Autotermiczna termofilna stabilizacja osadów ściekowych

Autotermiczna termofilna stabilizacja osadów ściekowych

rok wydania: 2017, wydanie pierwsze
ilość stron: 130
ISBN: 978-83-60956-50-2
format: B5
oprawa: twarda

Wstęp

Budowa nowych oczyszczalni ścieków, modernizacja istniejących, a w szczególności zastosowanie wysokoefektywnych metod oczyszczania ścieków, spowodowały wzrost ilości powstających osadów. W zależności od technologii oczyszczania ścieków, w oczyszczalni mogą powstawać osady wstępne z oczyszczania wstępnego, osady nadmierne z oczyszczania biologicznego oraz osady z oczyszczania chemicznego [Heidrich i Suszyński 2010].

Osady ściekowe podlegają dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady z 19 listopada 2008 r. 2008/98/WE w sprawie odpadów (tzw. ramowej dyrektywie odpadowej). Zgodnie z ww. dyrektywą, osady jako odpady podporządkowane są określonej hierarchii postępowania. W pierwszej kolejności należy zapobiegać powstawaniu odpadów, w dalszym ciągu przygotować je do ponownego użycia, poddać recyklingowi, innym metodom odzysku i ostatecznie unieszkodliwiać. Zapobieganie powstawaniu osadów ściekowych nie jest jednak możliwe, gdyż stanowią one taki rodzaj odpadów, których wytwarzania nie da się uniknąć. Dlatego istotne znaczenie mają kolejne priorytety w hierarchii postępowania z odpadami, tj.: przygotowanie do ponownego wykorzystania lub ostateczne unieszkodliwienie. Ponowne ich wykorzystanie jest jednak możliwe tylko wówczas, gdy osady będą ustabilizowane oraz bezpieczne pod względem sanitarnym.

Stabilizacja osadów ściekowych może być realizowana poprzez wykorzystanie metod biologicznych, chemicznych lub termicznych. Najczęściej stosowane są metody biologiczne, zwłaszcza fermentacja metanowa i stabilizacja tlenowa. Do metod biologicznych zaliczamy również kompostowanie. Niewielu jednak projektantów czy specjalistów wyróżnia wśród biologicznych metod autotermiczną termofilną stabilizację osadów (ATSO).

Powszechnie stosowaną metodą higienizacji osadów ściekowych jest ich wapnowanie [Podedworna i Umiejewska 2008]. Poza metodami chemicznymi, wyróżnia się również metody termiczne. Zaliczyć do nich można pasteryzację, hydrolizę termiczną, suszenie oraz inne metody przekształcania termicznego. W tym miejscu znów należy wspomnieć autotermiczną termofilną stabilizację, która obok stabilizacji zapewnia równocześnie higienizację osadów.

Powszechnie znanych jest wiele metod stabilizacji i higienizacji osadów ściekowych. Jeszcze więcej istnieje technologii na nich opartych i urządzeń stosowanych do ich realizacji. Stąd też, przed projektantem stoi trudne zadanie wyboru tej właściwej, która pozwoli uzyskać produkt spełniający wymagania formalno-prawne, ale równocześnie urzeczywistni oczekiwania inwestorów i eksploatatorów. Kluczowe znaczenie może mieć sposób ostatecznego unieszkodliwienia osadów. Kierunkiem najczęściej wybieranym w Europie jest termiczna przeróbka osadów ściekowych. Jednak w warunkach krajowych, niewątpliwie najbardziej preferowanym, szczególnie dla pewnej wielkości oczyszczalni ścieków, jest ich wykorzystanie przyrodnicze [Podedworna i Heidrich 2010]. Idealnym rozwiązaniem może okazać się autotermiczna termofilna stabilizacja realizowana według technologii opracowanej przez niemiecką firmę Fuchs Enprotec GmbH. Proces ten, niestety ciągle mało znany w Polsce, umożliwia pozyskiwanie w oczyszczalni ścieków, nawozu organicznego, zamiast odpadu.

Proces ATSO zapewnia pełną stabilizację, higienizację, a nawet wręcz dezynfekcję osadów, czyniąc je biomasą, która może być wykorzystywana do celów przyrodniczych. Pełna hermetyzacja reaktorów uniemożliwia ewentualne wtórne skażenie osadów poddawanych procesowi. Właściwą funkcję spełnia również izolacja termiczna zbiorników, która bez względu na zewnętrzną temperaturę powietrza zapewnia odpowiednie warunki dla przebiegu procesu. Jest to zatem metoda skutecznego unieszkodliwiania osadów ściekowych, która przebiega w całkowicie zautomatyzowanej instalacji, pozwalającej na otrzymanie produktu gotowego do wykorzystania w postaci płynnej lub po odpowiednim odwodnieniu. Proces ATSO jest zatem dobrym sposobem dostosowywania osadów ściekowych do nawożenia. Nie wymaga, jak np. kompostowanie, stosowania dodatkowych materiałów wzbogacających. Zapotrzebowanie powierzchni pod budowę instalacji jest niewielkie. Pełna hermetyzacja zbiorników i zastosowanie urządzeń do oczyszczania powstających gazów sprawiają, że nie jest to proces uciążliwy dla środowiska.

Na terenie kraju pracuje jedenaście instalacji ATSO, które umożliwiają kontynuację badań podjętych w roku 2003 w oczyszczalni ścieków w Giżycku. Współpraca z eksploatatorami i realizacja zaplanowanych badań daje szansę nieustannego wzbogacania wiedzy dotyczącej procesu. Możliwa jest również kontrola warunków roboczych istniejących instalacji, wdrażanie usprawnień wynikających z prowadzonych badań lub podejmowanie działań zmierzających do optymalizacji procesu.

