Zastosowanie chemicznego wspomagania niektórych procesów w technologii oczyszczania ścieków jest uzasadnione przede wszystkim ze względów ekonomicznych oraz prostszych operacji eksploatacyjnych. Wykorzystanie różnego rodzaju koagulantów pozwala na znaczne ograniczenie wymaganej pojemności reaktorów biologicznych. Dawki na poziomie 50-100 g/m³ (np. PIX-113) pozwalają obniżyć wartość BZT₅ o ok. 50-60%, co powoduje, że pojemność reaktorów jest blisko o połowę mniejsza niż wówczas, kiedy rezygnuje się ze stosowania tego środka. Koszty związane z wprowadzeniem koagulantu wynoszą zaledwie 2-4 g/m³ oczyszczonych ścieków¹.

Przy oczyszczaniu ścieków bytowo-gospodarczych stosuje się strącanie wstępne, symultaniczne, końcowe lub mieszane. Ścieki odpływające z osadników często mają podwyższone stężenie zawiesiny ogólnej. Zakumulowany głównie w masie osadu czynnego fosfor powoduje znaczne przekroczenie tego wskaźnika w stosunku do pozwolenia wodnoprawnego. Złe sklarowanie ścieków w osadniku ma o wiele poważniejsze znaczenie epidemiologiczne. Przy strącaniu końcowym istnieje możliwość dużego ich sklarowania oraz zmniejszenia stężenia fosforu ogólnego w granicach 0,2-0,8 g P/m³. Przy strącaniu końcowym dawki są mniejsze od dawek teoretycznych, gdyż fosfor w ściekach odpływających z części biologicznej oczyszczalni w dużej części jest zawarty w zawiesinach pochodzących z osadników wtórnych (tab. 1). Przy względnie małych dawkach koagulantu zawiesiny te ulegają flokulacji.

W nowoczesnych systemach oczyszczania ścieków (w doczyszczaniu) dominują procesy koagulacji i floktuacji albo koagulacji, sedymentacji i flokulacji. W przypadkach szczególnej ochrony odbiornika ścieków, np. wód morskich w sąsiedztwie plaż i kąpielisk, a także ujęć wodnych dla zaopatrzenia miast lub przemysłu spożywczego stosuje się dodatkowo dezynfekcję.

Tab. 1. Ilość związków fosforu wynoszonych wraz z zawiesinami²

Miejsce poboru próby	Ilość zawiesin w odpływie [g/m]	Ilość fosforu ogólnego zawartego w zawiesinach
		% masy zawiesin	g P/m3 odpływających ścieków
Po osadniku wstępnym  i wstępnym strącaniu	30-50	2-3	0,6-1,5
Po osadniku wtórnym i symultanicznym strącaniu	10-20	2-4	0,2-0,8
Po strącaniu	5-10	10-20	0,5-2,0
Po filtracji ścieków oczyszczonych	3-8	2-4	0,06-0,32
Po osadniku wtórnym z biologicznym usuwaniem fosforu	10-20	2-4	0,2-0,80

Dwutlenek chloru stosowany jest do dezynfekcji odpływów m.in. z oczyszczalni w Chinach, Francji i USA. We Francji zabieg ten ma na celu ochronę wód morskich w sąsiedztwie plaż. Stosowane są niskie dawki tego związku (2-5 mg/dm³) oraz krótki czas kontaktu (t = 5-15 minut).

W celu efektywnej dezynfekcji promieniami UV niezbędne jest spełnienie kilku warunków. Odpływy z oczyszczalni muszą charakteryzować się niską mętnością, a także brakiem zawiesiny ogólnej, związków żelaza, materii organicznej (zwłaszcza związków węgla podatnych na procesy biodegradacji), amoniaku, azotynów, związków siarki na drugim stopniu utlenienia (S²), związków fenolowych oraz substancji humusowych.

Przykładem stosowania dezynfekcji ścieków oczyszczonych promieniami UV jest oczyszczalnia ścieków w Monachium. Dezynfekcja ścieków oczyszczonych wynika z konieczności zachowania bezpieczeństwa sanitarnego naturalnego kąpieliska miejskiego, zlokalizowanego na rzece Isaar, poniżej odpływu ścieków oczyszczonych z tego obiektu.

Sprawność oczyszczalni a zagrożenia mikrobiologiczne

Proces oczyszczania ścieków może się opierać na nowoczesnych technologiach z zastosowaniem metody osadu czynnego. W oczyszczalni ścieków Poznań – Koziegłowy o przepustowości 130 000-140 000 m³/d działa zmodyfikowany system Barcenpho. Z kolei w oczyszczalni Gdańsk–Wschód, oddanej do eksploatacji w 1999 r., funkcjonuje system MUCT. Obiekt ma przepustowość 180 000 m³/d.

Rodzaj wskaźnika	Usunięcie zanieczyszczeń [%]		Sedop	Serz
	Poznań – Koziegłowy	Gdańsk – Wschód	mg/dm3
BZT5	98,7	98,0	15	5,3
ChZT	–	93,0	150	31,1
Zawiesina ogólna	96,7	94,7-95,7	30	12,0
Azot ogólny	84,1	83,0	15	11,5
Fosfor ogólny	94,7	91,0	1,50	0,87

S_edop – stężenie w odpływie dopuszczalne

S_erz – stężenie w odpływie rzeczywiste

Pomimo wysokiej efektywności oczyszczania ścieków z zanieczyszczeń bakteriologicznych, odpływ z oczyszczalni nadal zawiera znaczącą liczbę bakterii i zgodnie z obowiązującą w Polsce klasyfikacją należy do wód pozaklasowych.

Średnia liczba bakterii coli typu kałowego w ściekach oczyszczonych wynosi bowiem 5,04 × 10⁴/100 ml, co oznacza pięćdziesięciokrotne przekroczenie zaleceń Światowej Organizacji Zdrowia oraz dwustupięćdziesięciokrotne przekroczenie zaleceń obowiązujących w USA.

Groźne bakterie

Obecność bakterii wskaźnikowych w tak dużych ilościach świadczy o fekalnym charakterze zanieczyszczeń oraz o potencjalnej obecności groźnych bakterii chorobotwórczych, cyst pierwotniaków lub patogennych wirusów jelitowych. Zanieczyszczenia fekalne mogą powodować m.in. infekcje wirusowe, epidemie chorób pasożytniczych oraz skażenie plaż i kąpielisk. Oczyszczone ścieki dopływające do wód powierzchniowych mogą być źródłem patogenów, powodujących infekcje uszu i oczu podczas kąpieli oraz nurkowania³.

Ścieki komunalne odprowadzane z miast portowych stanowią szczególne zagrożenie dla wód powierzchniowych. Mogą być w nich obecne mikroorganizmy chorobotwórcze, pasożyty przewodu pokarmowego, cysty pierwotniaków patogennych, wirusów itp.

Ścieki fekalne pochodzące od nosicieli lub ozdrowieńców z krajów zamorskich, a zwłaszcza, z obszarów tropikalnych, zawierają różne mikroorganizmy. Są one bardzo odporne na konwencjonalne środki dezynfekujące, działanie antybiotyczne czynników środowiskowych, a także na system immunologiczny populacji ludności polskich miast i wsi.

W skali światowej liczbę infekcji spowodowanych przenoszeniem wirusów przez wodę szacuje się na ok. 2 500 000⁴. Znane są przykłady groźnych epidemii związane ze spożywaniem zakażonej wody lub aktywnością rekreacyjną. Spektakularne masowe zachorowania ok. 403 000 osób nastąpiło po spożyciu skażonej wody cystami Cryptosporydium w Milwaukee (USA). Opisywane jest także groźne skażenie zbiorników wodnych bakteriami E. coli 015777 w Kanadzie.

