OCENA PRACY OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW W ŻYWCU PO WYKONANEJ ROZBUDOWIE I MODERNIZACJI

Transkrypt

1 OCENA PRACY OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW W ŻYWCU PO WYKONANEJ ROZBUDOWIE I MODERNIZACJI L. OPYRCHAŁ 1, S. LACH 2, M. ŁĄGIEWKA 3 1. AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Katedra Kształtowania i Ochrony Środowiska, Kraków, al. A. Mickiewicza 30, pawilon C-4, opyrchal@agh.edu.pl 2. AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Katedra Kształtowania i Ochrony Środowiska, Kraków, al. A. Mickiewicza 30, pawilon C-4, slach@agh.edu.pl 3. AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Katedra Kształtowania i Ochrony Środowiska, Kraków, al. A. Mickiewicza 30, pawilon C-4, lagiewka@agh.edu.pl Abstrakt: W artykule przedstawiono ocenę efektywności oczyszczania ścieków w Żywcu po wykonanej rozbudowie i modernizacji. Na podstawie wyników badań fizykochemicznych ścieków surowych i oczyszczonych określono skuteczność zmniejszenia wybranych zanieczyszczeń ścieków. Analizie fizykochemicznej poddano następujące wskaźniki zanieczyszczeń: BZT 5, ChZT Cr, zawiesinę ogólną, azot ogólny oraz fosfor ogólny. Badania prowadzono od stycznia 2010 do listopada 2012 roku. W pracy przedstawiono ilość przekroczeń poszczególnych wskaźników w stosunku do wartości dopuszczalnych określonych w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód i do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz.U. Nr 168 poz. 1763). Dodatkowo przedstawiono ilość ścieków dopływającą do oczyszczalni w 2011 roku. Na podstawie przeprowadzonej analizy badań stwierdzono następującą średnią skuteczność usuwania zanieczyszczeń: BZT 5 97,72%, ChZT Cr 93,21%, zawiesina ogólna 98,00%, azot ogólny 81,33%, fosfor ogólny 89,65%. Wstęp: Ścieki stanowią mieszaninę różnych mikroorganizmów oraz substancji niebezpiecznych, które mogą przyczyniać się do zanieczyszczenia wód powierzchniowych i podziemnych. Ze względu na pochodzenie Prawo wodne [1] wyróżnia następujące rodzaje ścieków: a. bytowe, b. przemysłowe, c. opadowe. Ścieki bytowe pochodzą z budynków przeznaczonych na pobyt ludzi, osiedli mieszkaniowych oraz terenów usługowych. Powstają w szczególności w wyniku ludzkiego metabolizmu oraz funkcjonowania gospodarstw domowych. Skład ścieków bytowych jest bardzo różnorodny [2]. Wynika on między innymi od ilości zużywanej wody oraz od nawyków i przyzwyczajeń domowników. Wzrost liczby mieszkańców terenów wiejskich, jak również poprawiający się standard życia na wsi, skutkuje wzrostem ilości odprowadzanych ścieków. Na rys. 1 ukazano procentowy udział ludności wiejskiej oraz miejskiej korzystającej z oczyszczalni ścieków w latach [3]. Zwiększenie ilości powstających ścieków pociąga za sobą potrzebę budowy lub modernizacji już istniejących lub budowy nowych systemów kanalizacji i oczyszczania ścieków. Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi przewiduje, iż do roku 2015 tylko 30-40% terenów gmin wiejskich będzie zaopatrzone w zbiorową sieć odprowadzania i

