Biologiczne oczyszczalnie ścieków – technologia SBR dwukomorowa

W tym artykule chciałbym zająć się budową i zasadą działania, a także zaletami tradycyjnej oczyszczalni SBR pracującej w oparciu o dmuchawę (sprężarkę) oraz dwie komory – osadnik wstępny i reaktor SBR.

Historia technologii SBR

Osad czynny (biomasa zawieszona) to zespół mikroorganizmów (biocenoza) złożony z bakterii, grzybów mikroskopowych i pierwotniaków. Mikroflora osadu (bakterie i grzyby) rozkłada związki organiczne występujące w ściekach na substancje proste, m.in.: dwutlenek węgla, wodę i amoniak, który zostaje utleniony do azotanów; mikrofauna zaś, odżywiając się bakteriami i grzybami, reguluje ich ilość w biocenozie.

Przebieg cyklicznego sposobu pracy oczyszczalni ścieków został po raz pierwszy opisany w 1898 roku przez angielskiego inżyniera Thomasa Wardlea, który w pracy reaktora biologicznego wyróżnił fazę napełniania, fazę napowietrzania, fazę sedymentacji oraz fazę opróżniania; jednak ze względu na wówczas jeszcze niewystarczająco rozwiniętą technikę sterowania procesami nie mógł znaleźć szerszego zastosowania swojego wynalazku. Proces oczyszczania ścieków osadem czynnym z wykorzystaniem reaktorów sekwencyjnych od czasu jego wynalezienia popadł później na wiele lat w zapomnienie. W roku 1914 proces został na nowo opisany przez Arden’a i Lockett’a, a następnie przez wiele lat trwały nad nim prace badawcze. W roku 1952 proces został odkryty na nowo przez Hoovera i Porgesa, kiedy to został dokładnie opisany i wprowadzony do szerszego stosowania. Od 1979 roku technologia SBR wykorzystywana jest w oczyszczalniach komunalnych i przemysłowych. Do przydomowych oczyszczalni ścieków technologia SBB szeroko weszła pod koniec lat 90-tych dwudziestego wieku.

Technologia oznaczona jest skrótem „SBR” – Sequencing Batch Reactor co wskazuje na fakt, iż ścieki są oczyszczane w sposób okresowy (Batch, Reactor), a utlenianie biologiczne i sedymentacja przebiegają bez przerwy w ściśle określonym przedziale czasu, który jest ciągle powtarzany (Sequencing).

Zdjęcia osadu czynnego pod mikroskopem

Osad czynny – zawiesina

Osad czynny po opadnięciu (30 min. później)

Odciek po procesie oczyszczania

Opis funkcjonowania oczyszczalni SBR dwukomorowej

Przydomowa oczyszczalnia ścieków SBR wyposażona jest w sekwencyjny reaktor biologiczny (SBR): zmagazynowane w osadniku wstępnym surowe ścieki są stopniowo przesyłane do komory oczyszczania biologicznego zawierającej mikroorganizmy (osad czynny). W procesie oczyszczania wyodrębnione są dwa etapy: etap buforowania i magazynowania osadu ściekowego oraz etap SBR. Pełen cykl oczyszczania jednej partii ścieków trwa ok. 8 godzin – w tym czasie przez 6 godzin trwa napowietrzanie, a przez 2 godziny sedymentacja. Cykl ten jest sterowany elektronicznym, programowalnym sterownikiem i można go w odpowiedni sposób dostosować do warunków lokalnych (ilość użytkowników, ilość dopływających ścieków etc.) Wartości robocze na sterowniku można w pewnych granicach zmieniać i optymalizować.

Przekrój przez dwukomorową oczyszczalnię SBR

Osadnik wstępny

Ścieki bytowe odprowadzane są bezpośrednio do tego zbiornika, a pełni on trzy funkcje:

przejściowe zmagazynowanie ścieków i zapewnienie wolumenu buforowego,
wstępne oczyszczanie mechaniczne zachodzące poprzez wytwarzanie w procesie sedymentacji „osadu pierwotnego”,
magazynowanie nowo wytworzonego osadu ściekowego podczas oczyszczania biologicznego (osad wtórny)

Reaktor biologiczny (komora SBR)

Tutaj odbywa się właściwe biologiczne oczyszczanie ścieków. Układ składa się z kapsuły technicznej, a w niej znajdujących się dmuchawy i elektrozaworów, oraz z pomp mamutowych. Na początku cyklu obróbki, jak i po ok. 1,5- i 2,5-godzinach ma miejsce zasilanie osadu czynnego ściekami z osadnika wstępnego przy pomocy pompy mamutowej.

Podczas obróbki biologicznej, charakterystyczne dla ścieków z gospodarstw domowych składniki z unoszących się mikroorganizmów (osad czynny) podlegają rozkładowi lub są przetwarzane na biomasę. Konieczne w tym celu przemieszanie, jak i zaopatrzenie w tlen, odbywa się poprzez dyfuzor rurowy. Napowietrzanie odbywa się w sposób przerywany, to znaczy dyfuzor pracuje zawsze pomiędzy dwoma przerwami. Zależnie od liczby mieszkańców, dany typ dmuchawy oraz klasa oczyszczania mają zadany określony czas napowietrzania. Przedział składający się z czasu napowietrzania oraz czasu przerwy trwa łącznie 20 min., co daje w efekcie różne długości przerw (np. 5 min napowietrzania, 15 min przerwy, 12 min. napowietrzania, 8 min. przerwy).

Po prawie 5-godzinnej fazie napowietrzania następuje 1-godzinna faza osiadania, na końcu której pompa wody czystej pompuje oczyszczone ścieki do rury odpływowej tak długo, aż zostanie osiągnięty dolny punkt zasysania pompy wody czystej.

