Ścieki komunalne

Nowoczesne systemy kanalizacji sanitarnej odprowadzają ścieki z budynków mieszkalnych, przedsiębiorstw i zakładów przemysłowych przez system rur do oczyszczalni ścieków w celu ich przetworzenia i odprowadzenia. Niektóre starsze systemy, znane jako systemy kanalizacji kombinowanej, oprócz ścieków z gospodarstw domowych i komercyjnych, odprowadzają również ścieki deszczowe.

Ścieki przepływają przez podziemną sieć kanalizacyjną, najczęściej grawitacyjną, choć czasami wspomaganą przez pompy umieszczone w przepompowniach. W zależności od topografii obszaru sieci te różnią się długością i osiągają nawet do kilku kilometrów długości. Kolektory kanalizacyjne to miejsca, w których spotykają się dwie linie i przepływają do większej rury. Mogą one obejmować duże komory dostępne poprzez włazy.

1. Przemysłowe
2. Bytowo-gospodarcze
3. Deszczowe

Oczyszczanie wstępne jest zazwyczaj pierwszym procesem w oczyszczalni i polega na przesiewaniu i usuwaniu drobnych zanieczyszczeń stałych. Przesiewanie to proces usuwania śmieci, szmat i innych zanieczyszczeń poprzez przepuszczanie wody przez sito mechaniczne lub obracający się bęben. Drobne zanieczyszczenia są usuwane poprzez zmniejszenie prędkości ścieków, tak aby cięższe cząstki nieorganiczne, takie jak kamienie i piasek, mogły osadzać się na dnie i być usuwane za pomocą grawitacji. Piasek i pozostałości na sitach są myte i zagęszczane przed załadowaniem do kontenerów. Te wstępne procesy są bardzo ważne dla nowoczesnych instalacji odzyskiwania zasobów wodnych, ponieważ piasek i gruz mogą nieodwracalnie zaszkodzić dalszym procesom, w tym mechanizmom osadników, dyfuzorom napowietrzania i membranom pierwszego stopnia.

Podczas wstępnego oczyszczania osadniki wstępne pozwalają, aby organiczne substancje stałe osadzały się w wyniku działania grawitacji, podczas gdy tłuszcze, oleje i smary unoszą się na powierzchni. Osiadłe substancje stałe określane są mianem osadu pierwszego stopnia i często zagęszczane są w dalszym procesie przed dostarczeniem ich do beztlenowej komory fermentacyjnej. Pływające tłuszcze, oleje i smary zbierane są z powierzchni i zazwyczaj dodaje się je bezpośrednio do beztlenowej komory fermentacyjnej. Typowy osadnik wstępny jest w stanie usunąć z przesiewanych ścieków około 70% substancji stałych i 45% biochemicznego zapotrzebowania na tlen. Nowoczesne urządzenia, które obsługują udoskonalone biologiczne procesy usuwania składników odżywczych, często ekstrahują lub fermentują węgiel w osadach pierwszego stopnia i przekierowują ten boczny strumień do procesów beztlenowych lub anoksycznych, jako źródło pożywienia dla danej biologii.

