Polska jest krajem o stosunkowo niewielkich zasobach wód powierzchniowych. Są one rozmieszczone nierównomiernie w skali kraju, a na obszarach o większej gęstości zaludnienia poddane silnemu wpływowi działalności człowieka (antropopresji).
Szczególne zagrożenie dla jakości wód powierzchniowych wiąże się z występowaniem eutrofizacji (użyźniania) spowodowanej związkami azotu i fosforu odprowadzanymi ze ściekami komunalnymi.
Małe oczyszczalnie ścieków eksploatowane na terenach wiejskich i podmiejskich często nie są zaprojektowane do usuwania związków azotu i fosforu ze ścieków. Uwzględniając specyfikę małych oczyszczalni i stawiane im warunki, w tym prostotę obsługi i niezawodność działania, poszukuje się rozwiązań zapewniających wymaganą efektywność oczyszczania przy jak najniższych kosztach inwestycyjnych i eksploatacyjnych. Do określenia rodzaju i zakresu koniecznych działań można z powodzeniem wykorzystać symulację komputerową.
Badana oczyszczalnia ścieków została zaprojektowana w okresie, w którym obowiązywały wymagania dotyczące jakości ścieków oczyszczonych określone w Rozporządzeniu Ministra Ochrony Środowiska Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z 1991 r. [12]. Zgodnie z tymi przepisami małe oczyszczalnie oprócz usuwania zanieczyszczeń organicznych i zawiesin musiały zapewniać także usuwanie związków azotu i fosforu.
Dopuszczalne stężenie azotu ogólnego i fosforu ogólnego w ściekach oczyszczonych wynosiło odpowiednio 30 g N/m3 i 5 g P/m3. Pomimo zastosowania wielostopniowego procesu obejmującego mechaniczno-biologiczne oczyszczanie ścieków na sicie gęstym i w komorze osadu czynnego oraz chemiczne strącanie fosforu i doczyszczanie w złożu hydrofitowym oczyszczalnia nie spełniała wymagań dotyczących usuwania azotu.
Przeczytaj także: Wybrane rozwiązania w kanalizacji grawitacyjnej >>
Wykonane badania analityczne składu ścieków i testy technologiczne pozwoliły na skonstruowanie modelu symulacyjnego oczyszczalni oraz przeprowadzenie symulacji komputerowych.
Badania symulacyjne pokazały, że istnieją praktycznie bezinwestycyjne możliwości zwiększenia efektywności usuwania azotu w oczyszczalni poprzez wprowadzenie prostej modyfikacji w układzie sterowania systemem napowietrzania osadu czynnego w reaktorze biologicznym.
Opis badanej oczyszczalni
Badany obiekt to mała wielostopniowa oczyszczalnia ścieków wykorzystująca technologię niskoobciążonego osadu czynnego w układzie uproszczonym, z dodatkowym chemicznym strącaniem oraz końcowym doczyszczaniem ścieków w oczyszczalni hydrofitowej. Została zaprojektowana na średnią przepustowość dobową 150 m3/d i równoważną liczbę mieszkańców RLM = 1000.
Skład ścieków dopływających jest typowy dla średnio stężonych ścieków komunalnych z podwyższoną zawartością azotu. Stopień mechanicznego oczyszczania wykorzystuje proces cedzenia na gęstym sicie bębnowym o prześwicie 2 mm. Stopień oczyszczania biologicznego wykorzystujący metodę osadu czynnego składa się z komory napowietrzania osadu oraz osadnika wtórnego o przepływie pionowym.
Chemiczne strącanie fosforu odbywa się za pomocą siarczanu żelaza (PIX) w wydzielonym zbiorniku umieszczonym po osadniku wtórnym. Do końcowego doczyszczania ścieków służy oczyszczalnia hydrofitowa o przepływie poziomym ze złożem trzcinowym.
Przeróbka osadu prowadzona jest w procesie stabilizacji tlenowej w reaktorze i w wydzielonej komorze stabilizacji, a ustabilizowany osad odwadniany jest w filtrze workowym. Z wyjątkiem pompowni i oczyszczalni hydrofitowej wszystkie pozostałe urządzenia i obiekty oczyszczalni znajdują się w budynku. Schemat technologiczny oczyszczalni przedstawiono na rys. 1.
Zakres i metodyka badań
Celem przeprowadzonych badań było określenie technologicznych i eksploatacyjnych możliwości zwiększenia efektywności usuwania azotu w małej oczyszczalni ścieków z reaktorem biologicznym wykorzystującym metodę niskoobciążonego osadu czynnego z przedłużonym czasem napowietrzania.
Badania prowadzono w warunkach pracującej oczyszczalni ścieków przy rzeczywistym obciążeniu hydraulicznym i obciążeniu ładunkiem zanieczyszczeń mniejszym od obciążenia projektowego.
Badania technologiczne prowadzone były przez dwa tygodnie. Wykonywano pomiary ilości ścieków dopływających oraz badano analityczne jakości ścieków surowych, ścieków oczyszczonych i osadu czynnego. Przeprowadzono także badania aktywności biomasy osadu czynnego za pomocą testów technologicznych.
Pomiar natężenia przepływu ścieków dopływających do oczyszczalni wykonywany był za pomocą przepływomierza ultradźwiękowego połączonego z rejestratorem. W czasie badań oczyszczalnia pracowała z obciążeniem hydraulicznym mniejszym od wartości projektowej, a natężenie przepływu ścieków dopływających do oczyszczalni wynosiło średnio 111 m3/d.
Próbki ścieków do analiz fizykochemicznych pobierano za pomocą przenośnego urządzenia do ciągłego poboru próbek w cyklu dobowym typu PB-MOS. Próbki ścieków surowych i odpływających z osadnika wtórnego pobierane były automatycznie co 6 minut, a następnie zlewane na próbki 24-godzinne.
Próbki ścieków po trzecim stopniu oczyszczania, który stanowi oczyszczalnia hydrofitowa, pobierano ręcznie co pół godziny w ciągu dnia, a następnie zlewano na próbki 8-godzinne. Do chwili zlewania próbki były utrzymywane w stanie schłodzonym, a oznaczenia wykonywano niezwłocznie po zlaniu próbek ścieków.
