Wstęp
Z terenów miast i osiedli w pełni skanalizowanych, do oczyszczalni mogą być doprowadzone wszystkie z wymienionych poniżej ścieków.
Ścieki miejskie są mieszaniną wód zużytych w gospodarstwach domowych, w drobnych zakładach przemysłowych, w zakładach usług komunalnych z wodami infiltrującymi do kanalizacji przez nieszczelności sieci. W kanalizacji ogólnospławnej ścieki miejskie zawierają też wody opadowe.
Ogółem do kanalizacji dostają się następujące rodzaje ścieków:
Ścieki bytowo-gospodarcze powstają w gospodarstwach domowych i obiektach użyteczności publicznej. Są to odpływy z ubikacji, umywalni, łaźni, kuchni, pralni itp.
Ścieki z drobnego przemysłu powstają w różnorodnych procesach produkcyjnych, jak np. z przetwórstwa rolno-spożywczego, utylizacji odpadów roślinnych i zwierzęcych,
z produkcji materiałów ceramicznych, włókienniczych, tworzyw sztucznych, celulozy i papieru, leków, z naprawy samochodów, maszyn rolniczych, jak również podczas awaryjnych
przecieków głównie produktów ropopochodnych. Ścieki przemysłowe są szczególnie uciążliwe w przypadku, gdy zanieczyszczenia są trudno rozkładane lub zrzucane porcjow, np.
z przemysłu farmaceutycznego lub z browaru.
Ścieki opadowe pochodzą z opadów atmosferycznych, topniejącego śniegu, lodu, z polewania ulic, placów, itd. Ścieki opadowe spływające z ulic w ciągu pierwszych
10 - 15 minut są równie zanieczyszczone jak typowe ścieki z kanalizacji sanitarnej, natomiast po 30 - 60 minutach opadu są podobne do ścieków z kanalizacji deszczowej.
Wody infiltracyjne, drenażowe (przypadkowe) to wody pochodzące z odwodnienia teranu odporwadzane do kanalizacji lub dostające się do niej przez nieszczelności.
Duży udział tych wód w ściekach miejskich powoduje proporcjonalne duże rozcieńczenie ścieków oraz zwiększa obciążenie hydrualiczne oczyszczalni ścieków.
Ścieki charakteryzują następujące grupy zanieczyszczeń:
ciała stałe rozpuszczone, zawiesin opadające i nieopadające, organiczne i nieorganiczne
substancje nieorganiczne, takie jak chlorki, azotany, fosforany, siarczany, węglany czy metale
materia organiczna, określana ogólnymi oznaczeniami typu BZT, ChZT, OWO lub specyficznymi metodami analitycznymi, np. typu chromatografia gazowa
drobnoustroje, zwłaszcza chorobotwórcze bakterie, pierwotniaki i robaki
Inaczej można określić zanieczyszczenia w ściekach jako fizyczne (mętność, barwa, zawiesina), chemiczne (związki organiczne i nieorganiczne rozpuszczone) i biologiczne (drobnoustroje).
Zanieczyszczenia fizyczne ścieków to cechy, które można obserwować bezpośredni, czyli za pośrednictwem zmysłów (wzroku, węchu). Do właściwości fizycznych ścieków zaliczamy: zawiesinę, mętność, barwę, zapach, temperaturę.
Zanieczyszczenia chemiczne, oznaczają rozpuszczone związki organiczne i nieorganiczne. Zanieczyszczenia chemiczne można podzielić na:
rozpuszczone substancje organiczne, głównie białko (około 40 do 60%), węglowodany (około 25 do 50 %) oraz oleje i tłuszcze (około 10%). Substancje te, jeśli są pochodzenia bytowo-gospodarczego są w większości biologicznie łatwo rozkładalne przez mikroorganizmy na substancje prostsze
rozpuszczone substancje mineralne, głównie siarczany, chlorki, węglany, kwaśne węglany, wapń, magnez, sód, kwasy, zasady, azotany, fosforany, rozpuszczone gazy (tlen, siarkowodór, dwutlenek węgla, azot)
Do zanieczyszczeń organicznych stosuje się trzy oznaczenia: biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT), chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT), oraz ogólny węgiel organiczny (OWO).
BZT określa ilośc tlenu potrzebną bakteriom do utlenienia (biologiczne rozkładalnych) związków organicznych w warunkach tlenowych w temperaturze 20 stopni C.
