Praca magisterska - Celem pracy jest analiza osadów dennych z oczyszczalni ścieków systemu „Lemna” PDF

Preview

Summary

Celem pracy jest analiza osadów dennych z oczyszczalni ścieków systemu „Lemna” oraz możliwość ich końcowej przeróbki lub wykorzystania w warunkach polskich i zgodnie z polskim prawem....

Description

POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA W KIELCACH WYDZIAŁ BUDOWNICTWA LĄDOWEGO INŻYNIERIA SANITARNA KATEDRA TECHNOLOGII WODY I ŚCIEKÓW

PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA

ANALIZA ILOŚCIOWA I JAKOŚCIOWA OSADÓW Z WYBRANYCH OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW TYPU „LEMNA” ORAZ MOŻLIWOŚCI ICH WYKORZYSTANIA

OPRACOWAŁ:

OPIEKUN PRACY: PROF. PŚK DR HAB.INŻ.

INŻ. DANIEL TEREBIŃSKI

FRANCISZEK CZYŻYK

Kielce, 2001

Autor pracy pragnie podziękować Panu prof. PŚK dr hab. inż. Franciszkowi Czyżykowi oraz Panu prof. PŚK dr hab. inż. Mikołajowi Sikorskiemu za pomoc w usystematyzowaniu myśli i wiedzy a także Panu mgr inż. Aleksandrowi Widuchowi, Prezesowi Zarządu Przedsiębiorstwa „WIDUCH HYDROLEMNA” S.A. za wsparcie finansowe w realizacji analiz osadu, które były niezbędne do napisania tej pracy oraz umożliwienie zdobywania doświadczenia w eksploatacji obiektów, o których traktuje ta praca.

„Analiza ilościowa i jakościowa osadów z wybranych oczyszczalni ścieków typu „Lemna” oraz możliwości ich wykorzystania”

Spis treści

1.

Wstęp. .............................................................................. 5

2.

Charakterystyka technologii „Lemna”. .......................... 6

2.1.

Część mechaniczna................................................................. 6

2.2.

Część biologiczna ................................................................... 9

2.2.1.

Staw napowietrzany ......................................................... 9

2.2.2.

System nitryfikacji .......................................................... 11

2.2.3.

Komora koagulacji .......................................................... 13

2.2.4.

Staw doczyszczający Lemna ............................................ 14

Gospodarka osadowa w systemie „Lemna” ............................. 18

2.3.

Sposoby zmniejszania objętości, unieszkodliwiania i

3.

likwidacji osadów ściekowych. .............................................. 21 3.1.

Fermentacja metanowa. ....................................................... 21

3.2.

Tlenowa stabilizacja osadów. ................................................ 23

3.3.

Chemiczna stabilizacja osadów. ............................................. 31

3.4.

Zagęszczanie i odwadnianie osadów ...................................... 31

3.5.

Suszenie osadów. ................................................................. 32

3.6.

Pasteryzacja osadów. ........................................................... 33

3.7.

Kompostowanie osadów. ...................................................... 33

3.8.

Zgazowanie osadów. ............................................................ 40

3.9.

Spalanie osadów. ................................................................. 41 Wykorzystanie osadów. ..................................................... 42

3.10.

3.10.1.

Rekultywacja nieużytków i zagłębień terenowych. .......... 42

3.10.2.

Wykorzystanie

osadów

w

rolnictwie,

leśnictwie

i

ogrodnictwie. ............................................................................. 43

Charakterystyka wybranych obiektów: ........................44

4. 4.1.

Kochcice .............................................................................. 44

4.1.1.

Charakterystyczne parametry technologiczne.................... 44 3

„Analiza ilościowa i jakościowa osadów z wybranych oczyszczalni ścieków typu „Lemna” oraz możliwości ich wykorzystania”

4.1.2.

Opis działania systemu ................................................... 45

4.1.3.

Charakterystyka realizacji inwestycji ................................ 46

4.2.

Wręczyca Wielka .................................................................. 47

4.2.1.

Charakterystyczne parametry technologiczne.................... 47

4.2.2.

Opis działania systemu ................................................... 48

4.2.3.

Charakterystyka realizacji inwestycji ................................ 49

4.3.

Chmielnik Rzeszowski ........................................................... 49

4.3.1.

Charakterystyczne parametry technologiczne.................... 49

4.3.2.

Opis działania systemu ................................................... 51

4.3.3.

Charakterystyka realizacji inwestycji ................................ 51

Zakres i metodyka badań osadów ściekowych. ........... 52

5. 5.1.

Metodyka poboru osadów ściekowych. ................................... 52

5.2.

Zakres badań osadów. .......................................................... 59

5.3.

Laboratoria badające osad. ................................................... 60

Wyniki badań osadów. ...................................................62

6. 6.1.

Kochcice. ............................................................................. 62

6.1.1.

Staw napowietrzany ....................................................... 62

6.1.2.

Staw Lemna .................................................................. 67

6.2.

Wręczyca Wielka. ................................................................. 71

6.3.

Chmielnik Rzeszowski ........................................................... 76

Możliwości zagospodarowania badanych osadów. ......83

7. 7.1.

Kochcice .............................................................................. 83

7.1.1.

Staw napowietrzany ....................................................... 83

7.1.2.

Staw Lemna .................................................................. 84

7.2.

Wręczyca Wielka .................................................................. 85

7.3.

Chmielnik Rzeszowski ........................................................... 86

8.

Podsumowanie. ..............................................................87

9.

Literatura. .......................................................................89

4

„Analiza ilościowa i jakościowa osadów z wybranych oczyszczalni ścieków typu „Lemna” oraz możliwości ich wykorzystania”

1. Wstęp. Celem pracy jest analiza osadów dennych z oczyszczalni ścieków systemu „Lemna” oraz możliwość ich końcowej przeróbki lub wykorzystania w warunkach polskich i zgodnie z polskim prawem. Część pierwsza pracy poświęcona jest opisowi technologii „Lemna”

oraz

stosowanych

w

tym

systemie

rozwiązań

technicznych. Znajdują się tu informacje na temat mechanizmów działania

oczyszczalni,

poszczególnych

schemat

rozwiązań

technologiczny

technologicznych

z

opisem

stosowanych

w oczyszczalniach tego typu, przekrój poprzeczny przez staw Lemna. W

części

drugiej

opisane

zostały

dostępne

sposoby

postępowania z osadami ściekowymi, tj. metody stabilizacji, zmniejszania objętości, higienizacji i zagospodarowania osadów. W

części

trzeciej

scharakteryzowane

zostały

wybrane

oczyszczalnie Lemna, których osady stanowiły podstawę do napisania tej pracy. W części czwartej opisano wyniki analiz osadów z wybranych oczyszczalni i zaproponowano sposób postępowania z nimi dla każdej z oczyszczalni.

5

„Analiza ilościowa i jakościowa osadów z wybranych oczyszczalni ścieków typu „Lemna” oraz możliwości ich wykorzystania”

2. Charakterystyka technologii „Lemna”. 2.1. Część mechaniczna Oczyszczalnia składa się z kraty gęstej, piaskownika oraz punktu zlewnego ścieków dowożonych. W obrębie kraty gęstej następuje separacja dopływających części stałych o wielkości powyżej 1 cm. W piaskowniku następuje sedymentacja mineralnych zawiesin ziarnistych. Stosowane są różne rozwiązania konstrukcyjne elementów części mechanicznej: -

kraty ręczne (m.in. Wręczyca Wielka, Boronów, Kochcice),

-

kraty

mechaniczne

schodkowe

(Chmielnik

Rzeszowski,

Gomunice), -

kraty mechaniczne koszowe (Dobrodzień, Świerklaniec).

6

„Analiza ilościowa i jakościowa osadów z wybranych oczyszczalni ścieków typu „Lemna” oraz możliwości ich wykorzystania”

Zdjęcie 1. Krata mechaniczna koszowa (Świerklaniec)

-

piaskowniki pionowe szczelinowe (Świerklaniec),

-

piaskowniki radialne (Gomunice).

-

piaskowniki

poziome

dwukomorowe

(Wręczyca

Wielka,

Boronów),

7

„Analiza ilościowa i jakościowa osadów z wybranych oczyszczalni ścieków typu „Lemna” oraz możliwości ich wykorzystania”

Zdjęcie 2. Piaskownik dwukomorowy poziomy (Dobrodzień)

-

punkty zlewne z

kratą gęstą (Świerklaniec, Gomunice,

Dobrodzień), -

punkty zlewne automatyczne z pomiarem pH i identyfikacją przewoźnika (Zaniemyśl). Ponadto w części mechanicznej, jeżeli nie można uzyskać

grawitacyjnego

przepływu

ścieków,

często

stosowane

są

przepompownie ścieków. Urządzenia części mechanicznej, w zależności od wielkości i rodzaju mogą być zautomatyzowane lub obsługiwane ręcznie. Jednak ze względu na koszty wyposażenia oczyszczalni ścieków 8

„Analiza ilościowa i jakościowa osadów z wybranych oczyszczalni ścieków typu „Lemna” oraz możliwości ich wykorzystania”

systemu Lemna w urządzenia automatyczne, przy stosunkowo niedużym koszcie całej inwestycji, najczęściej wybierane są urządzenia najtańsze i najprostsze (kraty ręczne, piaskowniki poziome dwukomorowe, punkty zlewne bez odświeżania ścieków dowożonych).

Zdjęcie 3. Punkt zlewny z kratą koszową (Boronów)

2.2. Część biologiczna

2.2.1.

Staw napowietrzany W stawie tym zachodzą procesy redukcji zanieczyszczeń

organicznych (zawiesina ogólna, BZT5, ChZT) oraz wstępny proces

utleniania

związków

azotowych

(amonifikacja

i nitryfikacja).[13]

9

„Analiza ilościowa i jakościowa osadów z wybranych oczyszczalni ścieków typu „Lemna” oraz możliwości ich wykorzystania”

Długi czas zatrzymania ścieków (ok. 10 - 20 dób) oraz duży wiek osadu czynnego powoduje, że osad nadmierny przyrasta w bardzo małej ilości. Staw napowietrzany jest wydzielony na kilka komór (cel) za pomocą przegród hydraulicznych z oknem przelewowym.

Zdjęcie 5. Staw napowietrzany (Miedźna)

Zastosowanie tych przegród ma na celu maksymalne wydłużenie drogi przepływu ścieków przez staw napowietrzany, a co za tym idzie, jak najdłuższe poddawanie ich procesowi oczyszczania w środowisku tlenowym. Tlen do stawu napowietrzanego jest dostarczany z dmuchaw poprzez

przewody

powietrzne

do

przydennego

systemu

dyfuzorów. System napowietrzania dyfuzorowego spełnia także drugą, nie mniej ważną rolę – powoduje bowiem dokładne wymieszanie ścieków z zawiesiną biologiczną. 10

„Analiza ilościowa i jakościowa osadów z wybranych oczyszczalni ścieków typu „Lemna” oraz możliwości ich wykorzystania”

Firma Hydro-Lemna S.A. j.v. – właściciel technologii Lemna w Polsce coraz częściej, ze względu na dostarczanie na oczyszczalnie typu Lemna dużej ilości ścieków dowożonych oraz ścieków przemysłowych (z przetwórstwa owocowo-warzywnego, garbarni

i

masarni),

stosuje

komory

szybkiego

mieszania

o zintensyfikowanym napowietrzaniu. Komora szybkiego mieszania w systemie Lemna, to I cela stawu

napowietrzanego

wyposażona

w bardzo

dużą ilość

dyfuzorów oraz aeratory napowietrzające. Ścieki o bardzo dużym ładunku

zanieczyszczeń

wpływające

do

komory

szybkiego

mieszania, są intensywnie napowietrzane i mieszane. Ma to na celu jak najszybsze pozbycie się możliwie największego ładunku zanieczyszczeń ze ścieków, po to, aby nie zakłócał on poprawnej nitryfikacji w kolejnych celach. Po stawie napowietrzanym ścieki przepływają

najczęściej

do

nitryfikatora

(na

niektórych

oczyszczalniach, najczęściej zbudowanych przed 1995 rokiem, nitryfikatory nie były wykorzystywane, na przykład w Kochcicach, Rossosze, Wręczycy Wielkiej).

2.2.2.

System nitryfikacji Reaktory

nitryfikacyjne

są

wykonywane

w

postaci

napowietrzanych zatapialnych złóż biologicznych, zanurzonych w ściekach. Złoża nitryfikacyjne mają bardzo dużą powierzchnię rozwinięcia (150 – 250 m2 / 1m3 wkładu), celem maksymalnego zintensyfikowania procesu nitryfikacji (bardzo duża powierzchni kontaktu mikroflory bakteryjnej - Nitrosomonas, Nitrobacter ze ściekami).

11

„Analiza ilościowa i jakościowa osadów z wybranych oczyszczalni ścieków typu „Lemna” oraz możliwości ich wykorzystania”

Reaktory instaluje się w obrębie stawów, wydzielając je za pomocą

przegród

hydraulicznych

(m.in.

Kochcice)

lub

w odrębnych komorach żelbetowych zlokalizowanych pomiędzy stawem napowietrzanym i stawem Lemna. Komora ma za zadanie dodatkową intensyfikację procesu nitryfikacji

częściowo

zachodzącego

już

w

stawie

napowietrzanym.

Zdjęcie 6. Komora nitryfikatora (Dobrodzień)

Na rozwiniętej powierzchni złóż biologicznych, na których dominują bakterie nitryfikacyjne następuje utlenianie związków amonowych do azotanów według poniższego schematu reakcji: N  NH 4  N  NO 2  N  NO 3

Tak uzdatnione ścieki ulegają procesowi denitryfikacji w stawie Lemna, w wyniku czego zostaje uwolniony do atmosfery wolny azot cząsteczkowy w formie gazowej, co w rezultacie daje końcową redukcję form azotowych z układu oczyszczania.[13] 12

„Analiza ilościowa i jakościowa osadów z wybranych oczyszczalni ścieków typu „Lemna” oraz możliwości ich wykorzystania”

2.2.3.

Komora koagulacji Do redukcji stężenia fosforu w okresie niskich temperatur

zimowych

stosuje

się

koagulant,

którym

jest

najczęściej

krystaliczny siarczan glinowy Al2(SO4)3 x 12 H2O. Czasami stosowany jest także PIX (uwodniony siarczan żelaza Fe(SO4) x 6H2O). Siarczan glinu podawany jest do ścieków w formie suchej. W komorze koagulacji następuje dokładne wymieszanie siarczanu glinu ze ściekami (na dnie komory zamontowany jest dyfuzor, który umożliwia wymieszanie koagulantu ze ściekami), dzięki czemu następuje proces koagulacji związków fosforanowych.

Zdjęcie 7. Dozownik koagulanta (Przyrów)

W stosunku do typowych procesów koagulacji, stosowana dawka siarczanu glinu, ze względu na długi czas zatrzymania jest

13

„Analiza ilościowa i jakościowa osadów z wybranych oczyszczalni ścieków typu „Lemna” oraz możliwości ich wykorzystania”

niewielka, a co się z tym wiąże koszty procesu są znikome i ilość wytrącanego osadu niewielka. Ścieki z komory koagulacji przepływają następnie do stawu doczyszczającego Lemna.

2.2.4.

Staw doczyszczający Lemna W stawie doczyszczającym Lemna przebiegają dalsze procesy

redukcji

związków

organicznych

i

biogennych

na

drodze

biologicznych reakcji beztlenowo-tlenowych oraz bioakumulacji zanieczyszczeń do biomasy rzęsy wodnej porastającej zwierciadło ścieków.

Zdjęcie 8. Staw doczyszczający Lemna podczas wegetacji rzęsy wodnej (Pawonków)

Staw Lemna, podobnie jak staw napowietrzany, podzielony jest na cele za pomocą przegród hydraulicznych, które wydłużają

14

„Analiza ilościowa i jakościowa osadów z wybranych oczyszczalni ścieków typu „Lemna” oraz możliwości ich wykorzystania”

czas przetrzymania ścieków w obrębie stawu zwykle powyżej 20 dób oraz pozwalają na pełne wykorzystanie pojemności stawów do

procesów

oczyszczania.

Cała

powierzchnia

stawu

doczyszczającego pokryta jest barierami pływającymi służącymi do stabilizacji rzęsy wodnej na powierzchni stawu i utrzymania równomiernej grubości kożucha roślinnego. Kożuch ten tworzy barierę i izoluje środowisko wodne od dopływu promieni słonecznych (procesy fotosyntezy i rozwój glonów), od falowania i dyfuzji powietrza do środowiska wodnego. Wytworzony przez rzęsę i ustabilizowany przez bariery kożuch

Zdjęcie 9. Staw doczyszczający Lemna w okresie zimowym (Miedźna)

umożliwia utrzymanie trzech stref w kolumnie stawu wodnego, tj.: - strefy natlenionej (aerobowej) – powstałej na skutek produkcji tlenu przez samą rzęsę wodną, - strefy niedotlenionej (anoksycznej) – powstałej na skutek kontaktu strefy tlenowej i beztlenowej, 15

„Analiza ilościowa i jakościowa osadów z wybranych oczyszczalni ścieków typu „Lemna” oraz możliwości ich wykorzystania”

- strefy beztlenowej (anaerobowej) – powstałej na skutek przebiegu procesów rozkładu zanieczyszczeń organicznych przy deficycie tlenowym. Rzęsa wodna w stawie doczyszczającym nie pełni jedynie funkcji asymilatora biologicznego zanieczyszczeń, ale głównie pełni funkcję naturalnego biologicznego izolatora i stymulatora środowiska

wodnego

stawu

od

otaczającego

środowiska

atmosferycznego w okresie letnim.[13] W okresie braku rzęsy wodnej (zima i wczesna wiosna) bariery pływające i lód uniemożliwiają mieszanie ścieku i dzięki temu nadal utrzymywane są 3 strefy w kolumnie stawu, choć nie są one tak wyraźne jak z kożuchem roślinnym. W stawie doczyszczającym (65% – 70% objętości) dominują procesy beztlenowego rozkładu zanieczyszczeń. Mimo tego obiekt nie jest uciążliwy zapachowo, z uwagi na wcześniejsze znaczne zmineralizowanie substancji organicznych oraz przebiegający proces fotosyntezy przy zwierciadle ścieków. Wytworzona w ten sposób przyzwieciadlana strefa tlenowa w połączeniu z kożuchem roślinnym utrudnia wymianę gazów zredukowanych (np.: H2S), uciążliwych zapachowo dla otoczenia. Bardzo istotnym dla procesu oczyszczania w okresie le...