Temat pracy : Analiza porwnawcza wybranych technologii oczyszczania ciekw .

SPIS TRECI4Wstp

5Rozdzia I Charakterystyka zanieczyszczenia wd ciekami

51.Pojcie ciekw

72.Wskaniki jakoci ciekw

93.Stopie zanieczyszczenia ciekw

104.Dziaanie oczyszczalni ciekw

13Rozdzia II Metody oczyszczania ciekw

132.1Metody mechaniczne oczyszczania ciekw

162.2 Metody chemiczne oczyszczania ciekw

182.3Metody biologiczne oczyszczania ciekw

28Rozdzia III Analiza efektywnoci metod oczyszczania ciekw

39Podsumowanie

40Bibliografia

Wstp

Przystpienie Polski do Unii Europejskiej w 2004 roku poprzedzay dziaania w kierunku wdroenia rygorystycznych norm europejskich w dziedzinie ochrony rodowiska do prawa polskiego. Jednym z kluczowych problemw stao si oczyszczanie ciekw prowadzce do poprawy jakoci wd w Polsce. W rozporzdzeniu Ministra Ochronny rodowiska, Zasobw Naturalnych i Lenictwa z dnia 5 listopada 1991 r. w sprawie odprowadzania ciekw do wd lub ziemi, okrelono dopuszczalne zawartoci substancji biogennych - azotu i fosforu. W konsekwencji tego rozporzdzenia w nowo budowanych i modernizowanych oczyszczalniach ciekw konieczne byo wprowadzanie technologii usuwania azotu i fosforu. Zmiany jakie nastpiy w zakresie oczyszczanie ciekw, uzasadniy celowo dokonania oceny postpu, ktry nastpi w okresie 10 lat. Analiza i ocena efektywnoci pracy oczyszczalni bya podstaw do ustalenia moliwoci speniania przez te obiekty warunkw okrelonych w Ramowej Dyrektywie Wodnej Wsplnoty Europejskiej (2000/60/WE) z dnia 23 padziernika 2000 r. (Dz.U.UE L z dnia 22 grudnia 2000 r.), ktra okrela dziaania wsplnoty w dziedzinie polityki wodnej i zobowizuje kraje Unii Europejskiej do racjonalnego wykorzystania i ochrony zasobw wodnych w celu osignicia dobrego stanu wd. W punkcie 1 preambuy Dyrektywy znalaz si zapis: Woda nie jest produktem handlowym takim jak kady inny, ale raczej dziedzictwem, ktre musi by chronione, bronione i traktowane jako takie.

Zwikszona produkcja ciekw wymaga sprawnych i przede wszystkim efektywnych metod oczyszczania stosowanych w tej dziedzinie. Konieczne jest dostosowanie metod do rodzaju ciekw, ktre maj by poddawane procesowi oczyszczania i utylizacji osadw. Dziki temu mona wyrni dwa typy oczyszczalni: komunalne i przemysowe. Osady i materia stay naley odpowiednio zutylizowa bd przetworzy. Do tego celu stosowane s specjalne metody i urzdzenia przedstawione w pracy. Niebagatelne znaczenie w ocenie pracy oczyszczalni ma wprowadzenie zasad dobrej praktyki laboratoryjnej ze stosowaniem metod analitycznych pomiaru wskanikw zanieczyszcze.

Niniejsze opracowanie ma na celu ukazanie istoty funkcjonowania trzech metod oczyszczanie ciekw: biologicznej, mechanicznej i chemicznej oraz ich efektywnoci. Rozdzia I Charakterystyka zanieczyszczenia wd ciekami

1. Pojcie ciekw

Zgodnie z ustaw z dnia 27 kwietnia 2001r. Prawo ochrony rodowiska przez cieki rozumie si dostarczane do wd i do ziemi:

zuyte wody gwnie przeznaczone na cele bytowe i gospodarcze, cieke odchody zwierzce wyjtkiem s gnojwka i gnojowica, ktre przeznaczana s do prac rolniczych na zasadach okrelonych w ustawie o nawozach i nawoeniu,

wody odciekowe pochodzce ze skadowania odpadw,

wody opadowe i roztopowe, ktre zostay ujte w zamknite bd otwarte systemy kanalizacji i pochodz z powierzchni zanieczyszczonych np. z miast, lotnisk, obszarw przemysowych, skadowych,

wody z odwodnienia zakadw grniczych wyjtkiem jest woda wtaczana do grotworu, jeli rodzaj i ilo substancji w niej wystpujcych s rwne rodzajem i ilociom substancjom wystpujcym w wodzie pobranej,

wody pochodzce z chowu bd hodowli ryb ososiowatych,

wody uywane do chowu lub hodowli ryb innych gatunkw ni ososiowate.

Ustawa wyrnia rwnie odrbne definicje dla ciekw bytowych, komunalnych i przemysowych. W jej ujciu cieki bytowe to pochodzce z budynkw mieszkalnych, uytecznoci publicznej czy zamieszkania zbiorowego powstajce na skutek funkcjonowania gospodarstw domowych i ludzkiego organizmu. cieki komunalne definiuje jako cieki bytowe bd zmieszane cieki bytowe z przemysowymi bd te wody opadowe lub roztopowe. Natomiast cieki przemysowe powstaj poprzez prowadzon przez zakady przemysowe, handlowe, skadowania, transportowe czy usugowe [1].Inn definicj w swojej publikacji podaj Lenart A. i Kowalska A. (2012), wedug ktrych za cieki rozumie si wszystkie zuyte koloidy, ciecze, a nawet wystpujce w nich odpadowe ciaa stae, ktre na skutek nastpujcych przemian fizycznych, biologicznych i chemicznych nie mog zosta uyte do pierwotnego celu.

Analizujc cieki pod wzgldem pochodzenia moemy podzieli je na:

bytowo-gospodarcze,

przemysowe,

rolnicze,

wody opadowe, infiltracyjne i podgrzane [2].

cieki bytowo- gospodarcze powstaj w trakcie codziennych czynnoci wykonywanych przez czowieka w celu zaspokojenia swych potrzeb. Dzieli si je na odciek z urzdze gospodarczych oraz odcieki z toalet, ktre s skaone znaczn liczb patogenw, czyli bakterii chorobotwrczych oraz jaj pasoytw.

Drugi rodzajw ciekw przemysowe powstaj w trakcie procesw produkcyjnych. Nie mona okreli z czego skadaj si te cieki jednoznacznie, jednak mona jasno stwierdzi, e s to jedne z najbardziej niebezpiecznych rodzajw. Powstaj w wyniku procesw, ktre mog doprowadzi do wystpowania w ich skadzie wielu toksyn i trudnych do neutralizacji substancji [3]. cieki rolnicze powstaj gdy wody spywaj z pl i gospodarstw rolniczych. W ich skadzie wystpuj substancje pochodzenia naturalnego oraz technicznego w ronych steniach.

Ostatnim rodzajem ciekw s wody opadowe, infiltracyjne i podgrzane. Wody deszczowe s stosunkowo czyste i nie stanowi one bezporedniego zagroenia, jednak wody z opadw atmosferycznych o pH mniejszym ni 5,6 staj si ju niebezpieczne dla czowieka i rodowiska. Wody infiltracyjne i drenaowe czyli wody podziemne, ktre dostay si do ciekw w wyniku nieszczelnoci sieci kanalizacyjnej stanowi duy odsetek w ciekach miejskich i powoduj ich rozrzedzanie co jest zjawiskiem niekorzystnym. Wody podgrzane wykorzystywane wczeniej do chodzenia czsto uwaa si za stosunkowo czyste, jednak mog one stanowi niebezpieczestwo dla flory i fauny zbiornikw posiadajcych saby przepyw wody, poniewa prowadz do eutrofizacji. Wody podgrzane s rodzajem ciekw powstaym jak element uboczny dziaania elektrowni i elektrociepowni[4]. W Polsce jednym z podstawowych rde zanieczyszcze wd s miejskie cieki komunalne oraz powierzchniowe spywy z obszarw nieposiadajcych kanalizacji i z pl uprawnych. Najwiksze iloci ciekw produkowane s przez zakady chemiczne, celulozowe, rolnicze, paliwowo-energetyczne, przemys grniczy itp.

W przypadku przemysu spoywczego, gwne znaczenie pod ktem produkcji ciekw odegray zakady mleczarskie. Struk-Sokoowska (2011) przyjmujc wskanik powstajcych ciekw na jednostk powierzchni na poziomie 3,5m3/m3 przerabianego mleka oszacowaa, i w naszym kraju produkowane jest okoo 92000m3 ciekw mleczarskich na dob. cieki mleczarskie s zagadnieniem niezwykle wanym do przeanalizowania gdy zawieraj one wysze wartoci wskanikw zanieczyszcze oraz charakteryzuj si zmiennoci adunku w porwnaniu ze ciekami komunalnymi. Te waciwoci powoduj, e eksploatacja tych ciekw jest znacznie trudniejsza [5].

