Złoża biologiczne w małych i średnich oczyszczalniach ścieków

Złoża biologiczne w małych i średnich oczyszczalniach ścieków

rok wydania: 2020, wydanie pierwsze
ISBN: 978-83-60956-62-5
ilość stron: 144
format: B4
oprawa: twarda

Wprowadzenie

Biologiczne oczyszczanie ścieków może być realizowane z wykorzystaniem metody osadu czynnego lub złóż biologicznych. Jak powszechnie wiadomo, stosując metodę osadu czynnego, możliwe jest nie tylko usunięcie ze ścieków związków węgla organicznego, ale również daleko idące usuwanie związków biogennych, czyli związków azotu i fosforu. W przypadku zastosowania złóż biologicznych, gdzie mamy do czynienia z utwierdzoną biomasą, zarówno projektanci jak i inwestorzy są zdania, że zastosowanie tego urządzenia gwarantuje tylko usuwanie związków węgla organicznego. Nie jest to prawda, bowiem możliwe jest zastosowanie układu dwustopniowych złóż biologicznych, gdzie pierwsze z nich pozwala na realizację procesu denitryfikacji, a drugie na realizację procesu nitryfikacji, oczywiście z uzupełnieniem układu o urządzenia do realizacji recyrkulacji ścieków bogatych w azotany podawanych ze złoża nitryfikującego do złoża denitryfikującego. Możliwe jest też zastosowanie układu hybrydowego, gdzie złoża mogą być wykorzystane do realizacji nitryfikacji bądź denitryfikacji i współpracować z komorą osadu czynnego, w której również może być realizowany proces nitryfikacji bądź denitryfikacji. Podczas stosowania złóż biologicznych problemem staje się usunięcie ze ścieków fosforu. Zasadniczo nie jest możliwe usunięcie fosforu na drodze biologicznej, co powoduje konieczność wprowadzenia do układu procesu usuwania fosforu na drodze chemicznej, przy czym stopień oczyszczania chemicznego może być umiejscowiony przed właściwym oczyszczaniem biologicznym, bądź też po oczyszczaniu biologicznym, przed odprowadzeniem ścieków do odbiornika.

Obecnie znane są i dość powszechnie stosowane rozwiązania technologiczne z wykorzystaniem urządzeń produkowanych fabrycznie i tworzących zblokowane oczyszczalnie ścieków. Stosując urządzenia typu Bioclere®, oferowane przez firmę Ekofinn-Pol, urządzenia oferowane przez firmę Kingspan, bądź też urządzenia dostarczane przez firmę Ecol-Unicon, można osiągnąć wysoki stopień oczyszczania w odniesieniu do podstawowych wskaźników zanieczyszczeń, takich jak BZT5, ChZT i zawiesina ogólna oraz znacznie niższy efekt oczyszczania odniesiony do związków azotu i fosforu. Stosowanie rozwiązań oferowanych przez wyżej wymienione firmy pozwala na przyjęcie i skuteczne oczyszczanie ścieków pochodzących od RLM £ 1 000. Oczyszczalnie oferowane przez wymienione firmy zostały już zastosowane w setkach, a nawet tysiącach obiektów, takich jak jednostki osadnicze, szkoły, hotele, motele itp. Jak wynika z oferty wymienionych firm, złoża biologiczne, jako najważniejszy element mechaniczno-biologicznej oczyszczalni ścieków mogą pracować jako złoża zraszane, bądź też złoża tarczowe, zwane również zanurzanymi. Systematykę reaktorów z utwierdzoną biomasą, których reprezentantem są złoża biologiczne, przedstawiono na rys. 1, wykorzystując opracowanie Hartmana [1].
Oczyszczalnie obsługujące powyżej 1 000 RLM wymagają opracowania indywidualnych projektów, z wykorzystaniem najnowszych elementów tworzących obudowę złóż biologicznych, wypełnień z tworzyw sztucznych w postaci kształtek lub pakietów oraz wysokosprawnych zraszaczy. Każde złoże biologiczne dla wspomnianej tu liczby mieszkańców wymaga oczywiście rozwiązania części mechanicznej, obejmującej takie urządzenia jak sitopiaskownik i osadnik wstępny, a także osadnik wtórny. W klasycznych rozwiązaniach oczyszczalni ścieków z zastosowaniem złóż biologicznych preferowane były, jako wstępne, osadniki Imhoffa, co pokazano w rozdziale 3. Usytuowanie wysokościowe urządzeń tworzących oczyszczalnię ścieków, w przypadku zastosowania osadników Imhoffa, pozwalało na grawitacyjny przepływ ścieków od osadnika wstępnego poczynając, a na osadniku wtórnym kończąc. Takie rozwiązanie przyczyniało się do znacznego obniżenia energochłonności oczyszczalni ścieków.
W chwili obecnej jako osadniki wstępne proponuje się zastosowanie osadników poziomych podłużnych, przy czym ścieki odprowadzane z tych osadników muszą być podnoszone na taki poziom, aby zagwarantować efektywne działanie zraszacza obrotowego, stanowiącego istotny element złoża biologicznego. W omawianych tu oczyszczalniach ścieków rolę osadnika wtórnego pełni, w większości przypadków, osadnik o przepływie pionowym. Rozwiązanie problemu usuwania fosforu, który jest podstawowym pierwiastkiem powodującym eutrofizację wód, wymaga zastosowania urządzeń do chemicznej defosfatacji, ze wskazaniem na urządzenie bazujące na konstrukcji osadnika o przepływie pionowym, w którym to urządzeniu zamiast rury centralnej umieszczona jest komora flokulacji o przepływie wirowo-śrubowym. Dla większych oczyszczalni ścieków zaproponować można technologię Actiflo®, oferowaną przez firmę Veolia Water [2]. Rozwiązanie to polega na wspomaganiu procesu koagulacji objętościowej mikropiaskiem, co przyczynia się do zmniejszenia wielkości poszczególnych komór bloku technologicznego i znacznego skrócenia czasu przebiegu procesów technologicznych.