1. Przesiewanie/usuwanie drobnych ciał stałych
2. Osadnik pierwszego stopnia

Drugi etap oczyszczania usuwa rozpuszczalne substancje organiczne, składniki odżywcze, takie jak azot i fosfor, a także większość zawiesin, którym udaje się uniknąć oczyszczania w pierwszym stopniu. Najczęściej stosuje się procesy biologiczne, w których mikroorganizmy metabolizują związki organiczne i składniki odżywcze w celu wzrostu i reprodukcji. Dwa najczęstsze biologiczne procesy drugiego stopnia oczyszczania to systemy wzrostu dołączonego i zawieszonego. Proces wzrostu zawieszonego sprzyja rozwojowi zawieszonych kłaczków mikroorganizmów z pojedynczych organizmów obecnych już w ściekach i w powrotnym osadzie czynnym. Kłaczki zawierają organizmy, które mogą usuwać zanieczyszczenia poprzez środowisko tlenowe, anoksyczne i beztlenowe. Po usunięciu zanieczyszczeń kłaczki są wysyłane do drugiego stopnia oczyszczania, gdzie oddzielają się grawitacyjnie od wody. Część osadu na dnie osadnika drugiego stopnia jest następnie kierowana z powrotem, gdzie miesza się ze ściekami pierwszego stopnia (powrotnym osadem czynnym) w celu utworzenia mieszaniny ścieków z osadem. Pozostała część osadu usuwana jest z procesu (osad czynny ściekowy) w celu stworzenia idealnej ekologii mikroorganizmów. Systemy wzrostu dołączonego opierają się na mikroorganizmach, które dołączają się do podłoża i tworzą warstwę biologiczną. Osiadłe ścieki są mieszane lub natryskiwane na podłoże pokryte warstwą biologiczną, gdzie mikroorganizmy usuwają zanieczyszczenia. Fragmenty warstwy biologicznej i zawieszone kłaczki, podobnie jak w przypadku procesu wzrostu zawieszonego, są wysyłane do osadnika drugiego stopnia w celu separacji, gdzie osady są poddawane recyklingowi i usuwane, a czysta woda odprowadzana jest do następnego procesu.

Aby biologiczne oczyszczalnie mogły sprawnie funkcjonować, organizmy potrzebują składników odżywczych w zrównoważonych proporcjach, w tym węgla, azotu i fosforu (określanych jako C:N:P), jak również pierwiastków śladowych, w tym żelaza, miedzi, cynku, niklu, manganu, potasu, siarki i innych składników, które są zwykle obecne w ściekach. Powszechnie akceptowany stosunek C:N:P wynosi 100:5:1. W niektórych obiektach praca sprawnie przebiega przy odmiennym stosunku, podczas gdy w innych tworzy się szlam polisacharydowy lub obserwuje się wzrost bakterii nitkowatych, które hamują biologię i osiadanie w osadniku drugiego stopnia.

W celu ukończenia drugiego etapu oczyszczania można wykorzystać wiele procesów biologicznych, w tym zbiorniki napowietrzania z przepływem tłokowym, kompletne zbiorniki napowietrzania z mieszalnikiem, sekwencyjne reaktory biologiczne, rowy cyrkulacyjne, złoża biologiczne zraszane, reaktory biologiczne o ruchomym złożu, zintegrowane osady czynne ze stałą powłoką i inne.

Biologiczne usuwanie składników odżywczych (BNR) zmienia środowisko mikroorganizmów w celu usunięcia azotu i fosforu z wody. Proces BNR składa się z etapów beztlenowych (brak tlenu i azotanów), anoksycznych (brak tlenu, obecność azotanów) oraz tlenowych (obecność tlenu), podczas których woda przemieszczana jest przez szereg komór w celu wykonywania różnych funkcji biologicznych.

Można również stosować procesy oczyszczania chemicznego, takie jak chemiczne usuwanie fosforu. Fosfor, poprzez wprowadzenie chemicznego środka strącającego do zbiornika napowietrzania i osadników, jest usuwany w wyniku flokulacji, wiążąc się w związki nierozpuszczalne, które osadzają się i mogą zostać usunięte w postaci szlamu.

1. Napowietrzanie
2. Osadnik drugiego stopnia

W trzecim stopniu oczyszczania do usuwania pozostałych po innych procesach oczyszczania ładunków organicznych, zawiesin lub rozpuszczonych substancji stałych, patogenów i metali ciężkich są wykorzystywane m.in. techniki takie jak filtracja, dezynfekcja czy absorpcja węglowa. Trzeci stopień oczyszczania, nazywany również doczyszczaniem ścieków, podnosi jakość ścieków do poziomu odpowiedniego do ich przeznaczenia — czy to do odprowadzania do jezior, rzek lub oceanów, ponownego wykorzystania jako nawadnianie w zastosowaniach nierolniczych (parki, pola golfowe, zielone drogi itp.), zasilanie wód gruntowych czy też w niektórych przypadkach, jako woda zasilająca dla zakładów produkcji wody pitnej. Ścieki z oczyszczalni muszą być monitorowane w celu zapewnienia ich odpowiedniej jakości, która różnią się w zależności od jurysdykcji i kraju.