Oglny problem ciekw i ich oczyszczania w latach 2000-2011 w Polsce przedstawia tab. 1Tabela 1. cieki komunalne odprowadzone do wd lub do ziemi (Gwny Urzd Statystyczny 2013)Wyszczeglnienie20002005200920102011

w tys.m3

cieki komunalne wymagajce oczyszczani14941273,61224,71297,81258,8

Oczyszczane, w tym:1243,4114011811242,41203

mechanicznie84,849,91,51,41,4

chemicznie2,30000

biologicznie705,8367,2233,1228,1188,5

z podwyszonym usuwaniem biogenw450,5723946,51012,91013,2

cieki nieoczyszczone250,5133,643,755,455,8

Naley zauway, e w 2011r.w stosunku do 2000r. liczba wytwarzanych ciekw spada a o okoo 40 tysicy m3/rok, jednake adekwatnie do tego spada ilo ciekw oczyszczanych. Nieznaczny, ale niepokojcy jest wzrost ciekw nieoczyszczanych na przestrzeni lat 2009 i 2011.

Kady rodzaj ciekw jest niebezpieczny zarwno dla czowieka, jak i rodowiska, jednak wystpowanie w nich okrelonych substancji, zawiesin czy koloidw powoduje sklasyfikowanie ich do mniej lub bardziej niebezpiecznych. W celu okrelenia jakoci ciekw wprowadzono wskaniki.

2. Wskaniki jakoci ciekw

cieki zostay scharakteryzowane przy uyciu odpowiednich wskanikw:

1. BZT5 biologiczne zapotrzebowanie na tlen okrela ono zapotrzebowanie tlenowe mikroorganizmw utleniajcych na drodze biochemicznej substancj, ktra jest podatna na rozkad oraz uwzgldnia zuycie na proces utlenienia substancji nieorganicznych, ktre atwo si utleniaj. Zalicza si do nich siarkowodr, sole elazowe, siarczany itp. BZT5 uznano za gwny wskanik informujcy o obcieniu ciekw wystpujcymi w nich substancjami organicznymi [02/dm3].

2. ChZT- chemiczne zapotrzebowanie na tlen wskanik okrelajcy ogln zawarto w ciekach zwizkw organicznych oraz zwizkw nieorganicznych, ktre ulegaj utlenianiu w trakcie oznaczania.

BZT5 i ChZT to najwaniejsze wskaniki stenia ciekw, zawierajcych w swym skadzie zwizki toksyczne dla mikroorganizmw, ktre dokonuj rozkadu biochemicznego.

3. mtno powodowana jest rozpraszaniem i adsorbowaniem wiata widzialnego przez substancje wystpujce w ciekach. Czsto za mtno uznaje si przezroczysto, czyli grubo warstw ciekowych, przez ktre mona odczyta podziak wzorcow.

4. barwa- podawana zazwyczaj opisowo lub za pomoc progw barwowych okrelajcych liczb wielokrotnoci rozcieczenia, przy ktrym barwa staje si mao widoczna.

5. odczyn w przypadku miejskich ciekw odczyn jest zazwyczaj zasadowy, jednak procesy biochemiczne wystpujce w tych ciekach lub ich mieszanie si ze ciekami przemysowymi moe spowodowa zmian pH.

6. zapach opisywany opisowo np. zgniy, stchy.

7. zawiesiny okrelenie substancji zawieszonych w ciekach, ktre mona podzieli na atwo opadajce i trudno opadajce,

8. zawarto zwizkw azotowych mona wyrni w ciekach azot organiczny, albuminowy, amonowy i azotanowy. Ocena zwizkw azotowych okrela stopie oczyszczenia ciekw za pomoc metod biologicznych,

9. zawarto tlenu rozpuszczalnego jego brak wiadczy o procesie zgnilnym i rozpoczciu procesw gwnie beztlenowych w rozpatrywanych ciekach,

10. zawarto siarczkw i siarkowodoru siarkowodr decyduje o procesach zgnilnych w ciekach bd informuje o wystpowaniu siarczkw, prawdopodobnie pochodzcych ze ciekw przemysowych. Natomiast siarkowodr ze wzgldu na to, e jest to gaz o dziaaniu silnie toksycznym i w zwizku z tym stanowi zagroenie bezporednie zagroenie,

11. zawarto oglnego wgla organicznego odzwierciedla stopie zanieczyszczenia organicznego,

12. zawarto fenoli- fenole w wyszych steniach dziaaj toksycznie na otaczajc mikroflor,

13. zawarto metali cikich mog wystpowa w postaci rnych zwizkw i toksycznie oddziaywa na mikroorganizmy.

Inne niewymienionych wyej wskaniki jakoci ciekw to najczciej: wystpowanie tuszczw, chlorkw, cyjankw, olejw, zwizkw radioaktywnych i substancji powierzchniowo czynnych [4].

3. Stopie zanieczyszczenia ciekw

Zanieczyszczenia ciekw, najoglniej mwic mona, podzieli na trzy rodzaje: zanieczyszczenia fizyczne, chemiczne i biologiczne.

Zanieczyszczenia fizyczne to zawarto nierozpuszczalnych substancji staych wystpujcych w ciekach, okrelane jako zawarto oglnej zawiesiny. Moemy wyrni zawiesin nieopadaln i opadaln. Nieopadajce czstki zawiesiny nawet te najdrobniejsze, powoduj zjawiska mtnoci i zabarwienia ciekw. Zanieczyszczenia chemiczne to przede wszystkim substancje rozpuszczone w ciekach. Podzielone s one na substancje organiczne, gazy rozpuszczone w ciekach i zwizki nieorganiczne. W zawiesinach przewaaj substancje organiczne, natomiast ok. 40% to zwizki rozpuszczone. Gazy rozpuszczone w ciekach decyduj w znacznym stopniu o ich zanieczyszczeniu. S to przede wszystkim: tlen, amoniak, dwutlenek wgla i siarkowodr.

Zanieczyszczenia biologiczne s to zawarte w ciekach mikroorganizmy. W skadzie ciekw wystpuje znaczna liczba drobnoustrojw m.in. grzybw, pasoytw, bakterii. Dua liczba z nich pochodzi z przewodw pokarmowych ludzi i zwierzt, a wiele z nich jest gatunkami chorobotwrczymi powodujcymi m.in. dur brzuszny, czerwonk, choler, chorob Heinego-Medina, schorzenia skry itp. [6]Parametry chemiczne ciekw oznaczane s w warunkach laboratoryjnych zgodnie z Polskimi Normami. W przypadku braku podejrze co do moliwoci skaenia ciekw zwizkami nietypowymi prbka badana jest pod ktem wystpowania w niej azotu amonowego, azotanowego, fenoli, kwasw tuszczowych i manganu.

Zawarto zanieczyszcze w ciekach podaje si jako:

stenia, ktre okrelaj mas substancji w jednostce objtoci [g/m3], [mg/l],

adunki, ktre okrelaj mas zanieczyszcze wystpujcych w ciekach w czasie, [g/d] bd jako przeliczenie na mieszkaca na dob wyraone w [g/Md].

Zanieczyszczone cieki odprowadzane s do oczyszczalni gdzie usuwane s z nich substancje rozpuszczone, zawiesiny i koloidy.

Wedug danych Gwnego Urzdu Statystycznego na przestrzeni lat 2010 i 2011 w ciekach oczyszczonych i nieoczyszczonych odprowadzono nastpujce adunki zanieczyszcze (tab. 2).Tabela 2. adunki zanieczyszcze w ciekach komunalnych odprowadzonych po oczyszczeniu do wd lub do gruntu (Gwny Urzd Statystyczny 2013)RokBZT5ChZTZawiesina oglnaAzot oglnyFosfor oglny

w tys. ton na rok

200057,7149,96136,85,1

200527,2101,536,128,22,7

200911,773,718,221,11,2

201012,680,21922,41,2

201110,5721618,21,1

4. Dziaanie oczyszczalni ciekw

Oczyszczalnia ciekw to zesp wspdziaajcy urzdze i dostosowanych obiektw technologicznych majcych za zadanie oczyszczenie ciekw komunalnych i przemysowych z rozpuszczonych w nich substancji, koloidw czy zawiesin. Po ich oczyszczeniu cieki odprowadzane s do rzek, jezior, morza czy gruntu.

Pod wzgldem iloci oczyszczanych ciekw oczyszczalnie dzieli si na:

oczyszczalnie lokalne, ktre oczyszczaj niewielkie iloci ciekw,

oczyszczalnie centralne oczyszczajce due iloci ciekw,

oczyszczalnie grupowe, ktre oczyszczaj cieki zbierane z okrelonego duego regionu.Rodzajem oczyszczalni lokalnej mog by coraz bardziej popularne, ze wzgldu na zagadnienia ochrony rodowiska i komfortu uytkownikw, przydomowe oczyszczalnie ciekw. Oczyszczalnia przydomowa jest to zesp wsppracujcych ze sob urzdze majcych za zadanie oczyszczenie ciekw bytowych pochodzcych z gospodarstwa domowego w sposb umoliwiajcy odprowadzenie ich ju jako oczyszczone do rodowiska.

