Technologie i standardy oczyszczania ścieków komunalnych. dr hab. inż. ZOFIA SADECKA, prof. UZ Uniwersytet Zielonogórski

Transkrypt

1

2 Technologie i standardy oczyszczania ścieków komunalnych dr hab. inż. ZFIA SADECKA, prof. UZ Uniwersytet Zielonogórski

3 Ścieki przemysłowe i komunalne wymagające oczyszczania odprowadzane do wód do ziemi w latach (wg GUS) mechaniczne chemiczne biologiczne z podwyższonym usuwaniem biogenów ścieki nie oczyszczone - Ilośćścieków wymagających oczyszczania zmniejszyła się o 10%, z 2,5 do 2,2 km 3 - Ilośćścieków nieoczyszczonych zmalała o 55%, z 0,3 do 0,1 km 3 - Zmalał udziałścieków mechanicznie oczyszczonych o 14%, z 0,7 do 0,6 km 3 - Ponad dwukrotny wzrost (z 0,46 do 0,97 km 3) ilości ścieków z podwyższonym usuwaniem związków biogennych -

4 Wyposażenie aglomeracji w oczyszczalnie ścieków Liczba oczyszczalni ścieków Wielkość aglomeracji (RLM) Liczba aglomeracji gółem Spełniających wymagania przepisów prawnych pod względem ilości i standardów odpływu Spełniających wymagania przepisów prawnych pod względem standardów odpływu Nie spełniających wymagań przepisów prawnych Razem

5 Wskaźnik ludności korzystającej z oczyszczalni ścieków w 2000 i 2009r , ,2 w 2009 r. z oczyszczalni mechanicznych korzystało w Polsce tylko 0,1 % mieszkańców (3,4% w 2000r), obiekty biologicznego oczyszczania obsługiwały 15,5 % mieszkańców (w 2000r.- 30,1%), obiekty z podwyższonym usuwaniem związków biogennych- 48,6% (w 2000r. - 20,1%), w 2009r miasta i 590 gmin wiejskich wyposażonych było w nowoczesne oczyszczalnie z usuwaniem związków biogennych.

6 Wspólnotowe uwarunkowania prawne W negocjacjach przedakcesyjnych ustalono, że cały obszar Polski, ze względu na jego położenie w 99,7 % w zlewisku Morza Bałtyckiego, uznano za wrażliwy tj. wymagający ograniczenia zrzutów związków azotu i fosforu oraz zanieczyszczeń biodegradowalnych do wód. Ramy rzeczowe i terminowe działań niezbędnych do wypełnienia zobowiązań traktatowych w zakresie odprowadzania ścieków komunalnych określa dyrektywa 91/271/EWG, a przedstawiają się następująco: do 31 grudnia 2015 r. wszystkie aglomeracje 2000 RLM muszą być wyposażone w systemy kanalizacji zbiorczej i oczyszczalnie ścieków, o efekcie oczyszczania uzależnionym od wielkości oczyszczalni, do 31 grudnia 2015 r. powinna być zapewniona 75 % redukcja związków azotu i fosforu ogólnego pochodzących ze źródeł komunalnych na terenie Polski i odprowadzanych do wód, do 31 grudnia 2015 r. aglomeracje < 2000 RLM wyposażone w dniu przystąpienia Polski do Unii Europejskiej w systemy kanalizacyjne powinny posiadać do tego terminu oczyszczalnie zapewniające odpowiednie oczyszczanie, do 31 grudnia 2010 r. zakłady przemysłu rolno-spożywczego o wielkości > 4000 RLM są zobowiązane do redukcji zanieczyszczeń biodegradowalnych.