ChZT jest oznaczeniem ilości wszystkich związków organicznych (i niektórych nieorganicznych, np. amoniaku, siarczków) podatnych na utlenianie silnym związkiem utleniającym, np. dwuchromianem potasu (ChZT) lub nadmanganianem potasu (tzw. utlenialność)
Oznaczeniem prawie natychmiastowym jest oznaczenie węgla organicznego OWO, które wykonuje się poprzez spalenie (w strumieniu tlenu) próbki ścieków w aparacie, który następnie mierzy ilość wytworzonego dwutlenku węgla. Jest to najdokładniejszy pomiar ilości związków organicznych węgla w ściekach - niestety tylko większe oczyszczalnie mogą pozwolić sobie na zakup aparatu do pomiaru OWO.
Zanieczyszczenia biogenne to pierwiastki i sole mineralne potrzebne do rozwoju żywych organizmów. Do podstawowych biogenów zaliczamy związki azotu i fosforu. W ściekach miejskich zarówno nieoczyszczonych jak i biologicznie oczyszczonych znajdują się duże ilości tych zanieczyszczeń.
Zanieczyszczenia refrakcyjne są to zanieczyszczenia chemiczne, które nie podlegają bądź podlegają jedynie w minimalnym stopniu rozkładowi biologicznego za pośrednictwem mikroorganizmów. Zanieczyszczenia te są w niewielkim stopniu usuwane ze ścieków w klasycznych procesach oczyszczania w oczysczczalniach komunalnych. Do tego typu zanieczyszceń zaliczamy między innymi:
substancje mineralne takie jak metale ciężkie
niektóre substancje powierzchniowo czynne (np.: alkilobenzenosulfonian ABS)
środki owadobójcze (insektycydy) głownie z grupy związków chloroorganicznych (np.: DDT)
Szczególną grupę zanieczyszczeń chemicznych refrakcyjnych stanowią związki toksyczne to jest pierwiastki, związki chemiczne, substancje, a także czynniki fizyczne wywołujące w organizmach roślinnych, zwierzęcych i u człowieka zaburzenia fizjologiczne, uszkodzenia, a przy odpowiednio wysokich dawkach śmierć. Do groźnych trucizn zaliczamy między innymi:
metale ciężkie (np.: ołów, kadm, rtęź, cynk, chrom)
pestycydy
wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (np.: benzopiren)
aminy aromatyczne (np.: aminonaftalen, aminostilben)
nitrozoaminy (np.:nitrozodimetyloamina - NDMA)
polichlorowane dwufenyle (PCB)
dioksyny
trójchlorometany (np.: chloroform)
substancje promieniotwórcze
Zanieczyszczenia biologiczne to ogromna liczba drobnoustrojów głownie wirusów, bakterii, grzybów, a także jaja helmintów (robaków pasożytniczych). Większość tych drobnoustrojów należy do typowej flory heterotroficznej
żyjącej w przewodzie pokarmowym człowieka i zwierząt. Wśród tych gatunków są gatunki chorobotwórcze wywołujące: dur brzuszny, czerwonkę, cholerę, zakażenie żołądkowo-jelitowe, żółtaczkę, gruźlicę, chorobę Heinego-Medina, schorzenia skóry i inne.
Oczyszczanie wstępne stanowi pierwszy stopień oczyszczania w oczyszczalni ścieków. Ma na celu przygotowanie ścieków do dalszych procesów technologicznych i obejmuje eliminację wszelkich zanieczyszczeń obecnych w ściekach, które można usunąć w wyniku procesów mechanicznych, takich jak cedzenie, grawitacyjne opadanie (sedymentacja) czy flotacja.
Substancje o stosunkowo dużych rozmiarach oddzielane są od ścieków w pierwszym urządzeniu oczyszczalni - na kratach. Skratki są okresowo zgarniane, prasowane i poddawane dalszej przeróbe takiej jak kompostowanie, spalani, fermentacja czy po prostu składowanie na wysypiskach śmieci.
Cząstki mineralne - piasek, żwir, drobny tłuczeń itp. usuwane są w procesie sedymentacji w piaskownikach. W piaskownikach dzięki odpowiedniej konstrukcji i zachowaniu warunków hydraulicznych, piasek oddzielany jest od zawiesin organicznych. Wydobywany okresowo z dna piaskowników podlega kolejnym procesom przeróbki, takim jak płukanie, odwadnianie, składowanie.
Pozostałe w ściekach łatwoodpadające zawiesiny organiczne oddzielane są w trzecim obiekcie mechanicznej oczyszczalni ścieków - osadniku wstepnym. Stosunkowo długi czas przetrzymania ścieków w zbiorniku w spokojny przepływ zapewniają maksymalne opadanie zawiesin. Zatrzymane w osadniku zawiesiny, zwane osadem wstępnym, są odprowadzane i poddawane dalszej obróbce.
Ze ściekami miejskimi dopływa do oczyszczalni mieszanina tłuszczów i olejów. W wyniku procesu flotacji są one usuwane w oddzielnych urządzeniach zwanych odtłuszczaczami lub w piaskownikach napowietrzanych. Częściowo usuwane są też w osadnikach wstępnych.