Przydomowa oczyszczalnia ciekw powinna skada si z: osadnika gnilnego,

zespou oczyszczania zasadniczego z osadnikiem wtrnym,

studzienki kontrolnej lub miejsca poboru ciekw w celu sprawdzenia jakoci oczyszczenia,

ukadu wprowadzania ciekw do odbiornika.

Bardzo czsto uywane s oczyszczalnie kompaktowe, w ktrych w jednej obudowie wystpuj wszystkie niezbdne urzdzenia.

Rynek posiada du liczb firm produkujcych te urzdzenia, wrd ktrych wyrnia si oczyszczalnie ciekw w nastpujcych rodzajach:

z drenaem rozsczajcym,

z filtrem gruntowo-rolinnym,

ze zoem biologicznym,

hybrydowe. [7]Oczyszczalnie dzieli si rwnie pod ktem metody oczyszczania ciekw. Wyrnia si:

oczyszczanie mechaniczne,

oczyszczalnie chemiczne,

oczyszczalnie biologiczne.

Tabela 3. Liczba oczyszczalni w Polsce w latach 2005-2011 (Gwny Urzd Statystyczny 2013) LataLiczba oczyszczalni

ogemmechanicznychbiologicznychz podwyszonym usuwaniem biogenw

20052931862125720

31533101692251781

20093153632277813

20103136592263814

20113143552261827

Rozdzia II Metody oczyszczania ciekw

Wybr odpowiedniej metody oczyszczania ciekw moliwy jest dziki analizie reprezentatywnych prbek ciekw. Analiza ta jest konieczna ze wzgldu na brak jednego standardowego programu oczyszczania ciekw.

Metody oczyszczania ciekw dzieli si na trzy gwne rodzaje: mechaniczne, fizykochemiczne i biologiczne.

2.1 Metody mechaniczne oczyszczania ciekw

Mechaniczne metody oczyszczania ciekw dotycz zanieczyszcze staych z zawiesin opadajc wcznie.

Wyrnia si w tym przypadku:

cedzenie,

filtrowanie,

rozdrabnianie,

sedymentacja,

flotacja. [8]Oczyszczanie mechaniczne jest pierwszym etapem procesu zapewniajcego redukcj biologicznego zapotrzebowanie na tlen do poziomu 30%. Proces mechaniczny prowadzony jest w kratach, piaskownikach, flotatorach, odtuszczaczach, osadnikach i sitach.Cedzenie ma za zadanie usunicie ze ciekw zanieczyszcze wikszych. Proces ten realizowany jest na kratach i sitach. Kraty i sita to mechaniczne przegrody ustawione na drodze spywu cieku. Osadzajce si na nich zanieczyszczenia tj. skratki usuwane s w okresowo w sposb mechaniczny lub rczny. Ostatecznie s one kompostowane lub rozdrabniane w dezintegratorach i powracaj do obiegu.

Na kratach odbywa si usuwanie substancji staych ze ciekw usuwane s substancje o stosunkowo duych rozmiarach w wyniku cedzenia. W nieznacznych przypadkach instaluje si rwnie kraty w przepompowniach ciekw.

Ryc 1. Schemat pracy kraty oraz zgrzeba do zgarniania skratek (http://www.fotoload.pl z dnia 02.04.2014)Kolejne uywane urzdzenia sita stosuje si w mniejszych oczyszczalniach ciekw, do ktrych transportowane s cieki rozcieczone, ktre pochodz z kanalizacji oglnospawnej. Sita zatrzymuj drobniejsze zanieczyszczenia (ok. 5mm) ni kraty. Dwa najczciej uywane rodzaje sit to: sita pochye samooczyszczajce si i sita obrotowe.

Ryc. 2. Przykad obrotowego sita (http://www.ekofinn.pl z dnia 02.04.2014)Rozdrabniarki maj za zadanie rozdrabnianie duych czci zanieczyszcze mechanicznych przez co umoliwiaj wprowadzanie tych substancji do osadnikw lub bezporednio do komr fermentacyjnych. Tego rodzaju przerbka daje zasadnicz korzy jak jest dodatkowa ilo gazu pofermentacyjnego.

Do oddzielania zawiesin drobnych, ktre nie mog zosta zatrzymane przez zjawisko cedzenia stosowane s osadniki i piaskowniki (proces sedymentacji). Piaskowniki stosowane s w miejskich oczyszczalniach i uywane s do usuwania mineralnych zanieczyszcze tj. piasku, popiou, wgla, ktre zostay spukane z ulic i dostay si do kanalizacji. Zatrzymuj one cisze zanieczyszczenia, ktrych ziarna charakteryzuje znaczny stopie twardoci wedug skali Mohsa. Nieoddzielenie tych elementw powodowaoby szybkie psucie urzdze pracujcych w przepompowniach tj. pomp czy zaworw. Piaskowniki paskie przypominaj ksztatem rynny posiadajce dugo kilku metrw. Zanieczyszczenia osadzane s na och dnie poprzez dziaanie siy cikoci w trakcie przepywu cieku. Zasadnicz wad paskownikw paskich jest zajmowani bardzo duej powierzchni. Innym rodzajem s paskowniki wirowe, ktre zajmuj znacznie mniejsze powierzchnie. Dziaaj one na zasadzie podobnej do hydrocyklonw. Skadaj si z rury pionowej, do ktrej w jej grnej czci wtacza si cieki na kierunku stycznym do cianek tej rury doprowadza to do nadania im szybkiego ruchu wirowego. Dziaajca sia odrodkowa cisze zanieczyszczenia odrzuca w stron cian powierzchni i opadaj do zbiornika znajdujcego si na dole. Tak oczyszczone cieki opuszczaj piaskowniki poprzez rur odlotow.

Ryc. 3. Przykad zastosowania piaskownikw w Toruskich Wodocigach (http://www.wodociagi.torun.com.pl z dnia 02.04.2014)

Natomiast flotacja to oddzielanie zanieczyszcze poprzez uatwienia im wypynicia na powierzchni, skd w nastpnej kolejnoci s usuwane. Proces ten dotyczy gwnie olejw i tuszczw, w przypadku gdy ich gsto jest mniejsza ni ciekw [9].Najprociej ujmujc schemat mechanicznego oczyszczania ciekw przedstawia si nastpujco:

1. usuwanie grubych zawiesin pywajcych i wleczonych zarwno organicznych, jak i mineralnych przy pomocy sit lub krat,

2. usuwanie czstek ziarnistych tj. >0,1 mm przy uyciu piaskownikw,

3. usuwanie zawiesin atwo opadajcych przy pomocy osadnikw,

4. usuwanie olei i tuszczw, ktre s podatne na wydzielanie si przy uyciu separatorw tuszczu.

Ryc 4. Schemat mechanicznego oczyszczania ciekw (http://www.instsani.webd.pl/sciemech.html z dnia 03.04.2014)2.2 Metody chemiczne oczyszczania ciekw

W celu oczyszczenia ciekw przemysowych, ktre zawieraj metale cikie czy chemiczne zwizki organiczne, stosowane s metody chemiczne i fizyko-chemiczne.

Do tych metod zalicza si:

koagulacj,

neutralizacj,

ekstrakcj,

sorpcj,

elektroliz,

destylacj.

Metody chemiczne oczyszczania ciekw wykorzystywane s niemal w kadej oczyszczalni ciekw. Stosowanie tych metod pozwala na zwikszenie stopnia usuwalnoci zanieczyszcze bd na zwikszenie przepustowoci oczyszczalni. Stosowane w tej metodzie zwizki chemiczne wspomagaj usuwanie fosforu. Za wady tego procesu uznaje si wysokie koszty eksploatacji oraz zwikszenie masy osadu (od 10 do 20%). [2]

Dwie najczciej stosowane metody, ktre zostan szerzej opisane to metoda koagulacji i neutralizacji. Metoda koagulacji ciekw ta polega na czeniu koloidalnych czstek w znacznie wiksze zespoy, dziki czemu wytrcane s osady w postaci tzw. koagulatu. Do czynnikw, ktre powoduj koagulacj zalicza si:

dodatek elektrolitu, ktry powoduje zmniejszenie si potencjau elektrokinetycznego czstek i uatwia ich agregacj, dodatek koloidu posiadajcego przeciwny znak adunku elektrycznego w przeciwiestwie do adunku czstek koloidalnych,

odparowanie,

wymraanie orodka dyspersyjnego (wody).

Proces koagulacji umoliwia otrzymanie znacznego efektu oczyszczenia. Powoduje zredukowanie BTZ5 o nawet 85% i wystpujcych zawiesin o 90%. Jednak wad jest powstawanie duej iloci osadw. Najczciej metod koagulacji wykorzystuj oczyszczalnie ciekw w przemysach chemicznych, wkienniczych i garbarskich.

Metoda neutralizacji natomiast opiera si na zjawisku zobojtniania cieku posiadajcego odczyn alkaliczny lub kwany za pomoc substancji o przeciwnym odczynie. Do tego procesu mona uy gazw spalinowych kwanych, ktre powstaj z paliw zasiarczonych oraz zawieraj dwutlenek wgla oraz tlenki azotu i siarki. Do zobojtnienia ciekw kwanych uywane s mleko wapienne lub gazy odpadowe, zawierajce amoniak. Proces ten przeprowadzony jest nastpujcymi metodami:

mieszanie ciekw kwanych i zasadowych,

dodanie odpowiednich odczynnikw m.in. roztwr wodorotlenku sodu czy wglan wapnia w celu podnoszenia odczynu pH, by obniy pH rozcieczony kwas siarkowy bd rozcieczony kwas chlorowodorowy. przepuszczenie ciekw o odczynie kwanym przez zoa otrzymane z kamienia wapiennego lub innych ska posiadajcych podobny odczyn.

2.3 Metody biologiczne oczyszczania ciekw

Metody biologiczne oczyszczania ciekw stosowane s zazwyczaj jako kolejny krok w oczyszczaniu, w przypadku gdy zastosowane wczeniej metody tj. chemiczne i mechaniczne nie zapewniy odpowiedniej czystoci wody zrzucanej do odbiornikw.

Metody biologiczne dotycz zjawisk przemiany biochemicznej, podczas ktrych zachodzi biodegradacja rozpuszczalnych substancji organicznych, zawartych w ciekach. W rezultacie intensywnej dziaalnoci biochemicznej drobnoustrojw w urzdzeniach przeznaczonych do biologicznego oczyszczania ciekw pojawiaj si proste zwizki nieorganiczne, do ktrych zalicza si dwutlenek, siarczany, azotany oraz fosforany [12]. Mineralizacji dokonuj m.in. bakterie tlenowe i pierwotniaki. Dokonuj one poprzez bon komrkow wymiany materii z otoczeniem, wypuszczajc enzymy. Enzymy rozpuszczaj ciaa sta i koloidy, powodujc, e staj si one atwo przyswajalne. W warunkach zarwno tlenowych, jak i beztlenowych moe doj do rozkadu substancji organicznej. Rozkadowi w warunkach tlenowych towarzyszy wydzielanie znacznych iloci ciepa, natomiast w przypadku warunkw beztlenowych maych iloci ciepa i metanu.

Biologiczne metody oczyszczania mona podzieli na: 1) metody (oczyszczanie) zachodzce w warunkach naturalnych lub do nich zblionych 2) metody (oczyszczanie) prowadzone w sztucznych warunkach tj. w urzdzeniach specjalnie zbudowanych do tego.

Oczyszczanie ciekw w warunkach naturalnych moe odbywa si poprzez:

pola infiltracyjne filtracja wykonywana jest na glebach piaszczystycho odpowiedniej przepuszczalnoci, stawy beztlenowe, w ktrych zachodz procesy gnilne oraz fermentacja metanowa,

stawy glonowe, w ktrych dochodzi do usuwania ze ciekw zwizkw biogennych,

stawy fakultatywne zachodz w nich czciowo procesy tlenowe. [10]Oczyszczanie ciekw w warunkach sztucznych moe odbywa si na dwa sposoby: metod osadu czynnego,

metod zoa biologicznego.

Wszystkie metody biologiczne cz zachodzce w nich procesy:

rozkadu substancji organicznych do NH3, H2O i CO2,

nitryfikacji tzn. utleniania NH3 przy uyciu bakterii do azotynw, a nastpnie przy pomocy innych bakterii do azotanw,

denitryfikacji tj. przemiany azotanw do azotu gazowego czyli N2. [11]Podstawowe zoa biologiczne to due zbiorniki, ktre zostay wypenione luno porowatym materiaem, przez ktre od gry przepuszcza si cieki. Do wypenienia ich stosuj si przede wszystkim tucze granitowy, koks oraz uel. Obecnie coraz wikszym zainteresowaniem ciesz si wyroby z porowatych tworzyw sztucznych, gwnie z piankowatego polistyrenu (styropianu), polietylenu czy porowatego chlorku poliwinylu (PVC).

W momencie przepywu ciekw poprzez zoe powstaj drobnoustroje, ktre po jakim czasie gromadz si na powierzchni wypenienia, wchodzc w skad bony biologicznej. Bona biologiczna toluzowata warstwa okoo 1-3mm, ktra przylega cile do powierzchni elementw wypeniajcych zoe.W skad bony biologicznej wchodz organizmy ywe, ktre stopniowo metabolizuj substancje zawarte w ciekach przeksztacajc je do zwizkw prostych. Najwaniejszymi skadnikami bony biologicznej s grzyby, bakterie, pierwotniaki, sinice i organizmy wysze m.in. robaki-wrotki, larwy much. Pync midzy elementami wypeniajcymi cieki stykaj si z bon biologiczn, a wystpujce w ciekach zoone substancje organiczne przenikaj do wntrza bony, gdzie ywe organizmy stopniowo je metabolizuj, przeksztacajc je do dwutlenku wgla i innych prostych zwizkw nieorganicznych. Rwnoczenie z biodegradacj zwizkw organicznych obserwowany jest szybki wzrost liczby i masy komrek drobnoustrojw wystpujcych w bonie. [8]

Metoda oczyszczania osadem czynnym polega na wykorzystaniu przemian metabolicznych mikroorganizmw, ktre swobodnie pyn w napowietrzonych ciekach. Organizmy te tworz kaczkowato-gbczast zawiesin, ktra peni funkcj bony biologicznej. W strefie kontaktu wystpujcych w ciekach zanieczyszcze z kaczkami osadu czynnego dochodzi do biodegradacji substancji organicznych i ich mineralizacji. Czas zatrzymania ciekw w komorze napowietrzania wynosi okoo 4-10 godzin. Nastpnie czciowo oczyszczone cieki przetransportowywane s do osadnika wtrnego. Po sklarowaniu w osadniku wtrnym, czyli po oddzieleniu oczyszczonych ciekw od opadajcych na dno kaczkw osadu czynnego, odpyw prowadzony jest bezporednio do odbiornika lub przekazany do dalszego oczyszczania, ktre polega na usuniciu substancji biogennych. Ta cz osadu, ktra gromadzi si na dnie osadnika wtrnego, zwracana jest do komory napowietrzania i ponownie wykorzystana do oczyszczania ciekw. Taki osad okrelany jest jako powrotny lub recyrkulowany. [12]Biologiczna oczyszczalnia ciekw miejskich, jak kada inna oczyszczalnia posiada odpowiedni schemat pracy. Pierwszym etapem oczyszczania jest skierowanie ciekw na kraty, w ktrych eliminowane s zanieczyszczenia stae. Jest to etap oczyszczania mechanicznego. Zanieczyszczenia pozostae na kracie skadowane s nastpnie na wysypiskach. Po usuniciu grubszych frakcji cieki trafiaj do piaskownika, w ktrym oddzielane s zawiesiny mineralne. Kolejnym etapem jest odtuszczanie w trakcie procesu flotacji. Czsteczki tuszczu s przenoszone na powierzchni poprzez pcherzyki powietrza, po czym unoszone s na powierzchni jako bona bd kouch, ktre s okresowo zgarniane. Odtuszczony ciek trafia nastpnie do osadnika wstpnego, w ktrym w trakcie procesu sedymentacji dochodzi do oddzielenia atwo opadajcych zawiesin organicznych. Oczyszczone wstpnie cieki przepywaj do komory osadu czynnego, w ktrym za proces oczyszczania cieku odpowiadaj mikroorganizmy. Osadnik wtrny jest miejscem oddzielenia oczyszczonego cieku od osadu czynnego. Z tego osadu cz odprowadzana jest do komory osadu czynnego i oznaczona jako osad recyrkulowany, natomiast pozostaa cz jest usuwana i nazywa si go osadem nadmiernym. cieki oczyszczone odprowadzane s do odbiornika, za nadmierny osad jest unieszkodliwiany i nastpnie zagospodarowany. [4]Rozwj technik oczyszczania ciekw doprowadzi do powstania przydomowych oczyszczalni ciekw. S one alternatyw dla zbiornikw na nieczystoci stae tzw. szamba. Znaczn zalet budowy przydomowej oczyszczalni ciekw pomimo znacznie wyszego kosztu ni szamba, jest moliwo oczyszczania ciekw, ochrona rodowiska, likwidacja gronych dla ludzi, zwierzt i ekosystemu zanieczyszcze oraz moliwo uzyskania dotacji przyznawanych przez Gminny Fundusz Ochrony rodowiska i Gospodarki Wodnej oraz przez Uni Europejsk. [13] Przydomowa oczyszczalnia ciekw moe obsugiwa jeden bd kilka domw, take hotele czy pensjonaty. Wyrnianych jest kilka rodzajw schematu pracy przydomowych oczyszczalni ciekw: oczyszczalnia z drenaem rozsczajcym,

z filtrem piaskowym,

z filtrem gruntowo-rolinnym,

ze zoem biologicznym,

z komor osadu czynnego.

Procesy, jakie zachodz w przydomowej oczyszczalni ciekw mona podzieli na dwa gwne etapy beztlenowe i tlenowe.

W pierwszym kroku usuwane s zanieczyszczenia stae w osadniku gnilnym. Etap ten podzielony jest na dwie czci. Pierwszy etap ma zadanie oddzielenie zanieczyszcze staych poprzez wykorzystanie metod fizycznych, w drugim etapie wykorzystywane s bakterie beztlenowe. Jeli cieki zawieraj w swoim skadzie znaczne iloci tuszczw niezbdne jest stosowanie tzw. separatorw oddzielajcych tuszcz od cieku. Wstpnie podczyszczone cieki przemieszczaj si do dalszych elementw, na tym etapie cieki nazywane s szar wod. Drugi etap procesu to oczyszczanie z udziaem mikroorganizmw tlenowych. Dodatkowa intensyfikacja tych procesw moe nastpi poprzez wykorzystanie urzdze powierzajcych. Ten etap moe przebiega w niewielkich urzdzeniach m.in. przy wykorzystaniu zoa biologicznego bd w formie drenau. W ten sposb oczyszczone cieki odprowadzane s do odbieralnika, ktrym jest woda bd grunt. Moe by nim woda pynca, stojc czy grunt. Wybr odbiornika zaleny jest od stosowanej oczyszczalni oraz wystpujcych warunkw gruntowo-przestrzennych.

Najprostszym przydomowym oczyszczaniem jest system z zastosowaniem drenau rozsczajcego. cieki pynce z budynku spywaj do osadnika gnilnego, bd jeli to konieczne wczeniej trafiaj do separatorw. Po wstpnym oczyszczeniu nastpuje rwnomierne rozprowadzanie ciekw do nitek drenaowych przy pomocy studzienki rozdzielajcej. W nastpnej kolejnoci rozsczane s cieki do gruntu, gdzie dochodzi do ich doczyszczania tlenowego.

Do elementw oczyszczalni drenaowej zalicza si:

separator tuszczw (opcjonalnie),

osadnik gnilny,

rura PCV czca osadnik ze studzienk rozdzielcz,

studzienka rozdzielcza,

rury drenaowe,

studzienka zbiorcza- napowietrzanie.

Innym rodzajem, ju bardziej skomplikowanym jest oczyszczalnia z filtrem piaskowym, wykorzystywana w przypadku gruntw zbyt przepuszczalnych bd zbyt nieprzepuszczalnych. Zasada dziaania filtra piaskowego bazuje na znajdujcych si na wirze mikroorganizmach tlenowych oraz beztlenowych, odpowiadajcych za ostatni etap oczyszczania. Elementy skadowe oczyszczalni:

osadnik gnilny,

studzienka rozdzielcza,

drena rozsczajcy,

drena zbierajcy,

folia uszczelniajca bd grunt zagszczony o dobrych waciwociach izolacyjnych np. glina,

studzienka zbiorcza.W tym typie oczyszczania faza doczyszczania ciekw przebiega w filtrze piaskowym. Jest to warstwa filtracyjna uszczelniona naturalnie np. gruntem trudno przepuszczalnym bd foli. Filtr wypeniany jest wirem bd piaskiem.

Innym rzadziej wykorzystywanym, ale rwnie skutecznym schematem pracy jest stosowanie oczyszczalni gruntowo-rolinnych. Dziaanie to opiera si na wykorzystaniu procesw biochemicznych oraz zjawiska filtracji. Roliny bagienne np. trzcina pospolita uprawiane s na filtrach. Elementy oczyszczalni gruntowo-rolinnej:

osadnik gnilny,

przepompownia,

studzienka rozdzielcza,

filtr gruntowo-rolinny,

drena rozsczajcy i zbierajcy.

Pierwszy etap jest analogiczny do poprzednich przykadw i wystpuje w osadniku gnilnym. Ze studzienki rozdzielczej cieki przeprowadzane s przy pomocy drenau rozsczajcego do filtra gruntowo-rolinnego.

Warstwy filtra gruntowo-rolinnego:

dolna warstwa grubo 20cm, ze wiru pukanego,

rodkowa warstwa grubo 50cm, piasek lub drobny wir,

gra warstwa grubo 20-25cm, piasek i dobrze przepuszczalna ziemia z dodatkiem skadnikw organicznych m.in. wiry, soma, kora.

Na filtrze gruntowo-rolinny naley zastosowa roliny charakterystyczne dla bagiennych ekosystemw:

trzcina pospolita,

sit,

paka wodna,

turzyca,

kosaciec ty,

manna mielec,

wierzby krzewiaste.

Mona zastosowa inne gatunki rolin jednak naley pamita by charakteryzoway si rozwinitym systemem korzeniowym, odpornoci na szkodniki, intensywnym przyrostem w cigu roku i atwoci dostosowania si w danym ekosystemie i danych warunkach klimatycznym.

Po oczyszczeniu w filtrze cieki przechodz do drenau, ktry stanowi rury PCV z naciciami bd rury melioracyjne.

Kolejnym rodzajem przydomowych oczyszczalni ciekw cieszcych si coraz wiksz popularnoci s oczyszczalnie ze zoem biologicznym. Przydomowe oczyszczalnie wykorzystujce schemat z osadem czynnym pracuj jak zminimalizowane oczyszczalnie miejskie, ktre wykorzystuj t metod. W przeciwiestwie do poprzednich rodzajw oczyszczalni mikroorganizmy pracujc w oczyszczalni nie s osadzone na podou staym, ale unoszone s jako kaczkowata zawiesina. Ten schemat pracy potrzebuje cigego doprowadzania tlenu. W tym celu stosuje si membrany, przez ktre pompy napowietrzania wprowadzaj niezbdny tlen do komory osadu. Zasadniczym elementem zoa s specjalne wypenienia wykonane z tworzywa sztucznego, na ktrego powierzchnia rozwija si bona biologiczny, czyli zesp mikroorganizmw, do ktrych zalicza si gwnie bakterie biorce udzia w oczyszczaniu ciekw. Od gry cieki powoli przesczane s przez zoe, a rozwijajce si na rnych warstwach zoa bakterie i mikroorganizmy rozkadaj przesczajce si cieki.

Kolejnym rodzajem jest oczyszczalnia z osadem czynnym. Osad czynny to skupiska mikroorganizmw tlenowych (oprcz bakterii heterotroficznych cudzoywnych wystpuj pierwotniaki m.in. wiciowce, korzenionki czy orzski), ktre doprowadzaj do procesw oczyszczania. Pierwszym etapem jest transport ciekw z budynku do osadnika gnilnego, ktry jest szczelnie zamknitym zbiornikiem, najczciej z polietylenu. Skada si on z dwch lub trzech komr, a cieki przetrzymywane s w nich okoo 48-72 godzin i poddawane s procesom beztlenowym. Wystpuje tu wstpne oczyszczanie, na ktre skada si wiele procesw mechanicznych, chemicznych i biologicznych. Usuwane s tu czci stae ze ciekw oraz przeprowadzana jest fermentacja beztlenowa powodujca rozkad substancji organicznych. Poprzez krciec wylotowy oczyszczone wstpnie cieki przetransportowywane s do kolejnych elementw oczyszczalni. Kolejny etap zachodzi w komorze osadu czynnego. Dla zapewnienia poprawnego dziaania oczyszczalni niezbdny jest stay dopyw tlenu, w zwizku z tym zastosowano w zbiorniku na dnie specjalne membrany, przez ktre dostarczany jest tlen za pomoc pompy. Rozwizanie to oprcz napowietrzania powoduje rwnie unoszenie si kaczkw osadu, dziki czemu wystpuje wysoka redukcja zanieczyszcze. Nastpnie cieki przenoszone s do osadnika wtrnego, gdzie osad oddzielany jest od oczyszczonych ciekw. Oczyszczone cieki przepywaj do odbieralnika tj. zbiornika wodnego lub gruntu. Elementy oczyszczalni z osadem czynnym:

osadnik gnilny,

komora osadu czynnego,

osadnik wtrny,

odprowadzenie oczyszczonych ciekw studnia bd drena rozsczajcy czy zbiornik wodny.[14]Ryc. 5. Moliwe schematy przydomowej oczyszczalni ciekw (Brzostkowski i Galicki 2008)Badajc oczyszczalnie ciekw nie mona zapomnie o ogromnej roli rolin w oczyszczaniu rodowiska. Fitoremediacja to stosunkowo nowe pojcie, ktre trafio do powszechnego uytku dopiero w 1991r. i powstao przez poczenie dwch sw: pyton rolina i remendy rodek zaradczy. Fitoremediacja to najoglniej ujmujc technika oczyszczania rodowiska in situ, polegajca na uyciu rolin wyszych i zwizanych z nimi mikroorganizmami w celu oczyszczania lub zahamowania rozprzestrzeniania si zanieczyszcze. [11] Wykorzystane s jedynie naturalne procesy, gdzie roliny prowadz degradacj lub unieszkodliwiaj organiczne i nieorganiczne zanieczyszczenia. Powstao sze podstawowych technik fitoremediacyjnych: ryzofiltracja, ryzodegradacja,

fitoekstrakcja,

fitodegradacja,

fitostabilizacja,

fitowolatilizacja.

