Analiza pracy oczyszczalni ścieków w Przedmieściu Czudeckim

Podstawowym zadaniem oczyszczalni ścieków jest ochrona środowiska naturalnego, w tym, przede wszystkim ograniczonych zasobów czystej wody. Przed odprowadzeniem ścieków do odbiornika (np. wód powierzchniowych, gruntu) należy usunąć z nich zanieczyszczenia, które negatywnie mogą oddziaływać na środowisko wodne. Przede wszystkim, celem oczyszczania ścieków jest pozbawienie ich takich zanieczyszczeń, jak: zawiesiny łatwo opadające, koloidy, substancje organiczne, związki biogenne (azot oraz fosfor), organizmy patogenne, jak również wybrane związki refrakcyjne [1].

Monitoring ilościowy i jakościowy ścieków odpływających z oczyszczalni stanowi podstawową procedurę kontroli pracy każdej oczyszczalni ścieków, bez względu na jej przepustowość. Prowadzenie czynności kontrolnych spowodowane jest potrzebą ochrony ekosystemów wodnych przed dopływem ładunków zanieczyszczeń, oceny pracy oczyszczalni oraz oceny stanu technicznego obiektów. W szczególności bardzo ważną kwestią jest ustalenie efektywności oczyszczania ścieków, gdyż od obiektów służących do usuwania ze ścieków zanieczyszczeń oczekuje się wysokiej sprawności, skuteczności oraz niezawodności, bez względu na ich aktualne obciążenie i przepustowość [3].

1.            Charakterystyka oczyszczalni ścieków w Przedmieściu Czudeckim

Mechaniczno-biologiczna oczyszczalnia ścieków w Przedmieściu Czudeckim (woj. podkarpackie, powiat strzyżowski) została wybudowana w 1996 roku. Jej początkowa, projektowana maksymalna przepustowość wynosiła Q_śrd = 250 m³/d, jednak w wyniku przeprowadzonych modernizacji w 2000 oraz 2010 r., jej maksymalna przepustowość wynosi obecnie Q_śrd = 720 m³/d. Równoważna liczba mieszkańców, zgodnie z pozwoleniem wodnoprawnym, wynosi 5760 RLM. Miejscowościami, z których przy pomocy kanalizacji sanitarnej odprowadzane są ścieki do oczyszczalni ścieków w Przedmieściu Czudeckim, są: Przedmieście Czudeckie, Czudec, Babica, przysiółek Budy Babickie oraz Wyżne.

Do obiektu dostarczane są również ścieki bytowo-gospodarcze, pochodzące z terenów nieskanalizowanych, dowożone za pomocą wozów asenizacyjnych. Odbiornikiem ścieków oczyszczonych jest rzeka Wisłok w 81 +615 km (fot. 1) [4].

Ciąg technologiczny oczyszczalni ścieków składa się z następujących urządzeń: sitopiaskownika, zintegrowanego reaktora biologicznego i osadnika wtórnego oraz zespołu flotatora (rys. 1). Natomiast proces przeróbki osadów ściekowych polega na zagęszczaniu, odwadnianiu osadów na prasie filtracyjnej i higienizacji osadów przy użyciu wapna palonego, wysoko reaktywnego [4].

W pierwszej fazie procesu oczyszczania, ścieki surowe dopływają do przepompowni ścieków, skąd za pomocą pomp zatapialnych tłoczone są do sito­piaskownika.

W sitopiaskowniku zachodzi proces mechanicznego usunięcia zanieczyszczeń o stosunkowo dużych rozmiarach, pływających i wleczonych oraz zawiesin mineralnych. Przenośnik ślimakowy transportuje z sita wydzielone wcześniej skratki, które są przemywane i prasowane, a następnie wywożone. Piasek, który osadza się na dnie komory sedymentacyjnej w procesie sedymentacji, przenoszony jest poprzez przenośnik piasku do separatora piasku.

W separatorze piasku następuje odsączenie piasku ze ścieków. Podczyszczone mechanicznie ścieki transportowane są grawitacyjnie do reaktora I stopnia, który wchodzi w skład zintegrowanych reaktorów biologicznych (fot. 2).