Celem poznawczym niniejszego opracowania była systematyzacja wiedzy dotyczącej procesu autotermicznej termofilnej stabilizacji osadów ściekowych, którą zrealizowano poprzez przedstawienie informacji fundamentalnych oraz omówienie specyficznych aspektów zastosowania procesu. Celem utylitarnym podjętych badań i rezultatów przedstawionych w tej pracy było rozpoznanie zakresu zmienności wybranych wskaźników pozwalających na określenie stopnia stabilizacji i higienizacji osadów ściekowych poddanych procesowi ATSO. Ocenę przydatności analizowanych parametrów technologicznych w eksploatacji instalacji ATSO można uznać za pragmatyczny cel opracowania, który może posłużyć eksploatatorom do określenia realnych możliwości zmiany warunków pracy instalacji, czy też opracowania strategii optymalizacji służącej zmniejszeniu zapotrzebowania energii.

Osiągnięcie przedstawionych celów umożliwił przyjęty zakres pracy, obejmujący informacje na temat istniejącego stanu wiedzy o procesie autotermicznej termofilnej stabilizacji oraz jego technicznych rozwiązań. Dokonano przeglądu wdrożonych na terenie kraju instalacji ATSO. Omówiono elementy wyposażania instalacji oraz przyjęte rozwiązania gospodarki osadowej. Przedstawiono również wyniki badań realizowanych w tych obiektach i zaprezentowano ich analizę. Dokonany przegląd i ocena wyników badań służyły uświadomieniu, że zgodnie z założeniami zrównoważonego rozwoju, wytwarzane w omawianych oczyszczalniach ścieków osady ściekowe należy traktować jako źródło odzysku głównych składników pokarmowych roślin, a nie jako odpad.

Spis treści
Wstęp  

    
Charakterystyka procesu autotermicznej termofilnej stabilizacji
1.1. Mikroflora termofilnego procesu biodegradacji
1.2. Przemiany biochemiczne w procesie autotermicznej termofilnej stabilizacji
1.3. Stabilność i samoregulacja procesu autotermicznej stabilizacji
1.4. Produkcja biomasy
1.5. Zjawisko pienienia się osadu
1.6. Uciążliwość zapachowa procesu  
1.7. Techniczne rozwiązania procesu
1.8. Energochłonność procesu

Przegląd wdrożonych instalacji ATSO
2.1. Ogólna charakterystyka wdrożonych instalacji
2.1.1. Oczyszczalnia ścieków w Olecku
2.1.2. Oczyszczalnia ścieków w Giżycku
2.1.3. Oczyszczalnia ścieków w Lubaniu Śląskim
2.1.4. Oczyszczalnia ścieków w Piszu
2.1.5. Oczyszczalnia ścieków w Oławie
2.1.6. Oczyszczalnia ścieków w Kętrzynie
2.1.7. Oczyszczalnia ścieków w Dąbrowie Białostockiej
2.1.8. Oczyszczalnia ścieków w Rudzie Bugaj  
2.1.9. Oczyszczalnia ścieków w Miliczu
2.1.10. Oczyszczalnia ścieków w Hajnówce
2.1.11. Oczyszczalnia ścieków w Wysokiem Mazowieckiem
2.2. Wybrane parametry techniczne reaktorów ATSO
2.3. Podstawowe wyposażenie instalacji
2.3.1. Aerator centralny
2.3.2. Aerator boczny
2.3.3. Rozbijacz piany
2.4. Zastosowane rozwiązania gospodarki osadowej w oczyszczalniach ścieków
2.4.1. Wstępne zagęszczanie osadów
2.4.2. Proces stabilizacji i higienizacji osadów
2.4.3. Odwadnianie osadów
2.4.4. Likwidacja uciążliwości zapachowej
2.4.5. Retencjonowanie osadów

Uruchomienie, rozruch i eksploatacja instalacji ATSO
3.1. Podstawowe warunki i ustalenia dotyczące rozpoczęcia i przebiegu uruchomienia
3.2. Uruchomienie i rozruch instalacji
3.3. Przebieg właściwego rozruchu technologicznego
3.4. Podstawowe czynności eksploatacyjne

Technologiczne podstawy oceny procesu ATSO
4.1. Stabilizacja osadów
4.1.1. Zmiany zawartości suchej masy
4.1.2. Zmiany zawartości substancji organicznych w suchej masie
4.1.3. Zmiany wartości chemicznego zapotrzebowania tlenu
4.2. Higienizacja osadów
4.2.1. Osady ściekowe jako źródło patogenów
4.2.2. Temperatura jako czynnik eliminujący zanieczyszczenie mikrobiologiczne osadów
4.2.3. Zmiany temperatury w procesie autotermicznej termofilnej stabilizacji
4.3. Odczyn osadów
4.4. Związki biogenne
4.5. Wapń i magnez
4.6. Metale ciężkie
4.7. Przewodność elektrolityczna
4.8. Potencjał oksydacyjno-redukcyjny
4.9. Mikrobiologia i parazytologia
4.10. Omówienie wyników badań

Przyrodnicze wykorzystanie osadów po autotermicznej termofilnej stabilizacji

Podsumowanie
Literatura
Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion of Sewage Sludge (Summary)