ZWALCZANIE BAKTERII NITKOWATO SIARKO- WYCH, WSPOMAGANIE BIOLOGICZNEGO OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW CELULOZOWO PAPIERNICZYCH KOAGULANTAMI PIX I PAX

Transkrypt

1 Marian Wachowicz Zwalczanie bakterii nitkowato-siarkowych... ZWALCZANIE BAKTERII NITKOWATO SIARKO- WYCH, WSPOMAGANIE BIOLOGICZNEGO OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW CELULOZOWO PAPIERNICZYCH KOAGULANTAMI PIX I PAX Autor: Marian Wachowicz Kierownik Wydziału Gospodarki Wodno-Ściekowej Frantschach Świecie S.A. WSTĘP Wzrastające wymagania co do jakości ścieków wprowadzonych do odbiornika powodują że coraz częściej staje się nieodzowne dodawanie chemicznego stopnia oczyszczania ścieków. Doświadczenia z wielu oczyszczalni w Polsce i na świecie wskazują, że korzyści technologiczne wynikające z zastosowania oczyszczania chemicznego a częściej wspomagania chemicznego są warte zainteresowania. Oczyszczanie chemiczne to przede wszystkim procesy koagulacji i flokulacji, gdzie stosujemy reagenty (koagulanty). Koagulację stosuje się w większości wypadków do strącania ortofosforanów, usuwa się również inne zanieczyszczenia organiczne i nieorganiczne o rozdrobnieniu koloidalnym oraz zawiesiny. Są jednak jeszcze inne plusy stosowania procesów chemicznych w oczyszczaniu ścieków. Coraz częściej oczyszczalnie mają problemy z puchnięciem i pienieniem osadu czynnego oraz występowaniem kożucha. Nie ominęły one naszej oczyszczalni przy zakładzie celulozowopapierniczym Frantschach Świecie S.A. Puchnięcie osadu wywołuje najczęściej masowy rozwój bakterii nitkowatych a polega na "poluzowaniu" zwartej i zamkniętej struktury i uwięzienie znacznej ilości wody i gazów wewnątrz kłaczka. W efekcie właściwości sedymentacyjne osadu się pogarszają (zmiana indeksu osadu) i osad traci zdolność do tworzenia dużych aglomeratów. Pienienie jest również powodowane przez mikroorganizmy nitkowate. Zjawisko to wywołuje wynoszenie osadu czynnego na powierzchnię w osadnikach wtórnych, wiązanie znacznych ilości mikroorganizmów, które stają się niedostępne dla procesów oczyszczania i brak możliwości sterowania wiekiem osadu. Pogarszają efekty biologicznego oczyszczania. Kożuch powoduje także problemy eksploatacyjne - jego usunięcie mechaniczne jest bardzo kłopotliwe. Inne kłopoty oczyszczalni ścieków to przykry zapach siarkowodoru czy osadzanie się twardego kamienia (struwitu) w rurach i urządzeniach do odwadniania. 76

