|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Artykuł nt. gospodarki osadowej w oczyszczalniach ścieków, na przykładzie oczyszczalni w Zambrowie, stosującej metody naturalne przeróbki - laguny, trzcinowiska i wermikultury. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| GOSPODARKA OSADOWA W OCZYSZCZALNIACH ŚCIEKÓW | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Józef Alachamowicz, Waldemar Gawkowski GOSPODARKA OSADOWA OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW
This paper presents technological aspects of sludge treatment from waste treatment plant in Zambrow. It shows vermiculture, lagoons and reed lagoons as a way to change sewage sludge to an organic fertilizer. The exploitation experiences and differences from traditional solutions are discussed.
Miasto Zambrów położone jest na terenie województwa podlaskiego. Liczy około 24.000 mieszkańców. W miejscowości istnieją obiekty administracyjne i usługowe oraz drobny przemysł przetwórczy, spożywczy, włókienniczy. Na obrzeżu miejscowości znajduje się Zakład Mleczarski (OSM Zambrów), z którego ścieki odprowadzane są do własnej oczyszczalni ścieków i nie obciążają oczyszczalni miejskiej. Oczyszczalnie ścieków oddano do użytku w 1994 r. Średnia ilość ścieków dopływających 3.500 m3/dobę. Osad nadmierny surowy około 1 tony s.m./dobę. Oczyszczalnia nie posiada osadników wstępnych. W ramach projektu zrealizowano 2 laguny po 1500 m3, które zapełniły się po roku eksploatacji. Potraktowanie po macoszemu i marginalnie gospodarki osadowej na etapie projektu i wykonawstwa postawiło eksploratorów w sytuacji, gdzie pracująca oczyszczalnia pozbawiona była urządzeń i koncepcji do ostatecznego rozwiązania tego problemu. Gospodarka osadowa została rozwiązana przez eksploatatorów we własnym zakresie tj. wykonawstwo i projektowanie. Inspiracją do przyjęcia koncepcji przeróbki metodami naturalnymi tj. laguny, trzcinowiska i wermikultura, były kontakty z oczyszczalnią ścieków w Pyrzycach - dżdżownice kalifornijskie i oczyszczalnią ścieków w Swarzewie - trzcinowisko. Doświadczenia z realizacji oraz efekty działań są przedmiotem tego referatu. Dopływające do oczyszczalni ścieki systemem kanalizacji rozdzielczej są wstępnie oczyszczone na kratach mechanicznych o prześwicie 2 mm zlokalizowanych w pompowni na terenie miasta a następnie rurociągiem tłocznym ø500 kierowane do piaskownika pionowego. Odpiaszczone ścieki przepływają grawitacyjnie do wielofunkcyjnego reaktora biologicznego typu BIOOXYBLOK, w którym metodą osadu czynnego są usuwane ze ścieków zawiesiny oraz rozpuszczone związki azotu i fosforu. Usuwanie związków fosforu wspomagane jest poprzez dozowanie koagulantu siarczanu żelazawego. Oczyszczone biologicznie ścieki odprowadzane są do stawów, gdzie następuje dalsze usuwanie substancji biologicznych, stabilizacja stopnia oczyszczania oraz uśrednienie składu ścieków. Po przejściu przez stawy i urządzenia pomiarowe ścieki odprowadzane są do rzeki Jabłonki zaliczanej do II klasy czystości wód. Dodatkowo do oczyszczalni dowożone są taborem asenizacyjnym ścieki z pobliskich nie skanalizowanych miejscowości w ilości nie przekraczającej 0,5% wszystkich ścieków dopływających. W części biologicznej część osadu nadmiernego z komory biostabilizacji (komora natleniania) podlega zagęszczaniu w lejach zlokalizowanych pod dnem reaktora, a następnie z rury centralnej odprowadzana jest do dalszej przeróbki. Układ gospodarki osadowej pokazano na schemacie poniżej.
