Ocena skuteczności usuwania zanieczyszczeń w oczyszczalni ścieków „Ruptawa” w Jastrzębiu-Zdroju

W artykule przedstawiono ocenę pracy oczyszczalni ścieków ,,Ruptawa” w Jastrzębiu-Zdroju pod kątem efektywności oczyszczania ścieków. Na podstawie udostępnionych wyników badań fizykochemicznych ścieków surowych i oczyszczonych, została określona skuteczność zmniejszania wybranych zanieczyszczeń zawartych w ściekach. Analiza obejmowała zarówno przepływy ścieków surowych docierających do zakładu oczyszczania ścieków oraz poszczególne wskaźniki zanieczyszczeń: BZT₅, ChZT_-Cr, zawiesinę ogólną, azot ogólny i fosfor ogólny. Badania prowadzono od stycznia 2016 do grudnia 2017 roku. W pracy przedstawiono ilość przekroczeń poszczególnych wskaźników w stosunku do dopuszczalnych określonych w obowiązującym pozwoleniu wodnoprawnym. W trakcie wykonanej analizy badań określono skuteczność usuwania poszczególnych zanieczyszczeń na poziomie: BZT₅ – 98,9%, ChZT_-Cr – 96,2%, zawiesina ogólna – 98,4%, azot ogólny – 89,5% i fosfor ogólny – 96,8%. Stwierdzono, że analizowany zakład, w którym odbywają się procesy oczyszczania ścieków, działa w sposób prawidłowy i oczyszcza ścieki do wartości normatywnej.

1. Wstęp

Wraz z dynamicznym rozwojem jednostek osadniczych, zarówno miejskich jak i wiejskich, nastąpił znaczny wzrost pobieranej wody przez te jednostki. W gospodarstwach domowych z wody zużywanej przez mieszkańców powstają ścieki bytowe, które stanowią poważne zagrożenie dla ludzi oraz otaczającego środowiska. Ścieki nieoczyszczone nie mogą być odprowadzane bezpośrednio do gruntu czy do wód [7-9]. Koniecznym rozwiązaniem jest budowa systemów kanalizacyjnych umożliwiających odbiór ścieków i transport do zbiorczych oczyszczalni ścieków. Każda oczyszczalnia, w zależności od wielkości, musi oczyścić ścieki do poziomu poniżej dopuszczalnych wartości zanieczyszczeń przed wprowadzeniem ich do odbiornika [4-6,8]. Wszelkie kwestie związane z wartościami dopuszczalnymi zostały określone w obowiązującym Rozporządzeniu Ministra Środowiska z 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[10].

Obecnie w zbiorczych oczyszczalniach realizowane są procesy oczyszczenia ścieków przed wprowadzeniem ich do środowiska [11-13]. Procesy te można przedstawić następująco [1-3]:

• proces mechaniczny – jest pierwszym stopniem oczyszczania ścieków, w którym następuje usuwanie ciał pływających i zawiesin łatwo opadających;

• proces biologiczny – jest drugim stopniem oczyszczania ścieków, w tej części następuje usuwanie zawiesin oraz ich zmineralizowanie;

• proces chemiczny – jest trzecim stopniem oczyszczania ścieków, w którym następuje usuwanie związków biogennych (azotu i fosforu) za pomocą koagulantu.

Przykładem oczyszczalni, w której zachodzą wszystkie wyżej wymienione procesy jest oczyszczalnia „Ruptawa”, zlokalizowana w województwie śląskim, w miejscowości Jastrzębie-Zdrój. Celem badań było określenie skuteczności usuwania zanieczyszczeń w tej.

2. Obiekt badań

Oczyszczalnia ścieków ,,Ruptawa” należy do Jastrzębskiego Zakładu Wodociągów i Kanalizacji S.A., którego siedziba zlokalizowana jest w Jastrzębiu-Zdroju, natomiast sama oczyszczalnia znajduje się w południowej części miejscowości, przy ulicy Przemysłowej 2a. Oczyszczalnia ,,Ruptawa” jest główną oczyszczalnią zlokalizowaną w aglomeracji jastrzębskiej. W niej następują procesy oczyszczania dopływających ścieków z trzech gmin, które tworzą aglomerację: Jastrzębia-Zdroju, Mszany i Godowa. Odbiornikiem ścieków oczyszczonych jest przepływający nieopodal oczyszczalni ciek wodny Ruptawka, do którego ścieki dopływają rowem odprowadzającym w km 3÷100. Pod względem usytuowania terenu, zakład zlokalizowany jest w bliskim sąsiedztwie pól uprawnych, ogródków działkowych oraz otoczony jest licznymi budynkami mieszkalnymi.

Jastrzębski obiekt jest oczyszczalnią ścieków specjalizującą się w procesy mechaniczno-biologiczne wraz z zintegrowanym usuwaniem związków biogennych, zawartych w dopływających ściekach surowych z aglomeracji. Jastrzębski Zakład Wodociągów i Kanalizacji wprowadził przepływy charakterystyczne na poziomie:

Q_h max = 1500 m³/h;

Q_d śr = 14 000 m³/d;

Q_max/rok = 5 500 000 m³/rok.

Oczyszczalnia ścieków składa się z następujących elementów:

Część mechaniczna:

• stacja zlewna ścieków dowożonych,
• pompy ślimakowe,
• mechaniczne kraty schodkowe,
• piaskowniki przedmuchiwane,
• osadniki wstępne radialne,
• pompownia pierwszego stopnia;

Część biologiczna:

• komora predenitryfikacji,
• komora defosfatacji,
• sekwencyjny reaktor biologiczny,
• komory denitryfikacji,
• komory nitryfikacji,
• stacja przygotowania i dozowania koagulantu,
• pompownia recyrkulacji wewnętrznej,
• pompownia recyrkulacji we­wnętrz­nej i zewnętrznej,
• stacja dmuchaw,
• osadniki wtórne radialne,
• osadniki wtórne pionowe,
• zbiorniki wody technologicznej,
• stacja UV;

Część osadowa:

• zagęszczacze grawitacyjne osadu wstępnego,
• zbiornik uśredniający osad nadmierny,
• zamknięte komory fermentacyjne,
• maszynownia WKF:

1. stacja zagęszczenia mechanicznego osadów nadmiernych,
2. kotłownia gazowo-olejowa,
3. odsiarczalnia biogazu,

• agregaty kogeneracyjne,
• zbiornik biogazu,
• pochodnia gazowa,
• plac dla osadu odwodnionego,
• zbiornik uśredniający osadu prze­fermentowanego,
• stacja odwadniania mechanicznego osadu,
• boks dla kontenerów na kompozyt,
• zbiornik wyrównawczy odcieków,
• plac do gromadzenia osadów odwodnionych,
• stacja defosfatacji wód osadowych,
• magazyn osadu ustabilizowanego i kompozytu,
• instalacja do produkcji kompozytu mineralno-organicznego.

3. Zakres badań

Przeprowadzono analizę przepływów ścieków surowych docierających do oczyszczalni, jak również analizę następujących wskaźników zanieczyszczeń: BZT₅, ChZT_-Cr, zawiesiny ogólnej, azotu ogólnego i fosforu ogólnego. Analizowano dane z okresu od stycznia 2016 do grudnia 2017 roku. Dane odnośnie wskaźników zanieczyszczeń zawartych zarówno w ściekach surowych jak i oczyszczonych zostały udostępnione przez Jastrzębski Zakład Wodociągów i Kanalizacji S.A. W oparciu o wartości wskaźników zawartych w ściekach surowych i oczyszczonych dokonano oceny skuteczności zmniejszenia ich wartości w procesie oczyszczania. Ponadto ustalono wartości dopuszczalnych wskaźników, które zostały przekroczone w stosunku do wartości opisanych w obowiązującym rozporządzeniu [10].

4. Opracowanie i dyskusja wyników badań

Wartości średnich dobowych przepływów ścieków, które dopływały do oczyszczalni ścieków „Ruptawa” w okresie od stycznia 2016 do grudnia 2017 roku przedstawiono na rys. 2.

Dane widoczne na rys. 2 zostały poddane analizie w celu określenia wystąpienia wartości minimalnej, maksymalnej i średniej przepływów w trakcie pracy oczyszczalni. Na ich podstawie można stwierdzić, że przepływ minimalny wyniósł 9 264 m³/d w okresie jej analizy, podczas gdy przepływ maksymalny ukształtował się na poziomie 17 257 m³/d. Średnia wartość przepływu ścieków przez oczyszczalnię uplasowała się na poziomie 12 123 m³/d.

Dodatkowo analizie poddano pięć podstawowych wskaźników zanieczyszczeń zawartych w ściekach: BZT₅, ChZT, zawiesina ogólna, azot ogólny i fosfor ogólny z okresu od stycznia 2016 do grudnia 2017 roku. Na rys. 3-7 przedstawiono wartości konkretnych wskaźników w ściekach surowych, ściekach oczyszczonych i skuteczność ich oczyszczania.

Wartości BZT₅ (rys. 3) ścieków surowych wahały się w przedziale od 280 do 761 mg O₂/dm³, wartość średnią odnotowano na poziomie 453 mgO₂/dm³. Zaobserwowano bardzo niskie wartości BZT₅ ścieków oczyszczonych, które mieściły się w przedziale od 2,3 do 15,8 mg O₂/dm³. Wartość średnia wskaźnika w oczyszczonych ściekach wynosiła 4,8 mg O₂/dm³. Dopuszczalna wartość wskaźnika według pozwolenia wodnoprawnego wynosi 15 mg O₂/dm³. Stwierdzono jedno przekroczenie wartości dopuszczalnej w 48 zbadanych próbkach ścieków. Skuteczność zmniejszenia BZT₅ wahała się od 97,4 do 99,5%. Średnia skuteczność zmniejszenia BZT₅ wyniosła 98,9%.

Wartość minimalna ChZT_-Cr (rys. 4) w ściekach dopływających do oczyszczalni wynosiła 595 mg O₂/dm³, podczas gdy wartość maksymalna wynosiła 1901 mg O₂/dm³. Średnia wartość analizowanego wskaźnika w ściekach surowych kształtowała się na poziomie 1169 mg O₂/dm³. W przypadku ChZT_-Cr w ściekach oczyszczonych wartości mieściły się w granicach od 20,0 do 88,0 mg O₂/dm³. Wartość średnia wskaźnika w oczyszczonych ściekach wynosiła 41,7 mg O₂/dm³. Wartość dopuszczalna przedstawiona w obowiązującym pozwoleniu wodno-prawnym wynosi 125 mg O₂/dm³. W 48 zbadanych próbkach ścieków nie stwierdzono przekroczeń wartości dopuszczalnej. Redukcja wskaźnika wahała się w zakresie od 93,5 do 98,3%. Średnia skuteczność zmniejszenia ChZT_-Cr wynosiła 96,2%.

Minimalne stężenie zawiesiny ogólnej (rys. 5) w ściekach dopływających do oczyszczalni wynosiło 265 mg/dm³, natomiast wartość maksymalna kształtowała się na poziomie 1320 mg/dm³. Średnia wartość analizowanego wskaźnika w ściekach surowych wynosiła 588 mg/dm³. W przypadku zawiesiny ogólnej w ściekach oczyszczonych wartości kształtowały się w zakresie od 2,6 do 34,3 mg/dm³. Wartość średnia wskaźnika w oczyszczonych ściekach uplasowała się na poziomie 8,6 mg/dm³. Wartość dopuszczalna przedstawiona w obowiązującym pozwoleniu wodnoprawnym wynosi 35 mg/dm³. Nie stwierdzono przekroczenia wartości dopuszczalnej w 48 zbadanych próbek ścieków. Redukcja zawiesiny ogólnej wahała się w zakresie od 94,7 do 99,7%. Średnia skuteczność zmniejszenia wskaźnika wyniosła 98,4%.

Zawartość azotu ogólnego (rys. 6) w ściekach surowych wahała się w przedziale od 56 do 439 mg/dm³, natomiast zawartość średnia wyniosła 89 mg/dm³. W trakcie analizy zaobserwowano bardzo niskie wartości N_og w ściekach oczyszczonych, które mieściły się w zakresie od 4,0 do 12,0 mg/dm³. Wartość średnia wskaźnika w ściekach oczyszczonych wynosiła 8,4 mg/dm³. Dopuszczalna wartość azotu ogólnego, według obowiązującego pozwolenia wynosi 10 mg/dm³. W 48 zbadanych próbkach ścieków stwierdzono 6 przekroczeń wartości dopuszczalnej. Skuteczność zmniejszenia N_og wahała się od 83,6 do 98,3%, zaś wartość średnia wynosiła 89,5%.

Wartość minimalna fosforu ogólnego (rys. 7) w ściekach dopływających do oczyszczalni wynosiła 6,6 mg/dm³, podczas gdy wartość maksymalna osiągnęła wartość 28,7 mg/dm³. Średnia wartość analizowanego wskaźnika w ściekach surowych kształtowała się na poziomie 13 mg/dm³. W przypadku P_og w ściekach oczyszczonych wartości mieściły się w granicach od 0,2 do 1,4 mg/dm³. Wartość średnia fosforu ogólnego w oczyszczonych ściekach wynosiła 0,39 mg/dm³. Wartość dopuszczalna zawarta w obowiązującym pozwoleniu wodnoprawnym wynosi 1 mg/dm³. Stwierdzono jedno przekroczenie wartości dopuszczalnej w 48 zbadanych próbkach ścieków. Redukcja wskaźnika wahała się w zakresie od 86,9 do 98,9%. Średnia skuteczność zmniejszenia ilości fosforu ogólnego wynosiła 96,8%.

5. Wnioski

Na podstawie wykonanej analizy wyników badań, sformułowano następujące wnioski:

• średnia ilość ścieków przepływających przez oczyszczalnię kształtowała się na poziomie 12 123 m³/d, stanowiąc tym samym 86,5% war­tości zakładanej przepustowości oczyszczalni;

• średnia skuteczność zmniejszenia BZT₅ po procesie oczyszczenia kształtowała się na poziomie 98,9%. Na 48 badanych próbek stwierdzono tylko jedno przekroczenie wartości dopuszczalnej BZT₅;

• średnia skuteczność zmniejszenia ChZT_-Cr również uplasowała się na wysokim poziomie 96,2%. Nie stwierdzono żadnych przekroczeń wartości dopuszczalnej, co świadczy o prawidłowej pracy oczyszczalni;

• średnia skuteczność zmniejszenia zawiesiny ogólnej wynosiła 98,4%. Stanowi to świetny wynik i jest dowodem na to, że proces sedymentacji zachodzi z dużą efektywnością. Podobnie jak w przypadku ChZT_-Cr nie stwierdzono żadnych przekroczeń wartości dopuszczalnej;

• średnia skuteczność zmniejszenia azotu ogólnego uplasowała się na poziomie 89,5%. Na 48 badanych próbek stwierdzono tylko 6 przekroczeń wartości dopuszczalnej N_og; średnia skuteczność zmniejszenia fosforu ogólnego kształtowała się na poziomie 96,8%, co stanowi świetny wynik. Na 48 badanych próbek stwierdzono tylko jedno przekroczenie wartości dopuszczalnej P_og.

6. Literatura

[1] Baroszewski K., Dymaczewski Z., Krynicki A.: Poradnik eksploatatora oczyszczalni ścieków. Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Wielkopolski, Poznań 2011.

[2] Cywiński B., Gula S., Kempa E., Kurbiel J., Płoszański H.: Oczyszczanie ścieków. Wydawnictwo Arkady, Warszawa 1983, s. 417-420.

[3] Hartman L., Biologiczne oczyszczanie ścieków. Wydawnictwo Instalator Polski. Warszawa 1992.

 [4] Imhoff K., Imhoff K.: Kanalizacja miast i oczyszczanie ścieków. Wydawnictwo Arkady, Warszawa 1982, s. 56-78.

 [5] Klaczyński E.: Komunalne oczyszczalnie ścieków: podstawy projektowania i eksploatacji. Wydawnictwo Envirotech Sp. z o.o., Poznań 2016.

[6] Łomotowski J., Szpindor A.: Nowoczesne systemy oczyszczania ścieków. Wydawnictwo Arkady, Warszawa 2002, s. 43-51.

 [7] Młyński D., Chmielowski K., Młyńska A.: Analysis of hydraulic load of a wastewater treatment plant in Jasło. Polish Academy of Sciences, Committee for Land Reclamation and Environmental Enginerring in Agriculture 2016.

[8] Pawełek J., Kaczor G., Bergel T.: Zagadnienia ilościowo-jakościowe ścieków bytowych odprowadzanych wiejskimi systemami kanalizacyjnymi. Ogólnopolska konferencja Naukowo-Techniczna, Poznań 2004, s. 1-24.

[9] Prokopov T., Mihaylova D., Mihalkov N.: Biological treatment of wastewater by sequencing batch reactors. Departament of Environmental Engineering, University of Food Technologies, Bulgaria, Plovdiv 2014.

[10] Rozporządzenie Ministra Środowiska z 18 listopada 2014 roku 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).

[11] Sikorski M.: Oczyszczanie i oczyszczalnie w Polsce. Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie.

[12] Ścisłowska M., Wolny L.: Charakterystyka wybranych gminnych oczyszczalni ścieków. Politechnika Częstochowska, Częstochowa 2010.

[13] Topare N., Attar S., Manfe M.: Sewage/wastewater treatment technologies: a review, Department of Chemical Engineering, Bharati Vidyapeeth University College of Engineering, India 2015.

[14] Wałęga A., Chmielowski K., Satora S.: Stan gospodarki wodno-ściekowej w Polsce w aspekcie wdrażania ramowej dyrektywy wodnej. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich.

mgr inż. Szymon Piekar, dr hab. inż. Mariola Rajca
Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki

źródło: Forum Eksploatatora 5/2018