2 Badania i doświadczenia eksploatacyjne na oczyszczalniach ścieków wskazują, że przy zwalczaniu wymienionych problemów obiecujące wydaje się być zastosowanie chemicznego oczyszczania ścieków. Wadami powyższego rozwiązania jest potrzeba zakupu instalacji do magazynowania i dozowania koagulanta a także zakup niezbędnych reagentów. Trzeba się liczyć ze wzrostem masy osadów o ok. 35 g/100 g PIX, co ma wpływ na rozwiązania technologiczne części osadowej. Koagulanty kwaśne w dawkach powyżej 200 g/m 3 obniżają odczyn ścieków, co stwarza zagrożenie korozyjne dla obiektów i urządzeń oraz zwiększają zasolenie odbiorników. Optymalizacja dawki wprowadzanych koagulantów to ważny problem eksploatacyjny - zbyt mała ilość koagulanta nie będzie spełniać swojego zadania, a zbyt duża może spowolnić proces oczyszczania, a w osadnikach wtórnych spowodować jego wynoszenie, może pogorszyć zdolność do odwadniania oraz wzrost indeksu osadu. Przedmiotem niniejszego referatu jest pokazanie wpływu procesu koagulacji na usuwanie zanieczyszczeń ze ścieków pochodzących z biologicznej oczyszczalni ścieków firmy Frantschach w Świeciu (ścieki celulozowo papiernicze i ścieki miejskie). Szczegółową uwagę zwrócono na ustalenie rodzaju i optymalnej dawki koagulanta oraz substancji wspomagającej (polielktrolitu) w procesie koagulacji. Równie ważnym zagadnieniem jest wykazanie efektów technologicznoekonomicznych z przeprowadzonych prób technicznych. TEST TECHNOLOGICZNY Pod koniec roku 2002 w miesiącach listopad - grudzień, nastąpiło pogorszenie pracy biologicznej oczyszczalni ścieków FS w wyniku zmian mikrobiologicznych osadu czynnego. Rozwinęły się bakterie nitkowate zawierające sporo bakterii siarkowych. Analiza siarczanów w ściekach dopływających do BOŚ potwierdziła ich wzrost powyżej granicy 500 mg/dm 3, równocześnie wzrósł indeks osadu powyżej 300. Przeprowadzono dwuetapowy test technologiczny. I etap rozpoczął się dnia 17 grudnia 2002 roku i polegał na dozowaniu do komór regeneracji osadu czynnego PAX-u 25 w dawkach: - dawka początkowa 3g Al 3+ /kg s.m.o..d-1 - dawka końcowa 1 g Al 3+ /kg s.m.o..d-1 77

3 Dawkę początkową dozowano przez 3 tygodnie, by 6 stycznia 2003 roku zmniejszyć ją o 25 % (2,25 g Al 3+ /kg s.m.o..d-1) Pierwotnie planowano trwanie I etapu przez miesiąc ale w związku z brakiem oczekiwanych efektów postanowiono przedłużyć dawkowanie PAX-u przez następne dwa tygodnie. 30 stycznia 2003 roku zakończono dozowanie PAX-u 25. Efekty przeprowadzonego I etapu nie były zadowalające, jednak trochę poprawiła się kondycja osadu czynnego. Ze względu na to, że do oczyszczalni dopływają ścieki przemysłowe i ścieki miejskie, które charakteryzują się dużą zmiennością ładunku zanieczyszczeń, obciążenie biologicznej oczyszczalni jest zmienne w zależności od ich ilości i stopnia zanieczyszczenia. Polepszenie pracy na I stopniu (Floobed nr 1 i 2) i II stopniu (bioreaktory Celpox) biologicznego oczyszczania ścieków mogło więc być spowodowane albo dopływem lepszej jakości ścieków albo też działaniem koagulanta. Badania mikrobiologiczne przeprowadzone przed rozpoczęciem dawkowania PAX-u 25 wykazały, że w osadzie czynnym zarówno w komorach napowietrzania z bioreaktorami Celpox jak i w błonie biologicznej w reaktorach Floobed występowało kilka typów bakterii nitkowatych, między innymi były to: Beggiatoa alba, Thiothrix sp., Typ 0092, Typ 02IN i Typ Poprzerastały one kłaczki oraz pojawiły się w przestrzeniach między kłaczkami. Pomimo to mikroflora osadu i błony biologicznej była bogata, obejmowała wiele gatunków o wysokiej aktywności biologicznej. Można więc stwierdzić, że to organizmy nitkowate spowodowały kłopoty z sedymentacją i występowanie kożucha. Kolejna analiza mikrobiologiczna osadu czynnego i błony biologicznej została przeprowadzona po trzech tygodniach dawkowania PAX-u 25. Wykazała ona, że pomimo braku widocznych zmian parametrów takich jak: indeks osadu, ChZT czy zawiesina, nastąpiły zmiany liczebności bakterii nitkowatych, zarówno w błonie biologicznej, jak i osadzie czynnym. Bardzo wyraźnie zmniejszyła się ilość bakterii siarkowych - działanie jonów Fe (II), nastąpiła fragmentacja innych typów nitek (Typ 0092 i 02IN) - działanie jonów Al. Spadek organizmów nitkowatych według sześciostopniowej skali Jenkinsa (w załącznikach) nastąpił w reaktorach Floobed z poziomu 6 na 3-4, natomiast w reaktorach Celpox z poziomu 6 na 4-5. Nie są to jeszcze zadawalające rezultaty zastosowania koagulantu. W celu dalszej eliminacji bakterii nitkowatosiarkowych postanowiono przedłużyć stosowanie PAX-u 25 o kolejne dwa tygodnie. 78

