Woda jest cennym towarem. W celu ochrony naszych wód naturalnych oraz wspierania produkcji wody pitnej, wszystkie ścieki zostają najpierw oczyszczone z zanieczyszczeń i szkodliwych substancji, a dopiero potem są ponownie wprowadzane do obiegu wody. Do uzdatniania wody i osiągania najlepszej możliwej naturalnej jakości wody wykorzystywane są różne procesy. Ogólnie rzecz biorąc, oczyszczanie ścieków można podzielić na dwa podstawowe rodzaje. Pierwszy to usuwanie z wody wszystkich problematycznych substancji. Odbywa się to np. poprzez czyszczenie, usuwanie metali, demanganizację, sterylizację, odsalanie lub zmiękczanie. Podczas drugiego procesu do wody dodawane są specyficzne substancje, które poprawiają jakość i wpływają na takie parametry, jak wartość pH czy przewodność.
Do realizacji poszczególnych etapów oczyszczania, dostępnych jest kilka procesów uzdatniania wody:
Największa ilość ścieków do oczyszczenia znajduje się w komunalnych oczyszczalniach ścieków, dlatego wymaga to połączenia różnorodnych i skutecznych procesów. W zależności od rodzaju oczyszczalni stosowane procesy różnią się od siebie.
Procesy oczyszczania ścieków w oczyszczalniach można podzielić na różne etapy.
Jeszcze całkowicie nieoczyszczone ścieki są w pierwszym etapie oczyszczane mechanicznie, co pozwala na usunięcie około 20-30% zawartych w nich zanieczyszczeń stałych. W tym celu ścieki doprowadza się do systemu przesiewającego, w którym bęben przesiewający lub sito filtruje duże zanieczyszczenia, takie jak liście, papier lub tekstylia. Różne przesiewacze, od zgrubnych ze szczelinami o szerokości kilku centymetrów po drobne ze szczelinami o szerokości kilku milimetrów, przez które woda przepływa z różną prędkością, stopniowo odfiltrowują duże zanieczyszczenia. Zebrane mechanicznie skratki są odwadniane i utylizowane w spalarni.Następnie wstępnie oczyszczona woda przechodzi do tzw. pułapki piaskowej. W technice oczyszczania jest to termin używany do określenia zbiornika sedymentacyjnego, którego zadaniem jest usuwanie gruboziarnistych cząstek, takich jak kamienie, odłamki szkła lub piasek, a także gruboziarnistego materiału organicznego, który nie został usunięty przez przesiewacze. Dzieje się tak przy stosunkowo dużej prędkości przepływu, wynoszącej około 0,3 m/s. Wyróżnia się nienapowietrzaną długą pułapkę piaskową, napowietrzaną długą pułapkę piaskową,zwaną również walcową komorą piaskową oraz okrągłą komorę piaskową..
W napowietrzanej pułapce piaskowej ze ścieków usuwane są dodatkowo tłuszcze i oleje – odbywa się to w następujący sposób: Wprowadzone powietrze procesowe powoduje ruch obrotowy wody, która unosi na powierzchnię lżejsze substancje, takie jak oleje i tłuszcze. Dzięki temu można łatwo je usunąć.W okrągłą komorę piaskową. materiał oddzielany jest od ścieków dzięki sile odśrodkowej i odsysany. Po oczyszczeniu w pułapce piaskowej materiał jest płukany i oczyszczany z substancji organicznych. Powoduje to lepsze odwodnienie zebranego materiału nieorganicznego, który można wykorzystać ponownie, np. do budowy dróg. Jeżeli dalszy recykling nie jest możliwy, materiał z pułapki piaskowej należy odpowiednio zutylizować: Zostaje zdeponowany na składowisku odpadów lub zutylizowany w spalarniach odpadów.Osadnik wstępny jest kolejnym etapem oczyszczania ścieków. Prędkość przepływu ścieków jest o około 1,5 cm/s mniejsza niż w pułapce piaskowej. Zmniejszenie prędkości przepływu uzyskuje się poprzez poszerzenie zbiornika. Niska prędkość przepływu jest konieczna, aby drobne cząstki zanieczyszczeń, w zależności od ich składu, mogły osiąść na dnie lub na powierzchni wody. Osad, który powstaje tu w wyniku sedymentacji (osadzania się na dnie), nazywany jest osadem pierwotnym. Składa się on w większości z materiału organicznego. Osad pierwotny jest wypychany z dna do zlewu świeżego osadu za pomocą belki zbierającej. Substancje unoszące się na powierzchni przenoszone są do szybu osadu pływającego. Pompa przepompowuje świeży osad do tzw. wieży fermentacyjnej.W wieży fermentacyjnej w 4 etapach (w fazie hydrolizy, zakwaszenia, acetonu i metanogenu) wytwarzany jest metan, który w ciepłowni blokowej jest przetwarzany na energię elektryczną i może być wykorzystywany do zasilania zakładu. Proces fermentacji w wieży fermentacyjnej twa około 4 tygodni. Pozostałość stanowi bezzapachowy osad, który po odwodnieniu za pomocą wirówek lub filtrów często wykorzystuje się w rolnictwie.Na tym kończy się etap oczyszczania mechanicznego. Etap ten pozwala na usunięcie średnio 40-30% zanieczyszczeń. Ścieki przechodzą przez oczyszczalnię w drodze do kolejnego etapu oczyszczania.