1. Filtracja
2. Dezynfekcja

Sposób postępowania z osadem ściekowym usuniętym z procesu zależy od ilości substancji stałych, jak również od innych specyficznych warunków miejscowych. Fermentacja tlenowa często wykorzystywana jest przez obiekty o przepustowości mniejszej niż 34 miliony litrów wpływu na dzień. Ściekowy osad czynny oraz, jeśli występuje, osad z pierwszego stopnia, są dodawane do napowietrzanego reaktora, w którym mikroorganizmy czerpią pożywienie z substancji organicznych i mikroorganizmów obecnych w osadzie w celu zmniejszenia zawartości lotnych substancji stałych i ogólnej masy osadu. Fermentacja beztlenowa jest zazwyczaj stosowana w obiektach o przepustowości wyższej niż 34 miliony litrów wpływu dziennie i obejmuje wykorzystanie zamkniętych reaktorów w celu stworzenia beztlenowego środowiska dla różnych organizmów, w których będą one mogły czerpać pożywienie z substancji organicznych i mikroorganizmów obecnych w osadach w ramach procesów kwasogenezy i metanogenezy. Metan powstały w wyniku fermentacji beztlenowej może być wykorzystany do opalania kotłów podgrzewających komorę fermentacyjną, spalany lub oczyszczany i ponownie wykorzystany jako zielone źródło energii.

Zagęszczanie polega na koncentracji osadu poprzez usunięcie części ciekłej w wyniku dodania związków polimerowych i jest ono często stosowane przed fermentacją beztlenową. Odwadnianie prasami taśmowymi, wirówkami lub w inny sposób powoduje dalsze zagęszczanie osadu do formy placka. Placek z kolei może być dalej suszony lub po prostu wyrzucany na wysypiska śmieci.

1. Zagęszczanie i fermentacja
2. Odwadnianie szlamu i przetwarzanie biologicznych substancji stałych

Water Intelligence System wykorzystuje technologie cyfrowe, zaawansowane czujniki, sterowniki i algorytmy, aby umożliwić operatorom zakładów zwiększenie wydajności. Pozwala to doprowadzić do ogólnych redukcji kosztów eksploatacji zakładu.

Claros, rozwiązanie softwarowe firmy Hach, integruje wszystkie źródła danych z zakładu, w tym dane systemowe, dane z urządzeń oraz dane gromadzone ręcznie, co pozwala na podejmowanie decyzji w celu maksymalizacji wydajności i redukcji kosztów.

Dzięki Claros dane dotyczące natężenia przepływu, składu wody, tlenu rozpuszczonego, poziomu składników odżywczych i innych czynników są łatwiejsze do śledzenia i weryfikacji. Prowadzi to do bardziej elastycznych opcji przetwarzania, możliwości automatyzacji oraz wizualizacji danych i generowania raportów.

Wykorzystując oparte na danych informacje dotyczące jakości wody, natężenia przepływu i innych czynników, operatorzy mogą ograniczyć nadmierne uzdatnianie (zarówno środki chemiczne, jak i czas pracy dmuchawy napowietrzającej), wiedząc jednocześnie, że ich instalacja zachowa zgodność z przepisami.

W związku z coraz bardziej rygorystycznymi przepisami oraz szukaniem przez zakłady oszczędności, rozwiązania takie jak Claros, będą zyskiwać na wadze i będą coraz powszechniej stosowane. Natomiast dzięki powiększającemu się zestawowi obsługiwanych przez Claros czujników, przetworników, urządzeń, systemów zarządzania procesami i wyposażenia laboratoriów firmy Hach można skonfigurować system, który spełnia unikalne wymagania dowolnego obiektu.