4 Marian Wachowicz Bakterie nitkowato-siarkowe, wspomaganie... 7 lutego 2003 roku zbadano osad czynny z komór napowietrzania z Celpoxami i błonę biologiczną z reaktorów Floobed nr 1 i 2. Nie zaobserwowano większego spadku organizmów nitkowatych w stosunku do poprzedniej analizy, jednak stosowany środek wyraźnie zmienił morfologię osadu, poprawiając strukturę kłaczków. Skład gatunkowy był zróżnicowany i bardzo aktywny biologicznie, jony Fe "wpracowały" się w osad czynny. Najlepsze efekty dawkowania koagulantu zaobserwowano w komorach napowietrzania Celpox, najmniejsze w komorach regeneracji nr 1 i 2. Dawkowanie PAX-u 25 nie wpłynęło na wzrost redukcji zanieczyszczeń na BOŚ (zaledwie kilka procent). Dla porównania w tabeli nr 1 przedstawiono średni stopień redukcji zanieczyszczeń w czasie poprzedzającym dozowanie koagulantu. Tabela nr 1. Średni stopień redukcji zanieczyszczeń dwa tygodnie przed rozpoczęciem testy technologicznego (I etap) i w czasie jego trwania. Przez cały czas trwania I etapu testu technologicznego, wartości parametrów na odpływie ścieków nie zmieniały się znacząco. Obrazują to przedstawione poniżej wykresy (rys. 1-4) Rys. 1. Chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) na dopływie i odpływie z BOŚ - FS w czasie dawkowania PAX-25 79

5 Marian Wachowicz Bakterie nitkowato-siarkowe, wspomaganie... Rys. 2. Fosfor całkowity na dopływie i odpływie z BOŚ - FS w czasie dawkowania PAX-25 Rys. 3. Zawiesina ogólna z BOŚ - FS w czasie dawkowania PAX-25 80

6 Rys. 4. Zawiesina opadalna w ściekach przed osadnikami wtórnymi w czasie dawkowania PAX-25 Dozowanie PAX-u 25 nie usunęło bakterii siarkowych z rodzaju Thiothrix sp. i Beggiatoa alba. Bakterie te są tlenowcami i czerpią energię do syntezy CO 2 i H 2 O z utlenienia siarkowodoru do wolnej siarki, którą odkładają w postaci drobnych kuleczek w cytoplazmie komórkowej. Obecność bakterii siarkowych jest bardzo niekorzystna ze względu na zarastanie wolnych przestrzeni złoża biologicznego, co prowadzi do pogorszenia warunków tlenowych a nawet powstawania warunków beztlenowych. Dlatego powstawanie siarkowodoru na oczyszczalni lub dopływ ścieków zgniłych jest niekorzystnym zjawiskiem, które powinno być skutecznie eliminowane. Usunięcie siarkowodoru stało się więc głównym celem drugiego etapu testu technologicznego - dozowania PIX 113. Już po dwóch dniach dozowania PIX 113, ścieki zabarwiły się na czarno (wytrącenie FeS), co świadczyło o zajściu reakcji pomiędzy siarkowodorem a dozowanym koagulantem. Kształtki w reaktorach Floobed nr 1 i 2, zaczęły unosić się na powierzchni basenu a przed zastosowaniem PIX-u 113 opadały na dno pod ciężarem osadu czynnego zawierającego bakterie siarkowe. Drugi etap testu rozpoczął się 17 marca 2003 roku. PIX 113 był dozowany do komór wyrównawczych przed reaktorami Floobed nr 1 i 2 w dawce początkowej 75 g/m 3. Podobnie jak w pierwszym etapie, po 10 dniach zmniejszono dawkę koagulantu o 25 %. 81