Oczyszczanie biologiczne stanowi zazwyczaj drugi stopień oczyszczania pozostałych w ściekach po mechanicznym oczyszczeniu rozpuszczonych związków organicznych i zawiesin nieopadających (koloidów).
Procesy biologicznego samooczyszczania, które zachodzą w wodach naturalnych, mogą zostać zintensyfikowane przez stworzenie odpowiednich warunków dla mikroorganizmów prowadzących procesy rozkładu materii organicznej. Występujące procesy można podzielić na tlenowe i beztlenowe, w zależności od tego
w jakich warunkach zachodzą. Mikroorganizmy mogą być przytwierdzone do podłoża jako tzw. błona biologiczna lub bytować w przestrzeni zbiornika w postaci kłaczków.
Niezależnie od wszelkich podziałów i odmian, proces biologicznego oczyszczania można najprościej określić następująco:
Oczyszczanie biologiczne polega na wykorzystaniu przez wprowadzone do ścieków bakterie zanieczyszczeń organicznych jako pożywienia i zamianie go na końcowe produkty gazowe, wodę i nową masę komórkową. Istnieje szereg rozwiązań prowadzeni procesu biologicznego oczyszcania. Ścieki stosunkowo mało stężone (BZT5 < 1000 mg O2/L) oczyszczane są za pomocą mikroorganizmów zwanych osadem czynnym w komorach tlenowych - napowietrzanych.
wyniku procesu tlenowe otrzymuje się ustabilizowane produkty końcowe i przyrost mikroorganizmów, który stanowi około 10 - 80% dopływającego ładunku BZT5. Ścieki bardziej stężone i osady ściekowe oczyszczane są w procesach biologicznych beztlenowych. Produktami biologicznego oczyszczania ścieków jest gaz metan, który jest wykorzystywany energetycznie, gazy wymagające dalszej stabilizacji - siarkowodór i dwutlenek węgla oraz nowa biomasa. Przyrost biomasy w procesach beztlenowych
jest znacznie mniejszy i stanowi 5 - 15% dopływającego ładunku BZT5.
Biomasa biorąca udział w oczyszczaniu biologicznym może znajdować się w stanie zawieszenia w ściekach dzięki mieszaniu (komory napowietrzania, laguny napowietrzane, reaktory beztlenowe) lub być przytwierdzona do materiału nośnego jako błona biologiczna (złoża zraszane, tarczowe).
We wszystkich biologicznych procesach o sukcesie decyduje utrzymanie właściwego wieku osadu - WO (średni okres przebywania kłaczków osadu czynnego w układzie oczyszczalni zanim zostaną usunięte jako osad nadmierny). Eksploatacja procesów biologicznych polega na zapewnieniu optymalnych i stałych warunków przebywania biomasy w układzie.
Najważniejsze dla operatora jest, niezależnie od tego jaki układ oczyszczania zastosowano w jego oczyszczalni, poznanie ogólnych procesów i mechanizmów zachodzących podczas biologicznego oczyszczania ścieków, oraz zapewnienie w swojej oczyszczalni optymalnych warunków mikroorganizmom. Należy pamiętać,
że najlepiej zaprojektowana oczyszczalnia nie przyniesie spodziewanych efektów, jeśli procesy będą źle prowadzone lub jeśli operator nie będzie umiał w porę przeciwdziałać niekorzystnym zjawiskom.
Dezynfekcja, czyli odkażanie jest procesem niszczenia drobnoustrojów, w szczególności chorobotwórczych, metodami fizycznymi i chemicznymi. Dezynfekcja uniemożliwia przenoszenie chorób zakaźnych drogą wodną. Zaniechanie dezynfekcji ścieków pochodzących ze szpitali chorób zakaźnych mogłoby spowodować niekontrolowane rozprzestrzenianie się groźnych chorób.
Nie ustabilizowane biologicznie osady nie nadają się do wykorzystania jako nawóz, a niekiedy nie wolno ich nawet składować na wysypiskach odpadów komunalnych.
