Rewolucja w oczyszczalniach! – Część 2

Oczyszczalnie ścieków – technologia SBR dwukomorowa

Ścieki powstające w wyniku działalności bytowej i produkcyjnej człowieka, odprowadzane są coraz częściej do oczyszczalni przydomowych zwanych tez indywidualnymi systemami oczyszczania ścieków. Technologia wykorzystywana do oczyszczania ścieków ma kluczowe znaczenia z punktu widzenia środowiska, gdyż wody oczyszczone z oczyszczalni odprowadzane są następnie do odbiorników jakimi są gleba ewentualnie wody płynące i stojące. Im bardziej dopracowana, skuteczna i efektywna technologia, tym mniej zanieczyszczone środowisko naturalne.

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)

Oczyszczona woda

Opis pracy oczyszczalni SBR

Przydomowa oczyszczalnia ścieków SBR na przykładzie FLUIDO 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 czyszczenia 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. Wartości robocze na sterowniku można optymalizować.

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).

Komora oczyszczania biologicznego (komora SBR)

W tej części urządzenia zachodzi dalsze biologiczne oczyszczanie ścieków. Agregat FLUIDO składa się z jednostki pływającej wyposażonej w pompę zasilającą (pompę brudnej wody), aerator i pompę czystej wody .

Na początku procesu oczyszczania, a także po dwóch i czterech godzinach, określona ilość ścieków z osadnika wstępnego podawana jest do sekcji SBR. Przez kilka sekund pompa zasilająca pompuje do bufora wężem czystą wodę z komory SBR, przez co następuje wentylacja bufora, a ścieki zgromadzone do tej pory w buforze mogą przepłynąć do sekcji SBR; odbywa się to na zasadzie naczyń połączonych i trwa do czasu, gdy poziomy wody w obu zbiornikach osiągną przybliżony poziom. Wyhamowanie niekontrolowanego dopływu ścieków następuje dzięki wentylacji rur w chwili, gdy aerator zostaje uruchomiony

Podczas oczyszczania biologicznego, przy udziale pływających mikroorganizmów następuje degradacja lub przekształcenie w biomasę substancji zawartych w ściekach bytowych (osad czynny). Wymagane turbulencje w zbiorniku oraz napowietrzanie zapewnia wyposażony w mieszadło aerator wspomagany przez wdmuchiwanie powietrza. Jest to napowietrzenie okresowe co oznacza, że w zależności od wielkości urządzenia, aerator pracuje tylko w krótkich okresach czasu pomiędzy dwoma przerwami w działaniu urządzenia (tabela Tryby Pracy).

Po zakończeniu ok. 6-godzinnego etapu napowietrzania, rozpoczyna się ok. 2-godzinny etap sedymentacji. Na koniec pompa wody czystej pompuje oczyszczoną wodę do wylotu czystej wody do czasu, gdy osiągnięte zostaje dolne położenie wyłącznika pływakowego lub do zakończenia zaprogramowanego, maksymalnego czasu pompowania. Pompy i aerator zamocowane są do elementu pływającego, który zapewnia optymalną głębokość zanurzenia pompy czystej wody.

Minimalny wolumen cieczy w sekcji SBR można regulować już na miejscu instalacji oczyszczalni (możliwa jest zmiana wysokości instalacji wyłącznika pływającego).

Usuwanie nadmiernego osadu ściekowego

W połowie etapu napowietrzania, pompa zasilająca pompuje wodę z sekcji SBR z powrotem do osadnika wstępnego. Woda zawiera mikrobiologiczny osad czynny, a jego ilość odpowiada ilości nowo wygenerowanej podczas cyklu oczyszczania (osad wtórny).

Oszczędność energii / tryb wakacyjny

Jeśli podczas cyklu SBR wyłącznik pływakowy po wypompowaniu czystej wody pozostaje w dolnym położeniu przez ponad 6 godzin, i do sekcji SBR nie napłynęły ścieki, jednostka sterująca automatycznie przestawia się na tryb energooszczędny. Oznacza to, że okresy pracy aeratora będą krótsze i ograniczone będą jedynie do podstawowego dostarczenia mikroorganizmów.

Pobieranie próbek

W celu zapewnienia ciągłej dostępności reprezentatywnej próbki ścieków, pomimo stosunkowo krótkich faz odprowadzania czystej wody, czysta woda doprowadzana jest wężem do butli probierczej, która posiada przelew przez inny wąż do rury odprowadzającej. Następuje to równolegle z odprowadzaniem czystej wody.

Powyższe parametry są zaprogramowane fabrycznie; co jakiś czas osoba odpowiedzialna za serwisowanie urządzenia powinna je optymalizować.

Rozbudowa betonowego szamba przy pomocy systemu FLUIDO

Dość ciekawym rozwiązaniem, i coraz częściej stosowanym, jest rozbudowa istniejącego bezodpływowego zbiornika na ścieki (szamba) do pełnobiologicznej oczyszczalni ścieków. Właściciel takiego rozwiązania zyskuje przede wszystkim możliwość dalszego eksploatowania istniejącego na posesji zbiornika, a tym samym zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych związanych z systematycznym i kosztownym wywozem nieczystości z szamba. Rozbudowa może iść w dwóch kierunkach; pierwszy polega na zainstalowaniu bezpośrednio w szambie (wtedy istnieje konieczność wykonania przegrody wewnętrznej rozdzielającej zbiornik na osadnik wstępny i komorę biologiczną) zestawu napowietrzającego wyposażonego w pompę wody brudnej, areator i pompę wody czystej, a całość starowana sterownikiem elektronicznym. Wtedy część szamba funkcjonuje jako osadnik wstępny, w którym dochodzi do procesów osadzania oraz flotacji zawiesin lekkich, a druga część jako reaktor biologiczny.

Drugi kierunek rozbudowy istniejącego szamba do pełno biologicznej oczyszczalni ścieków to pozostawienie szamba jako osadnika wstępnego, i zainstalowanie za nim komory biologicznej w zbiorniku z tworzywa sztucznego. Istnieje wtedy konieczność połączeniu obu zbiorników tak, aby wstępnie oczyszczone ścieki były pobierane z osadnika do komory biologicznej.

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

Zgodność z normą PN-EN 12566-3 i znak CE

Przydomowe oczyszczalnie ścieków do 50 OLM (obliczeniowej liczby mieszkańców) są wyrobem budowlanym i podlegają ocenie zgodności zgodnie z dyrektywą budowlaną 89/106/EEC. Muszą spełniać wymagania zawarte w normie europejskiej EN 12566-3, która od 1 lipca 2010 roku obowiązuje w krajach Unii Europejskiej, a w Polsce rozpocznie obowiązywanie jako PN-EN 12566-3 od 1 maja 2014.

Producenci lub importerzy oczyszczalni są zobowiązani do wystawienia deklaracji zgodności z dyrektywami europejskimi. Pozwala im to na umieszczenie na ich produktach znaku CE. Dyrektywy to:

– dyrektywa maszynowa 98/37/EC

– dyrektywa kompatybilności elektromagnetycznej 89/336/EEC

– dyrektywa niskonapięciowa 73/23/EEC

– dyrektywa budowlana 89/106/EEC

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.

W kolejnym odcinku zajmiemy się również – tak jak w tym – oczyszczalniami bazujących na osadzie czynnym, ale tym razem pracującymi na bazie sprężarek i pomp mamutowych. Przyjrzymy się również innym technologiom oczyszczania ścieków, a także porównamy efektywności procesów oczyszczania w połączeniu ze zużyciem energii urządzeń w tych oczyszczalniach zainstalowanych.

mgr inż. Mariusz Piasny