Odcieki z lagun, lagun-trzcinowisk i poletek odprowadzane są do BIOOXYBLOKU. Ilość wytworzonych osadów w latach 1995 - 2000 średnio 340 ton suchej masy rocznie. Średnie stężenie osadu nadmiernego odprowadzanego z reaktora 6,8 kg s.m./m3. Cykl przeróbki osadów został dostosowany do pojemności urządzeń tj.: lagun, trzcinowiska, poletek z dżdżownicami, cykli zachodzących w przyrodzie oraz okresowego zapotrzebowania na nawóz. Około 60% rocznej ilości osadu nadmiernego, bezpośrednio z reaktorów, odprowadzane jest na trzcinowisko w okresie wegetacyjnym tj. od m-ca maja do listopada i tak: W okresie od listopada do maja osad kierowany jest do lagun osadowych, skąd w okresie letnim tj. maj - czerwiec przepompowany jest na poletka z dżdżownicami. W 2000r. przepompowano 90 t.s.m.o. tj. 27% rocznej ilości osadu odprowadzanego. Pozostały osad z lagun (w 2000 r. - 13% rocznej ilości osadu odprowadzanego) w okresie jesiennym (po żniwach) wykorzystywany jest rolniczo do rekultywacji itp. 
Laguny osadowe - trzcinowiska zostały posadowione częściowo w wykopie i częściowo w nasypie. Wysokość od korony nasypu do dna laguny wynosi 3,2 m. Podłoże gruntowe lagun zbudowane jest z gliny zwartej. Poziom wody gruntowej występuje poniżej 6m licząc od powierzchni terenu. Nachylenie skarp wynosi 1:1,5, a szerokość grobli wynosi 2 - 4 m. Laguny zostały wyposażone w zjazdy służące do wywożenia osadu. Zjazdy zabezpieczone są płytami typu IOMB w celu umożliwienia wjazdu środków transportowych do wywozu osadu. W dnie ułożono ciągi drenarskie ø 100 w podsypce filtracyjnej doprowadzone do pompowni zlokalizowanej w lagunie. Odciek odpompowany jest do ciągu technologicznego do ścieków surowych dopływających do oczyszczalni. TABELA 1 Odciek z trzcinowiska
Badanie osadu z dnia 15.02.2001 r. wykazało uwodnienie 82%; zawartość substancji mineralnych 45,6%. Doprowadzenie osadu rozwiązano poprzez ułożenie na koronie skarp rurociągów z rur PVC z wbudowanymi trójnikami. Miejsce dozowania uzyskuje się poprzez przekręcenie trójnika wylotem w dół. W górnej warstwie podsypki filtracyjnej dokonano nasadzeń trzciny w ilości 4 szt. na m2. Sadzonki pozyskano z naturalnych trzcinowisk (stawy). Część sadzonek pochodziła z zatoki Puckiej (Swarzewo). Kilkulatnia eksploatacja pozwala stwierdzić większą zdolność adaptacyjną sadzonek pochodzących z najbliższych okolic oczyszczalni. System łodygowo korzeniowy zawierający naturalne przestrzenie powietrzne transportujące tlen do korzeni jest przystosowany do wegetacji w środowisku bagiennym oraz sztucznie stworzonym środowisku laguny osadowej. Wewnętrzny przepływ tlenu do dolnych partii roślin nie tylko zaspakaja respiracyjne potrzeby ich części zanurzonych, lecz również zaopatruje ryzosferę w tlen poprzez jego wypływ z korzeni, co stwarza w otaczającym ją anoksycznym środowisku lokalne strefy tlenowe sprzyjające aerobowemu rozkładowi znajdującej się tam substancji organicznej i rozwoju bakterii nitryfikacyjnych. Równoczesne występowanie wokół korzeni mikrostref tlenowych, beztlenowych i redukcyjnych powoduje zwiększoną efektywność pracy systemu. Strefy te nazywa się kolejno: tlenową, amoniakalną, siarkowodorową i metanową w zależności od potencjału redoks. W mikrosferach tych ma miejsce intensywny rozwój mikroorganizmów tlenowych, beztlenowych i względnie beztlenowych zwanych ogólnie mikroorganizamami heterotroficznymi. Formujące się mikrostrefy charakteryzują się różnymi wartościami potencjałów utleniająco - redukcyjnych, powodując m.in. rozkład substancji organicznej, eliminację związków azotu (przede wszystkim w wyniku procesu amonifikacji i denitryfikacji). Co więcej, mikrostrefy o najniższym potencjale utleniająco - redukcyjnym są korzystne przy usuwaniu metali ciężkich, które wytrącają się w strefie korzeniowej w postaci nierozpuszczalnych siarczków. W