CHARAKTERYSTYKA ODPŁYWU ŚCIEKÓW OCZYSZCZONYCH ODPŁYWAJĄCYCH Z TERENU OCZYSZCZALNI ROŚLINNO-GLEBOWEJ THE CHARACTERISTIC OF TREATED SEWAGE OUTFLOW FROM PLANT-SOIL TREATMENT PLANT AREA

Katarzyna Pawęska, Krzysztof Kuczewski Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Katedra Budownictwa i Infrastruktury,

pl. Grunwaldzki 24 50-363 Wrocław, email: katarzyna.paweska@up.wroc.pl, krzysztof.kuczewski@up.wroc.pl

ABSTRACT This article presents results of research that was being conducted in the period of 10 years' work of a plant-soil treatment plant. The treatment plant works on basis of enclosing circulation of matter in soil

environment. Thanks to a penetrable material and impenetrable layer under area of the treatment plant [SZCZUREK 1997] it was possible to build such treatment plant without huge interference in the environment. The area of the biological part of the treatment plant is divided into 4 segments (21 quarters). The quarters are planted with poplars and sawed with grass mix. The treatment plant is applicable to collect domestic sewage all the year. The research included analyses of mechanically pretreated sewage supplied to the area of the treatment plant as well as treated sewage outflowing form the area . The analyses included following indexes: BOD5, CODCr, total nitrogen total phosphorus.

Whole period of plant-soil treatment operating can be divided on two periods which differ in irrigation regime and amount of concentration of pollutions in the outflow. During the first period, the area was being irrigated according to guidelines of constructors [KUCZEWKI, PALUCH 1997 ] - every 21 days. During the second period the regime was no longer kept which resulted in falling of outflow quality. Maximum acceptable values of pollutions indexes [ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 2006] were exceeded for BOD5, CODCr, as well as for total nitrogen in second stage of operating.

During the whole research period, concentrations of total phosphorus never exceeded maximum acceptable value.

Keywords: outflow, pollutions indexes, plant-soil treatment plant.

Wstęp

Ścieki po ostatecznym oczyszczeniu

odprowadzane są do odbiornika. Odbiornikiem tym mogą być wody powierzchniowe lub grunt. Najczęściej jednak odbiornikami ścieków są rzeki, strumienie, potoki jeziora itp. Wody

powierzchniowe jako odbiorniki ścieków, zwłaszcza na terenach wiejskich mogą przyjmować ładunek zanieczyszczeń pochodzący nie tylko z odpływu z oczyszczalni,

ale również zanieczyszczenia spływające z pól uprawnych. Dlatego też niezwykle ważne jest, aby oczyszczalnie ścieków budowane i eksploatowane na terenach wiejskich

oczyszczały ścieki z wysoką skutecznością zwłaszcza dla biogenów. Niestety na terenach wiejskich, o zabudowie rozproszonej dopływ

ścieków do oczyszczalni cechuje się dużą nierównomiernością. Na obiekty te trafiają również w znacznych ilościach ścieki pochodzące z tzw. dołów bezodpływowych [HEINDRICH 2008]. Często środki finansowe gminy przekraczają możliwości budowy

konwencjonalnych systemów oczyszczających ścieki. Alternatywną metodą, z powodzeniem stosowaną na terenach bez centralnej kanalizacji są oczyszczalnie roślinno-glebowe.

Rozwiązania te charakteryzują się niskimi kosztami budowy, eksploatacji oraz co istotne wysoką sprawnością pracy (Nowak, Kuczewski 2002, Pawęska, Kuczewski 2008). Ważną zaletą tych oczyszczalni jest również łatwość wkomponowania z otaczający krajobraz.

154

Celem pracy było przedstawienie dynamiki zmian stężeń wybranych wskaźników zanieczyszczeń w okresie ponad 10-cio letniej eksploatacji oczyszczalni, z uwzględnieniem dopuszczalnych wartości wskaźników zanieczyszczeń wprowadzanych do wód i do

ziemi (Rozporządzenie Ministra Środowiska 2006).