Doczyszczanie ścieków

Epidemia kryptosporidiozy wiąże się ze wzrostem zawiesin i mętności wody. Zawiesiny w wodzie lub ściekach często są rezerwuarem cyst i oocyst sedymentacyjnych wraz z cząsteczkami zawiesin. Cryptosporidia i ich cysty są bardzo trudno wykrywalne podczas wykonywania badań kontrolnych oraz odporne na chlorowanie. Ponadto mają one długi okres przetrwania (do kilku miesięcy), czemu sprzyja niska temperatura, czyste wody oraz wody słonawe (np.: wody estuariowe).

Za szczególnie niebezpieczne uważa się skażenie wody pierwotniakiem Cryptosporidium parvum, gdyż wykazuje on odporność na chlorowanie. Usuwany jest jednak w skutecznie przebiegających procesach oczyszczania wody, tj. koagulacji, sedymentacji i filtracji. Decydujący nie jest w tym przypadku proces dezynfekcji, ale bardzo skuteczny stopień usunięcia z wody mętności i zawiesiny. Filtracja ścieków przez złoże dwuwarstwowe po koagulacji usuwa zawiesiny w 100%. Sam proces filtracji obniża w wodzie uzdatnianej liczebność oocyst Cryptosporidium nawet powyżej 99%. Wydaje się, że usunięcie mętności i zawiesin ze ścieków (odpływu) jest skuteczniejszym procesem ograniczenia skażenia wód powierzchniowych niż dezynfekcja. Ponadto proces filtracji pozwala na znaczne zmniejszenie ilości innych zanieczyszczeń.

Miejska oczyszczalnia ścieków w Kościerzynie przyjmuje ścieki w ilości 4200-5000 m³/d. W ekstremalnych warunkach pogodowych dopływ ścieków zwiększa się do 6000 m³/d. Dla wyrównania ich ilości i jakości wybudowano zbiornik uśredniający, współpracujący z dwoma zbiornikami retencyjnymi. Oczyszczalnia składa się z części mechanicznej, biologicznej oraz osadowej. Podstawowe obiekty części biologicznej to reaktory osadu czynnego, osadniki wtórne i hala filtrów. W części osadowej występują zagęszczacze grawitacyjne osadu oraz zespół urządzeń do odwadniania i higienizacji osadów. Obok budynku odwadniania osadów zlokalizowany jest dynamiczny reaktor kompostowni.

Oczyszczone ścieki odprowadzane są do kanału dopływającego do jeziora. Jest ono objęte szczególną ochroną, ponieważ znajduje się w obszarze parku krajobrazowego. W układzie technologicznym oczyszczalni występuje węzeł, w skład którego wchodzą filtry umieszczone w hali filtrów. Mogą one pracować samodzielnie lub w połączeniu z procesem koagulacji. Doczyszczanie ścieków po osadniku wtórnym jest specyficznym rozwiązaniem technologicznym, służącym zwiększonej ochronie wód jeziornych.

 

Źródła

1. Heidrich Z.: Chemia w oczyszczaniu ścieków. „Przegląd Komunalny” 5/2007.

2. Henze M., Harremoës P., Jansen J., Arvin E.: Wastewater Treatment – Biological and Chemical Processes. Springer-Verlag. Berlin 1995.

3. Pruss A.: Review of epidemiological studies on health effects from exposure to recreational water. „International Journal of Epidemiology” 27/1998.

4. Kowal A., Świderska-Bróż L.: Oczyszczanie wody. PWN. Wrocław 1997.

prof. nadzw. dr hab. Józef Malej

Katedra Techniki Wodno-Mułowej i Utylizacji Odpadów, Politechnika Koszalińsk

Artykuł w formie referatu został wygłoszony na konferencji naukowo-technicznej „Różnorodność zastosowań chemii w oczyszczaniu ścieków, obróbce osadów i zwalczaniu odorów”, zorganizowanej przez firmę Kemipol, która odbyła się w dniach 12-14 września 2007 r. w Darłówku.