Działanie urządzeń przeznaczonych do oczyszczania ścieków na drodze chemicznej spowoduje nie tylko obniżenie stężenia fosforu, ale również istotne obniżenie wartości BZT5 i ChZT oraz stężenia zawiesiny ogólnej, przy niewielkim obniżeniu stężenia azotu ogólnego. Urządzenia do chemicznego oczyszczania ścieków mogą być umieszczone zarówno przez złożami biologicznymi, jak też po osadnikach wtórnych. W pierwszym przypadku możliwe jest obniżenie BZT5 do takiego stopnia, że ścieki wprowadzane do złoża będą spełniały warunek, iż ich BZT5 nie będzie przekraczało wymaganej wartości, określonej na poziomie 150 g/m3. W drugim przypadku, możliwe będzie znaczne obniżenie wartości istotnych wskaźników zanieczyszczeń, co przyczyni się do bardzo ograniczonego zanieczyszczenia wód odbiornika.

Z aktualnie obowiązujących przepisów prawnych wynika, że w przypadku oczyszczalni ścieków obsługujących do 10 000 RLM oraz w przypadku, gdy ścieki oczyszczone nie są odprowadzane do wód stojących oraz gdy oczyszczalnia ścieków nie jest zlokalizowana na terenie aglomeracji, nie jest konieczne usuwanie związków azotu i fosforu [23]. W tym przypadku dla oczyszczalni obsługującej poniżej 2 000 RLM dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń powinny spełniać następujące wymagania: BZT5 £ 40 g/m3, ChZT £ 150 g/m3, zawiesiny ogólne £ 50 g/m3. W przypadku oczyszczalni obsługujących od 2 000 do 9 999 RLM, spełnione powinny być następujące wymagania: BZT5 £ 25 g/m3, ChZT £ 125 g/m3, zawiesiny ogólne £ 35 g/m3. Jak już podano powyżej, w oczyszczalniach ścieków w których zastosowano złoża biologiczne możliwe jest przeprowadzenie procesu nitryfikacji i częściowej denitryfikacji, jak też procesu daleko idącej defosfatacji chemicznej.

Oczywistym jest, że oczyszczalnia ścieków generuje powstawanie osadów ściekowych, które powinny być unieszkodliwione na terenie oczyszczalni ścieków, bądź też przygotowane do wywozu i wywiezione do najbliższej większej oczyszczalni ścieków. Podstawowe procesy stosowane przy unieszkodliwianiu osadów to zagęszczanie, stabilizacja (na ogół tlenowa), mechaniczne odwadnianie i higienizacja. Stosując określony układ przeróbki osadów należy mieć na względzie to, że unieszkodliwione osady powinny być przydatne do rolniczego zagospodarowania. Sposoby unieszkodliwiania preferowane do stosowania w oczyszczalniach obsługujących do 10 000 RLM omówiono w dalszej części książki.

Spis treści

1. Wprowadzenie / 7

2. Zasady działania i konstrukcje złóż biologicznych / 11
2.1. Wiadomości wstępne / 11
2.2. Złoża zraszane / 13
2.3. Złoża tarczowe / 23

3. Kinetyka procesów zachodzących w złożach zraszanych / 25

4. Schematy technologiczne / 31

5. Zasady projektowania oczyszczalni ścieków ze złożami biologicznymi / 37
5.1. Dane wejściowe do projektowania / 37
5.2. Wstępne mechaniczne i chemiczne oczyszczanie ścieków / 42
5.3. Złoża biologiczne / 65
5.3.1. Złoża zraszane / 65
5.3.1.1. Wprowadzenie / 65
5.3.1.2. Ogólne zasady wymiarowania / 66
5.3.2. Złoża tarczowe / 70
5.3.2.1. Wprowadzenie / 70
5.3.2.2. Ogólne zasady wymiarowania / 72
5.4. Osadniki wtórne / 73

6. Gospodarka osadowa / 75
6.1. Rodzaje osadów i ich ilości / 75
6.2. Właściwości osadów / 77
6.3. Układy technologiczne / 82
6.4. Zagęszczanie / 86
6.5. Stabilizacja osadu / 90
6.5.1. Rodzaje stabilizacji i ich charakterystyka / 90
6.5.2. Biologiczna stabilizacja tlenowa / 93
6.5.3. Stabilizacja autotermiczna termofilowa (ATSO) / 98
6.5.4. Biologiczna stabilizacja beztlenowa / 99
6.5.5. Kompostowanie / 104
6.5.6. Stabilizacja chemiczna / 109
6.6. Odwadnianie osadu / 111
6.7. Higienizacja osadu / 118
6.8. Suszenie słoneczne osadów / 118

7. Wybrane rozwiązania oczyszczalni ścieków / 121
7.1. Oczyszczalnie ścieków typu Bioclere® / 121
7.1.1. Opis technologii / 121
7.1.2. Charakterystyka urządzeń / 123
7.1.2.1. Osadniki wstępne / 123
7.1.2.2. Reaktory biologiczne / 123
7.1.2.3. Osadniki wtórne / 125
7.1.3. Dobór reaktorów Bioclere® / 125
7.1.4. Eksploatacja / 128
7.1.5. Koszty eksploatacji / 128
7.2. Oczyszczalnie ścieków typu Bio-Fit NST / 130
7.3. Oczyszczalnie ścieków BioDisc® / 134

Literatura / 139