Metodyka Obiektem badawczym była oczyszczalnia ścieków typu roślinno-glebowego przeznaczona do oczyszczania ścieków bytowych pochodzących z osiedla wiejskiego. Ścieki generowane były przez około 350 mieszkańców i gromadzone w dwóch trzykomorowych osadnikach gnilnych o objętości czynnej 52 m3,

a następnie przepompowywane do zbiornika dozującego (rys.1a) znajdującego się na terenie oczyszczalni. Dobowy wydatek oczyszczalni wynosi 110 m3. Ścieki po mechanicznym

oczyszczeniu wprowadzane są na kwaterę (powierzchnia 0,11 ha). Jednorazowa dobowa dawka nawodnieniowa wynosi 97 mm. Część biologiczna oczyszczalni składa się z 21 kwater

nawadnianych stałą dawką ścieków przez cały rok (rys.1b). Budowa geologiczna części biologicznej, nisko zalegające zwierciadło wody

gruntowej oraz rodzaj gruntu: piaski średnie, piaski gliniaste spoczywające na stropie iłów (Szczurek 1996) pozwala na wprowadzanie ścieków na powierzchnię kwater. Powierzchnia kwater zamodelowana jest ze średnim spadkiem 10,5 ‰. Ścieki po wprowadzeniu na

powierzchnię kwatery wsiąkają w nią, następnie na głębokości około 1,0 m ujmowane są ceramicznym systemem drenarskim o średnicy 5 cm i odprowadzane do odbiornika (rys.1d).

Badany obiekt opiera się na zasadzie zamykania obiegu materii przez środowisko roślinne i glebowe. Na powierzchni oczyszczalni zastosowano nasadzenia topolowe jak również wykorzystano mieszankę traw z gatunkami między innymi: kostrzewa czerwona, wiechlina łąkowa, wyczyniec łąkowy. Nawadnianie kwater w założeniach

projektowych powinno odbywać się codzienne ze stałą dawką z powtórzeniem nawadniania tej samej kwatery co 21 dni (Kuczewski, Paluch 1997). W początkowej fazie eksploatacji

obiektu zauważono spadek zużycia wody przez mieszkańców (Nowak, Kuczewski 2002), co spowodowało konieczność dociążenia oczyszczalni ściekami dowożonymi taborem

asenizacyjnym. Obecnie oczyszczalnia przyjmuje rocznie4 8780 m3 ścieków (Pawęska, Kuczewski 2008).

a) b)

c) d)

Rys. 1 Oczyszczalnia roślinno-glebowa w Brzeźnie a) zbiornik akumulacyjny, b) nawadniana kwatera, c)

studzienka kontrolna, d) odbiornik ścieków

155

Oczyszczalnia roślinno-glebowa została objęta monitoringiem już od początkowego okresu eksploatacji (wpracowanie złoża) (Nowak, KuczewskI 2002). Analizie poddawano ścieki po mechanicznym oczyszczeniu (po osadnikach) pobierane ze zbiornika dozującego,

wody gruntowe zalegające pod powierzchnią nawadnianą ściekami pobierane z piezometrów usytuowanych przed oraz na terenie oczyszczalni, oraz ścieki oczyszczone

odpływające z terenu oczyszczalni pobierane ze studzienki kontrolnej nr 2 (rys.1c). W próbkach ścieków oraz wód gruntowych pobieranych z częstotliwością miesiąca w okresie badawczym X 1997 – VII 2008 oznaczano następujące wskaźniki zanieczyszczeń:

• BZT5 metodą respirometryczną przy użyciu OxiTop,

• ChZTCr metodą spektrofotometryczną przy użyciu fotometru Photolab

Specrtoflex 6600 firmy WTW, z wcześniejszą mineralizacją w termo reaktorze T-20 ECO,

• pH potencjometrycznie, bezpośrednio w analizowanej próbce, potencjometr

CPC-501,

• azot ogólny metodą spektrofotometryczną, z wcześniejszą mineralizacją,

• fosfor ogólny metodą spektrofotometryczną z wcześniejszą mineralizacją.

Podstawową charakterystykę statystyczną sporządzono wykorzystując program z pakietu StatSoft, Statistica PL.

Dyskusja wyników Obiekt w Brzeźnie przyjmuje ścieki z części wsi

wyposażonej w kanalizację (ścieki przepompowywane z osadników do zbiornika dozującego) jak również dowożone taborem asenizacyjnych. Skład ścieków „surowych” (po

mechanicznym oczyszczeniu) doprowadzanych na powierzchnie kwater różni się znacznie od średniego składu ścieków bytowych [HEINDRICH 2008]. Wysokie stężenia

obserwowano dla azotu ogólnego (ponad 150

mgN⋅dm-3) jak również dla fosforu ogólnego

(powyżej 15 mgP⋅dm-3) (Nowak, Kuczewski 2002, Pawęska, Kuczewski 2008). Ze względu na wyższe stężenia związków biogennych w ściekach surowych w późniejszym okresie eksploatacji obserwowano wzrost tych wskaźników w ściekach oczyszczonych odprowadzanych z terenu oczyszczalni. Zasada pracy obiektu roślinno-glebowego polega na systematycznym nawadnianiu

przystosowanej powierzchni ściekami mechanicznie oczyszczonymi. Czas nawadniania kolejnych kwater powinien być tak dobrany, żeby nastąpił okres przesuszenia i przewietrzenia złoża. Obiekt podzielony jest na 4 segmenty, z których dwa pierwsze

eksploatowane są niezgodnie z wcześniej przyjętym reżimem nawodnień (Pawęska, Kuczewski 2008). Przeciążanie pierwszych kwater obiektu jak również punktowe zrzuty

ścieków spowodowały pogorszenie jakości ścieków oczyszczonych odpływających z obiektu. Każdy z segmentów zakończony jest studzienką kontrolną. Ścieki oczyszczone pobierane do badań ze studzienki kontrolnej nr 2 były zatem mieszaniną ścieków oczyszczonych odpływających z całego obiektu. Obiekt, w którym procesy oczyszczania

zachodzą w środowisku naturalnym wymaga starannej eksploatacji. W ciągu okresu badawczego wystąpiły miesiące bezodpływowe pomimo nawadniania ściekami (Pawęska,

Kuczewski 2008). Związane to było z warunkami wodno-glebowymi panującymi na obiekcie. Z wieloletnich obserwacji obiektu zarysowują się dwie fazy pracy. Pierwsza,

przejawiająca się wysoką skutecznością pracy a co się z tym wiąże niskimi stężeniami wskaźników zanieczyszczeń na odpływie, oraz druga, w której znacząco pogorszeniu uległa

jakość odpływających ścieków. Długoletnia obserwacja obiektu jest zasadna ze względu na zagrożenie jakie może on stwarzać dla środowiska przy niewłaściwej eksploatacji.

Przez cały okres wpracowania złoża wartość BZT5 w odpływie nie przekraczała 10

mgO2⋅dm-3 (rys.2a). Po roku 2003 obserwuje się pogorszenie jakości odpływu dla tego wskaźnika. W czerwcu 2003 r. zanotowano

stężenie BZT5 o wartości 26 mgO2⋅dm-3. Kolejne ekstremum zaobserwowano w czerwcu

2004 roku o wartości 49 mgO2⋅dm-3. Od 2003 roku coraz częściej w miesiącach letnich obserwowano okresy bez odpływu ścieków oczyszczonych. Wartość ChZTCr w odpływie z nawadnianej kwatery wzrastała w kolejnych

latach eksploatacji (tab.1). W roku 2008 praktycznie we wszystkich pobranych próbkach ścieków wystąpiło przekroczenie wartości

dopuszczalnej (150 mgO2⋅dm-3) określoną w Rozporządzeniu (Rozporządzenie Ministra Środowiska 2006).

Wartość pH wykazywała najmniejszą tendencję zmian. Kształtowała się na średnim poziomie 6,9-7,4 (tab.1). W przypadku odprowadzania ścieków oczyszczonych do wód

powierzchniowych istotne są stężenia biogenów w odcieku.

156

Mogą one wpływać jakość wód w odbiorniku, intensyfikować procesy eutrofizacji. Jest to niezwykle ważne, w przypadku gdy odbiornik leży na terenach użytkowanych rolniczo, gdzie oprócz odpływu z oczyszczalni do wód odbiornika mogą trafiać również spływy z pól.

Azot ogólny w odpływie z obiektu roślinno-glebowego w pierwszym etapie eksploatacji utrzymywał się na niskim poziomie. Po roku 2003 obserwuje się znaczny wzrost stężenia

tego wskaźnika.