7 Test zakończono po 4 tygodniach - 10 kwietnia 2003 roku. Koagulant PIX 113 usunął w dużym stopniu siarkowodór, polepszyła się kondycja osadu czynnego a to przyczyniło się do poprawy pracy całej oczyszczalni biologicznej ścieków. Parametry takie jak ChZT, fosfor całkowity czy zawiesina ogólna nie uległy jednak większym zmianom, nie uzyskano większej redukcji zanieczyszczeń w porównaniu do okresu przed rozpoczęciem II etapu testu. W tabeli nr 2 zestawiono stężenia zanieczyszczeń i stopień ich redukcji w czasie przed i po dozowaniu koagulantu. Tabela nr 2. Średni stopień redukcji zanieczyszczeń dwa tygodnie przed rozpoczęciem testu technologicznego (II etap) i w czasie jego trwania. Rysunki nr 5-8 przedstawiają wybrane wskaźniki zanieczyszczeń na dopływie i odpływie ścieków z BOŚ - FS w czasie przeprowadzania tego etapu testu technologicznego. Rys. 5. Chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) na dopływie i odpływie z BOŚ - FS w czasie dawkowania PIX

8 Marian Wachowicz Bakterie nitkowato-siarkowe, wspomaganie... Rys. 6. Zawiesina ogólna z BOŚ - FS w czasie dawkowania PIX Rys. 7. Fosfor całkowity na dopływie i odpływie z BOŚ - FS w czasie dawkowania PIX-u 83

9 Rys. 8. Zawiesina opadalna w ściekach przed osadnikami wtórnymi w czasie dawkowania PIX OCENA MIKROBIOLOGICZNA OSADU CZYNNEGO I. OSAD CZYNNY PRZED TESTEM Ocenialiśmy błonę biologiczną na kształtkach z Floobedów, osad czynny z komór napowietrzania z Celpoxami i osad czynny z komór regeneracji osadu Stan mikrobiologiczny błony biologicznej na kształtkach. Błona czarnego koloru, unosi się zapach siarkowodoru. Kłaczki posiadają zwartą strukturę i są masowo poprzerastane organizmami nitkowatymi. Jest to niekorzystne, bowiem są zaklejane wolne przestrzenie, co utrudnia dostęp tlenu Stan mikrobiologiczny osadu czynnego w komorach napowietrzania z Celpoxami. Osad o barwie brunatnej, kłaczki średniej wielkości poprzerastane bakteriami nitkowatymi, które występują także w przestrzeniach pomiędzy kłaczkami. Masowe występowanie organizmów nitkowych jest przyczyną puchnięcia osadu. 84

10 II. OSAD CZYNNY PO TEŚCIE 2.1. Stan mikrobiologiczny błony na kształtkach. Błona nadal koloru czarnego, ściśle przylega do powierzchni kształtek, zaklejając wolne powierzchnie. Poprawiła się struktura kłaczków, organizmy nitkowate uległy fragmentacji. Zmalała wyraźnie liczebność bakterii siarkowej Beggiatoa alba z poziomu max. 6 na poziom Stan mikrobiologiczny osadu czynnego w komorach napowietrzania "Celpox". Osad posiada brunatną barwę, zbudowany z kłaczków średniej wielkości o luźnej strukturze. Organizmy nitkowate wyraźnie uległy fragmentacji i spadła ich liczebność. Bogata mikrofauna z pierwotniakami i organizmami tkankowymi, charakteryzujących się wysoką aktywnością biologiczną. Spadek liczebności bakterii nitkowatych z poziomu 6 na Stan mikrobiologiczny osadu z komór regeneracji. Skład gatunkowy taki sam jak w komorach z "Celpoxami", trochę większa liczba organizmów nitkowatych. Stosowane środki PAX - 25 i PIX wyraźnie zmieniły morfologię osadu, poprawiając strukturę kłaczków. EFEKTY TECHNOLOGICZNO - EKONOMICZNE PONIESIONE KOSZTY Test trwał 54 dni. Koszt PAX-u 25 wyniósł PLN. Średnia ilość ścieków na dobę m 3 Średnia dawka dozowanego PAX g/m 3 Wzrost kosztów oczyszczania ścieków z tytułu dozowania koagulanta wyniósł: PLN : m 3 = 0,04 PLN/m 3 EFEKTY EKONOMICZNE W celu wykazania skuteczności dozowania koagulanta do porównań wybraliśmy 54 dni pracy BOŚ przed testem z PAX-em. (od r do r) 85

11 Średnio dobowa ilość ścieków w tym okresie była identyczna m 3 W okresie dozowania PAX-u redukcja ChZT po BOŚ była lepsza o 1,8%, co przekłada się na mniejszy o 16 mgo 2 /l wskaźnik ChZT na odpływie (wartość średnia odpływu - 110) Ładunek ChZT "zaoszczędzony" wyniósł: m 3 x 16 mgo 2 /l x 1,25 PLN/kg ChZT = PLN W okresie stosowania PAX-u zmniejszyła się też wartość wskaźnika zawiesiny ogólnej o średnio 9 mg/l do wartości 22 mg/l, przez co wzrósł procent redukcji o 6,3%. Indeks osadu przed testem oscylował wokół wartości 300, by na koniec testu zejść do wartości 250, jednak optymalna wartość winna wynosić ok Sprawą najważniejszą z punktu widzenia ekonomicznego było niedopuszczenie do przekroczenia wskaźnika ChZT powyżej 150 mg O 2 /dm 3, co wiązałoby się z nałożeniem na Zakład kary. WNIOSKI Wyniki przeprowadzonych testów potwierdziły skuteczność PAX-u 25 Jest bezspornym faktem, że dodawanie soli glinu i żelaza zawartych w PAX - 25 do osadu czynnego znacznie poprawiło jego kondycję, zredukowało ilość bakterii nitkowych, poprawiło obciążenie osadu na osadnikach wtórnych niwelując flotację osadu Stosowanie koagulantów winno być stosowane każdorazowo, gdy zachodzą niekorzystne zmiany w morfologii osadu czynnego, co wymaga systematycznej kontroli mikroskopowej osadu na poszczególnych stopniach biologicznych BOŚ Obecnie na BOŚ w sposób ciągły dozujemy przed Floobedami PIX 113 w dawce średniej 35 g/m 3 a od lipca 2004 roku chcemy przejść na dozowanie PIX w celu optymalizacji kosztów BOŚ Na zakończenie chciałbym podziękować Pani Monice Bazeli za wykonanie badań mikrobiologicznych osadu czynnego, opracowanie wyników i wyciągnięcie wniosków oraz przeszkolenie personelu oczyszczalni w zakresie samodzielnego prowadzenia badań mikrobiologicznych. 86

12 Marian Wachowicz Bakterie nitkowato-siarkowe, wspomaganie... Załącznik nr 1. Schemat BOŚ - FS z naniesionymi punktami dozowania koagulantów PAX i PIX 87