tych mikrostrefach (zwłaszcza metanowej) może następować również rozpad niektórych związków organicznych odpornych na rozkład w warunkach tlenowych, jak np. węglowodorów chlorowanych i aromatycznych oraz pestycydów. Przemiany azotu obejmują dyfuzję amoniaku (NH3) do mikrostref tlenowych systemu, nitryfikację oraz dyfuzję gazową utworzonych jonów azotanowych (NO3) do mikrostref redukcyjnych systemu, gdzie w obecności substancji organicznej ulegają denitryfikacji. Zachodzący proces denitryfikacji powoduje wytworzenie, a potem uwalnianie azotu cząstkowego (N2) i podtlenku azotu (N2O). W ciągu kilkunastu lat pracy trzcinowiska następuje naturalna higienizacja osadu z organizmów chorobotwórczych, w tym form przetrwalnikowych przewodu pokarmowego za pośrednictwem naturalnych substancji antybiotycznych. Proces uwalniania tlenu przez korzenie roślin bagiennych jest już dobrze rozpoznany. Są natomiast różnice wynikające głównie z przyjętej metody - w ilościowej ocenie tego procesu. Podając za Brixem (1994) - Lawson (1985) oszacował ilość uwalnianego tlenu w przypadku korzeni trzciny na 4,3 g O2/m2d, Gries i inni (1990) na 1÷2 g O2/m2d, a Amstrong i inni (1990) na 5÷12 g O2/m2d. Zapewne ilość uwalnianego tlenu zależy od kondycji stworzonego systemu, temperatury i jakości dozowanego osadu. Trzcina potrafi uwolnić poza strefę korzeniową tylko 0,02 g O2 /m2d. Pozwala to stwierdzić, że ilość tlenu uwalnianego z korzeni są o wiele za małe w stosunku do potrzeb biodegradacji materii organicznej zawartej w osadzie i nitryfikacji, niemniej strefy tlenowe wokół korzeni pozwalają roślinom bagiennym zachować zdolność wegetacji w trudnym środowisku, stwarzając im również warunki umożliwiające intensywny rozwój kłączy i korzeni i ich penetrację w głąb złoża od 0,3 do 0,9 m. W miarę zalewania kolejnych warstw osadu są budowane kolejne warstwy systemu korzeniowego. Nie tracą one kontaktu z warstwami wytworzonymi w latach poprzednich. Dzięki temu zapewniona jest stała, dobra przepuszczalność złoża i drenaż pracuje przez cały czas eksploatacji laguny. Dolne warstwy ulegają ciągłej mineralizacji i sprasowaniu. Powstaje struktura torfowa. Kłącza trzciny osiągają w osadzie średnicę 20 ÷ 30 mm i wypełniają one znaczną część objętości złoża. W latach 1998, 1999, 2000 skierowano na lagunę o powierzchni 5,500 m2 - 559 t.s.m. osadu co daje obciążenie 34 kg s.m./m2/rok. Po trzech latach eksploatacji utworzona warstwa ma grubość 0,5 m i objętość 2725 m3. Nie uwzględniając pustych przestrzeni systemu korzeniowego zawartość suchej masy wynosi 20,5 %. Ulega również systematycznej redukcji zawartość substancji organicznych. Osad nadmierny biologiczny surowy odwodniony na wirówkach osiąga 14 - 22%, a na prasach taśmowych 17 - 20%. Poletka do przerobu osadu na kompost z udziałem dżdżownic zostały wykonane na podłożu gruntowym, który stanowią gliny zwarte. Dno poletek znajduje się w odległości większej od 1,5 m w odniesieniu do poziomu wody gruntowej. Na zdrenowanym podłożu piaskowym ułożono płyty betonowe - drogowe. Umożliwia to zmechanizowanie robót oraz zabezpiecza dżdżownice przed kretami. Cały teren poletek otoczony jest płytami betonowymi o wysokości 0,5m. Na dno poletka zasypana jest warstwa 15 ÷ 20cm trocin, które stanowią drenaż, a jednocześnie regulują stosunek C/N, którego prawidłowość warunkuje proces rozrodczy dżdżownic. Celuloza stanowi niezbędny składnik do budowy kokonów. W dokumentacji projektowej określono stosunek ilości osadu o uwodnieniu poniżej 90% zmieszanego z trocinami na 2:1. W ostatnim okresie prowadzenia kompostowania zrezygnowano z dokładnego mieszania osadu z trocinami (modyfikowania). Sama obecność obydwu składników w odpowiednich ilościach na poletku jest wystarczająca do prawidłowego rozwoju dżdżownic. Pozwoliło to na ograniczenie pracy ludzi do kilkunastu dni