W większości oczyszczalni ścieków woda wstępnie oczyszczona na etapie oczyszczania mechanicznego trafia do tzw. reaktorów biologicznych,które często są zaprojektowane jako zbiorniki obiegowe. W tym miejscu odbywa się oczyszczanie biologiczne.
Dzięki dopływowi tlenu i pomocy wirników do obiegu jest wprowadzana woda. Tworzą się mniej lub bardziej napowietrzone obszary, w których powstają różne warunki środowiskowe dla bakterii i mikroorganizmów. Mikroorganizmy odżywiają się znajdującymi się w dalszym ciągu w wodzie zanieczyszczeniami organicznymi, a następnie przekształcają je w substancje nieorganiczne. Bakterie tworzą płatki osadu czynnego, które swobodnie unoszą się w wodzie. Dostarczenie tlenu stymuluje rozmnażanie się bakterii, a tym samym sprzyja tworzeniu się osadu czynnego. Proces biologicznego oczyszczania ścieków nazywany jest również procesem osadu czynnego.Ścieki z osadem czynnym przepompowywane są do osadnika wtórnego. Tutaj prędkość przepływu strumienia ścieków zostaje ponownie zmniejszona. Rozpoczyna się proces sedymentacji: Osad czynny osadza się na dnie oczyszczonej wody, gdzie jest oddzielany od wody czystej za pomocą mechanicznych urządzeń oczyszczających. Część osadu czynnego jest kierowana do wieży fermentacyjnej jako dodatkowa biomasa. Druga część osadu, która jest również nazywana „osadem wrotnym”, zwracana jest do zbiornika aktywacyjnego, aby zapewnić w niej wystarczającą ilość drobnoustrojów do przetworzenia zanieczyszczeń. Po zakończeniu oczyszczania biologicznego substancje ulegające biodegradacji są usunięte ze ścieków w około 90%. Ze względu na konieczność dostarczania tlenu przez sprężarki, etap biologicznego oczyszczania jest najbardziej energochłonną fazą w całym procesie oczyszczania. Gdy woda osiągnie wymaganą prawem jakość, może zostać wprowadzona do obiegu, na przykład do rzeki.W wielu przypadkach oczyszczanie biologiczne nie wystarcza. Następnie konieczne są dalsze procesy oczyszczania ścieków, np. oczyszczanie w formie obróbki chemicznej. Tutaj wykorzystywane są dodatki chemiczne.
Na tym etapie do oczyszczania ścieków wykorzystuje się procesy chemiczne. W tym celu stosowane są związki chemiczne do produkcji wody o wymaganych prawem wartościach standardowych. Chemiczne oczyszczanie ścieków w oczyszczalniach obejmuje ich neutralizację, dezynfekcję, wytrącanie fosforanów, eliminację azotu, usuwanie metali oraz demanganizację.
Zestawy Neutralizacja ma na celu uzyskanie określonej wartości pH, którą otrzymuje się poprzez dodanie kwasu np. HCl lub zasady np. mleka wapiennego.