W reaktorze I stopnia wydzielone są dwie strefy, w jednej z nich zachodzi denitryfikacja, natomiast w drugiej prowadzony jest proces utlenienia azotu amonowego do azotynów przy udziale bakterii z grupy Nitromonas (I faza nitryfikacji). W dalszej kolejności, ścieki transportowane są do dwóch równolegle pracujących reaktorów biologicznych II stopnia, w których następuje utlenienie azotynów do azotanów (II etap nitryfikacji). Kolejno, ścieki dopływają do osadników wtórnych, w okresach, gdy dopływy ścieków surowych do oczyszczalni są bardzo małe (np. w godzinach nocnych) lub do zespołu flotatora DAF-NIKUNI, w których prowadzony jest proces oddzielania ścieków oczyszczonych od osadu czynnego metodą flokulacji i flotacji. Oczyszczone ścieki odpływają przewodem odprowadzającym do odbiornika [4].

Powstały w procesie oczyszczania ścieków osad nadmierny poddawany jest procesom odwodnienia i higienizacji. Proces chemicznej stabilizacji wykonywany jest przy użyciu wapna palonego, wysoko reaktywnego. Tak przygotowane osady ściekowe są składowane w kontenerze, a następnie przekazywane firmom zewnętrznym do zagospodarowania [4].

Ocenę pracy oczyszczalni ścieków przeprowadzono na podstawie wyników badań ścieków surowych i oczyszczonych z lat 2015-2017 (do września), udostępnionych przez eksploatatora obiektu. Ocenę efektywności działania obiektu oparto na wielkości zmniejszania się wskaźników zanieczyszczeń BZT5, ChZT, zawiesiny ogólnej, związków biogennych i porównania ich z aktualnymi wymaganiami prawnymi. W tab. 1 zestawiono dopuszczalne wartości stężeń zanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych dla analizowanego obiektu.

2.            Wyniki badań

2.1. Ilość ścieków

W rozważanym okresie badawczym, od stycznia 2015 roku do września 2017 roku, oczyszczalnia ścieków charakteryzowała się zmiennymi warunkami obciążeń hydraulicznych. Natężenie przepływu zmieniało się w granicach od 186,0 do 918,2 m³/d, co stanowi od 25,8 do 127,5% projektowanego przepływu średniodobowego. Średnie obciążenie hydrauliczne oczyszczalni w przeciągu całego badanego okresu wynosiło Q_śrd = 612,7 m³/d, co stanowi 85,1% projektowanego średniodobowego przepływu ścieków surowych dla pogody bezdeszczowej, co sugeruje, iż rezerwy oczyszczalni są małe, co ogranicza możliwość rozbudowy kanalizacji oraz podłączenia do niej nowych mieszkańców. Największe przepływy zanotowane zostały w miesiącach luty–kwiecień, czyli na przełomie I i II kwartału, co może świadczyć o tym, iż kanalizacja działająca wspólnie z analizowanym obiektem, przyjmuje także wody opadowe oraz roztopowe, np. przez nieszczelności sieci kanalizacyjnej (rys. 2, tab. 2).

Najczęściej występujące przepływy dobowe kształtowały się w zakresie od 601 do 700 m³/d (35,7% obserwacji). Przepływy dobowe wyższe od przepływu obliczeniowego Q_śrd = 720 m³/d występowały w ok. 17% obserwacji (rys 3).

2.2. Charakterystyka ścieków surowych

W rozpatrywanym przedziale czasowym zauważono, że jakość ścieków surowych dopływających do analizowanego obiektu charakteryzowała się sporym zróżnicowaniem, co jest specyficzne dla komunalnych oczyszczalni ścieków. Nierównomierność ta często jest wynikiem dowozu ścieków ze zbiorników bezodpływowych przez wozy asenizacyjne. Ze względów ekonomicznych istnieje trend do zmniejszania objętości ścieków dowożonych, co powoduje znaczny wzrost stężenia zanieczyszczeń ścieków, w porównaniu do ścieków transportowanych do oczyszczalni siecią kanalizacyjną.

Analizując otrzymane dane, stwierdza się, że dla ścieków surowych wartość BZT₅ oscylowała w granicach 80÷268 mg O₂/dm³, wartość ChZT w granicach 204÷885 mg O₂/dm³, zawiesina ogólna w granicach 90÷680 mg/dm³, azot ogólny w granicach 22÷95 mg N/dm³, natomiast wartości fosforu ogólnego wahały się w granicach 4÷21 mg P/dm³. Wartości azotu ogólnego charakteryzowały się najwyższym współczynnikiem zmienności (2,6), natomiast wartości zawiesiny ogólnej najmniejszym (1,4).

Oprócz tego, zauważono, że najniższe wartości wskaźników odnotowano w I kwartale 2016 r., mimo, że średnie natężenie przepływu w tym okresie wynosiło 700,1 m³/d, czyli około 97% projektowanego średniodobowego obciążenia hydraulicznego obiektu. Natomiast największe wartości wskaźników zarejestrowano w listopadzie 2015 r., tj. w okresie, kiedy natężenie przepływu wynosiło tylko 580,9 m³/d, czyli około 81% projektowanego średniodobowego obciążenia hydraulicznego oczyszczalni ścieków (rys. 4, tab. 3). Nie odnotowano statystycznych zależności pomiędzy przepływem Q_śrd i stężeniem poszczególnych zanieczyszczeń w ściekach surowych.

Jako uzupełnienie wymienionych wyżej charakterystyk obliczono również wartości ładunków ścieków dopływających do oczyszczalni. Nie zarejestrowano sezonowego zróżnicowania analizowanych parametrów.

Spostrzeżono, że najwyższe ładunki zanieczyszczeń w dopływie do oczyszczalni zarejestrowane zostały w drugiej połowie 2015 roku. Wartość ładunków zanieczyszczeń pochodzenia organicznego opisanych wskaźnikami BZT₅ oraz ChZT formowała się odpowiednio na poziomie od 53,2 do 169,8 kg O₂/d oraz od 161,6 do 553,1 kg O₂/d. Rozkład ładunków zawiesiny ogólnej charakteryzował się największym rozrzutem wartości, które mieściły się w przedziale od 71,3 do 356,7 kg/d. Zauważono, że największe ładunki odnotowano w pierwszym i ostatnim miesiącu analizowanego przedziału czasu. Natomiast zakres ładunków związków biogennych wahał się odpowiednio w granicach od 17,4 do 60,2 kg N/d oraz od 3,2 do 12,7 kg P/d. Nie odnotowano zależności pomiędzy wartością ładunku a ilością ścieków dopływających, co mogło być wynikiem przyjmowania dużej ilości ścieków ze zbiorników bezodpływowych, których ładunki są o wiele większe niż w ściekach dopływających siecią kanalizacyjną.

2.3. Efektywność usuwania zanieczyszczeń ze ścieków

Na podstawie analizy danych jakości ścieków odprowadzanych do Wisłoka można stwierdzić, że nie odnotowano przekroczeń wartości analizowanych wskaźników jakości ścieków względem pozwolenia wodnoprawnego (tab. 4).

Największą wartość odchylenia standardowego (20,0) odnotowano w przypadku wskaźnika ChZT. Jego wartości statystyczne ukazują pewną niestabilność w prowadzeniu procesów denitryfikacji lub nitryfikacji. Do tej sytuacji mogły doprowadzić zakłócenia pracy zintegrowanych reaktorów biologicznych spowodowane zmiennością czynników klimatycznych. Natomiast najmniejszą niestabilność odnotowano w procesach usuwania fosforu ogólnego ze ścieków.

Przez analizowany okres wartość BZT₅ nie osiągnęła granicznej wartości, która wynosi 25 mg O₂/dm³. Średnia wartość tego wskaźnika wynosiła 14 mg O₂/dm³, co stanowi około 60% wartości maksymalnej dla tego typu aglomeracji. Natomiast wartość wskaźnika ChZT w ściekach oczyszczonych wykazywała się największą nieregularnością. Jego średnia wartość wynosiła 51 mg O₂/dm³.

Najwyższa wartość odnotowana została w sierpniu 2015 r. Zawartość zawiesiny ogólnej w ściekach kierowanych do odbiornika wykazywała się umiarkowaną zmiennością. Jej średnia wartość wyniosła 20 mg/dm³, co stanowi około 57% dopuszczalnej wartości wskaźnika. Najmniejsze stężenie (10 mg/dm³) zarejestrowano w listopadzie 2015 r., natomiast najwyższe (17 mg/dm³) 2 razy – w maju 2017 r. oraz w listopadzie 2016 r.

Stężenie azotu ogólnego w oczyszczonych ściekach wahało się w granicach 3,9÷14 mg N/dm³, przy czym najmniejszą odnotowano w sierpniu 2015 r., a największą 3 razy – w listopadzie 2015 r. oraz lutym i maju 2016 r.

Maksymalne stężenie azotu ogólnego w ściekach transportowanych do odbiornika określone przez rozporządzenie nie zostało przekroczone. Najmniejszym zróżnicowaniem wartości stężenia charakteryzował się wskaźnik, jakim jest fosfor ogólny. Jego średnia wartość utrzymywała się na poziomie 1 mg P/dm³, natomiast największa na poziomie 1,9 mg P/ dm³.

Stopień redukcji związków organicznych, oznaczonych wskaźnikiem BZT₅ i ChZT, wahał się odpowiednio w granicach 86,6÷97,0% i 81,2÷97,1%. Otrzymane wyniki parametrów zdolności usuwania zanieczyszczeń organicznych spełniały wymagania przepisowe określone w Rozporządzeniu Ministra Środowiska w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, które wynoszą odpowiednio dla wskaźnika BZT₅ – 70÷90% oraz ChZT – 75%. Na przełomie badanych lat stwierdzono średni stopień redukcji związków organicznych wynoszący 90,4% (BZT₅) oraz 89,9% (ChZT). Najmniejszą efektywność zmniejszania wskaźnika BZT₅ zarejestrowano w lutym 2016 r. – 86,6%, natomiast największą w sierpniu 2017 r. – 97,0%.

Podczas redukcji wartości wskaźnika ChZT, najmniejszą sprawność dostrzeżono w listopadzie 2016 r. (86,6%), natomiast największą w sierpniu 2017 r. Efektywność eliminowania ze ścieków zawiesiny ogólnej plasowała się na średnim poziomie 89,9%, przy czym najmniejszą wartość (78,9%) odnotowano w maju 2016 r., natomiast najwyższą (98,5%) w sierpniu 2017 r. Można zauważyć wyraźną tendencję wzrostu sprawności usuwania ze ścieków zawiesiny ogólnej, co sygnalizuje ciągłe polepszanie parametrów procesów biorących udział w eliminowaniu z nieczystości tego rodzaju zanieczyszczenia na obiekcie.

Sprawność usuwania azotu ogólnego charakteryzowała się największą zmiennością spośród analizowanych wskaźników. Stopień jego redukcji utrzymywał się w granicach 36,4÷95,4%, przy czym największy zarejestrowano w sierpniu 2015 r., a najmniejszy w lutym 2016 r. Tak duży, incydentalny, spadek wydolności oczyszczalni, mógł być wywołany chwilową, nieprawidłową pracą zintegrowanych reaktorów biologicznych (zaburzenia technologiczne). Mogła być ona wynikiem zbyt niskiej temperatury ścieków, która mogła być wynikiem dostania się do sieci kanalizacyjnej wód roztopowych i opadowych charakteryzujących się temperaturą oscylującą w granicach 0°C lub ochłodzenia się ścieków w otwartych reaktorach biologicznych. Natomiast skuteczność eliminowania ze ścieków fosforu ogólnego charakteryzowała się największą stabilnością, mimo incydentalnego spadku wydajności oczyszczania do 55%. Średnia efektywność usuwania fosforu ogólnego wynosiła 86%.

Najwyższą wartość analizowanego parametru odnotowano w sierpniu 2017 r. (99%). Najmniejszą wartość zarejestrowano w lutym 2016 r. (55%), podobnie, jak w przypadku azotu ogólnego. Analiza wszystkich parametrów nie wykazała nieprawidłowości w funkcjonowaniu oczyszczalni ścieków (tab. 4. rys. 5).

3.            Podsumowanie

Na podstawie udostępnionych danych przez Zakład Wodno-Kanalizacyjny w Czudcu, który jest eksploatatorem analizowanego obiektu, można stwierdzić, że oczyszczalnia ścieków pracowała prawidłowo oraz zapewniła duży stopień redukcji zanieczyszczeń, mimo rzadkiego dozoru w zróżnicowanych warunkach obciążenia i zmiennych warunkach klimatycznych, charakterystycznych dla małych, gminnych oczyszczalni ścieków.

Zastosowana technologia oczyszczania ścieków oparta na metodzie osadu czynnego pozwoliła na spełnienie wymagań prawnych stawianych przez aktualne pozwolenie wodnoprawne wydane przez Starostę Strzyżowskiego.

Dodatkowo, mimo, iż oczyszczalnia ścieków w Przedmieściu Czudeckim, na podstawie pozwolenia wodnoprawnego, nie jest zobowiązana do usuwania ze ścieków związków biogennych, to obiekt, dzięki zastosowanej technologii oczyszczania ścieków, posiada wysoki potencjał w zakresie ich usuwania. Świadczy to o postępowaniu chcącym ograniczyć ciągłe pogarszanie jakości zasobów wody i poprawić jakość wód w Polsce.

Otrzymane wartości wskaźników zawartości azotu ogólnego oraz fosforu ogólnego mieszczą się w granicy wartości dopuszczalnych ustalonych przez Rozporządzenie Ministra Środowiska dla aglomeracji o RLM w granicach 2000÷9999. W analizowanym okresie zarejestrowano wysoki stopień redukcji zanieczyszczeń dla wskaźników: BZT₅, ChZT, zawiesina ogólna, azot ogólny i fosfor ogólny, odpowiednio, na średnim poziomie 91,4, 90,4, 89,9, 76,1 i 86,0%.

Ładunki zanieczyszczeń w ściekach surowych charakteryzowały się dużym zróżnicowaniem. Nie odnotowano zależności pomiędzy ilością ścieków dopływających a wartością wskaźników zanieczyszczeń. Wynikiem tego mogło być okresowe przyjmowanie dużej ilości ścieków ze zbiorników bezodpływowych, które charakteryzują się znacznie większymi ładunkami zanieczyszczeń, w porównaniu do ścieków pochodzących z kanalizacji sanitarnej. Równoważna liczba mieszkańców kształtowała się na poziomie 1818 RLM, przy czym wartość projektowana wynosi 5760 RLM.

W rozpatrywanym okresie do oczyszczalni doprowadzono ścieki w ilości około 612,7 m³/d, co stanowiło około 85% projektowanego średniodobowego obciążenia hydraulicznego. Duże obciążenie hydrauliczne obiektu, ogranicza możliwość rozbudowy sieci kanalizacyjnej oraz przyłączenia do niej nowych mieszkańców. Należy wziąć pod uwagę aspekt modernizacji oczyszczalni ścieków, w celu zwiększenia jej przepustowości, w związku z ciągłym rozwojem infrastruktury w gminie oraz powiększaniem produkowanej ilości ścieków.

4.            Bibliografia

[1] Łomotowski J., Szpindor A., 2002: Nowoczesne systemy oczyszczania ścieków. Warszawa 2002.
[2] Mapa satelitarna. Google Maps.
[3] Masłoń A., 2014: Ocena efektywności oczyszczalni ścieków w Jaśle w zmiennych warunkach hydraulicznych. Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska 2014, 2, 57-66.
[4] Materiały udostępnione przez Zakład Wodno-Kanalizacyjny w Czudcu.
[5] Pozwolenie wodnoprawne dla oczyszczalni ścieków w miejscowości Przedmieście Czudeckie, decyzja OS-6223/16/10.
[6] Rozporządzenie 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 (Dz.U. 2014 poz. 1800).

Małgorzata Szczepaniec, Adam Masłoń

Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa Inżynierii Środowiska i Architektury, Zakład Inżynierii i Chemii Środowiska

Źródło: Forum Eksploatatora 1/2018