Budowa oraz eksploatacja Lokalnych Oczyszczalni Ścieków na terenie gminy Kobylnica

Rozproszona zabudowa terenów wiejskich wymusza poszukiwanie rozwiązań systemów kanalizacyjnych oraz technologii oczyszczania ścieków dostosowanych do lokalnych warunków. Zbiorniki bezodpływowe, bardzo często nieszczelne, są nadal podstawowym rozwiązaniem w zakresie odprowadzania i gromadzenia nieczystości. Dużą popularnością cieszą się również przydomowe oczyszczalnie ścieków dedykowane dla jednego gospodarstwa domowego. Kompleksowym/systemowym rozwiązaniem problemów z odprowadzaniem i oczyszczaniem ścieków na terenach wiejskich jest budowa lokalnych/zbiorczych oczyszczalni ścieków. Taki kierunek został przyjęty przez Samorząd Gminy Kobylnica oraz Wodociągi Słupsk Sp. z o.o.

Zasadniczym celem inwestycji było zwiększenie liczby ludności korzystającej z ulepszonego systemu odbioru i oczyszczania ścieków komunalnych, a co za tym idzie poprawa warunków życia i zdrowia mieszkańców. W ramach projektu zrealizowano zadania związane z modernizacją istniejących lub budową nowych sieci kanalizacji sanitarnej zakończonych Lokalną Oczyszczalnią Ścieków (LOŚ) dla dziewięciu miejscowości w Gminie Kobylnica, które nie zostały podłączone do istniejącej w Gminie kanalizacji ciśnieniowej.

1. Oczyszczalnia ścieków Kczewo – projekt pilotażowy

W latach 2012-2013 podjęto decyzję o przeprowadzeniu inwestycji polegającej na wymianie instalacji kanalizacyjnej oraz budowie biologiczno-mechanicznej oczyszczalni ścieków dla miejscowości Kczewo w Gminie Kobylnica. Lokalna Oczyszczalnia Ścieków (LOŚ) w Kczewie miała charakter instalacji pilotażowej, sprawdzającej skuteczność takich obiektów w rozwiązywaniu problemów gospodarki ściekowej lokalnych społeczności. Wykonawcą zadania w ramach wygranego przetargu była firma EKOFINN Sp. z o.o. z Banina.

W toku konsultacji wykonawcy z przyszłym użytkownikiem podjęto decyzję o aplikacji technologii estońskiej firmy Fixtec, specjalizującej się w produkcji oczyszczalni opartych na technologii zanurzonych złóż napowietrzanych. Ostatecznie zaprojektowano oczyszczalnię w technologii hybrydowej, łączącej procesy oczyszczania ścieków z wykorzystaniem metody osadu czynnego oraz zatopionego złoża biologicznego napowietrzanego sprężonym powietrzem.

1.1 Elementy oczyszczalni w fazie rozruchu technologicznego (przed modernizacją)

Do realizacji zadania wybrano oczyszczalnię typu BIOFIX – 24K, która składa się z połączonych ze sobą podziemnych zbiorników wykonanych z materiału PEHD. Pierwszy zbiornik pełni funkcję osadnika wstępnego oraz zbiornika magazynowania osadu nadmiernego, kolejne dwa zbiorniki pełnią rolę reaktorów biologicznych. Ostatni zbiornik pełni funkcję osadnika wtórnego. Zawiesina oraz stałe zanieczyszczenia dopływające wraz ze strumieniem ścieków surowych sedymentują w osadniku wstępnym. Zbiornik wyposażony jest w sito zapobiegające przedostawaniu się stałych zanieczyszczeń do części biologicznej oczyszczalni. Osadnik posiada komorę retencyjną wyposażoną w układ pompowy dozujący ścieki do reaktora biologicznego.

Oczyszczanie biologiczne prowadzone jest w dwóch reaktorach. Pierwszy reaktor posiada dwie komory, które funkcjonują niezależnie. W pierwszej komorze prowadzony jest proces oczyszczania ścieków z użyciem kształtek pływających – tzw. złoże ruchome. Cała objętość komory jest intensywnie napowietrzana za pomocą dyfuzora rurowego. Druga komora pierwszego reaktora oraz cały drugi reaktor posiadają wypełnienia pakietowe w postaci porowatych bloków o dużej powierzchni właściwej – 200 m²/m³, na których rozwija się błona biologiczna. Do napowietrzenia służą dyfuzory dyskowe drobnopęcherzykowe zasilane sprężonym powietrzem z dmuchawy łopatkowej. Ostatni zbiornik ciągu technologicznego pełnił funkcję osadnika wtórnego, w którym zachodzi proces sedymentacji nadmiernej biomasy odrywającej się od złoża biologicznego oraz proces klarowania ścieków oczyszczonych kierowanych do odbiornika. Biologicznie oczyszczone ścieki odprowadzane są grawitacyjnie do rowu melioracyjnego oddalonego od oczyszczalni o około 100 m.

1.2 Doświadczenia z okresu rozruchu technologicznego

Oczyszczalnia w początkowej fazie rozruchu, po około trzech tygodniach, uzyskała satysfakcjonujące parametry jakości ścieków oczyszczonych, ale efekt okazał się nietrwały. Po miesiącu jakość oczyszczonych ścieków gwałtownie się pogorszyła.

Na etapie rozruchu technologicznego oczyszczalni ścieków w Kczewie stwierdzono szereg błędów technicznych, które uniemożliwiły osiągnięcie założonych warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzeniu ścieków do odbiornika.

Głównymi problemy okazały się:

• zbyt mała ilość biomasy;
• zbyt duża gęstość nośnika biomasy;
• zły rodzaj oraz nieprawidłowe rozmieszczenie dyfuzorów napowietrzających względem złoża;
• nieprawidłowy typ oraz wydajność dmuchawy;
• brak możliwości dokładnego wyczyszczenia osadnika wstępnego z zalegających osadów – zbyt mała średnica otworów rewizyjnych (200 mm);
• wadliwe rozwiązanie odprowadzenia ścieków oczyszczonych, tj. brak przelewów pilastych na osadniku wtórnym;
• brak rozwiązań redundantnych, tj. brak rezerwowych urządzeń, takich jak pompa i dmuchawa;
• brak przyłącza wodociągowego.

W efekcie niedociągnięć w części biologicznej oczyszczalni zaobserwowano bardzo intensywny wzrost szarej, włóknistej biomasy prowadzący z czasem do nadmiernego zarastania złoża, bardzo niskie stężenie tlenu, często zerowe, we wszystkich reaktorach biologicznych.

Warunki beztlenowe spowodowały rozrost na złożu niepożądanej biomasy i zatrzymanie procesów oczyszczania ścieków, równolegle wystąpiła silna kolmatacja złoża cząstkami osadu.

1.3 Modernizacja oczyszczalni w Kczewie

Aby doprowadzić zadanie do osiągnięcia oczekiwanego efektu ekologicznego, firma wykonawcza (EKOFINN-POL) wspólnie z użytkownikiem (Wodociągi Słupskie) podjęły decyzję o dokonaniu modernizacji technologii estońskiej firmy Fixtec na potrzeby aplikacji w polskich warunkach eksploatacji. W wyniku modernizacji w oryginalnym układzie technologicznym oczyszczalni BIOFIX – 24K dokonano następujących zmian:

• Zwiększono pojemność czynną reaktorów biologicznych o o dodatkowy reaktor z identycznym wypełnieniem pakietowym o powierzchni czynnej 200 m²/m³. Do tego celu wykorzystano zbiornik pierwotnie pełniący rolę osadnika wtórnego.
• Zamontowano dodatkowy zbiornik do pełnienia funkcji osadnika wtórnego.
• Zmodernizowano instalację odprowadzającą oczyszczone ścieki z osadnika wtórnego do odbiornika poprzez montaż przelewów pilastych.
• Ponad 4-krotnie zwiększono wydajność dostaw powietrza poprzez wymianę dmuchawy łopatkowej o wydajności 40 m³/h na dmuchawę bocznokanałową o wydajności 165 m³/h.
• Zmodernizowano instalację napowietrzającą – wymieniono dyfuzory drobnopęcherzykowe dyskowe na drobnopęcherzykowe rurowe.

Po przeprowadzeniu prac modernizacyjnych ponownie rozpoczęto rozruch technologiczny oczyszczalni, a po miesiącu osiągnięto prawidłowe i stabilne efekty oczyszczania ścieków. Obecnie oczyszczone ścieki, wprowadzane do odbiornika, spełniają warunki określone w pozwoleniu wodnoprawnym wydanym przez Starostwo Powiatowe w Słupsku.

1.4 Zasady eksploatacji LOS

Prawidłowymi oznakami dobrze działającej oczyszczalni w Kczewie są wyraźnie widoczna, lekko brązowa błona biologiczna wytworzona na powierzchni zanurzonego wypełnienia (złoża), wysoka klarowność oraz świeży zapach oczyszczonych ścieków.

W celu utrzymania prawidłowych efektów eksploatacji Lokalnej Oczyszczalni Ścieków w technologii złoża zanurzonego należy systematycznie oczyszczać osadnik wstępny z nagromadzonego osadu surowego. W przypadku LOŚ w Kczewie doświadczenie wskazuje na dwukrotne usunięcie osadu w ciągu miesiąca za pomocą taboru asenizacyjnego. Z powodu utrudnionego dostępu do komory osadnika (otwór rewizyjny 200 mm), opracowano metodę dokładnego oczyszczania komory z zalegającego osadu. Do osadnika zostaje wprowadzony wąż ciśnieniowy z wodą w celu rozbicia osadu. Rozwodniony osad przepływa do komory układu pompowego, z której odbierany jest za pomocą ssawy taboru asenizacyjnego. Taki sposób czyszczenia osadnika przeprowadzany jest dwa razy w ciągu roku. Powstały osad o uwodnieniu około 97% przewożony jest do Oczyszczalni Ścieków w Słupsku w celu zagospodarowania w ciągu osadowym oczyszczalni. Ilość wywiezionego osadu z LOS ewidencjonowana jest na wjeździe do oczyszczalni za pomocą systemu wagowego. Parametry osadu, tj. sucha masa i sucha masa organiczna, określane są w akredytowanym laboratorium na terenie oczyszczalni ścieków. Pobór próby osadu odbywa się bezpośrednio podczas zrzutu osadu z wozu asenizacyjnego.

Ponadto należy prowadzić kontrolę poprawności pracy pomp oraz dmuchawy powierza, kontrolować oraz utrzymać stężenie tlenu we wszystkich reaktorach biologicznych na odpowiednio wysokim poziomie – około 4÷6 mg/l, monitorować ilości osadu w osadniku wtórnym oraz przeprowadzać okresowe intensywne przedmuchanie pakietów złoża w celu zerwania nadmiaru błony biologicznej. Częstotliwość przedmuchu pakietów złoża biologicznego to 2 razy na miesiąc.

W celu zabezpieczenia ciągłości pracy oczyszczalni, należy przewidzieć rezerwową dmuchawę powietrza oraz pompę ściekową. W 2016 roku dla Oczyszczalni Ścieków w Kczewie został wykonany system wizualizacji SCADA. Praca obiektu oraz awarie są sygnalizowane w głównej dyspozytorni Oczyszczalni Ścieków w Słupsku oraz u administratora obiektu. Dzięki temu reakcja operatorów na zaistniałe problemy jest szybka, a praca obiektu zachowuje ciągłość technologiczną.

Małe Lokalne Oczyszczalnie Ścieków wymagają dużej wiedzy i zaangażowania profesjonalnego personelu przedsiębiorstwa wod-kan.

2. Nowe inwestycje

Doświadczenia z rozruchu oraz eksploatacji pilotażowej oczyszczalni ścieków w Kczewie były podstawą do przygotowania SIWZ na projekty kolejnych Lokalnych Oczyszczalni Ścieków w gminie Kobylnica. Inwestycja polegała na budowie lokalnych systemów zbierania i oczyszczania ścieków w 8 miejscowościach: Bzowo, Dobrzęcino, Płaszewo, Runowo Sławieńskie, Ściegnica, Wrząca, Zagórki i Zębowo. Tak jak w przypadku realizacji pilotowej oczyszczalni w Kczewie, w drodze przetargu wyłoniona została firma EKOFINN-POL, mająca już doświadczenie zarówno w prowadzeniu tego typu inwestycji, jak i w zakresie technologicznym wymaganym przez przyszłego użytkownika.

W 2016 roku przystąpiono do realizacji zadania. W ramach realizacji tego przedsięwzięcia zaprojektowano biologiczne oczyszczalnie ścieków w technologii złoża zanurzonego wraz z niezbędną infrastrukturą techniczną. Opracowano projekty budowlane, energetyczne, technologiczne dla ośmiu nowych obiektów gospodarki ściekowej w Gminie. Ciąg technologiczny gospodarki ściekowej zaprojektowanych oczyszczalni składa się z:

• przepompowni ścieków surowych,
• zbiornika uśredniającego,
• zbiornika retencyjnego,
• reaktora biologicznego w technologii złoża zanurzonego,
• studni pomiarowej,
• wylotu ścieków oczyszczonych.

Ciąg technologiczny gospodarki osadowej składa się z:

• osadnika wtórnego,
• zbiornika osadu nadmiernego.

Ścieki surowe dopływają grawitacyjnie do przepompowni, skąd kierowane są do zbiornika uśredniającego (osadnik wstępny), gdzie następuje ujednolicenie składu ścieków oraz oczyszczenie mechaniczne. W zbiorniku zachodzi proces sedymentacji części stałych dopływających do oczyszczalni wraz ze ściekami surowymi. Zbiornik wyposażony jest w sito zapobiegające przedostawaniu się stałych zanieczyszczeń do układu pompowego w zbiorniku retencyjnym.

Ze zbiornika uśredniającego oczyszczone mechanicznie ścieki (bez części stałych) przepływają grawitacyjnie do zbiornika retencyjnego. Zbiornik pełni funkcję buforowania napływających ścieków i równomiernego dozowania na stopień biologiczny oczyszczalni. W zbiorniku zamontowane są dwie pompy o wydajności 3 l/s, pracujące naprzemiennie. Praca pomp odbywa się poprzez system sterowania czasowego, który jako system podstawowy dobrany jest doświadczalnie (np. 5 minut pracy pompy, 120 minut pauzy) dla każdej z ośmiu oczyszczalni. Dodatkowo, jako system rezerwowy, zamontowane są sondy górnego i dolnego poziomu, zabezpieczające układ pompowy przed suchym biegiem oraz niekontrolowanym cofaniem się ścieków do zbiornika uśredniającego.

Ze zbiornika retencyjnego ścieki pompowane są do kontenera/reaktora, w którym znajdują się pakiety złoża biologicznego o powierzchni czynnej 150 m²/m³ z układem rurowych dyfuzorów napowietrzających.

Złoża biologiczne poddawane są procesowi napowietrzania. Powietrze procesowe dostarczane jest do reaktora za pomocą dmuchawy powietrza o wydajności 33 m³/h, 1,1 kW, która zamontowana jest w komorze technicznej obok reaktora biologicznego. Poziom rozpuszczonego tlenu kontrolowany jest przez sondę zamontowaną w środkowej części zbiornika. Zastosowane dyfuzory rurowe zapewniają napowietrzenie złoża w całej jego objętości.

W głębi błony biologicznej powstałej na powierzchni złoża zanurzonego zachodzą procesy tlenowe oraz beztlenowe. Dobrze pracująca błona biologiczna ma lekko brązowy kolor, mocno przylega do powierzchni złoża, a procesy biologicznego oczyszczania ścieków nie powodują problemów odorowych.

Blok biologiczny posiada demontowalne pokrywy włazowe, umożliwiające pełny dostęp w przypadku czyszczenia lub wymiany złoża biologicznego. Dwuścienne pokrywy zbiorników z ociepleniem chronią złoże biologiczne przed niekorzystnym wpływem niskich temperatur w okresie zimowym.

Ścieki po oczyszczeniu biologicznym przepływają grawitacyjnie do osadnika wtórnego, gdzie następuje sedymentacja osadu nadmiernego. Deflektory zamontowane na wlocie do osadnika zmniejszają prędkość napływową ścieków, przez co proces sedymentacji osadu nie jest zakłócony. Przelew ścieków oczyszczonych odprowadzanych do odbiornika wyposażony jest w perforację w celu zabezpieczenia odpływu przed wydostawaniem się flotującego osadu.

Osad gromadzony jest w zagłębieniu pompy, która przepompowuje zdeponowany osad do wydzielonego zbiornika osadu nadmiernego. W zbiorniku następuje grawitacyjne zagęszczenie osadu, który jest systematyczne – raz na kwartał – wywożony do Oczyszczalni Ścieków w Słupsku w celu zagospodarowania w ciągu osadowym. Podobnie jak w przypadku LOŚ w Kczewie, ilość wywiezionego osadu z pozostałych LOŚ ewidencjonowana jest na wjeździe do oczyszczalni ścieków w Słupsku za pomocą systemu wagowego. Parametry osadu, tj. sucha masa i sucha masa organiczna określane są w akredytowanym laboratorium na terenie oczyszczalni. Pobór próby osadu odbywa się bezpośrednio podczas zrzutu osadu z wozu asenizacyjnego.

Całość procesów wszystkich oczyszczalni sterowana jest automatycznie. Każda oczyszczalnia posiada szafkę sterowniczą z układem zasilania, automatyki i wizualizacji. Stan pracy oraz informacje o ewentualnych awariach przesyłane są bezprzewodowo do głównej dyspozytorni Oczyszczalni Ścieków w Słupsku oraz do administratora obiektów.

Ciąg technologiczny wszystkich obiektów jest identyczny. Różnice w kubaturze poszczególnych elementów oczyszczalni oraz objętość złoża w części biologicznej wynikają z wielkości RLM danego obiektu.

Obciążenie eksploatowanych oczyszczalni ładunkiem BZT₅ wyrażone równoważną liczbą mieszkańców RLM, całkowity roczny przepływ ścieków oraz ilość wytworzonych osadów w roku 2019 przedstawiono w tab. 2.

Do analizy laboratoryjnej pobrano próbki oczyszczonych ścieków ze wszystkich eksploatowanych oczyszczalni. Ze względu na typ odbiornika instalacje podlegają odmiennym standardom i regulacjom. We wszystkich przypadkach uzyskano dotrzymanie warunków określonych w decyzjach administracyjnych. Wyniki analiz za 2019 r. przedstawiono w tab. 3.

Uzyskane wskaźniki potwierdziły stabilność funkcjonowania obiektów. Dzięki eksploatacji lokalnych oczyszczalni ścieków zapewniono wymagany stopień bezpieczeństwa środowiskowego w obszarach wyłączonych z aglomeracji zbiorczej, potwierdzając zasadność przyjętej koncepcji.

W 2019 r. Spółka Wodociągi Słupsk, przy współpracy z gminą Kobylnica, zakończyła inwestycję dotyczącą budowy małych, lokalnych oczyszczalni ścieków umożliwiających realizację gospodarki ściekowej na obszarach o niższej gęstości zaludnienia, wyłączonych z aglomeracji miejskiej. Łącznie, na przestrzeni 5 lat do eksploatacji oddano 9 obiektów w miejscowościach Kczewo, Ściegnica, Zagórki, Bzowo, Dobrzęcino, Wrząca oraz Runowo Sławieńskie, Płaszewo i Zębowo.

Koncepcja rozwiązania problemu gospodarki ściekowej w Gminie Kobylnica spotkała się z szerokim uznaniem samorządów i jako wzorcowa jest obecnie rekomendowana w innych obszarach kraju. Można powiedzieć, że realizacja całego zadania, od postawienia oczyszczalni pilotowej przez wprowadzane modyfikacje wynikające z pierwszych doświadczeń eksploatacyjnych po wybudowanie docelowych obiektów w kolejnych miejscowościach, stanowi przykład bardzo dobrej współpracy pomiędzy Inwestorem (Gmina Kobylnica), przyszłym użytkownikiem (Wodociągi Słupskie) i wykonawcą (EKOFINN-POL).

Dalsza eksploatacja obiektów LOŚ zakłada w najbliższej przyszłości realizację następujących celów operacyjnych:

• Utrzymanie wysokiego standardu oczyszczania ścieków zgodnie z parametrami określonymi w pozwoleniu wodnoprawnym.
• Zoptymalizowanie zarządzania gospodarką osadową obiektów.
• Zmniejszenie energochłonności procesów oczyszczania ścieków.

Kazimierz Stachyra – Wodociągi Słupsk Sp. z o.o.

Źródło: Forum Eksploatatora 3-4/2020