w roku i wyeliminowanie pracy urządzenia mieszająco - pompującego (Pobet). Osad z lagun pompowany jest na przygotowane podłoże z trocin poprzedzielane pryzmami z częściowo przerobionego kompostu z lat poprzednich, zawierającego całą populację dżdżownic. Usypywanie pryzm powyżej poziomu zalewania osadu zapewnia dżdżownicom warunki tlenowe w czasie zalewania jak również w okresach deszczowych. Populacja dżdżownic wykazuje cechy populacji rozwojowej. W jej strukturze znajdują się kokony, osobniki świeżo wyklute nie wybarwione, osobniki młode wybarwione, osobniki dojrzałe płciowo. Dżdżownice zjadając osad wydalają koprolity, czyli wermikompost. Drążąc kanały spulchniają i napowietrzają osad aktywizują bakterie odpowiedzialne za procesy redukcji materii organicznej w podłożu. Dodatkowym efektem pracy dżdżownic jest trwała redukcja wielu czynników patogennych. W okresie wiosennym (maj) wybierane są te części pryzm, które są przerobione i opuszczone przez dżdżownice. Z pozostałego materiału formowane są nowe pryzmy, uzupełniane trociny pomiędzy nimi i wpompowany osad. Po zmniejszeniu objętości i częściowym przerobieniu osad przerzucany jest na pryzmy. Pomiędzy pryzmy zalewany jest osad z laguny. Operacja powtarzana jest 2 - 3 krotnie w zależności od warunków pogodowych. W ten sposób wermikompost jest produkowany bez uciążliwego kilkakrotnego przewracania pryzmy, co jest rutynowym zabiegiem przy kompostowaniu bez udziału dżdżownic. Uzyskany kompost ma wygląd, zapach ziemi ogrodowej jest sypki, ma strukturę gruzełkowatą. Składowany na placu bez zadaszenia nie ulega uwodnieniu w czasie intensywnych opadów (jesień, wiosna). Po uzyskaniu pozytywnych wyników badań wykorzystywany jest przyrodniczo, do rekultywacji trawników. TABELA 2 Wyniki analiz wermikompostu pobranego z placu składowego.
Źródło: badania własne Laguny zostały zrealizowane w ramach projektu w czasie budowy oczyszczalni. Projektowana pojemność wynosiła 1500 m3 każda. Zwiększono pojemność lagun do 2500 m3 poprzez zwiększenie napełnienia do 2,0 m. Drenaż poziomy dna laguny uzupełniono o drenaż pionowy poprzez ustawienie w każdej lagunie po 4 studnie z kręgów ø 2000 i 1000 mm. Przestrzeń pomiędzy kręgami wypełniona jest tłuczniem. W ściankach kręgów wywiercone są otwory. Jedna ze studni pełni rolę studni zbiorczej skąd odcieki kierowane są do przepompowni lokalnej a następnie do BIOOXYBLOKÓW. Drenaż denny ulega kolmatacji już po napełnieniu laguny na kilkanaście centymetrów. Po wybudowaniu studni odcieki są intensywne przez cały okres napełniania laguny. Nie tworzą się oczka wody nadosadowej ani międzyosadowej. Laguna napełniana jest w sposób ciągły osadem z komory biostabilizacji bez zagęszczaczy. Ma to korzystny wpływ na pracę laguny. Osad osadzający się w lagunie ulega przemywaniu przez wodę pochodzącą ze świeżego osadu dopływającego do laguny. Po zakończeniu napełniania laguny dozowanie osadu jest przerywane. Nie praktykujemy dolewania osadu w trakcie zmniejszania się jego objętości i obniżania poziomu. Z naszych doświadczeń wynika, że powoduje to naruszanie wytworzonych struktur i trudności z dalszym odwadnianiem osadu. Do lagun kierowany jest tylko osad z BIOOXYBLOKÓW bez dodatków w postaci skratek, piasku z piaskownika itp. zanieczyszczeń, które pogarszają stan sanitarny osadów. Po zakończeniu napełniania osad osiąga uwodnienie w granicach 92÷94%. Po przepompowaniu 50÷60% osadu na poletka z dżdżownicami w okresie wiosennym pozostała część osadu ulega intensywnej mineralizacji i odwadnianiu. Do jesieni - wrzesień, październik osad osiąga uwodnienie 80÷85%. Jest to najkorzystniejszy okres do wykorzystania rolniczego - przed jesiennymi siewami. TABELA 3 Wyniki analiz fizyko - chemicznych, bakteriologicznych i parazytologicznych osadu nadmiernego odwodnionego z laguny Nr 1 z dnia 24.08.2000 r.
