany jest zgarniaczem i odkładany do odrębnych zbiorników. Flotację można także wspierać chemicznie, stosując flokulanty zwiększające powierzchnię wynoszonych cząstek; względnie poprzez wprowadzanie do ścieku nadtlenku wodoru wyzwalającego cząsteczki tlenu. 

 

Widok z góry na obiekty oczyszczalni ścieków (Photofactory)

 

Po usunięciu substancji stałych, piasku oraz większości tłuszczu, ścieki zawierają jeszcze zanieczyszczenia organiczne rozpuszczone, koloidy i zawiesinę. Pozostałe w ściekach łatwo opadające zawiesiny oddzielane są w osadniku wstępnym. Stosunkowo długi czas przetrzymania ścieków w zbiorniku i spokojny przepływ zapewniają maksymalne opadanie zawiesin zwanych osadem wstępnym, który jest następnie odprowadzany i poddawany dalszej obróbce.

 

Oczyszczanie biologiczne

Procesy biologicznego samooczyszczania zachodzące w wodach naturalnych, mogą zostać zintensyfikowane przez stworzenie odpowiednich warunków dla mikroorganizmów rozkładających materię organiczną. Proces osadu czynnego jest biologiczną, tlenową metodą oczyszczania ścieków nazywaną często drugim stopniem oczyszczania. Wykorzystywana jest tu metaboliczna reakcja mikroorganizmów (osadu czynnego). Procesy rozkładu można podzielić na tlenowe, niedotlenione i beztlenowe. Niezależnie od wszelkich podziałów, mechanizm biologicznego oczyszczania można przeprowadzić, tworząc odpowiednią kombinację stref zwaną komorą osadu czynnego:

  • w strefach beztlenowych wytwarza się warunki niezbędne do usuwania związków fosforu ze ścieków;
  • w strefach niedotlenionych nacisk jest położony na redukcję azotanów do postaci azotu gazowego, który uwalnia się do atmosfery;
  • w strefach tlenowych ścieki są intensywnie napowietrzane, co sprzyja usuwaniu zanieczyszczeń i utlenianiu azotu amonowego do azotanów.

Ogólnie proces oczyszczania ścieków można określić jako taki, w którym ścieki, przechodząc wielokrotnie przez strefy o zmiennych warunkach tlenowych, zostają pozbawione różnych zanieczyszczeń stanowiących pożywienie dla żyjących w danej strefie mikroorganizmów. Ścieki, głównie przemysłowe, mogą być również oczyszczane w warunkach beztlenowych lub przy użyciu środków chemicznych.

 

Osadnik w oczyszczalni ścieków (Photofactory)

 

Osadniki wtórne

Oczyszczone w ten sposób ścieki trafiają następnie do osadnika wtórnego, który służy do oddzielenia osadu czynnego od oczyszczonych ścieków. Sedymentacja zachodząca w osadnikach wtórnych różni się od tej przeprowadzanej w osadnikach wstępnych. Zawiesiny osadu czynnego występują w osadnikach wtórnych w znacznie wyższych koncentracjach i sedymentują znacznie trudniej, ponieważ są bardzo lekkie. Poza tym wymagany efekt usuwania zawiesin jest znacznie wyższy. Mimo że osad wtórny gorzej opada niż zawiesina ziarnista (osadnik wstępny), efektywność pracy osadnika wtórnego jest znacznie wyższa. Spowodowane jest to scalaniem się osadu w ciężkie, wielkie kłaczki (kłaczkowanie). W osadnikach wtórnych następuje, więc klarowanie ścieków i zagęszczanie osadu.

 

Najczęściej stosowane osadniki wtórne to zbiorniki okrągłe, lecz zdarzają się również prostokątne. Usuwanie osadu zgromadzonego na dnie odbywa się w sposób podobny jak w przypadku osadników wstępnych, tzn. albo za pomocą mechanicznych zgarniaczy, które popychają osad w kierunku leja osadowego, albo bezpośrednio z dna dzięki zastosowaniu specjalnych ssawek równomiernie zasysających osad. Wydobyty osad w większości powraca do komory osadu czynnego, jednak jego część jest usuwana z układu oczyszczania ścieków jako osad nadmierny.

 

Zagospodarowanie osadu

Wydzielony z osadników wstępnych osad może zostać poddany procesowi zagęszczania grawitacyjnego. Natomiast osad nadmierny, pochodzący z osadników wtórnych, skuteczniej zagęszcza się mechanicznie w wirówkach lub prasach. Zagęszczony osad trafia do wydzielonych komór, gdzie dla zapewnienia odpowiednich warunków fermentacji jest mechanicznie mieszany oraz podgrzewany do ok. 35°C. Optymalny czas fermentacji określa się na 20÷30 dni, po tym okresie osad uważa się za ustabilizowany. Przefermentowany osad, zależnie od wybranej opcji docelowego unieszkodliwienia, jest odwadniany lub suszony.

 

Suchy osad może być wykorzystany jako paliwo w piecach ciepłowniczych, cementowniach itp. Osad może być również, pod warunkiem spełnienia rygorów ustawy, zastosowany jako nawóz w rolnictwie, do rekultywacji zdegradowanych gruntów lub jako składnik kompostu. Stosowana obecnie metoda składowania na wysypisku śmieci lub w specjalnych zbiornikach ziemnych będzie prawnie zabroniona począwszy od 1 stycznia 2013 r. Alternatywą jest termiczne przekształcenie tak, aby zawartość węgla organicznego w przetworzonym odpadzie była mniejsza niż 5%, czyli spalenie osadów. W efekcie uzyskuje się stabilny biologicznie popiół o objętości dziesięciokrotnie mniejszej od wyjściowej i w postaci fizycznej możliwej do wykorzystania przy produkcji galanterii budowlanej jak krawężniki, płyty chodnikowe itp.

 

Jest rzeczą niezwykle istotną uświadomienie społeczeństwu, jak skomplikowanej obróbce muszą być poddane powstające m.in. w gospodarstwach domowych ścieki, zanim możliwe będzie ich wypuszczenie do odbiornika. Koszt oczyszczania ścieków znacząco podnosi niefrasobliwe wrzucanie do kanalizacji śmieci jak i wlewanie szkodliwych płynów np. przepracowanych olejów silnikowych. Musimy zdawać sobie sprawę, że utrzymanie rzek i zbiorników wodnych w czystości kosztuje, ale ratowanie środowiska naturalnego jest bezcenne i jesteśmy to winni następnym pokoleniom.