Fitoremediacja jest skuteczn metod oczyszczania rodowiska skaonego np. wyciekami paliw, rozpuszczalnikw, poprzez intensywn upraw ziemi, skaonej nawozami, pestycydami czy dziaalnoci rnego rodzaju przemysw. rodowiska wodne najczciej fitoremediowane to miejsca zanieczyszczone ciekami komunalnymi, wysikami z p uprawnym, z had czy z wysypisk mieci. Zalenie od waciwoci fizykochemicznych substancji zanieczyszczajcych mog by one usuwane w strefie ryzosfery, na powierzchni korzeni (ryzo filtracja) bd przeniesione wraz z wod do tkanek rolin.

Fitoremediacja gleb to do tania metoda oczyszczania, ktra moe nie tylko zneutralizowa zanieczyszczenia, ale take chroni przed erozj i stepowaniem zagroone rodowiska. Stosowane techniki w fitoremediacji gleb [15]: fitostabilizacja zapobieganie erozji, roliny unieruchamiaj zanieczyszczenia uniemoliwiajc ich migracj,

ryzodegradacja jest to gwny proces bioremediacyjny, ktry prowadz mikroorganizmy ryzosfery, podczas gdy roliny stwarzaj jedynie odpowiednie warunki do ich rozwoju,

fitoekstrakcja- pobieranie metali cikich z gleby przez roliny, ktre nastpnie magazynuj je w swoich organach wegetatywnych,

fitodegradacja- organizmy ywe usuwaj zanieczyszczenia organiczne poprzez przemiany metaboliczne,

fitotolatilizacja- pobieranie zanieczyszcze z matrycy i przeksztacanie ich w formy lotne, a nastpnie emisja ich do atmosfery.

Fitostabilizacja wykorzystuje roliny do unieruchamiania zanieczyszcze w glebie poprzez dziaanie korzeni absorbujcych zanieczyszczenia na swojej powierzchni lub przez ich wytrcanie w postaci mao rozpuszczalnych soli. Zabieg ten uniemoliwia rozszerzanie si zanieczyszcze do wd gruntowych czy powietrza. Roliny wybierane do tej metody powinny charakteryzowa si trzema gwnymi cechami:

zdolnoci do szybkiego wzrostu na skaonych terenach,

jak najmniejszy stopie transportowania polutanta do organizmw nadziemnych roliny, moliwo do sekwestracji zanieczyszcze w korzeniach.Innym rodzajem jest fito degradacja, ktra dotyczy degradacji pobranych przez korzenie polutantw na drodze przemian metabolicznych, ktre zachodz wewntrz komrek rolin. Powstae produkty nie s wykorzystywane jako rda energii, jednak wykorzystywane s podczas tworzenia nowych tkanek rolinnych. Wrd rolin wykorzystywanych w tej metodzie najwiksz popularnoci ciesz si gatunki wierzby oraz topoli.

Ryzodegradacja to proces mniej skutecznym ni fito degradacja jednak znajduje zastosowanie przy wspomaganiu klastycznej bioremediacji z uyciem mikroorganizmw, ze wzgldu na popraw efektywnoci biodegradacji na terenach z szat rolinn. Roliny w tym przypadku stanowi rol wspomagaczy, ktre zapewniaj odpowiednie warunki rozwoju mikroorganizmw. W tej metodzie wykorzystywane s przede wszystkim rolin o bogatym systemie korzeniowym np. drzewa, ktrych korzenie sigaj do gbokoci 3-15m poniej powierzchni gleby.

Fitoekstrakcja to metoda polegajca na poborze przez korzenie rolin znajdujcych si w glebie zanieczyszcze metalicznych i magazynowanie ich w organach nadziemnych. Dobr rolin wystpuje na podstawie wystpujcego na danym terenie zanieczyszczenia, nastpnie s uprawiane, a po okresie wegetacji s zbierane. Obecnie wykorzystuje si ju szereg rolin, ktre mog unieszkodliwia takie metale cikie jak cynk, ow, mied czy nikiel Fitowolatilizacja to proces przeksztacania zanieczyszczajcych zwizkw organicznych oraz nieorganicznych, ktre dostay si do wntrza roliny przez korzenie w formy lotne, ktre s nastpnie emitowane do atmosfery przez aparaty szparkowe.

Wykorzystanie rolin do oczyszczania ciekw i wd jest coraz czciej spotykanym sposobem oczyszczania. Roliny, tak jak mikroorganizmy usuwaj zanieczyszczenia organiczne i nieorganiczne z wd czy ciekw dziki zdolnoci korzeni do sorpcji i wytrcania rnych substancji obecnych w zanieczyszczonych wodach. Przykadem zastosowania ryzofiltracji do ochrony wd jest stworzenie pasa zadrzewie i zakrzewie wzdu ochranianych ciekw wodnych w celu ochrony przed ciekajcymi z pl zanieczyszczeniami[15]. Skad pasw zazwyczaj tworz trzy typy rolinnoci: gatunki terenw podmokych hydrofity, gatunki wyynne i fakultatywne.

Inn coraz czciej wykorzystywan technik jest tworzenie sztucznych mokrade w celu oczyszczania ciekw przemysowych obcionych metalami cikimi bd zawierajcych znaczne iloci soli. Wyrnia si trzy typy sztucznych mokrade pod wzgldem sposobu wprowadzania ciekw:

system przepywu powierzchniowego,

system przepywu podpowierzchniowego,

system pionowego przepywu.

Rni si one sposobem przemieszczania ciekw przez mokrada. Uywa si tu rolin pywajcych i zakorzenionych rolin wodnych lub botnych.

Rozdzia III Analiza efektywnoci metod oczyszczania ciekwcieki przemysowe i komunalne wymagaj cigego oczyszczania zanim zostan odprowadzone do wd lub do ziemi. Na przestrzeni lat sposb oczyszczania ciekw zmienia si. W cigu 10 lat w Polsce ilo ciekw komunalnych, ktre wymagaj oczyszczenia zmalaa o ok.10%, z 2,5 km3 do 2,2 km2, zmalaa rwnie ilo ciekw nieoczyszczonych o 55% - 0,3 do 0,1 km3. Analizujc sposoby oczyszczania ciekw mona zauway i zmala stopie mechanicznego oczyszczania ciekw o ok. 14% - z 0,7 do 0,6 km3, natomiast dwukrotnie wzrosa ilo ciekw z podwyszonym usuwaniem zwizkw biogennych z 0,46 do 0,97 km3. Analiza pokazuje rwnie i znacznie zmalao biologiczne oczyszczanie, natomiast oczyszczanie chemiczne znajduje si cigle na stosunkowo niskim poziomie w porwnaniu z innymi metodami (Ryc. 6). [16]Ryc. 6. Sposb oczyszczania ciekw komunalnych i przemysowych w Polsce lata 2000-2009 (Sadecka 2007)Chmiel i Lesiuk (2010) zrobili analiz efektywnoci oczyszczania ciekw przeprowadzanego w trzech etapach. Pierwszy etap wstpny odnosi si do mechanicznego oczyszczania, drugi biologicznego oczyszczania, a trzeci- usuwania zawiesin biogennych. Etap mechaniczny usuwa przede wszystkim zawiesiny a do 70% oraz znaczn ilo bakterii nawet do 75%, co jest zwizane z usuwaniem przede wszystkim duych elementw zanieczyszcze przy pomocy krat, piaskownikw itp. (Tabela 4). Tabela 4. Efektywno oczyszczania ciekw na poszczeglnych etapach oczyszczania (Chmiel, Lesiuk 2010)

Mechaniczne oczyszczanie ciekw zmniejsza ilo zanieczyszcze w ciekach w granicach:

60-90% zawiesin opadajcych,

40-70% zawiesin oglnych,

25-40% BZT5,

15-25% ChZT,

25-75% bakterii,

ok. 10% azotu i fosforu.

1- zawiesiny opadajce, 2-zawiesiny oglne, 3-BZT5, 4-ChZT metod nadmanganow (utlenialno)

Ryc. 8. Wpyw czasu sedymentacji na efektywno usuwania zanieczyszcze ze ciekw miejskich (Sadecka 2007)Oczyszczanie ciekw w kolejnych etapach daje znacznie lepsze wyniki. W etapie oczyszczania biologicznego zawiesiny zostaj oczyszczone do 90%, bakterie 98%, a najwikszy poziom oczyszczenia wystpuje w przypadku BZT5 do 95% i ChZT do 98%. Na tym etapie usuwanie fosforu czy azotu wystpuje cigle na niskim stopniu ok. 30%. Trzeci etap, czyli usuwanie zwizkw biogennych doprowadzi do usunicia 99% zawiesin, BZT5 i bakterii oraz w tym etapie fosforu do 90% i azotu do 80% .Tabela 5.Efektywno oczyszczania ciekw na poszczeglnych etapach oczyszczania (Chmiel, Lesiuk 2010)

Analiz rzeczywistego oczyszczania ciekw mona uzyska jedynie poprzez analiz pracujcych oczyszczalni ciekw. W 2006r. dr Bogusaw Chmiel i dr Adam Lesiuk zrobili analiz pracy oczyszczalni Hajdw znajdujcej si w Lublinie, ktrej projekt obejmowa usuwanie: BZT5 35460kg O2/dob,

Zawiesin oglnych 34200 kg/dob,

Nog- 8450 kg/dob,

Pog 1200 kg/dob.

W analizowanym roku ilo ciekw wyniosa 59770 m3/dob. Podczas gdy ilo ciekw dostarczanych do oczyszczalni wynosi max na dob 135000m3.

Tabela 6. Rzeczywiste wielkoci adunkw i ste zanieczyszcze z oczyszczalni Hajdw (Chmiel, Lesiuk 2010)

Inny przykad skutecznoci oczyszczania ciekw przeprowadzono w 2009r. w oczyszczalni ciekw w Nowym Sczu (Chmielewski i lizgowski 2010). Badana oczyszczalnia znajduje si we wsi Wielopole w powiecie nowosdeckim. Zaprojektowana zostaa na przepyw ciekw Qmaxd= 42200 m3*d-1. Oczyszczalnia dziaa w kilku etapach: pierwszy etap to stopie mechaniczny, natomiast drugi stopie - biologiczny to reaktory biologiczne.

Przeprowadzona analiza ukazaa usuwanie poszczeglnych wskanikw zanieczyszcze w etapie mechanicznym i chemicznym.

Jako pierwszy wskanik zbadano BZT5. rednia warto BZT5 wynios 299,52 mgO2*dm-1. Skuteczno uredniona dla etapu mechanicznego wyniosa 30, 57%, natomiast zmniejszenie po czci biologicznej uksztatowao si na poziomie 97,28%. Cakowita efektywno zmniejszania BZT5 wyniosa 98,10% (Tabela 7). Tabela 7. Wartoci BZT5 oczyszczanych mechanicznie i biologicznie w 2009r. (Chmielowski i lizgowski, 2010)

Kolejny wskanik ChZT uksztatowa si na poziomie 690,63 mgO2*dm-1. Etap mechaniczny spowodowa zmniejszenie ChZT o 33, 50%, podczas gdy po czci biologicznej poziom wzrs do 89, 01% w stosunku do ciekw mechanicznych. Cakowita skuteczno zmniejszenia ChZT wyniosa 92,76% (Tabela 8) .Tabela 8. Wartoci ChZt oczyszczanych mechanicznie i biologicznie w 2009r. (Chmielowski i lizgowski, 2010)

Analiza wynikw zawiesiny oglnej w oczyszczalni ukazaa, i etap mechaniczny oczyszczenia da wysok skuteczno zmniejszania zanieczyszcze ok. 59, 23%. Po etapie biologicznego oczyszczania stopie zawiesin obniy si do 82,08%. Cakowita skuteczno zmniejszania zanieczyszcze wyniosa 92,66% .Poza wskanikami podstawowymi zbadano rwnie dwa wskaniki zanieczyszcze eutrofizycznych tj. azot oglny i fosfor oglny. Analiza ukazaa, i w przypadku azotu oglnego zasadnicze procesy usuwania (nitryfikacja i denitryfikacja) wystpuj dopiero na etapie oczyszczania biologicznego w reaktorze biologicznym. Po przejciu ciekw przez etap biologiczny zaobserwowano wysok skuteczno zmniejszania azotu oglnego ok. 83,60%, podczas gdy rednia warto oczyszczania wyniosa 82,43%. W przypadku fosforu oglnego rednia skuteczno wyniosa 93,41%. Podczas etapu mechanicznego usunito jedynie 3,84%, natomiast etap biologiczny da wynik 93,28%. Tak satysfakcjonujcy wynik uzyskano dziki zastosowaniu chemicznego strcania., dziki czemu fosfor usunito razem z osadem wtrnym. Analizowane oczyszczanie ciekw w oczyszczalni w powiecie nowosdeckim dao nastpujce wyniki:

skuteczno uredniona usuwania dla poszczeglnych wskanikw wynosia BZT5 98,10%, ChZT 92,76%, zawiesiny oglnej 92,66%, azotu oglnego 82,43%, fosforu oglnego 93,41%.

w celu usunicia znacznych iloci fosforu oczyszczalnia powinna by przystosowana do prowadzenia chemicznego procesu np. przy uyciu PIX-u (). wyniki ukazay, i oczyszczalnia dziaa w sposb prawidowy, a wyniki skutecznoci nie odbiegaj od wymogw pozwolenia wodno-prawnego (Chmielowski i lizgowski, 2010). Ocen efektywnoci oczyszczania ciekw dla mechaniczno-biologicznej oczyszczalni przeprowadzono w Lubaczowie. Oczyszczalnia rozpocza swoj dziaalno w 1998r., a jej przepustowo zaprojektowano na 2660 m3*d-1. Proces oczyszczania dokonuje si poprzez mechaniczne i biologiczne usuwanie zanieczyszcze przy pomocy metody osadu czynnego. Przeprowadzona analiza obja lata 2006-2010 (Tabela 9).Tabela 9. Charakterystyka ilociowa ciekw oczyszczanych w Lubaczowie lata 2006-2010 (Maso i Tomaszek 2013)

rednie efektywne usunicie wystpujcych w ciekach zanieczyszcze okrelono na podstawie wskanikw:

BZT5- 97,8%,

ChZT- 92,9%,

Zawiesina organiczna 96,6%,

Nog- 77,9%,

Pog- 89,9%.

Ponadto, mimo, i opisywana oczyszczalnia nie zostaa zaprojektowana, jako usuwajca zwizki biogenne, to jednak wykazano bardzo due moliwoci usuwania C, N i P z oczyszczanych ciekw.

Ryc. 10. Efektywno usuwania zanieczyszcze (Maso i Tomaszek 2013)Skuteczno usuwania zanieczyszcze organicznych BZT5 i ChZT wynosia odpowiednio 93,1-99,5% i 81,7 -97,9%. Wysok skuteczno osignito rwnie w przypadku usuwania zawiesiny oglnej 92-99,3%. oraz zwizkw biogennych. Poziom zmniejszania wszystkich analizowanych wskanikw zanieczyszcze by wyszy od wymaganego stopnia redukcji zanieczyszcze, ktry zosta okrelony w Rozporzdzeniu Ministra rodowiska. Najwysz efektywno usuwania zanieczyszcze ze ciekw odnotowano w ostatnich analizowanych latach 2009-2010.Wyniki pokazuj, i skuteczno oczyszczania zanieczyszcze znajdujcych si w ciekach wystpuje na wysokim, stabilnym poziomie. Jako oczyszczania ciekw w analizowanej oczyszczalni wystpuje na poziomie adekwatnym do warunkw znajdujcych si w pozwoleniu wodo-prawnym.PodsumowaniePod pojciem oczyszczania ciekw kryje si wiele zaawansowanych technologii, ktre mona zastosowa w zalenoci od typu zanieczyszcze, od otaczajcego rodowiska czy panujcych warunkw gruntowo-wodnych. Nie mona jednoznacznie stwierdzi, ktra z metod oczyszczania ciekw jest najlepsza. Zarwno oczyszczanie mechaniczne, chemiczne i biologiczne posiadaj wiele zalet, jak i pewne wady. Kada z tych metoda musi funkcjonowa by mona byo z sukcesami usuwa zanieczyszczenia. Metody mechaniczne oddzielaj due czstki zanieczyszcze, podczas gdy dalsze metody zajmuj si ju elementami mniejszymi, mikroskopowymi zwizkami wystpujcymi w ciekach.Bardzo wane jest oczyszczanie chemiczne ciekw przemysowych, ze wzgldu na wysokie efekty skaenia rodowiska. Wydajne oczyszczanie ciekw z zanieczyszcze posiadajcych charakter toksyczny powinno bra pod uwag nie tylko jako i stopie degradacji zanieczyszcze, ale take obnianie toksycznoci do poziomu akceptowalnego.W zalenoci od rodzaju ciekw proces oczyszczania powinien by tak pomylany, aby przy minimalnym nakadzie kosztw uzyskiwa najwyszy moliwy stopie oczyszczenia.

Analiza oczyszczania ciekw w Lubaczowie, w Nowym Sczu i oczyszczalni Hajdw w Lublinie ukazaa, i oczyszczalnie zaprojektowane na pewne wymagania oczyszczalnoci speniaj swoje zadanie i jako oczyszczalnoci ciekw jest zadowalajca. Budowa nowoczesnych oczyszczalni ciekw jest bardzo droga, jednak odpowiednie dobranie procesw oczyszczania moe doprowadzi do niemal cakowitego usunicia zanieczyszcze w ciekw wystpujcych na danym obszarze.

Na pewno duo zalet posiadaj coraz bardziej rozpowszechniane metody fitoremediacji, ze wzgldu na fakt, i jest to zielona technika, ktra nie powoduje dodatkowego zniszczenia na skaonym ju terenie, gwarantuje minimalne obcienia dla wody, powietrza i gleby, jest to technologia pasywna, o niskich kosztach utrzymania i wysokiej wydajnoci. Ponadto moe zosta wykorzystana w miejscach oddalonych, gdzie nie ma odpowiedniej infrastruktury do budowy tradycyjnej oczyszczalni ciekw. Ze wzgldw finansowych metody fitoremediacji wydaj si by bardzo efektywn metod oczyszczania. W Stanach Zjednoczonych jest ona stosowana jedynie jako element doczyszczania ciekw, jednak w Polsce mogaby ona sta si podstawow technologi oczyszczania wanych obszarw m.in. rolniczych. Wspczesne techniki oczyszczania ciekw s cigle udoskonalane, gdy jak wiadomo czysta woda to najcenniejszy i niezbdny czynnik do ycia ludzi, zwierzt i rolin. Z tego powodu bardzo wane jest odzyskiwanie czystej wody podczas procesw oczyszczania.

Jednak cigle w wielu krajach sabo rozwinitych odprowadzanie ciekw bezporednio do rzek czy jezior bez wczeniejszego oczyszczenia jest zjawiskiem nagminnym. Z tego wzgldu bardzo wane jest przekazywanie przez pastwa coraz wikszych rodkw na budow oczyszczalni ciekw by nie doprowadzi do katastrofy ekologicznej.

Bibliografia[1] USTAWA z dnia 27 kwietnia 2001 r. (Dz.U.2008.25.150 j.t.)[2] Bartoszewski K., Poradnik eksploatatora oczyszczalni ciekw, Polskie Zrzeszenie Inynierw i Technikw Sanitarnych, Pozna, 1997

[3] Baszczyk M.K., Mikroorganizmy w ochronie rodowiska, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2007

[4] Lenart A., Kowalska A., Wykorzystanie osadu czynnego w oczyszczaniu ciekw [w:] Kosmos. Problemy nauk biologicznych t.61 nr4, Krakw, 2012

[5] Romanowska-Duda Z., Alternatywne metody oczyszczania ciekw mleczarskich. Hydrofitowe oczyszczanie, Uniwersytet dzki , d, 2013

[6] omotowski J., Szpindor A., Nowoczesne systemy oczyszczania ciekw, Wydawnictwo Arkady, 2002

[7] Lisiecka A., Przydomowe oczyszczalnie ciekw dla zrwnowaonego rozwoju terenw wiejskich, Polski Klub Ekologiczny Koo Miejskie w Gliwicach, Gliwice, 2013

[8] Poskrobko B., Skiba K., Ochrona biosfery, PWN, Warszawa, 2007

[9] Magrel L., Uzdatnianie wody i oczyszczanie ciekw: urzdzenia, procesy metody. Ekonomia i rodowisko, Biaystok, 2000

[10] Karaczun Z.M., Indeka L.G. - "Ochrona rodowiska", wyd. II, Wydawnictwo Aries, Warszawa, 1999

[11] Hartmann L., -Biologiczne oczyszczanie ciekw, Wyd. Instalator Polski, Warszawa, 1996

[12] Bobrowski M., .Podstawy biologii sanitarnej, Ekonomia i rodowisko, Biaystok, 2002

[13] Brzostkowski N., Galicki P., Przydomowe oczyszczalnie ciekw- poradnik, Wyd. PSP Narew, Biaystok, 2008

[14] Ryska J., 2011, www.e-instalacje.pl/a/3384,osadnikignilne z dnia 03.04.2014

[15] Buczkowski R., Kondzielski I, Szymaski T., Metody remediacji gleb zanieczyszczonych metalami cikimi, Wyd. Uniwersytetu Mikoaja Kopernika, Toru, 2002,

[16] Sadecka Z., Technologia i standardy oczyszczania ciekw komunalnych, Baltic Sea - Programme 2007-2013, Zielona Gra, 2007

[17] Chmiel B., Lesiuk A., Oczyszczanie ciekw [w:] Problematyka nowoczesnych technologii chemicznych w pracach licencjackich i magisterskich studentw ochrony rodowiska UMCS, materiay 17 Konferencji Metodycznej "Ochrona rodowiska na uniwersyteckich studiach przyrodniczych" Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogrskiego, Zielona Gra, 2010

[18] Chmielowski K., lizowski R., Ocena skutecznoci oczyszczania w oczyszczalni ciekw w Nowym Sczu Wielopolu [w:] Infrastruktura i ekologia terenw wiejskich, nr 2/2010, Polska Akademia Nauk, Krakw, 2010, s. 155-167

[19] Maso A., Tomaszek J., Ocena efektywnoci oczyszczalni ciekw w Lubaczowie [w:] Czasopismo Inynierii Ldowej, rodowiska i Architektury, t. XXX, z. 60 (3/13), 2013SPIS TABEL6Tabela 1. cieki komunalne odprowadzone do wd lub do ziemi (Gwny Urzd Statystyczny 2013)

9Tabela 2. adunki zanieczyszcze w ciekach komunalnych odprowadzonych po oczyszczeniu do wd lub do gruntu (Gwny Urzd Statystyczny 2013)

11Tabela 3. Liczba oczyszczalni w Polsce w latach 2005-2011 (Gwny Urzd Statystyczny 2013)

28Tabela 4. Efektywno oczyszczania ciekw na poszczeglnych etapach oczyszczania (Chmiel, Lesiuk 2010)

30Tabela 5.Efektywno oczyszczania ciekw na poszczeglnych etapach oczyszczania (Chmiel, Lesiuk 2010)

31Tabela 6. Rzeczywiste wielkoci adunkw i ste zanieczyszcze z oczyszczalni Hajdw (Chmiel, Lesiuk 2010)

32Tabela 7. Wartoci BZT5 oczyszczanych mechanicznie i biologicznie w 2009r. (Chmielowski i lizgowski, 2010)

33Tabela 8. Wartoci ChZt oczyszczanych mechanicznie i biologicznie w 2009r. (Chmielowski i lizgowski, 2010)

35Tabela 9. Charakterystyka ilociowa ciekw oczyszczanych w Lubaczowie lata 2006-2010 (Maso i Tomaszek 2013)

SPIS RYCIN

13Ryc 1. Schemat pracy kraty oraz zgrzeba do zgarniania skratek (http://www.fotoload.pl z dnia 02.04.2014)

13Ryc. 2. Przykad obrotowego sita (http://www.ekofinn.pl z dnia 02.04.2014)

14Ryc. 3. Przykad zastosowania piaskownikw w Toruskich Wodocigach (http://www.wodociagi.torun.com.pl z dnia 02.04.2014)

15Ryc 4. Schemat mechanicznego oczyszczania ciekw (http://www.instsani.webd.pl/sciemech.html z dnia 03.04.2014)

23Ryc. 5. Moliwe schematy przydomowej oczyszczalni ciekw (Brzostkowski i Galicki 2008)

27Ryc. 6. Sposb oczyszczania ciekw komunalnych i przemysowych w Polsce lata 2000-2009 (Sadecka 2007)

29Ryc. 8. Wpyw czasu sedymentacji na efektywno usuwania zanieczyszcze ze ciekw miejskich (Sadecka 2007)

36Ryc. 10. Efektywno usuwania zanieczyszcze (Maso i Tomaszek 2013)

PIX- koagulanty elowe, czyli rodki chemiczne, ktrych bazowym skadnikiem jest elazo. Jest to szeroka grupa produktw obejmujcych chlorki, siarczany i chloro siarczany elaza. Nale do tej grupy zarwno produkty zawierajce elazo na II i III stopniu utlenienia.

34