Wartości maksymalne 45,3 mgN⋅dm-3 wystąpiły w grudniu 2004 r. oraz w grudniu 2005 r. Po 2003 roku zmiany stężeń azotu ogólnego charakteryzowały się dużą zmiennością. Szczególna uwagę zwrócić należy na zmiany stężeń fosforu ogólnego w odpływie. Przez cały

okres badawczy nie przekraczały 2 mgP⋅dm-3

(średnio 0,35 mgP⋅dm-3) i były niższe od maksymalnej dopuszczalnej wartości fosforu ogólnego scharakteryzowanej w

Rozporządzeniu Ministra Środowiska w sprawie warunków jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi.

Tabela 1. Średni skład ścieków oczyszczonych odprowadzanych z nawadnianej powierzchni oczyszczalni roślinno-glebowej w Brzeźnie w okresie badawczym 1997-2008

Rok obserwacji BZT5

mgO2⋅dm-3

ChZTCr

mgO2⋅dm-3

pH Azot ogólny

mgN⋅dm-3

Fosfor ogólny

mgP⋅dm-3

1997 1,87 14,67 6,9 4,43 0,13

1998 3,96 22,42 7,1 5,36 0,25

1999 3,31 25,67 6,9 7,38 0,22

2000 3,28 31,20 7,2 9,25 0,24

2001 0,83 29,11 7,4 3,48 0,17

2002 1,81 23,36 7,1 4,60 0,25

2003 6,00 23,31 7,2 4,43 0,55

2004 8,57 58,79 7,2 27,89 0,12

2005 2,96 116,29 7,1 34,83 0,23

2006 0,67 125,33 7,3 28,10 0,78

2007 bd bd bd bd bd

2008* 10,50 198,50 7,1 34,25 0,92 bd-brak danych *-obserwacje prowadzone do VII 2008

157

a)

b)

Rys. 2 Zmiany BZT5 (a) oraz ChZTCr (b) w ściekach oczyszczonych odpływających z oczyszczalni roślinno-glebowej w Brzeźnie w okresie badawczym

X 1997-VII 2008

wartość dopuszczalna

wartość dopuszczalna

158

Podsumowanie Gospodarka wodno-ściekowa na terenach wiejskich, często bez wybudowanej centralnej kanalizacji, stwarza wiele problemów związanych z potrzebą utylizacji ścieków w miejscu ich

powstania i bezpiecznego odprowadzenia do środowiska. Często jednostki osadnicze na terenach wiejskich bez centralnej kanalizacji wymagają rozwiązania problemu ścieków

indywidualnie od mieszkańców. Niestety jest to przyczyną pogorszenia warunków eksploatacji przydomowych oczyszczalni ścieków, które stają się zagrożeniem dla środowiska. W chwili gdy gmina podejmie decyzje o budowie oczyszczalni ważna jest jej poprawna eksploatacja. Konwencjonalne technologie oczyszczania ścieków np. osad czynny, złoża

biologiczne na terenach z wysoce nierównomiernym dopływem ścieków radzą sobie gorzej. Dlatego też alternatywnym sposobem utylizacji ścieków na terenach wiejskich powinny

być oczyszczalnie wykorzystujące naturalne środowisko. Obiekty takie z powodzeniem pracują w krajach Unii takich jak: Wielka Brytania, Niemcy, Dania, Szwecja, Grecja,

Czechy ale również w Indiach, Meksyku, Stanach Zjednoczonych. W większości są to obiekty roślinno-gruntowe wykorzystujące specjalnie przygotowaną mieszankę jako wypełnienie. W porównaniu z doświadczeniami przeprowadzonymi na obiektach w Grecji (obiekt

doświadczalny), Turcji, Słowenii (obiekt doświadczalny), Irlandii, oczyszczalnia w Brzeźnie cechuje się najniższymi stężeniami fosforu ogólnego i BZT5 w ściekach

oczyszczonych odpływających z obiektu (tab.2). Możliwe jest to dzięki naturalnej budowie złoża zalegającego w miejscu budowy oczyszczalni. Jednakże podczas wieloletniej eksploatacji złoża obserwowano czynności mogące wpływać ujemnie na efektywność pracy obiektu. Były to miedzy innymi punktowe zrzuty ścieków nieoczyszczonych bezpośrednio na kwaterę lub na

poletko przeznaczone do kompostowania biomasy lub wypalanie roślinności trawiastej porastającej powierzchnię oczyszczalni (Pawęska, Kuczewski 2008). Taka praktyka przyczynić się może nie

tylko do pogorszenia jakości odpływu ale również może skutkować redukcją potencjału oczyszczającego złoża.