2 unieszkodliwiania ścieków. Reszta mieszkańców, ze względów ekonomicznych, będzie bazować na własnych, małych przydomowych oczyszczalniach ścieków lub wybieralnych dołów gnilnych tzw. szamb [4] ,0 85,2 86,9 88,1 88, % ,8 20,4 25,7 26,9 28,8 % ludności miast % ludności wsi Lata Rys. 1. Ludność korzystająca z oczyszczalni ścieków w latach W tabeli 1 przedstawiono liczbę oczyszczalni ścieków w Polsce w latach [3]. Tabela 1. Liczba oczyszczalni w Polsce w latach Miasto Wieś Rok Ogółem mechaniczne biologiczne z podwyższonym usuwaniem biogenów mechaniczne biologiczne z podwyższonym usuwaniem biogenów W 2010 roku (podobnie jak w 2009 r.) funkcjonowało w naszym kraju 3196 oczyszczalni komunalnych. W latach przybyły w Polsce 203 oczyszczalne, natomiast w porównaniu do roku 2000 wybudowano 721 nowych oczyszczalni ścieków. Ostatnie kilkanaście lat w Polsce to okres znacznego postępu w oczyszczaniu ścieków komunalnych. Przemawia za tym wzrost liczby mieszkańców obsługiwanych przez oczyszczalnie, w tym przez oczyszczalnie z podwyższonym usuwaniem biogenów. Rozwój ten jest możliwy dzięki modernizacji, rozbudowie oraz budowie nowych oczyszczalni ścieków. Niniejszy artykuł ma na celu przedstawienie oceny działania rozbudowanej i zmodernizowanej oczyszczalni ścieków znajdującej się w Żywcu w województwie śląskim.

3 Materiały i metody: Badany obiekt zlokalizowany jest w mieście Żywiec w województwie śląskim (rys. 2). Przekazanie nowej oczyszczalni do użytkowania nastąpiło w lutym 2010 r. Do września 2010 r. trwało dopracowywanie przebiegu procesów technologicznych na części biologicznej oczyszczalni w ramach rozruchu technologicznego. Dzięki modernizacji i rozbudowie obiekt mógł rozpocząć stopniowe przyjmowanie ścieków z gmin: Koszarawa, Jeleśnia, Łodygowice, Lipowa, Radziechowy-Wieprz oraz Żywiec. W ciągu tego roku do oczyszczalni będą doprowadzone również ścieki z Gminy Gilowice. W związku z wykonaną modernizacją i rozbudową nastąpiło zwiększenie maksymalnej przepustowości oczyszczalni z m³. d -1 do m³. d -1. Równocześnie nastąpiło zwiększenie RLM (Równoważnej Liczby Mieszkańców) z do RLM. Rys. 2. Nowa oczyszczalnia ścieków w Żywcu [8] Oczyszczalnia ścieków w Żywcu jest oczyszczalnią mechaniczno-biologiczną z usuwaniem biogenów. Ścieki komunalne, które dopływają do oczyszczalni w pierwszej kolejności oczyszczane są w sposób mechaniczny. Początkowym elementem ciągu technologicznego jest pułapka żwirowo-kamienna, gdzie dochodzi do zatrzymania największych zanieczyszczeń dopływających wraz ze ściekami. Następnie ścieki poprzez kratę rzadką oraz pompownię ścieków I o wprowadzane są do sitopiaskowników. Sitopiaskowniki są kompletnymi zintegrowanymi urządzeniami służącymi do mechanicznego oczyszczania ścieków, które łączą w sobie funkcje sita gęstego, piaskownika oraz odtłuszczownika. Odbierane skratki są płukane i poddawane odwadnieniu. Piasek jest odsysany pompami i transportowany do separatora piasku, z kolei wyflotowany osad tłuszczowy kierowany jest do zbiornika pośredniego tłuszczu. Nagromadzony tłuszcz cyklicznie jest odbierany wozem asenizacyjnym i przewożony do stacji zlewnej tłuszczu zlokalizowanej przy reaktorze fermentacji osadów. Ostatnim elementem służącym do mechanicznego oczyszczania ścieków jest osadnik wstępny. Wydzielony w osadniku osad jest zgarniany przy użyciu zgarniaczy, a następnie kierowany przez pompownię osadu wstępnego do zbiornika magazynowego osadu zmieszanego przy instalacji fermentacji osadów. Po oczyszczeniu mechanicznym ścieki są transportowane do komory czerpnej pompowni II o, a następnie do reaktorów C-Tech (rys.3). Biologiczne oczyszczanie ścieków metodą osadu

4 czynnego prowadzone jest w systemie sekwencyjnym przy użyciu czterech reaktorów. Reaktory są wyposażone w: a. system drobnopęcherzykowego napowietrzania przy użyciu dyfuzorów rurowomembranowych (bezpośrednio przy reaktorach C-Tech umiejscowiona jest stacja dmuchaw), b. dwie pompy osadu (jedna służy do odprowadzania osadu nadmiernego, druga do recyrkulacji osadu do strefy selektora), c. dekanter ścieków oczyszczonych. Rys. 3. Schemat przebiegu procesu w systemie C-Tech w oczyszczalni ścieków Żywcu [8] Proces biologicznego oczyszczania ścieków jest wspomagany poprzez strącanie fosforu przy użyciu siarczanu żelaza. Oczyszczone ścieki odbierane są z reaktorów C-Tech poprzez dekantery i odpływają do zbiornika Tresna. Z biologiczną częścią oczyszczalni w Żywcu współpracuje system zbiorników retencyjnych dla ścieków rozcieńczonych. Przy większym natężeniu ścieków dopływających do oczyszczalni ich nadwyżka, po oczyszczaniu mechanicznym, jest kierowana do zbiorników retencyjnych. Dzięki temu rozwiązaniu możliwe jest utrzymanie wysokiej stabilności pracy oczyszczalni oraz zwiększenie skuteczności oczyszczania w zmiennych warunkach pogodowych. Celem artykułu była ocena działania zmodernizowanej i rozbudowanej oczyszczalni ścieków w Żywcu. Okres badań obejmował przedział czasowy od stycznia 2010 roku do listopada 2012 roku. Badaniami objęto skład ścieków surowych dopływających do badanej oczyszczalni oraz ścieków oczyszczonych odprowadzanych do odbiornika, którym jest zbiornik Tresna. Ocenę sprawności działania oczyszczalni oparto na wielkości redukcji pięciu wskaźników: BZT 5, ChZT Cr, zawiesiny ogólnej, azotu ogólnego oraz fosforu ogólnego. Łącznie analizie poddano 71 próbek. Dane dotyczące wartości wskaźników w ściekach surowych oraz oczyszczonych uzyskane zostały w certyfikowanym laboratorium znajdującym się przy oczyszczalni i udostępnione dzięki uprzejmości Miejskiego Przedsiębiorstwa Wodociągów i Kanalizacji w Żywcu. Na ich podstawie wykonano analizę skuteczności zmniejszania zanieczyszczeń dla poszczególnych wskaźników. Wyniki badanych wskaźników

5 zarówno w ściekach dopływających do oczyszczalni, jak i tych oczyszczonych, zostały zestawione w sposób tabelaryczny. Ponadto w tabelach przedstawiono skuteczności zmniejszania badanych wskaźników zanieczyszczenia ścieków oraz dla każdego wskaźnika wykonano obliczenia podstawowych statystyk opisowych oraz ilości przekroczeń w stosunku do wartości dopuszczalnych znajdujących się w Rozporządzeniu [5]. Wyniki: W pierwszym etapie badań dokonano charakterystyki składu ścieków surowych dopływających do oczyszczalni w Żywcu. Podstawowe parametry charakteryzujące wielkości wybranych wskaźników zanieczyszczeń, tj.: BZT 5, ChZT Cr, zawiesina ogólna, azot ogólny i fosfor ogólny przedstawiono w tabeli 2. Skład fizykochemiczny