W badanej próbie osadu nie stwierdzono obecności bakterii chorobotwórczych z rodzaju Salmonella, a także nie stwierdzono obecności żywych jaj pasożytów jelitowych Ascaris sp., Trichuris sp. oraz Toxocara sp. Obecne są niezapłodnione jaja pasożytów nie należące jednak do ww. gatunków. Źródło: badania własne. Gospodarka osadowa oczyszczalni w Zambrowie została rozwiązana w oparciu o metody naturalne bez udziału poliektrolitów i urządzeń mechanicznych. Badania osadu wykazują jego przydatność do wykorzystania rolniczego co umożliwia zawracanie materii do naturalnego obiegu w przyrodzie. Połączenie trzech metod przeróbki osadu, z których każda jako jedyne rozwiązanie będzie sprawiała łatwe do przewidzenia kłopoty, zaowocowało rozwiązaniem, które uzyskuje pozytywne opinie ekspertów, wzbudza zainteresowanie odwiedzających i jest być może zwłaszcza dla małych oczyszczalni interesującym rozwiązaniem. Jest efektem poszukiwań czystej technologii, minimalizacji: kosztów, udziału urządzeń mechanicznych, nakładów robocizny itp., wkomponowania przeróbki w naturalne cykle zachodzące w przyrodzie. I tak np. napełnianie lagun osadowych zimą, a trzcinowisk latem wyeliminowało uciążliwość jaką są przykre zapachy. Osady ściekowe generowane w oczyszczalniach ścieków województwa podlaskiego charakteryzują się niską zawartością metali ciężkich, co wynika z rolniczo - przemysłowego charakteru regionu - jest to jeden z głównych czynników warunkujących sposób ich finalnego wykorzystania. Także zawartość pierwiastków nawozowych podkreśla atrakcyjność osadów do ich zagospodarowania przyrodniczego, bądź też w rolnictwie. Ważnym czynnikiem umożliwiającym prawidłowe i bezpieczne wykorzystanie osadów jest ich stan sanitarny. Jest on odbiciem stanu sanitarnego zlewni, z której dopływają ścieki. W województwie podlaskim coraz większa ilość osadu jest wykorzystywana do celów przyrodniczych - 63% ogólnej ilości osadów oraz w rolnictwie - 11,2%. Oczyszczalnia w Zambrowie jest jedynym obiektem w województwie podlaskim stosującym naturalne metody przeróbki osadu. Autorzy rozwiązań zastosowanych w Zambrowie uważają, że przy wyborze metody przeróbki osadów - zwłaszcza tych, które rokują spełnienie warunków na przyrodnicze lub rolnicze wykorzystanie należy uwzględnić również metody naturalne biorąc pod uwagę takie czynniki jak: Rozwiązania proponowane oczyszczalniom nie mogą być rozwiązaniami jedynymi. Podstawą porównania musi być zasada: porównywać metody lub systemy dające ten sam efekt łącznie z analizą wartości. Rozwiązanie gospodarki osadowej oczyszczalni w Zambrowie powinno uzupełnić wachlarz opcji do wyboru przedstawiany gminom. Chroni to interes gminy w zakresie wybrania opcji najlepszej dla gminy, a nie przyjęcia tej, którą projektant umie robić. Zdaniem autorów referatu gmina Zambrów nie jest odosobnionym przypadkiem. Jest niemal anegdotą fakt, że często przystępowano do budowy oczyszczalni ścieków na podstawie projektu, w którym przeróbka i unieszkodliwianie osadów kryła się pod jedną strzałką z napisem: OSAD DO PRZERÓBKI !. Fundacja Ekonomistów Środowiska i Zasobów Naturalnych, 2000 rok. WRc Swindon, 1996 rok. IBMER, 1997 rok. Lem s. c. 1998 rok. 1998 rok. 1998 rok. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
