Istotne tematy technologiczne

Charakterystyka ścieków przemysłowych

Ścieki przemysłowe powstają w procesach technologicznych przetwarzania wszelkiego rodzaju surowców, w trakcie których wykorzystywana jest woda. Szczególnie duże zapotrzebowanie na wodę wykazuje przetwórstwo rolno-spożywcze i właśnie w tym sektorze gospodarki powstaje największa ilość  ścieków przemysłowych. Ścieki te, zawierające związki organiczne w postaci rozpuszczonej i zawiesiny, pochodzą z przerabianych surowców rolnych. Są to złożone węglowodany, białka i tłuszcze. Stopień koncentracji tych związków kształtuje poziom zanieczyszczenia ścieków, który może wykazywać bardzo zróżnicowany poziom. Z tego też względu główną zasadą projektowania instalacji do oczyszczania ścieków przemysłowych jest indywidualny dobór właściwej technologii ich oczyszczania, oparty na charakterystyce jakościowej i ilościowej tych ścieków. Ścieki przemysłowe wykazują również dużą zmienność składu nawet w obrębie zakładów z tej samej branży. Stężenie zanieczyszczeń organicznych w ściekach określonych wskaźnikiem ChZT (chemiczne zapotrzebowanie tlenu) wynosi od kilku tysięcy mgO2/dm3 w ściekach mleczarskich i browarniczych do ponad stu tysięcy mgO2/dm3 w ściekach np. z produkcji biopaliw. Bardzo istotnym zagadnieniem jest również koncentracja związków biogennych azotu i fosforu w ściekach przemysłowych i możliwości technologiczne eliminacji ich ze ścieków.

Należy podkreślić, że ścieki przemysłowe zawierające naturalne związki organiczne nawet w bardzo wysokich stężeniach ulegają rozkładowi biologicznemu z zastosowaniem odpowiedniej metody i warunków technologicznych. Obecnie najskuteczniejszą metodą oczyszczania tych ścieków jest fermentacja metanowa, w rezultacie której uzyskuje się 80 – 90% redukcję związków organicznych i 20 – 30% redukcję związków biogennych i jest traktowana jako pierwszy stopień biologicznego oczyszczania.

Tabela 1. Stopień zanieczyszczenia ścieków przemysłowych w odniesieniu do stężenia ChZT w podanych branżach

Przedstawione w tabeli wartości poziomu zanieczyszczenia ścieków z różnych branż wskazują na znacznie ich zróżnicowanie spowodowane w głównej mierze nie tylko asortymentem wytwarzanych produktów, ale również technologiami ograniczającymi zużycie wody co z reguły prowadzi do zwiększenia stopnia zanieczyszczenia ścieków.

Wybór optymalnej technologii oczyszczania ścieków przemysłowych

Jest to podstawowe zagadnienie w procesie inwestycyjnym, które będzie gwarantowało efektywne działanie całej instalacji oraz będzie zapewniało osiągnięcie zakładanych efektów oczyszczania ścieków. Technologia oczyszczania musi być również dostosowana do potrzeb inwestora w odniesieniu do zakładanego stopnia ich oczyszczenia, to znaczy, czy ścieki muszą być tylko podczyszczone w procesie fermentacji metanowej i dalej oczyszczane w oczyszczalni miejskiej, czy też oczyszczane do wymaganych parametrów i odprowadzane do odbiornika wód powierzchniowych.
Istotne są również kwestie ekonomiczne zarówno na etapie inwestycyjnym jak i eksploatacyjnym. Uzyskanie takich efektów oczyszczania jest możliwe przez zastosowanie tylko fermentacji metanowej lub dwustopniowej metody beztlenowo – tlenowej. W stopniu pierwszym w procesie fermentacji metanowej uzyskuje się redukcję związków organicznych na poziomie ok. 90%, a w stopniu drugim usuwa się pozostałe w ściekach przefermentowanych proste związki organiczne i związki biogenne.

Opracowanie właściwej technologii uzależnione jest od składu i rodzaju ścieków. Szczególnie dotyczy to obecności zawiesin i tłuszczy w ściekach oraz związków mogących działać inhibitująco na mikroorganizmy, czyli np. związki dezynfekcyjne stosowane do mycia urządzeń w  zakładach.

Aktualnie preferowane są dwa rozwiązania technologiczne w odniesieniu do pracy części beztlenowej oczyszczalni:

• przy wysokim stężeniu zawiesin organicznych w ściekach surowych istnieje możliwość ich usuwania na wstępnym etapie oczyszczania mechanicznego za pomocą filtracji lub flotacji i fermentowania tak wydzielonych zawiesin, a klarowne ścieki surowe pozbawione zawiesin będą oczyszczane w reaktorze tlenowym.
• przy wysokim stężeniu rozpuszczonych związków organicznych i małym udziale zawiesiny ścieki te powinny  być poddane bezpośrednio fermentacji metanowej i doczyszczone w reaktorze tlenowym. Jest to układ o wiele prostszy technologicznie i tańszy zarówno na etapie inwestycyjnym jak i eksploatacyjnym.

Porównanie metod oczyszczania w odniesieniu do efektywności i ilości wytwarzanych osadów biologicznych

Oczyszczanie ścieków przemysłowych metodami biologicznymi związane jest również z wytwarzaniem biomasy mikroorganizmów, która musi być odprowadzona z układu oczyszczania w postaci osadu nadmiernego. Wielkość przyrostu biomasy w przeliczeniu na usunięty ładunek zanieczyszczeń w metodzie fermentacji metanowej jest ok. 10 – 15 razy mniejsza niż przy oczyszczaniu osadem czynnym w warunkach tlenowych. Z tego też względu w dwustopniowych biologicznych oczyszczalniach ścieków przemysłowych powinno się dążyć do możliwie maksymalnego  zminimalizowania powstawania tlenowego osadu nadmiernego, który jest osadem nieustabilizowanym (czyli część organiczna osadu ulega dalszemu rozkładowi) i podlega dalszej obróbce biologicznej, tzn. musi być poddany procesowi fermentacji metanowej. Z tego względu najekonomiczniejsze jest fermentowanie ścieków surowych i dalej doczyszczanie w reaktorze tlenowym.
Przykładowo, oczyszczając 1000 m3/d ścieków przemysłowych o stężeniu ChZT na poziomie 5000 mg O2/dm3 tylko w reaktorze tlenowym, uzyskuje się aż 2500 – 3000 kg suchej masy osadu, czyli po odwodnieniu do 20% suchej masy, objętościowo jest to 12,5 – 15 m3/d.
Oczyszczając te same ścieki w technologii beztlenowo - tlenowej uzyskuje się zaledwie ok. 430 kg suchej masy, czyli po odwodnieniu 2,15 m3/d. 

Podczyszczanie ścieków przemysłowych metodą fermentacji metanowej

Zakłady wytwarzające ścieki w dużej ilości i o znacznym ładunku zanieczyszczeń muszą budować własne instalacje do oczyszczania ścieków. Natomiast w przypadku zakładów mniejszych gdy nie ma zasadności budowy pełnej oczyszczalni ścieków bardzo dobrym rozwiązaniem jest podczyszczanie tych ścieków w reaktorze beztlenowym, a następnie ich przesyłanie systemem kanalizacji do miejskiej oczyszczalni ścieków komunalnych. Redukcja związków organicznych w procesie fermentacji metanowej wynosi ok. 85% – 95%, a ścieki przefermentowane zawierające resztkowe ilości prostych związków organicznych nie stanowią żadnego problemu dla oczyszczenia ich w reaktorze tlenowym na miejskiej oczyszczalni, wynikającym np. z dopływu zwiększonego ładunku zanieczyszczeń.

Pełne oczyszczanie ścieków z odprowadzeniem do odbiornika

Warunki odprowadzania ścieków oczyszczonych do odbiornika są określone w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego.