Jak działa oczyszczalnia ścieków?

Oczyszczalnia ścieków to kompleksowy system, który usuwa zanieczyszczenia z wody używanej w gospodarstwach domowych, przemyśle czy rolnictwie, przed jej odprowadzeniem do środowiska naturalnego. Nowoczesne oczyszczalnie ścieków są zazwyczaj złożonymi kompleksami budynków, urządzeń i instalacji, zaprojektowanymi w taki sposób, aby maksymalnie efektywnie usuwać zanieczyszczenia z wody. Przyjrzyjmy się jakie procesy zachodzą w oczyszczalni i jakie instalacje są za nie odpowiedzialne.

Wstępne oczyszczanie

Proces oczyszczania wstępnego w oczyszczalni ścieków ma na celu usunięcie dużych przedmiotów oraz osadów, które mogą być obecne w wodzie ściekowej przed głównym procesem oczyszczania. Główne cele tego etapu to ochrona dalszych elementów infrastruktury oczyszczalni, zapobieganie zatykaniu się rurociągów czy uszkodzeniom mechanicznym urządzeń w dalszych fazach procesu oczyszczania.
Dzięki temu procesowi można zapewnić bardziej efektywne i niezawodne funkcjonowanie oczyszczalni ścieków.

Elementy instalacji jakie biorą udział w oczyszczaniu wstępnym:

1. Kraty – to pierwszy element, przez który przechodzi woda ściekowa po dotarciu do oczyszczalni. Kraty są siatkami lub prętami, które zatrzymują większe przedmioty, takie jak gałęzie, butelki, czy inne odpady stałe. Usuwanie tych większych przedmiotów jest kluczowe, aby zapobiec zatykaniu się rurociągów i uszkodzeniom mechanicznym urządzeń w dalszych etapach procesu.
2. Sita – po przejściu przez kraty, zanieczyszczona woda może być kierowana na sita, które usuwają mniejsze zanieczyszczenia, takie jak piasek, kamienie czy inne drobne elementy, które mogą być obecne w ściekach. Sita mogą mieć różną wielkość oczek, co umożliwia zatrzymywanie różnych wielkości zanieczyszczeń (większych od wymiaru oczek) oraz przepuszczanie mniejszych – do kolejnych etapów oczyszczania.
3. Separator tłuszczu – w niektórych oczyszczalniach ścieków stosuje się separatory tłuszczu, które są urządzeniami, które pomagają oddzielić tłuszcze i oleje, które mogą być obecne w wodzie, szczególnie pochodzące z gospodarstw domowych czy przemysłu spożywczego.
4. Zbiorniki osadnikowe – w niektórych przypadkach, zwłaszcza gdy woda ściekowa zawiera duże ilości osadów mineralnych lub organicznych, mogą być stosowane zbiorniki osadnikowe, które pozwalają na osadzenie się cięższych cząstek wody na dnie zbiornika, dzięki czemu można je łatwiej usunąć.

Oczyszczanie mechaniczne

Kolejnym etapem w procesie jest oczyszczanie mechaniczne, które ma na celu usunięcie mniejszych zanieczyszczeń, takich jak fragmenty plastiku, papieru, włókien czy inne materiały stałe, które mogą być obecne w wodzie. Ten etap często obejmuje kilka różnych procesów i urządzeń, które pomagają w filtrowaniu i usuwaniu tych zanieczyszczeń. Zależnie od oczyszczalni ścieków mogą być wykorzystywane tylko niektóre lub wszystkie omówione poniżej instalacje.

Tamowanie

Niektóre oczyszczalnie ścieków wykorzystują tamy do spowolnienia przepływu wody, co pozwala na osadzenie się cięższych zanieczyszczeń na dnie. To umożliwia ich łatwiejsze usunięcie i redukcję ilości zanieczyszczeń w wodzie.

Filtracja

Zanieczyszczona woda przechodzi przez różne rodzaje filtrów, które usuwają mniejsze zanieczyszczenia wymienione wcześniej.

Filtry mechaniczne są jednym z głównych elementów na tym etapie. Mogą to być różnego rodzaju filtry, takie jak kraty, sita statyczne, sita dynamiczne (wirnikowe), przesiewacze czy filtry tarczowe. Mogą być wykonane z różnych materiałów, takich jak siatki, włókna czy membrany i mogą mieć różną gęstość, aby zatrzymać różne wielkości cząstek stałych.

Sedymentacja

Niektóre systemy oczyszczania mechanicznego wykorzystują proces sedymentacji, w którym cięższe zanieczyszczenia opadają na dno zbiornika (sedymentatora) pod wpływem grawitacji. To umożliwia ich oddzielenie od wody, co ułatwia dalsze usuwanie zanieczyszczeń ze ścieków. W procesie tym wykorzystywane są komory sedymentacyjne, lub osadniki, czyli zbiorniki, w których woda jest zatrzymywana na określony czas. Spowolnienie przepływu wody pozwala na efektywne oddzielenie cząstek stałych od ścieków. Oczyszczona woda jest następnie przepuszczana dalej, a osad usuwany z komór – do unieszkodliwiania lub dalszej przeróbki.

Flotacja powietrzna

W niektórych przypadkach stosuje się również proces flotacji powietrznej, w którym pęcherze sprężonego powietrza są wprowadzane do zanieczyszczonej wody, co powoduje uniesienie się lekkich zanieczyszczeń na powierzchnię, skąd mogą być łatwiej usunięte.

