Przeróbka osadów pościekowych

Wiadomości wstępne

Osady powstające przy oczyszczaniu ścieków muszą być zagospodarowane w taki sposób, aby nie stwarzały zagrożenia sanitarnego. W osadach pościekowych znajduje się bardzo duża liczba bakterii chorobotwórczych, wirusów i pasożytów. Nieodpowiednio przechowywane bardzo szybko zagniwają wydzielając odrażający zapach i gromadząc wokół siebie muchy. Poniżej zostaną omówione rodzaje i właściwości osadów pościekowych, a w dalszej części metody ich utylizacji i zagospodarowania.

Rodzaje osadów pościekowych

Osady powstające w oczyszczalni ścieków można ogólnie podzielić na osady surowe i zmineralizowane (stabilizowane).

Osady surowe:

osad wstępny – powstający w osadniku wstępnym
osad wtórny – powstający w wyniku biologicznego oczyszczania ścieków w komorach osadu czynnego, lub złożach biologicznych, wydzielany w osadnikach wtórnych. Osad ten może być zawracany do obiegu, jako tzw. osad powrotny, lub usuwany z obiegu jako osad nadmierny
osad z obróbki chemicznej ścieków (chemicznego strącania) – powstający z reagentów przy oczyszczaniu fizyko-chemicznym ścieków
osad mieszany – powstaje ze zmieszania osadu wstępnego i wtórnego w sytuacji, gdy osad wtórny recyrkulowany jest przed osadniki wstępne

Osady zmineralizowane – w zależności od sposobu ich pozyskiwania dzielą się dalej na:

osad przefermentowany – powstający po fermentacji metanowej osadów w tzw. WKF-ach czyli wydzielonych komorach fermentacyjnych
osad stabilizowany – powstający po procesie stabilizacji tlenowej
osad zagęszczony – powstający po procesie zagęszczania
osad odwodniony – powstający po wirówkach lub prasach
osad wysuszony – powstający po suszeniu termicznym

Wszystkie powyższe procesy prowadzone na osadach mają na celu ich neutralizację i utylizację poprzez zmniejszenie objętości i unieszkodliwienie zawartych w nich składników. Stosuje się przy tym:

stabilizacje tlenową w celu pozbycia się zdolności do zagniwania, tym samym uciążliwego zapachu,
suszenie,
dezynfekcję,
neutralizację odczynu

Ostatnim etapem jest pozbycie się osadów z terenu oczyszczalni. W zależności od ich składu chemicznego, a w szczególności zawartości metali ciężkich i patogenów, osady mogą być w dalszej kolejności:

wykorzystane rolniczo – np. uprawa roślin energetycznych, dodatek do gleby
spalane (produkcja energii)
deponowane na składowiskach odpadów

W małych oczyszczalniach ścieków bardzo często osady pościekowe są tylko magazynowane i następnie przewożone taborem asenizacyjnym do oczyszczalni miejskich.

Właściwości osadów pościekowych

Można je ogólnie podzielić na fizyczne, chemiczne, a także sanitarne czy technologiczne. Poniżej skorzystam z materiałów zawartych w pracy zbiorowej pt. „TERMICZNE UNIESZKODLIWIANIE OSADÓW ŚCIEKOWYCH” autorstwa Katarzyny Środy, Agnieszki Kijo-Kleczkowskiej i Henryka Otwinowskiego.

Właściwości fizyczne

barwa i zapach – wskazują na pochodzenie osadów ściekowych. W zależności od miejsca powstawania w ciągu technologicznym oczyszczania ścieków wyróżnia się odpowiednie rodzaje osadów, charakteryzujące się odmienną barwą i zapachem. Np. osady po osadnikach wstępnych mają barwę zwykle żółtą do jasnobrązowej i odrażający zapach. Osad po osadniku wtórnym jest z kolei ciemno szary i ma zapach ziemisty
struktura – wpływa na zdolność osadu do zatrzymywania wody. Wyróżnia się strukturę komórkową, kłaczkowatą oraz mieszaną.
uwodnienie – charakteryzuje osad pod kątem zawartości w nim w % wody i jest ściśle związane ze składem chemicznym osadu, osady zawierające substancje organiczne są silnie uwodnione średnio od 85 do nawet 99%, podczas gdy zawierające substancje mineralne mają uwodnienie od 50-70%. Woda zawarta w osadzie może ponadto występować w postaci wolnej, związanej w koloidach, lub jako kapilarna, związana biologicznie. Każda z form występowania cechuje inna trudność jej usuwania.
zawartość suchej masy – podawana jest po wysuszeniu osadów w temperaturze 105°C w g/l lub kg/m³
gęstość osadów – określa jego masę w przeliczeniu na objętość w kg/m³ i jest zależna od uwodnienia i składu chemicznego osadu
wielkość i kształt cząstek – wyróżnić tutaj można cząstki łatwo opadające (sedymentujące), parakoloidalne, koloidalne (zawieszone w cieczy) oraz rozpuszczone
potencjał dzeta (ζ) – określa wielkość sił odpychania sąsiednich koloidów podwójnej warstwy jonowej. Potencjał ten waha się najczęściej między -10 a -20mV. Im wyższa wartość tego wskaźnika, tym osad gorzej się odwadnia i flokuluje.
objętość osadów – określana w m3/dobę i wyznaczana ze wzoru:

gdzie:

G_os – sucha masa substancji stałych zawartych w osadzie, kgs.m.o./doba,
ρ_os – gęstość osadu, kg s.m.o./m³,
W – uwodnienie osadu, % (wagowo).

Właściwości sanitarne osadów

Osady ściekowe zawierają szereg bakterii chorobotwórczych, wirusów, pierwotniaków i jaj helmintów, i mogą stanowić poważne zagrożenie epidemiologiczne. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 13 lipca 2010 roku określa dopuszczalną zawartość ww. zanieczyszczeń w osadach, w zależności od ich dalszego wykorzystania. W badaniach referencyjnych osadów sprawdza się zawartość w nich bakterii chorobotwórczych z rodzaju salmonella oraz zawartość jaj pasożytów jelitowych Ascaris, Trichuris czy Toxocara.

Właściwości chemiczne osadów

pH osadów ściekowych – waha się w przedziale 5-8, przy czym wartości niższe osiąga dla osadów świeżych, po osadniku wstępnym, natomiast najwyższe dla osadów po stabilizacji tlenowej, przefermentowanych. Próbki do oznaczania pH pobiera się z cieczy nadosadowej.
zawartość związków organicznych – bada się po suszeniu osadów w temp. 105°C, lub ich prażeniu w temp. referencyjnej 600°C. W pierwszym przypadku uzyskuje sie zawartość suchej masy, zwykle w %, w drugim zawartość substancji organicznej
zasadowość – określa alkaliczność cieczy osadowej i podawana jest jako zawartość węglanu wapnia w mg/l. Osady surowe mają zwykle wartości od 500-1000 mg CaCO₃/l, przefermentowane wartości kilka razy większe. Im większa zasadowość osadów tym konieczność stosowania większych dawek reagentów przy ich odwadnianiu
zawartość metali ciężkich – ma szczególne znaczenie przy rolniczym wykorzystaniu osadów, a także składowania ich na kwaśnych podłożach, gdzie metale te mogą być uwalniane z osadów i transportowane do podłoża. Bada się głównie zawartość chromu, niklu, kadmu, ołowiu i rtęci, a także miedzi i cynku
toksyczność – w osadzie ściekowym mogą pojawić się następujące substancje toksyczne: wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), polichlorowane bifenyle (PCB), chlorowcopochodne związków organicznych, wyrażone sumarycznym wskaźnikiem adsorbowalnych organicznych związków chloru (AOX), polichlorowanedibenzodioksyny (PCDD) – dioksyny, polichlorowanedibenzofurany (PCDF) – furany, alkilobenzenosulfonian liniowy (LAS), nonylofenol, chloroform, pestycydy, nonylofenolopolietoksylany (NPnEO), nonylofenolojedno- oraz dwuetoksylany (NP1EO, NP2EO)
zawartość związków biogennych – jest istotna z punktu widzenia nawozowego, przy rolniczym wykorzystaniu osadów. Bada się przy tym zawartość azotu ogólnego i amonowego, fosforu, potasu jak też wapnia i magnezu.
zawartość lotnych kwasów tłuszczowych – LKT (mg CH3COOH/1) – określa w osadzie kwasy, które można destylować pod ciśnieniem atmosferycznym, począwszy od kwasu mrówkowego po kwas heksanowy. Zawartość LKT to wskaźnik kontrolny osadu w procesie fermentacji metanowej.

Z innych właściwości osadów ściekowych istotnych z punktu widzenia ich technologicznego wykorzystania wymienić należy wartość opałową podawaną w MJ/kg suchej masy osadów. Wartość ta jest największa dla osadów surowych, gdzie przyjmuje wartości od 15-21 MJ/kg. Wraz z procesami fermentacji i stabilizacji tlenowej wartość opałowa maleje i dla osadów stabilizowanych waha się od 6-18 MJ/kg. Poniżej w tabeli pokazano przykładowe wartości ww. parametrów osadów ściekowych w różnych stanach przetworzenia.

Tabela. Przykładowy skład oraz podstawowe właściwości osadów ściekowych.

c.d.n.