Przy planowaniu dezynfekcję patogeny chorobotwórcze zabijane są przez dodanie chloru lub dwutlenku chloru. Alternatywą dla dodawania chemikaliów jest napromieniowanie ścieków światłem UV, jednak technologia ta jest stosowana rzadziej. Wytrącanie fosforanów: Ścieki są często zanieczyszczone fosforanami z detergentów, nawozów, dodatków do żywności i fekaliów. Jeśli pozostaną w ściekach, mogą prowadzić do nadmiernego nawożenia wód i wzbogacenia ich w składniki odżywcze, co może prowadzić do niepotrzebnego, szkodliwego dla ekosystemu wzrostu roślin (eutrofizacja).
Usuwanie fosforanów w procesie chemicznego wytrącania lub flokulacji. Zestawy wytrącanie fosforanów rozpoczyna się już w pułapce piaskowej lub osadniku przez dodanie soli glinu lub żelaza. Płatki metalofosforanu, które osiadają podczas wtórnego oczyszczania, są następnie usuwane ze ścieków razem z osadem czynnym. Zależnie od sposobu eksploatacji, fosforan może być również „wyławiany” ze ścieków przy pomocy mikroorganizmów. W tym przypadku mówi się o biologicznej eliminacji fosforu, która nadal jest rzadko stosowana.
Do chemicznego oczyszczania ścieków należy również eliminacja azotu: Przeprowadza się ją w celu usunięcia ze ścieków szkodliwych dla wody związków azotu, takich jak amoniak i amon. Związki azotu pozbawiają wodę niezbędnego do życia tlenu, a po wprowadzeniu do zbiorników wodnych mogą nawet spowodować śmierć ryb. Eliminacja azotu osiągana jest przez nitryfikację i denitryfikację: Podczas nitryfikacji, przez dodanie bakterii beztlenowych i tlenu, amon przekształcany jest w azotyny, a w drugim etapie w azotany. Późniejsza denitryfikacja jest wywoływana również przez dodanie mikroorganizmów beztlenowych. Rozkładają one azotany poprzez aktywność enzymatyczną na gaz azotowy, który jest zwracany do atmosfery. Usuwanie metali: W celu obniżenia zawartości żelaza w ściekach do wymaganego poziomu, kationy żelaza (II) są utleniane przez dodanie tlenu. Aby wywołać proces utleniania, do ścieków należy dodać roztwór sody kaustycznej.Demanganizacja: Mangan jest zwykle obecny w ściekach w postaci wodorowęglanu manganu. Poprzez dopływ tlenu powstają słabo rozpuszczalne związki manganu IV, które można łatwo usunąć z wody.
W czwartym i ostatnim etapie oczyszczania stosowane są procesy membranowe i filtracyjne. Ten etap oczyszczania jest częściowo połączony z chemicznymi procesami wytrącania i flokulacji. W taki sposób powstaje na przykład metoda filtracji flokuacyjnej. Substancje strącające i flokulanty są dodawane do ścieków, co prowadzi do flokulacji substancji, które mają zostać rozdzielone. Ścieki z flokulowanym materiałem są następnie przepuszczane przez filtr tkaninowy lub piaskowy. Powoli przesączają się przez warstwy filtra. W tym procesie usuwane są nawet najmniejsze cząstki organiczne.Zestawy Nanofiltracja działa w bardzo podobny sposób. W odróżnieniu od normalnej filtracji woda jest w tym przypadku przepuszczana przez membranę pod ciśnieniem, która zatrzymuje nawet najmniejsze rozpuszczone cząstki, takie jak molekuły lub jony metali ciężkich. Podobnie dzieje się w procesie odwróconej osmozy,gdzie stosowane są jeszcze wyższe ciśnienia i drobniejsze membrany.Wszelkie zanieczyszczenia zatrzymane podczas filtracji, nanofiltracji i odwróconej osmozy przechodzą przez osadnik wstępny w postaci osadu filtracyjnego do procesu oczyszczania osadów.Woda trafia w tym momencie do ostatniego obszaru oczyszczalni – zbiornika czystej wody. Tutaj ponownie pobierane są próbki wody i sprawdzana jest jej jakość. Oczyszczona woda jest wprowadzana do obiegu tylko wtedy, gdy spełnione są wymagane prawem parametry.
STRONY DOT. OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW NA ŚWIECIE:
Uzdatnianie wody i ścieków | Świadczenia dla operatorów oczyszczalni ścieków | Przykłady zakresu zastosowania | Performance³ | Przewodnik w zakresie oczyszczania ścieków | Kalkulator efektywności