Usuwanie nadmiaru osadu

Podczas odprowadzania oczyszczonych ścieków, na końcu cyklu uruchamiana jest jednocześnie pompa osadu wtórnego. Tłoczy ona mieszaninę osadu czynnego i wody z powrotem do osadnika wstępnego tak długo, aż poziom osadu czynnego osiągnie wysokość otworu zasysającego.

W taki sposób uzyskuje się stałą objętość osadu czynnego oraz usuwa jego nadmiar.

Zalety oczyszczalni SBR

Oczyszczalnie SBR dwukomorowe pracujące na bazie dmuchawy posiadają wiele zalet w stosunku do innych technologii stosowanych w przydomowych oczyszczalniach ścieków. Niektóre z nich to:

trwała i niezawodna konstrukcja (brak pomp czystej i brudnej wody oraz skomplikowanych czujników w oczyszczalni),
energooszczędność oraz wydajność (niskie zużycie prądu),
prosta instalacja oraz serwisowanie.

Kapsuła techniczna zamontowana w zbiorniku

Oczywiście i wśród tego typu urządzeń istnieją rozwiązania bardziej lub mniej efektywne. Przedstawione na fot urządzenie posiada dość sporą zaletę: dmuchawa wraz z elektrozaworami znajduje się w zbiorniku, w szczelnej kapsule zamontowanej powyżej maksymalnego poziomu ścieków w zbiorniku. Powietrze pobierane jest przez przewód wentylacyjny wyprowadzony z kapsuły poza zbiornik. Energia elektryczna dostarczana jest do dmuchawy przewodem elektrycznym wyprowadzonym ze sterownika zamontowanego wewnątrz pomieszczenia technicznego w budynku. Popularne na rynku oczyszczalnie SBR posiadają zamontowane w jednej szafce sterownik, dmuchawę i elektrozawory, a szafka ta instalowana jest w kotłowni lub garażu w budynku. A więc zalety urządzeń typu SBR z dmuchawą w zbiorniku to przede wszystkim:

bezgłośna praca dmuchawy (brak urządzeń generujących hałas w budynku),
mniejsze zużycie energii elektrycznej przez dmuchawę (nie ma konieczności prowadzenie węży powietrznych z budynku do zbiornika, co powoduje straty ciśnienia na przewodach)
minimalna ilość miejsca w budynku potrzebna do montażu sterownika
szybki i nieskomplikowany montaż urządzenia,

Rozsączanie ścieków oczyszczonych do gruntu

Ścieki oczyszczone w procesie SBR mogą być z łatwością oddane do gruntu poprzez odpowiednio dobrany system np. skrzynek rozsączających lub tuneli rozsączających. Ścieki oczyszczone mogą być również odprowadzone do wód płynących lub stojących, jednak w tym przypadku konieczne jest uzyskania zgody odpowiednich organów.

Aspekty prawne dotyczące instalacji i eksploatacji oczyszczalni

Prawo budowlane z 7.07. 1994 r., art. 29, ust. 1, pkt 3 stanowi, że budowa indywidualnych przydomowych oczyszczalni ścieków o wydajności do 7,5 m³ na dobę nie wymaga pozwolenia na budowę. Jednakże wymaga ona zgłoszenia właściwemu organowi, co polega na podaniu informacji o fakcie takiej budowy. W zgłoszeniu należy określić rodzaj, zakres i sposób wykonywania robót budowlanych oraz termin ich rozpoczęcia. Do zgłoszenia należy dołączyć oświadczenie o posiadanym prawie do dysponowania nieruchomością na cele budowlane. W zależności od potrzeb, należy dołączyć odpowiednie rysunki, a także pozwolenia wymagane odrębnymi przepisami. W przypadku zgłoszenia instalacji przydomowej oczyszczalni ścieków właściwym organem do przyjęcia zgłoszenia jest Starosta. Zgłoszenia należy dokonać przed zamierzonym terminem rozpoczęcia robót budowlanych. Do wykonania robót budowlanych można przystąpić, jeżeli w terminie 30 dni od dnia doręczenia zgłoszenia właściwy organ nie wniesie sprzeciwu.

Aby rozpocząć eksploatację oczyszczalni, należy o tym fakcie w formie zgłoszenia poinformować Wójta, Burmistrza lub Prezydenta Miasta. Urząd Gminy czy Miasta powinien przyjąć zgłoszenie eksploatacji od osoby fizycznej prowadzącej własne gospodarstwo domowe lub rolne i inne – nie będące przedsiębiorstwem, a posiadające na swojej posesji instalację typu oczyszczalnia ścieków o parametrach nie przekraczających 5 m³ na dobę przepustowości. Do rozpoczęcia eksploatacji oczyszczalni ścieków można przystąpić, jeżeli organ właściwy do przyjęcia zgłoszenia w terminie 30 dni od dnia doręczenia zgłoszenia nie wniesie sprzeciwu w drodze decyzji.

Podsumowanie

Dobór odpowiedniej oczyszczalni ścieków ma swoje późniejsze wieloletnie konsekwencje w kosztach jej eksploatacji, a także jej serwisowaniu. Dlatego przy wyborze urządzenia należy zapoznać się szczegółowo ze poziomem zużycia energii, koniecznymi przeglądami urządzeń a także częstotliwością wywozu osadu. A więc – co już podkreślałem ostatnio – nie warto wybierać urządzeń pozornie tanich, które mogą okazać się kosztowne podczas ich wieloletniej eksploatacji.

mgr inż. Mariusz Piasny