Tabela 2. Średni skład ścieków oczyszczonych odpływających z obiektów roślinno-gruntowych oraz z oczyszczalni roślinno-glebowej w Brzeźnie.

Złoża roślinno gruntowe Wskaźnik zanieczyszczeń [1] [2] [4] [3] [6]

Brzeźno

BZT5, [mgO2⋅dm-3] 38,8 bd 66,0 20,0 - 4,0

ChZT [mgO2⋅dm-3] 61,0 354,8 122,0 48,6 25,6 60,8

Azot ogólny [mgN⋅dm-3] 11,2 - 14,0 - 18,8 14,9

Fosfor ogólny [mgP⋅dm-3] 1,6 - - - 1,2 0,35

Zawiesiny ogólne [mg⋅dm-3] - 119,2 - 20,0 - -

Wnioski Na podstawie wieloletnich obserwacji oraz badań laboratoryjnych sformułowano następujące wnioski:

1. Roślinno-glebowa oczyszczalnia

ścieków może stanowić alternatywny sposób utylizacji ścieków na terenach wiejskich, bez centralnej kanalizacji.

2. Przy zapewnieniu właściwego reżimu

nawodnień oraz poprawnej eksploatacji obiekt spełnia wymogi maksymalnych dopuszczalnych wskaźników zanieczyszczeń zawartych w

Rozporządzeniu Ministra Środowiska (Rozporządzenie Ministra Środowiska 2006).

3. Oczyszczalnia roślinno-glebowa w Brzeźnie przez cały okres badawczy charakteryzowała się niskimi stężeniami

fosforu ogólnego 0,12-0,92 mgP⋅md-3. 4. Uwidaczniający się wzrost wielkości

wskaźnika zanieczyszczeń po 2003 r. niewątpliwie wynika z niewłaściwej eksploatacji obiektu.

LITERATURA AKRATOS CH.S., TSIHRINTZIS V.A.: 2007; HRT, vegetation and porous media on removal efficiency of pilot-scale horizontal subsurface flow constructed wetlands, Ecological

Engineering, vol.29, pp.171-191.

159

AVSAR Y., I INNI: 2007; Rehabilitation by constructed wetlands of available wastewater treatment plant in Sakhin, Ecological

Engiineering, vol. 29, pp.27-32.

BABATUNDE A.O., I INNI, 2008; Constructed wetland for environmental pollution control: A

review of developments, research and practice in Ireland, Environmental International vol.34, pp.116-126.

BULC T.G., OJSTRSEK A.,2008; the use of

constructed wetland for dye-rich textile wastewater treatment, Journal of Hazardous

Materials, vol.155, pp.76-82.

HEINDRICH Z. I INNI, Sanitacja wsi, Wydaw. Seidel-Przywecki, Warszawa 2008

KERN J., IDLER CH., 1999; Treatment of domestic and agricultural wastewater by reed bed system, Ecological engineering, vol. 12, pp.13-

25.

KUCZEWSKI K., PALUCH J.: Instrukcja

obsługi oczyszczalni roślinno-glebowej w

Brzeźnie na terenie gminy Prusice, Wrocław 1997

NOWAK I., KUCZEWSKI K.: Oczyszczanie

ścieków bytowo-gospodarczych w oczyszczalni

roślinno-glebowej, Zeszyty Naukowe, Akademia Rolnicza Wrocław nr 453, Monografie XXIX, 2002

PAWĘSKA K., KUCZEWSKI K.: Skuteczność oczyszczania ścieków bytowych w oczyszczalniach

roślinno-glebowych o różnej eksploatacji, Monografie LX, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, 2008

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego, Dz. Ustaw Nr 137, Poz. 984

SZCZUREK M.: Dokumentacja badań

geologiczno-inżynierskich dla oceny stanu

podłoża i tła hydrochemicznego glebowo-

roślinnej oczyszczalni ścieków, Wrocław 1996