Poniższy rysunek przedstawia drogi rozprzestrzeniania się chorób pochodzenia wodnego:
Kolejny podaje klasyfikację procesów dezynfekcji stosowanych w oczyszczalniach ścieków:
W praktyce eksploatacyjnej stosuje się dezynfekcję:
ścieków i osadów ściekowych przed ich wykorzystaniem rolniczym
ścieków zakaźnych z zakładów lecznictwa zamkniętego
ścieków przemysłowych z garbarni, rzeźni i zakładów utylizacyjnych
ścieków miejskich wskutek zarządzenia władz sanitarnych m.in. w związku z wybuchem epidemii
ścieków miejskich w okresie awarii podstawowych obiektów oczyszczalni ścieków
ścieków miejskich w okresie zbyt niskich stanów wody w odbiorniku
skratek zatrzymanych na kratach i piasku usuwanego z piaskowników
Ciągła dezynfekcja oczyszczonych ścieków w prawidłowo eksploatowanych oczyszczalniach ścieków komunalnych (mechaniczno-biologicznych) nie jest z zasady w Polsce stostowana. W świetle praktyki zagranicznej (szczególnie USA) wydaje się jednak w wielu przypadkach celowe stosowanie dezynfekcji ciągłej, przynajmniej w pewnych porach roku.
Rodzaje ścieków
Skład i ilość ścieków miejskich zalęzy od wielu czynników, między innymi od istnienia kanalizacji lub dowoęnia ścieków, rodzaju i stanu technicznego
kanalizacji, stopnia uprzemysłowienia osiedla czy miasta, wyposażenia mieszkań w urządzenia sanitarne, ilości zużytej wody, standardu życia mieszkańców, pory roku, klimatu.
Ścieki miejskie
Ścieki bytowo-gospodarcze
Ścieki z drobnego przemysłu
Ścieki opadowe
Wody infiltracyjne, drenażowe
Klasyfikacja zanieczyszczeń ścieków miejskich
Zanieczyszczenia fizyczne
Zanieczyszczenia chemiczne
Zanieczyszczenia organiczne
Zanieczyszczenia biogenne
Zanieczyszczenia refrakcyjne
Zanieczyszczenia biologiczne
Najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń w ściekach wprowadzanych do wód i gleb
Lp Symbol i nazwa grupy - nazwa wskaźnika Jednostka Wartość A - Podstawowe 1 Temperatura st. C 35 2 Odczyn pH 6,5 ÷ 9,0 3 Zawiesiny ogólne mg/L 50,0 4 Pięciodobowe biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT5) mg O2/L 30,0 5 Chemiczne zapotrzebowanie tlenu metodą dwuchromianową (ChZTCr) mg O2/L 150,0 6 Ogólny węgiel organiczny (OWO) mg C/L 40,0 B - Eutroficzne 7 Azot amonowy mg NNH4/L 6,0 8 Azot azotanowy mg NNO3/L 30,0 9 Azot ogólny mg N/L 30,0 10 Fosfor ogólny mg P/L 5,0 C - Nieorganiczne 11 Twardość ogólna mg CACO3/L 3500,0 12 Chlorki mg Cl/L 1000,0 13 Siarczany mg SO4/L 500,0 14 Sód mg Na/L 800,0 15 Potas mg K/L 80,0 16 Substancje rozpuszczone mg /L 2000,0 17 Żelazo ogólne mg Fe/L 10,0 D - Nieorganiczne niebezpieczne 18 Arsen mg As/L 0,2 19 Bar mg Ba/L 10,0 20 Bor mg B/L 1,0 21 Cynk mg Zn/L 2,0 22 Chrom +3 mg Cr/L 0,5 23 Chrom +6 mg Cr/L 0,2 24 Kadm mg Cd/L 0,1 25 Miedź mg Cu/L 0,5 26 Nikiel mg Ni/L 2,0 27 Ołów mg Pb/L 0,5 28 Rtęć mg Hg/L 0,02 29 Srebro mg Ag/L 0,2 30 Wanad mg V/L 2,0 31 Chlor wolny mg Cl2/L 1,0 32 Cyjanki wolne mg CN/L 0,1 33 Cyjanki związane mg CN/L 5,0 34 Fluorki mg F/L 15,0 35 Rodanki mg CNS/L 10,0 36 Siarczki mg S/L 0,2 E - Organiczne niebezpieczne 37 Aldehyd mrówkowy mg /L 2,0 38 Akrylonitryl mg /L 20,0 39 Fenole lotne mg /L 0,5 40 Insektycydy z grupy węglowodorów chlorowanych µg /L 0,5 41 Insektycydy fosfoorganiczne i karbaminianowe µg /L 10,0 42 Kaprolaktam mg /L 10,0 43 Substancje powierzchniowo czynne - anionowe mg /L 5,0 44 Substancje powierzchniowo czynne - niejonowe mg /L 10,0 45 Substancje ekstrahujące się eterem naftowym mg /L 50,0 46 Substancje ropopochodne mg /L 15,0 47 Benzo(a)prien µg /L 2,0
Oczyszczanie wstępne
Przeciętna redukcja zanieczyszczeń w części mechanicznej waha się dla BZT5 w granicach 30%, a dla zawiesiny ogólnej w granicach 70%.
Oczyszczanie biologiczne
Dezynfekcja