7 Polska jest jednym z najludniejszych i największych krajów regionu Morza Bałtyckiego Ładunki zanieczyszczeń wprowadzane z obszaru Polski do Morza Bałtyckiego w latach hydrologicznych Wg badań prowadzonych w ramach Państwowego Monitoringu Środowiska, w 2009r. wielkość ładunków zanieczyszczeń odprowadzana do Morza Bałtyckiego z dorzeczy Wisły, dry i rzek Przymorza zmalała w porównaniu z 2000r. ładunek azotu ogólnego obniżył się (o ok. 21%) z 194,2 tys. ton (2000r.) do 134,4 tys. ton (2009r.) ładunek fosforu ogólnego zmniejszył się o ok. 19% (z 12,5 do 9,2 tys. ton), a ładunek ścieków wyrażony BZT 5 obniżył się o ok. 31% (216 do 135,2 tys. ton)

8 Ramowa Dyrektywa Wodna (RDW) Podstawowym narzędziem w realizacji celów dyrektywy jest monitoring ilościowy i jakościowy wód powierzchniowych i podziemnych. Elementem monitoringu jakościowego jednym z trzech jest monitoring substancji chemicznych. Znaczenie tego monitoringu zmieniło się; w RDW jest wyraźny zapis o dominującej roli monitoringu hydrobiologicznego, podczas gdy wcześniej dokonywano oceny jakości wód głównie na podstawie zawartości substancji chemicznych. W rzeczywistości jednak zakres monitoringu substancji chemicznych rozszerzył się znacznie ze względu na konieczność objęcia jego zakresem licznych substancji, których zawartość w wodach była dotychczas oznaczana jedynie częściowo, okazjonalnie, a substancje te były pomijane w badaniach monitoringowych. Konieczność wprowadzenia tych substancji do listy wskaźników objętych monitoringiem wynika z dwóch przesłanek: treści artykułu 16 RDW i związanego z nim załącznika, obejmującego listę 33 substancji priorytetowych, decyzji KM 2006/0129 (CD) i związanej z nią listy substancji zanieczyszczających, dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/105/WE z dnia 16 grudnia 2008 r. w sprawie środowiskowych norm jakości w dziedzinie polityki wodnej.

9 Zakres monitoringu wód został sprecyzowany w następujących aktach prawnych: Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 sierpnia 2008 r. w sprawie sposobu klasyfikacji stanu jednolitych części wód powierzchniowych (Dz.U nr 162 poz. 1008), Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 23 lipca 2008 r. w sprawie kryteriów i sposobu oceny stanu wód podziemnych (Dz.U nr 143 poz. 896), Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 13 maja 2009 r. w sprawie form i sposobu prowadzenia monitoringu jednolitych części wód powierzchniowych i podziemnych (Dz.U nr 81 poz. 685).

10 RZPRZĄDZENIE MINISTRA ŚRDWISKA z dnia 20 sierpnia 2008 r. w sprawie sposobu klasyfikacji stanu jednolitych części wód powierzchniowych ZAŁĄCZNIK Nr 8 WARTŚCI GRANICZNE CHEMICZNYCH WSKAŹNIKÓW JAKŚCI WÓD 4. Grupa wskaźników chemicznych charakteryzujących występowanie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego 4.1 Substancje priorytetowe 1. Alachlor 2. Antracen 3. Atrazyna 4. Benzen 5. Difenyloetery bromowane 6. Kadm i jego związki 7. C10-13 chloroalkany 8. Chlorfenwinfos 9. Chlorpyrifos 10. 1,2-dichloroetan (EDC) 11. Dichlorometan 12. Di (2-etyloheksyl) ftalan (DEHP) 13. Diuron 14. Endosulfan 15. Fluoranten 16. Heksachlorobenzen (HCB 17. Heksachlorobutadien (HCBD) 18. Heksachlorocykloheksan (HCH) 19. Izoproturon 20. łów i jego związki 21. Rtęć i jej związki 22. Naftalen 23. Nikiel i jego związki 24. Nonylofenole 25. ktylofenole 26. Pentachlorobenzen 27. Pentachlorofenol (PCP) 28. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) Benzo(a)piren, Benzo(b)fluoranten, Benzo(k)fluoranten Benzo(g,h,i)perylen. Indeno(1,2,3-cd)piren 29. Symazyna 30. Związki tributylocyny 31. Trichlorobenzeny (TCB) 32. Trichlorometan 33. Trifluralina

11 4.2 Wskaźniki innych substancji zanieczyszczających (według KM 2006/0129(CD)) 1. Tetrachlorometan 2. Aldryna (C 12 H 8 6 ) 3. Dieldryna (C 12 H 8 6 ) 4. Endryna (C 12 H 8 6 ) 5. Izodryna (C 12 H 8 6 ) 6. DDT - izomer para-para 7. DDT całkowity 6) 8. Trichloroetylen (TRI) 9. Tetrachloroetylen (PER)

12 RZPRZĄDZENIE MINISTRA BUDWNICTWA z dnia 14 lipca 2006 r. w sprawie sposobu realizacji obowiązków dostawców ścieków przemysłowych oraz warunków wprowadzania ścieków do urządzeń kanalizacyjnych Załącznik nr 1 DPUSZCZALNE WARTŚCI WSKAŹNIKÓW ZANIECZYSZCZEŃ DLA NIEKTÓRYCH SUBSTANCJI SZCZEGÓLNIE SZKDLIWYCH DLA ŚRDWISKA WDNEG W ŚCIEKACH PRZEMYSŁWYCH WPRWADZANYCH D URZĄDZEŃ KANALIZACYJNYCH

13 Załącznik 3. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. Najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń dla niektórych substancji szczególnie szkodliwych dla oczyszczonych ścieków przemysłowych. 1. Rtęć 2. Kadm 3. Heksachlorocykloheksan 4. Tetrachlorometan - czterochlorek węgla C 4 5. Pentachlorofenol 6. Aldryna, Dieldryna, Endryna, Izodryna (produkcja,stosowanie w Polsce zabronione) 7. DDT 8. Wielopierścieniowe chlorowane difenyle PCB 9. Wielopierścieniowe chlorowane trifenyle PCT 10.Heksachlorobenzen (HCB) 11.Heksachlorobutadien (HCBD) 12.Trichlorometan (chloroform) 13.1,2- dichloroetan 14. Trichloroetylen ( Tri) 15. Tetrachloroetylen ( PER) 16. Trichlorobenzen (TCB) (suma izomerów)

14 Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz. U. Nr 137, poz. 984 oraz z 2009 r. Nr 27, poz. 169). Najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników minimalne procenty redukcji zanieczyszczeń przy RLM 2) : L.p Nazwa wskaźnika 3) Jednostka poniżej od do od do od do i powyżej 1. Pięciodobowe biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT5), oznaczane z dodatkiem inhibitora nitryfikacji mg 2/l min. % redukcji Chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZTCr), oznaczane metodą dwuchromianową mg 2/l min. % redukcji Zawiesiny ogólne mg/l min. % redukcji Azot ogólny (suma azotu Kjeldahla (NNorg + NNH4 ), azotu azotynowego i azotu azotanowego ) mg N/l min. % redukcji 30 4) ) ) 35 5) Fosfor ogólny mg P/l min. % redukcji 5 4) - 2 4) - 2 4) 40 5)

15 Substancje niebezpieczne dla środowiska Morza Bałtyckiego którymi zajmuje się projekt CHIBA: dioksyny (PCDD), furany (PCDF) & dioksynopodobne polichlorowane bifenyle związki trójbutylocyny (TBT) związki trójfenylocyny (TPhT) eter pentabromodifenylowy (pentabde) eter oktabromodifenylowy (oktabde) eter dekabromodifenylowy (dekabde) sulfonian perfluorooktanu (PFS) kwas perfluorooktanowy (PFA) heksabromocyklododekan nonylofenol / etoksylaty nonylofenolu (NP / NPE) oktylofenol (P) / etoksylaty oktylofenoli (PE) krótkołańcuchowe parafiny chlorowane (SCCP) średniołańcuchowe parafiny chlorowane (MCCP) endosulfan rtęć (Hg kadm (Cd)

16 gólna charakterystyka związków Dioksyny i dioksynopodobne PCB (dl-pcb) polichlorowane dibezno-p-dioksyny polichlorowane dibenzofurany Związki tributylocyny - związki cynoorganiczne -rozp. w wodzie 2,0 mg/l octan tributylocyny Eter pentabromodifenylowy (pentabde)- rozp. w wodzie 0,0133mg/l