ścieków surowych dopływających do analizowanej oczyszczalni zasadniczo nie odbiega od składu typowych ścieków bytowych. Oczywiście należy mieć na uwadze, iż każda gmina i miasto ma inny skład oraz jednostkową ilość ścieków [6]. Wielkość BZT 5 w ściekach surowych oscylowała w granicach od 64,0 mgo 2 dm -3 do 430,0 mgo 2 dm -3. Średnia wartość tego wskaźnika w ściekach surowych wyniosła 233,06 mgo 2 dm -3. Również dość duże wahania odnoszą się do drugiego wskaźnika tlenowego ChZT Cr, gdzie wartości w ściekach surowych wyniosły od 149,0 mgo 2 dm -3 do 876,0 mgo 2 dm -3, a wartość średnia 536,15 mgo 2 dm -3. Wartość średnia zawiesiny ogólnej w ściekach dopływających wyniosła 313,55 mg dm -3. Wartości w ściekach surowych analizowanych dwóch wskaźników eutroficznych były również na zróżnicowanym poziomie. Wielkość azotu ogólnego (dotycząca średniej rocznej wartości tego wskaźnika w ściekach, obliczonej dla próbek średnich dobowych pobranych w danym roku przy temperaturze ścieków w komorze biologicznej oczyszczalni nie niższej niż 12 C) wahała się od 17,71 mgn og dm -3 do 88,00 mgn og dm -3, natomiast fosforu ogólnego (odnosząca się do średniej rocznej wartości tego wskaźnika w ściekach) od 2,17 mgp og dm -3 do 11,80 mgp og dm -3. Tabela 2. Charakterystyka składu ścieków surowych oraz oczyszczonych w odniesieniu do wielkości dopuszczalnych zawartych w Rozporządzeniu z dnia z dnia 31 lipca 2006 r. Wskaźnik zanieczyszczeń BZT 5 ChZT Cr zawiesina ogólna azot ogólny fosfor ogólny Wartość parametru Parametr Jednostka ścieki ścieki surowe oczyszczone 430,00 10,00 średnia mgo 2 dm ,06 4,92 minimalna 64,00 3,00 876,00 61,70 średnia mgo 2 dm ,15 34,88 minimalna 149,00 13,10 540,00 15,00 średnia mg dm ,55 5,73 minimalna 94,00 2,00 88,00 14,75 średnia mgn og dm -3 56,91 9,67 minimalna 17,71 5,75 11,80 1,48 średnia mgp og dm -3 7,32 0,72 minimalna 2,17 0,18 Wartość dopuszczalna wg Rozporządzenia z dnia 31 lipca 2006 r. 15,0 125,0 35,0 10,0 1,0 Przyczyną dużych wahań zanieczyszczeń dopływających w ściekach surowych do oczyszczalni w Żywcu może być dopływ nie tylko ścieków bytowych. Do kanalizacji odprowadzane są również ścieki z zakładów przemysłowych i usługowych, zlokalizowanych na terenie Żywca i sąsiadujących gmin. Z takich zakładów mogą odpływać ścieki o zdecydowanie większym ładunku zanieczyszczeń niż ma to miejsce w przypadku typowych gospodarstw domowych. Kanalizacja w zlewni to w większości kanalizacja rozdzielcza. Zmienność przepływu ścieków jest związana w dużej mierze z położeniem części miasta w depresji w stosunku do Jeziora Żywieckiego oraz wykonaniem kanalizacji sanitarnej w

6 Żywcu z kamionki uszczelnianej na sznur smołowany. Po 50 latach eksploatacji takiej kanalizacji nie ma już uszczelnienia i kanalizacja pracuje jak drenaż. Z kolei rozcieńczenie ścieków, związane z okresami dopływu ścieków o małej ilości zanieczyszczeń, mają wpływ ścieki opadowe dopływające kanalizacją ogólnospławną. Wyniki badań składu ścieków oczyszczonych wskazują, że średnie wielkości BZT 5, ChZT Cr, zawiesiny ogólnej, azotu ogólnego oraz fosforu ogólnego są niższe od wartości dopuszczalnych według Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód i do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz.U. Nr 168 poz. 1763). W przypadku BZT 5 średnia na odpływie (4,92 mgo 2 dm -3 ) jest o 67,2% niższa od wartości dopuszczalnej (15 mgo 2 dm -3 ), ChZT Cr (wartość średnia 34,88 mgo 2 dm -3 ) o 72,1% niższa od wartości dopuszczalnej (125,0 mgo 2 dm -3 ), zawiesiny ogólnej (wartość średnia 5,73 mg dm -3 ) o 83,6% niższa od wartości dopuszczalnej (35 mg dm -3 ), azotu ogólnego (wartość średnia 9,67 mgn og dm -3 ) o 3,3% niższa od wartości dopuszczalnej (10 mgn og dm -3 ) oraz fosforu ogólnego (wartość średnia 0,72 mgn og dm -3 ) o 28% niższa od wartości dopuszczalnej (1 mgn og dm -3 ). Wielkości redukcji BZT 5, ChZT Cr, zawiesiny ogólnej, azotu ogólnego i fosforu ogólnego w badanym okresie przedstawiono w tabeli 3. Średnia redukcja BZT 5 w procesie oczyszczania wyniosła 97,72%, ChZT Cr 93,21%, zawiesiny ogólnej 98,00%, azotu ogólnego 81,33% i fosforu ogólnego 89,65%. Tabela 3. Wielkość redukcji poszczególnych wskaźników zanieczyszczeń w badanej oczyszczalni Redukcja zanieczyszczeń Minimalny procent redukcji wg Wskaźnik w procesie oczyszczania [%] Rozporządzenia z dnia 31 lipca 2006 r. zanieczyszczeń średnia minimalna BZT 5 99,03 97,72 94,74 90 ChZT Cr 97,20 93,21 87,20 75 zawiesina ogólna 99,33 98,00 93,18 90 azot ogólny 91,88 81,33 40,20 85 fosfor ogólny 96,10 89,65 77,41 90 W pracy poddano również ocenie dobowe dopływy ścieków w dniach poboru próbek w roku Wyniki zostały przedstawione na rys projektowana przepustowość oczyszczalni m 3. d Przepływ dobowy Q [m 3. d -1 ] Data pomiaru Rys. 4. Ilość dopływających ścieków do oczyszczalni w Żywcu w roku 2011

7 W roku 2011 (na podstawie 24 pomiarów) średnia ilość dopływających ścieków wyniosła m 3 d -1. Obecnie trwa rozbudowa sieci kanalizacyjnej na Żywiecczyźnie, która pozwoli dociążyć hydrauliczne analizowaną oczyszczalnię. Wnioski: Na podstawie przeprowadzonych badań, związanych z oceną działania oczyszczalni ścieków w Żywcu, sformułowano następujące wnioski i stwierdzenia: 1. Skład ścieków surowych dopływających do badanej oczyszczalni pod względem zawartości poszczególnych wskaźników zanieczyszczeń nie odbiega znacząco od typowych ścieków bytowych podawanych w literaturze [7]. Średnia wartość BZT 5 wynosi 233,06 mgo 2 dm -3, ChZT Cr 536,15 mgo 2 dm -3, zawiesiny ogólnej 313,55 mg dm -3, azotu ogólnego 56,91 mgn og dm -3 i fosforu ogólnego 7,32 mgp og dm Średnie wielkości pięciu analizowanych wskaźników zanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych były niższe od wartości dopuszczalnych zawartych w Rozporządzeniu z dnia 31 lipca 2006 r. 3. W trakcie badań odnotowano wysoką redukcję dla wskaźników z grupy podstawowej (BZT 5, ChZT Cr i zawiesiny ogólnej): średnia skuteczność zmniejszenia BZT 5 w oczyszczalni ukształtowała się na bardzo wysokim poziomie 97,72%. Nie stwierdzono żadnych przekroczeń wartości dopuszczalnej, co świadczy o poprawnej pracy oczyszczalni zarówno części mechanicznej jak i biologicznej, średnia skuteczność zmniejszenia ChZT Cr w oczyszczalni ukształtowała się również na bardzo wysokim poziomie 93,21% i podobnie jak w przypadku BZT 5 nie stwierdzono żadnych przekroczeń wartości dopuszczalnej, średnia skuteczność zmniejszenia zawiesiny ogólnej w oczyszczalni wyniosła aż 98,00% co stanowi bardzo dobry wynik i świadczy o tym, że proces sedymentacji zachodzi z dużą efektywnością. W 71 analizowanych próbkach nie stwierdzono żadnych przekroczeń wartości dopuszczalnej. 