Głównym elementem takiej instalacji są zbiorniki flotacyjne. Ich ilość, rozmiary i kształty zależne są od wielkości i wydajności oczyszczalni. W celu generowania pęcherzyków powietrza, które unoszą lekkie zanieczyszczenia na powierzchnię wody, konieczne jest zainstalowanie systemu wprowadzania powietrza do zbiornika flotacyjnego. Zbiorniki często wyposażane są w systemy mieszania, dla równomiernego rozprowadzenia powietrza celem uzyskania lepszej efektywności procesu flotacji.

Po procesie flotacji, osad unoszący się na powierzchni wody musi być odpowiednio usuwany ze zbiornika flotacyjnego jednym kanałem, natomiast oczyszczona woda, która pozostaje pod powierzchnią osadu jest pobierana do dalszych etapów procesu w oczyszczalni ścieków.

Oczyszczanie biologiczne

Oczyszczanie biologiczne jest głównym etapem procesu oczyszczania ścieków, w którym wykorzystuje się mikroorganizmy, głównie bakterie, do rozkładu zanieczyszczeń organicznych obecnych w wodzie. Efektem tego procesu jest biologiczne utlenianie zanieczyszczeń organicznych do formy bardziej stabilnej, takiej jak dwutlenek węgla i woda.

Oczyszczanie biologiczne może być realizowane w różnych systemach, z których najczęściej stosowanymi są reaktory biologiczne i stawy oczyszczające.

Oczyszczanie chemiczne

W etapie oczyszczania chemicznego stosuje się różne substancje chemiczne, które mają na celu usuwanie określonych zanieczyszczeń, szczególnie tych, które nie zostały usunięte w poprzednich etapach oczyszczania. W niektórych przypadkach, substancje chemiczne mogą być dodawane do wody ściekowej przed wejściem do reaktora biologicznego (etap opisywany wcześniej). Zazwyczaj jednak dopiero po przejściu przez reaktor biologiczny, woda może być poddana dodatkowym procesom chemicznym w celu usunięcia określonych zanieczyszczeń, które mogłyby pozostać po procesach biologicznych. Na tym etapie mogą być usuwane określone zanieczyszczenia, które mogłyby utrudnić lub zakłócić procesy biologiczne w reaktorze.

Fosfor jest jednym z kluczowych zanieczyszczeń, które mogą być obecne w ściekach, szczególnie w wyniku odpływu z obszarów rolniczych czy przemysłowych. Do usuwania fosforu stosuje się zazwyczaj związki chemiczne, takie jak chlorek żelaza (III), chlorek glinu czy siarczan glinu. Te związki chemiczne reagują z fosforem w wodzie, tworząc trudno rozpuszczalne związki, które mogą być łatwo oddzielone od wody.

Azot jest kolejnym ważnym zanieczyszczeniem w ściekach, które może być usuwane za pomocą procesów chemicznych. Jedną z głównych metod usuwania azotu jest proces denitryfikacji, w którym azotan jest przekształcany w azot gazowy i uwalniany do atmosfery. Do stymulowania procesu denitryfikacji mogą być stosowane związki chemiczne, takie jak octan sodu czy siarczan żelaza (II).

W procesie oczyszczania chemicznego usuwane są też z wody metale ciężkie, takie jak ołów, rtęć czy kadm, mogą być obecne w ściekach w wyniku działalności przemysłowej. Do ich usuwania stosuje się różne związki chemiczne, takie jak chelatujące ligandy, które tworzą kompleksy z metalami ciężkimi, co umożliwia ich łatwiejsze usunięcie z wody.

Procesy chemiczne albo uwalniają zanieczyszczenia do atmosfery w formie lotnej, albo prowadzą do wytrącenia substancji w formie osadu, który zbierany jest w osadnikach, a następnie usuwany. Oczyszczanie chemiczne w niektórych oczyszczalniach jest ostatnim etapem oczyszczania ścieków przed ich wypuszczeniem do środowiska naturalnego.

Dezynfekcja i odprowadzenie oczyszczonej wody

Na końcu procesu oczyszczania, po przejściu przez wszystkie etapy mechaniczne, biologiczne i chemiczne, woda może być poddana zabiegom dezynfekcji w celu zniszczenia pozostałych drobnoustrojów, takich jak bakterie, wirusy i pierwotniaki. Do dezynfekcji najczęściej stosuje się substancje chemiczne, takie jak chlor, ozon czy dwutlenek chloru. Chlor jest powszechnie stosowany ze względu na swoją skuteczność i dostępność, jednak może wywoływać niekorzystne skutki zdrowotne i wpływać na środowisko. Ozon i promieniowanie UV są alternatywnymi metodami dezynfekcji, które nie pozostawiają śladów chemicznych w wodzie, jednak są relatywnie droższymi rozwiązaniami.

Oczyszczona i zdezynfekowana woda jest badana, aby upewnić się, że spełnia ona określone standardy jakości, a następnie odprowadzana jest do środowiska naturalnego, na przykład do rzeki, jeziora lub morza. Może też być wykorzystywana do nawadniania roślin lub innych celów przemysłowych lub rolniczych, pod warunkiem spełnienia odpowiednich wymagań jakościowych.