17 Endosulfan insektycydy, akarycyd rozp. w wodzie 0,325 mg/l Nonylofenole C 15 H 24 ktylofenole C 14 H 22 rozp. w wodzie 5,0-6,0 mg/l Sulfonian perfluorooktanu (PFS) Kwas perfluorooktanowy (PFA) Parafiny chlorowane C10-13 chloroalkany, rozp. w wodzie 0,15-0, 47 mg/l Heksabromocyklodekan C 12 H 18 Br 6

18 czyszczanie ścieków komunalnych w Polsce czyszczanie ścieków dzieli się na III stopnie: I. czyszczanie mechaniczne II. czyszczanie biologiczne z usuwaniem związków biogennych III. dnowa wody

19 czyszczanie mechaniczne Sieć kanalizacyjna kraty Sita/ mikrosita

20 czyszczanie mechaniczne Mechaniczne oczyszczanie ścieków, obniża ładunek zanieczyszczeń w ściekach w następujących granicach: 60-90% zawiesin opadających, 15-25% ChZT 40-70% zawiesin ogólnych, 25-75% bakterii, 25-40% BZT 5, ok. 10% azotu i fosforu. Usuwanie substancji priorytetowych- szczególnie tych, które mają właściwości hydrofobowe i lipofilowe, zatem w środowisku wodnym występują przede wszystkim na powierzchni cząstek stałych. W przypadku ścieków miejskich np. difenyloetery bromowane PBDE są bardzo efektywnie usuwane w procesie sedymentacji. Wpływ czasu sedymentacji na efektywność usuwania zanieczyszczeń ze ścieków miejskich (wg Sierpa): 1 zawiesiny opadające, 2 zawiesiny ogólne, 3 BZT5, 4 ChZT metodą nadmanganianową (utlenialność)

21 czyszczanie biologiczne Przez biologiczne czy biochemiczne procesy oczyszczania należy rozumieć takie rozwiązania, w których do rozkładu substancji organicznej wykorzystuje się właściwości życiowe i pracę bardzo zróżnicowanych drobnoustrojów. rganizmom tym zawdzięczamy również procesy samooczyszczania się środowiska wodnego i gleb. Biologiczne oczyszczanie ścieków jest bowiem w najszerszym ujęciu naśladownictwem naturalnych procesów samooczyszczania, zachodzących w środowisku. Intensyfikację tych procesów osiąga się przez wytworzenie danym drobnoustrojom optymalnych warunków bytowania. Procesy biochemiczne dzielą się na: tlenowe, stosowane głównie do oczyszczania ścieków miejskich i do stabilizacji osadów ściekowych z niedużych jednostek osadniczych, beztlenowe, służące przede wszystkim do oczyszczania stężonych ścieków (przeważnie pochodzenia przemysłowego), do usuwania związków azotowych i fosforowych (denitryfikacja i biologiczna defosfatacja) oraz do demetanizacji i stabilizacji związków organicznych zawartych w osadach ściekowych dużych jednostek osadniczych.

22 czyszczanie biologiczne W skład organicznych zanieczyszczeń ścieków wchodzą białka, węglowodany i tłuszcze głównie w postaci koloidów związków rozpuszczonych. Podczas oczyszczania adsorbują się one na powierzchni organizmów żywych, a następnie mineralizują we wnętrzu komórek. Mineralizacja ta może przebiegać w warunkach tlenowych beztlenowych. W warunkach biodegradacji tlenowej np. difenyloetery mogą przekształcać się do niżej bromowanych kongenerów. Również w procesie osadu czynnego związki te są eliminowane ze ścieków z wysoką wydajnością. Sprzyja temu wysoki wiek oraz wysokie stężenie osadu czynnego. ile więc w ściekach oczyszczonych można się spodziewać niskich wartości stężenia PBDE, to osady ściekowe mogą stać się źródłem wtórnego zanieczyszczenia środowiska.

23 Możliwości usuwanie substancji priorytetowych Substancje niebezpieczne - związki bardzo specyficzne o różnych właściwościach oraz podatnościach na rozkład biochemiczny nie są indywidualnie uwzględniane w procesach mechaniczno-biologicznego oczyszczania ścieków komunalnych (Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego) Zgodnie z aktami prawnymi (ścieki odprowadzane do kanalizacji, parametry oczyszczonych ścieków przemysłowych) wymienione substancje należy usunąć ze ścieków przemysłowych. Źródłem wtórnego zanieczyszczenia środowiska mogą być osady ściekowe. Przewaga metod beztlenowych w porównaniu z tlenową biodegradacją specyficznych zanieczyszczeń. Procesy odnowy wody (dalsze oczyszczanie ścieków po ich mechaniczno biologicznym oczyszczaniu)

24 Pierwszy etap rozkładu struktur aromatycznych jest wspólny dla prawie wszystkich związków. Polega on na perhydroksylacji węglowodorów aromatycznych, które uwodorniają się do katecholi C H 3 naftalen antracen fenantren toluen C H C s alicylan benzoes an H H H benzen fenol k atec hol rozszczepienie orto rozszczepienie m eta C C C H C H C oa S H sukcynylo CoA C H 2 C C adypinoloc oa C oksoadypinian H hydroksy oksowalerian acetylo CoA bursztynian pirogronian aldehyd octowy przemiany centralne

25 Transformacje chlorfenwinfosu H H 5 C 2 C P H 5 C 2 C (Z) H H 5 C 2 C P H 5 C 2 C (E) Chlorfenwinfos HC H m, p, s CH 3 CH 3 m, p, s H P H 5 C 2 P (XVI) CH 2 m H C C m C (III) (II) CH 3 P CH 3 kura HCH H H (XV) m m C 2 H H C P H C HCH 2 C (XII) (VIII) m, p m, p, s CH 2 H CH m s (XIII) CH 3 C s H CH 2 H CH m HC (IV) (XIII) (X) m m m CH 3 H CH kura HC H CH HC-CH 2 -NH- C (V) (IX) (XI)

26 Możliwości rozkładu chlorfenwinfosu C C l H 2 H 5 C P C C 2 H 5 C l c hlo rf e nwinf o s C l H P C 2 H 5 H P H C H C C l C H C C l II C l Reakcje ortodealkilowania w cząsteczce chlorfenwinfosu C l XII H CH 2 C C H 3 C C l C H 3 C H C l C l C l analog III an alog IV a n alo g V Drugą ważną transformacją tego związku jest rozszczepienie wiązania P- do analogu III Dalsze przemiany metabolitów polegają na oderwaniu atomów chloru a następnie przyłączeniu cząsteczki wodoru ( hydrogenacji). Są to więc w tym stadium przemiany redukcyjne, w następstwie których tworzą się analogi IV i V

27 Wpływ wybranych insektycydów na proces fermentacji metanowej. Grupa Substancja aktywna Preparat handlowy mg/dm 3 Stężenie toksyczne gsa/gsmo Węglowodory chlorowane metoksychlor Metox ,0 50,0 7,0* ,7*10-4 Związki fosforoorganiczne chlorfenwinfos Enolofos ,0 100,0 4,4*10-2 4,5*10-3 fenitrotion 3000,0 0,18 wadofos ,0 0,016 malation 5000,0 0,32 Sadofos ,0 0,013 Pyretroidy cypermetryna Fury 100EC 0,5 7,4*10-5 Fastac010 EC 4,0 5,0*10-5 deltametryna Decis 2,5 EC 5,0 9,0*10-5

28 Skuteczność usuwania metoksychloru- analogu DDT w procesie fermentacji metanowej. H CH 3 C CH 3 C 3 metoksychlor Metox 30 Zawartość i stężenie początkowe Stopień usuwania Zawartość i stężenie początkowe Stopień usuwania mg/dm 3 g/gsmo % mg/dm 3 gsa/gsmo % * ,9 10 1,5* , * ,9 50 7,7* , * , ,3* , * , ,0* , ,01 99, ,0* , ,014 99, ,028 99, ,035 99, ,07 99,9

29 Technologie i standardy oczyszczania ścieków komunalnych dr hab. inż. ZFIA SADECKA, prof. UZ Uniwersytet Zielonogórski