4. Średnia skuteczność zmniejszenia azotu ogólnego w oczyszczalni wyniosła 81,33%. W roku 2010 zanotowano 9 przekroczeń wartości dopuszczalnej, w 2011 roku 6, natomiast w 2012 roku ilość przekroczeń wyniosła 5. W przypadku fosforu ogólnego średnia skuteczność zmniejszenia ukształtowała się na wysokim poziomie 89,65%. W roku 2010 zanotowano 1 przekroczenie wartości dopuszczalnej, w 2011 roku 4, natomiast w 2012 roku ilość przekroczeń wyniosła 3. Należy jednak pamiętać o następujących czynnikach: Rozporządzenie z dnia 31 lipca 2006 r. podaje, iż w przypadku poboru od próbek średnich dobowych w ciągu roku, 3 analizowane próbki mogą nie spełniać wymaganych warunków, rozruch nowej oczyszczalni nastąpił w lutym 2010 roku, a Rozporządzenie z dnia 31 lipca 2006 r. podaje, iż w przypadku oczyszczalni nowo wybudowanych, rozbudowanych lub przebudowanych najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń podwyższa się maksymalnie o 50%, a wymaganą redukcję zanieczyszczeń obniża się o nie więcej niż 50% w stosunku do wartości normalnych podanych w tym Rozporządzeniu. Jeśli wymagana redukcja dla azotu ogólnego oraz fosforu ogólnego zostałaby zmniejszona o 50%, wówczas wszystkie 71 analizowanych próbek spełniłyby wymagania Rozporządzenia. 5. Wartość średnia dopływu ścieków do oczyszczalni w Żywcu w roku 2011 osiągnęła wartość m 3 d -1, co stanowiło tylko 40,3% wartości projektowej wynoszącej m 3 d -1. Należy jednak mieć na uwadze, iż projektowana przepuszczalność oczyszczalni jest to wartość przepływu na część biologiczną. Te wartości występują przy wiosennych roztopach oraz podczas intensywnych opadów i wysokim poziomie wody w

8 zbiorniku retencyjnym, jakim jest jezioro Żywieckie. Między innymi z powodu tych warunków, tzn. dużej zmienności dopływu pod względem hydraulicznym i ładunku zanieczyszczeń w przypadku oczyszczalni ścieków w Żywcu zdecydowano się na technologię sekwencyjną. 6. Uzyskane wyniki, pomimo niedociążenia hydraulicznego obiektu, pozwalają z nadzieją patrzeć na dalsze skuteczne funkcjonowanie oczyszczalni w Żywcu. Literatura: 1. Prawo wodne. Ustawa z dnia 18 lipca 2001 r. [Dz.U Nr 115 poz z późn. zm.]. 2. A.J. Królikowski, Gospodarka wodno-ściekowa na obszarach niezurbanizowanych, BBiWE, Białystok Rocznik Ochrona Środowiska 2011, Główny Urząd Statystyczny. 4. Kaczor G., Bugajski P. Wpływ wybranych czynników na efekt oczyszczania ścieków w przydomowej oczyszczalni typu Turbojet EP-2. Gaz, Woda i Technika Sanitarna nr Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód i do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego, [Dz.U. Nr 168, poz.1763 z późn. zm.]. 6. Z. Dymaczewski i in., Poradnik eksploatatora oczyszczalni ścieków, Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Poznań R. Błażejewski, Kanalizacja wsi, PZITS Oddział Wielkopolski, Poznań Strona internetowa: