Publikacje GreenWorld

Transkrypt

1 Osady ścikow odpadm (ni)bzpicznym. Andrzj Mizra Konsultant Naukowo Tchniczny Ds. InŜynirii Ochrony Środowiska Osady ścikow są produktm oczyszczania ścików i powstają na skutk szrgu procsów fizycznych, fizycznochmicznych i biologicznych zachodzących w oczyszczalniach ścików. Wg dfinicji zaproponowanj przz Europjski Komitt Normalizacyjny CEN osadm ścikowym nazywamy miszaninę wody i ciał stałych oddzilonych z róŝnych typów wody w rzultaci procsów naturalnych lub sztucznych. W Polskim ustawodawstwi w zakrsi gospodarowania odpadami w tym osadami ścikowymi obowiązuj ustawa z dnia r. (Dz. U z dnia r.), która w sposób jdnoznaczny rguluj podstawy prawn i administracyjn. Ponadto, dodatkowo w sprawi osadów ścikowych wydano Rozporządzni z dn. 11 sirpnia 1999r. dotycząc warunków jaki mają być spłnion przy wykorzystywaniu osadów ścikowych na cl niprzmysłow. Rozporządzni to w swj trści okrśla bardzo obszrni aspkty dotycząc warunków jaki muszą zostać spłnion przy stosowaniu osadów ścikowych w rolnictwi, a w szczgólności wprowadza wartości dopuszczaln stęŝń mtali cięŝkich w osadach oraz w glbach, na których osady t mają być stosowan, ponadto okrśla zakrs, częstotliwość badań oraz sposób poboru próbk do badań osadów ścikowych oraz glb. W rozporządzniu okrślon zostały obszary, na trni których ni wolno stosować osadów ścikowych, a ponadto zdfiniowano trmin wykorzystani osadów ścikowych na cl niprzmysłow - jst to wprowadzni na grunty do rkultywacji, na potrzby rolnicz i potrzby nirolnicz, stosowani w rolnictwi, wprowadzani wraz z nasionami roślin na powirzchni naraŝon na rozj, stosowani do uprawy roślin przznaczonych do produkcji kompostu oraz kompostowani osadów ścikowych. Jak juŝ wczśnij wspomniano, osady ścikow są produktm ubocznym procsu oczyszczania ścików, gdzi ich ilość w głównj mirz uzalŝniona jst od przyjętj i ralizowanj tchnologii oczyszczania, sposobu i stopnia oczyszczania ścików oraz stopnia rozkładu substancji organicznych w procsi tzw. stabilizacji. Biorąc pod uwagę procs przróbki osadów ścikowych w cyklu tchnologicznym rozróŝniamy: a/ obróbkę wstępną osadów, b/ obróbkę końcową osadów. Clm przróbki osadów powstających w procsi oczyszczania ścików jst ich uniszkodliwini w aspkci sanitarnym, zmnijszni ich objętości i końcow usunięci. Procs tn, który ma charaktr bardzo złoŝony ralizowany jst jako ciąg procsów jdnostkowych, w trakci których ralizuj się transfr faz osadu czyli wzajmn przmiszczani fazy stałj i cikłj mając na clu ich oddzilni, a następni odprowadzniu fazy cikłj z objętości osadu. JŜli w trakci tgo procsu osad zmnijsza swoją objętość ni tracąc własności ciczy nazywamy to umowni zagęszczanim natomiast jśli osad poddawany jst zwnętrznym oddziaływaniom mchanicznym, zmnijsza objętość i traci własności ciczy uzyskując wytrzymałość postaciową mówimy wtdy o odwadnianiu. Ogólna charaktrystyka procsów jdnostkowych przróbki osadów ścikowych. Obróbka wstępna. Kondycjonowani - ma na clu przygotowani osadów do procsu, który ma nastąpić po nim - moŝ nastąpić w róŝnych mijscach tchnologiczngo układu. Publikacj GrnWorld 1

2 Rodzaj Kondycjonowani często jst stosowan zaraz po wydzilniu osadów przd ich wstępnym zagęszcznim i wtdy nazywan jst kondycjonowanim wstępnym. Najczęścij stosuj się kondycjonowani dwukrotni jako wstępn oraz przd odwodninim osadów po procsach stabilizacyjnych. Chodzi tutaj o uzyskani jak największgo fktu odwodninia, co warunkuj niktór sposoby wykorzystania czy dalszgo postępowania z osadami. Rasumując, kondycjonowani ma doprowadzić do zmiany struktury osadu i stanu powirzchni zdysprgowanych cząstk fazy stałj, a w konskwncji do zwiększnia rozmiarów cząstk i zmnijsznia sił wiąŝących cząstki z wodą. Mtody kondycjonowania moŝna podzilić na fizyczn i chmiczn. Zagęszczani osadów - pominięci tgo procsu jdnostkowgo lub jgo niskutczność jst powaŝnym błędm tchnologicznym i konomicznym. Efktywność procsu zagęszczania zalŝy w sposób oczywisty od mtody zagęszczania oraz rodzaju osadu, który wynika ni tylko z fazy otrzymania ( wstępny, nadmirny), lcz równiŝ sposobu przygotowania osadu (kondycjonowani) oraz charaktru ścików, z których osad pochodzi. RozróŜniamy: - zagęszczani grawitacyjn, - zagęszczani flotacyjn, - zagęszczani mchaniczn. W tabli 1 przdstawiono fkt zagęszczania osadów w zalŝności od rodzaju osadu oraz mtody zagęszczania. Tabla 1. Przd zagęszczni m Zawartość s.m. w osadzi Po zagęszczniu róŝnymi mtodami Osad wstępny Nadmir ny osad czynny , Osad zminny 2-5, Stabilizacja osadów. Osad ustabilizowany jst to taki osad, który: - ni zawira, wntualni zawira minimaln ilości substancji organicznych podatnych na rozkład biologiczny, - ma niską intnsywność oddychania, - ni jst uciąŝliwy zapachowo, - dobrz sdymntuj, - dobrz się odwadnia. W tchnic przróbki osadów ścikowych występuj kilka mtod stabilizacji, a mianowici: - stabilizacja tlnowa, - stabilizacja tlnowa psychrofilna, - stabilizacja tlnowa trmofilna, - stabilizacja bztlnowa, - stabilizacja bztlnowa mzofilna, - stabilizacj dwustopniow, - stabilizacja dwustopniowa tlnowo - bztlnowa, - stabilizacja dwustopniowa bztlnowo - bztlnowa, - stabilizacja dwustopniowa bztlnowo - tlnowa Uzdatniani - jst koljnym tapm w procsi przróbki osadów ścikowych. W ścikach komunalnych, w których obcni występują równiŝ ściki przmysłow, moŝ występować szrg zaniczyszczń utrudniających lub unimoŝliwiających biologiczn oczyszczani ścików oraz biochmiczną stabilizację osadów jak równiŝ wykorzystani rolnicz tychŝ osadów. Jdnym z takich zaniczyszczń jst występowani w osadach ścikowych mtali cięŝkich, któr kształtuj się w dość szrokich granicach, a mianowici: - dla osadów surowych - w mg/kg s.m.: arsn 3-6 chrom cynk kadm midź nikil ołów Z powyŝszych względów (duŝy rozrzut) granic toksyczności mtalami cięŝkimi muszą być wyznaczon indywidualni dla danj oczyszczalni. Publikacj GrnWorld 2

3 Biorąc pod uwagę przyrodnicz wykorzystani osadów ścikowych obciąŝon zawartością mtali cięŝkich stosuj się j do: - rkultywacji, - jako przkładki na składowiskach odpadów, - pod zilń mijską, - składowani na składowiskach. Natomiast zwiększni zakrsu przyrodniczgo wykorzystania osadów osiągnąć moŝna poprzz działania ograniczając zrzuty z ścikami mtali cięŝkich m.in. poprzz stosowani tchnologii oczyszczania ścików umoŝliwiających usuwani mtali cięŝkich u źródła oraz stosowani w procsach produkcyjnych matriałów i środków ni zawirających mtali cięŝkich. Ponadto do grupy nibzpicznych związków organicznych, któr pojawiają się w osadach nalŝą: - dioksyny i furany, - PCB - pstycydy chloroorganiczn, - substancj chlorowcopochodn adsorbowan (AOX) i kstrahowan (EOX), - WWA, - ftalany (dwutylohksyloftaln). Obróbka końcowa. Odwadniani. W wyniku wczśnij omówiongo procsu zagęszczania osadów otrzymujmy osady zawirając jszcz duŝ ilości wody. NalŜy wówczas zastosować koljny procs jdnostkowy, którym jst odwadniani. Odwadniani pozwala uzyskać optymalną zawartość wilgoci, która jst potrzbna dla dalszych procsów i ostatczngo przznacznia osadu. Przyjmuj się, Ŝ osady przznaczon do złoŝnia na składowisku powinny zawirać poniŝj 65% wilgoci. Natomiast jŝli osady są przznaczon do kompostowania, to powinny zawirać tyl wody, aby ogólna wilgotność kompostowanj masy była na poziomi 50-60% w zalŝności od mtody kompostowania. Trudnij natomiast jst okrślić poziom wilgotności osadów przznaczonych do bzpośrdnigo wykorzystania przyrodniczgo czy rolniczgo. Uwarunkowan jst to od odlgłości na jaką osad ma być transportowany i mtody transportu (aspkty konomiczn) oraz od mtody nanosznia na grunt i rodzaj gruntu. Osady przznaczon do susznia, pirolizy i spalania im bardzij będą odwodnion tym lpij. Podatność osadów na odwadniani zalŝy od charaktrystyki zaniczyszczń trafiających do ścików, stanu tych zaniczyszczń w czasi wpływu ścików do oczyszczalni, tchnologii oczyszczania ścików oraz tapu oczyszczania, na którym osady są wyodrębnian. Ogólni mówiąc, najłatwij odwadniają się osady wstępn, nico gorzj osady miszany, a najgorzj osady czynn nadmirn. Podczas wyboru mtody odwadniania uwzględnia się warunki lokalizacji oczyszczalni, moŝliwości inwstora, przznaczni osadu oraz wyniki przprowadzonj charaktrystyki osadu, która swym zakrsm objmuj szrg badań analitycznych takich jak: - zawartość związków organicznych, - gęstość, - wilkość cząstczk i procntowy udział koloidów, - potncjał zta, - opór właściwy, - ściśliwość oraz wil innych. Do mtod odwadniania zaliczamy: - odwadniani na poltkach i lagunach, - odwadniani mchaniczn. Obcni coraz częścij odchodzi się od tak zwanych naturalnych mtod odwadniania osadów na poltkach i lagunach. Urządznia mchaniczn do odwadniania osadów są powszchni dostępn, a ich skutczność stosunkowo wysoka. Mtody naturaln z koli wymagają znacznych powirzchni, co szczgólni w przypadku większych oczyszczalni, połoŝonych blisko skupisk ludzkich jst kłopotliw. Nimnij jdnak ni nalŝy sądzić, Ŝ mtody naturaln ni mają przyszłości. Szczgólni w tj kwstii moŝmy powidzić o odwadnianiu hydrobotanicznym, czyli oddziaływaniu roślin na procs odwadniania osadów gromadzonych na poltkach i lagunach. Publikacj GrnWorld 3

4 Mtoda hydrobotaniczngo odwadniania osadów posiada wysoką skutczność przy niskich kosztach. Natomiast odwadniani mchaniczn w porównaniu z mtodami naturalnymi zapwnia duŝą skutczność i stabilność procsu nizalŝni od pory roku oraz moŝliwość biŝącgo korygowania fktywności. Do wad odwadniania mchaniczngo nalŝy wyminić: wysoki koszty inwstycyjn i ksploatacyjn. Higinizacja osadów. SkaŜni osadów nipoŝądanymi mikroorganizmami chorobotwórczymi jst zalŝn od ścików dopływających do oczyszczalni. Większ zagroŝnia mogą wynikać z udziału w ogólnj masi dopływu ścików z zakładów prztwarzających produkty zwirzęc oraz obiktów słuŝby zdrowia. Higinizacja osadów moŝ zachodzić w róŝnym stopniu w róŝnych procsach przrobu osadów, lub w procsi wydzilonym, którgo wyłącznym clm jst higinizacja. Procsy stabilizacji tlnowj lub bztlnowj znaczni obniŝają poziom zakaŝń, jdnak nawt ralizowan w warunkach trmofilnych ni dają gwarancji płnj higinizacji, jśli ni są prowadzon przy zachowaniu szczgólnych wymagań. Wysoki stopiń higinizacji jst uzyskiwany przy długookrsowym odwadnianiu na poltkach osadowych. Skutczna higinizacja jst szczgólni waŝna, jśli osad jst przznaczony dla rolniczgo wykorzystania. Do procsów higinizacji osadów ścikowych nalŝą: - pastryzacja, - wapnowani, - higinizacja radiacją. Pastryzacji poddaj się zwykl osady zagęszczon. Procs polga na podgrzaniu osadu i utrzymaniu jgo tmpratury na okrślonym poziomi przz pwin czas. Pastryzacja moŝ być ralizowana w róŝnych mijscach procsu tchnologiczngo: przd frmntacją, między I i II stopnim frmntacji mtanowj, po frmntacji, po stabilizacji tlnowj itp. Wapnowani jst to procs oddziaływania wapna na osad ścikowy poddawany higinizacji. Oddziaływani to ma na clu podwyŝszni ph do wartości, przy których następuj inaktywacja nzymów i występują zmiany w budowi białk. JŜli zostani zastosowany tlnk wapnia CaO, zamiast wapna hydratyzowango, wówczas dochodzi drugi oddziaływani, którym jst podwyŝszona tmpratura. Higinizacja radiacją. Całkowit wyjałowini osadów moŝna uzyskać stosując wiązki przyśpiszonych lktronów oraz prominiowani γ. Mtody t są dość drogi pod względm kosztów inwstycyjnych i ksploatacyjnych, nimnij są stosowan w takich krajach jak: Nimcy, USA, Kanada. Wiązki lktronów stosowan są do wyjaławiania osadów cikłych, a prominiowani γ do cikłych, odwodnionych i suchych. Wykorzystani osadów ścikowych. Wykorzystani osadów ścikowych jst aspktm dość kontrowrsyjnym i wymuszającym szrg pytań, a mianowici, co nalŝy zrobić z osadami z ścików po zakończniu procsów ich przrobu w oczyszczalni. Czy bardzij racjonalni pod względm ochrony środowiska i konomii jst wykorzystani przyrodnicz osadów ścikowych, czy tŝ ich składowani lub spalani. Odpowidzi mogą być tutaj podzilon, a więc spróbujmy przanalizować procs przyrodniczgo wykorzystania osadów ścikowych. Osady z ścików komunalnych, z oczyszczalni wijskich, z ścików przmysłu rolno-spoŝywczgo obfitują w bogat źródła składników pokarmowych dla roślin oraz wykazują bardzo skutczn oddziaływani glbotwórcz, a wprowadzon do wirzchnich warstw bzglbowgo gruntu nadają tj warstwi biologiczną aktywność, właściwą dla glb urodzajnych. O wartości nawozowj osadu dcyduj zawartość głównych składników pokarmowych dla roślin jak: N; P; K; Mg; Ca oraz mikrolmntów. Publikacj GrnWorld 4

5 Właściwości glbotwórcz osadów wynikają przd wszystkim z obcności w osadach duŝj ilości substancji organicznych, stanowiących bogat środowisko dla działalności mikroorganizmów oraz substancji podatnych na tworzni humusu. Inną mtodą przyrodniczgo wykorzystania osadów ścikowych jst ich przygotowani w procsi kompostowania. Nawozy kompostow mają wyjątkowo duŝ właściwości glbotwórcz, ich substancj organiczn pozostają w glbi przz dłuŝszy czas przz co następuj poprawa glby pod względm biologicznym. Procsowi kompostowania moŝna poddawać osady surow, to znaczy nistabilizowan frmntacją mtanową lub tlnowo, jak równiŝ osady stabilizowan. Mogą to być osady higinizowan wczśnij jak równiŝ osady nihiginizowan. Czynniki ograniczając wykorzystani osadów ścikowych. ralizowana w ramach róŝnych procsów przrobu np. w procsi stabilizacji osadów. Odnośni mtali cięŝkich okrślono wartości dopuszczaln stęŝń w glbach, na których mają zostać zastosowan osady ścikow. W tabli 2 przdstawiono porównani wartości dopuszczalnych stęŝń mtali cięŝkich w glbi w odnisiniu do polskigo i unijngo prawodawstwa. l.p. Mtal cięŝki Grunt y lkki mg/kg s.m. Grunt y śrdni Grunt y cięŝki Dyrktywa 86/278/E WG 1 kadm midź nikil ołów cynk rtęć 0,8 1,2 1,5 1-1,5 7 chrom Procs tchnologiczny przróbki osadów ścikowych jst dość skomplikowany, tym bardzij, Ŝ procsy jdnostkow wchodząc w jgo skład i mając za zadani całkowit uniszkodliwini osadów pod względm sanitarno-higinicznym są dobiran w zalŝności od indywidualnych paramtrów ścików występujących w okrślonych oczyszczalniach. Nimnij jdnak dość duŝo kontrowrsji budzi zagospodarowani osadów ścikowych szczgólni na cl niprzmysłow. Związan jst to z występowanim w osadach ścikowych takich substancji toksycznych jak: WWA, PCDD, PCDF, PCB. Innymi czynnikami ograniczającymi przyrodnicz wykorzystani osadów ścikowych są: - mtal cięŝki szczgólni taki, któr wykazują zdolności do kumulowania się w organizmach. NalŜą do nich: Cd, Zn, Pb, Hg, oraz niwykazujący tj tndncji Ni. - organizmy chorobotwórcz; główni baktri i jaja pasoŝytów przwodu pokarmowgo. SkaŜni osadów mikroorganizmami jst zalŝn od skaŝnia ścików oraz skutczności zastosowanj higinizacji, która moŝ być Ponadto ustalono następując warunki: 1/ ilości mtali cięŝkich, któr mogą być wprowadzon z osadm ścikowym w ciągu roku do glby, śrdnio w okrsi 10 lat, ni mogą przkroczyć [g/ha/rok]: Pb Cd - 20 Cr Cu Ni Hg - 10 Zu / dawka osadu ścikowgo ni moŝ przkroczyć 10 t/ha w okrsi 5 lat. Chorobotwórcz wirusy i baktri z koli utrzymują w środowisku tzw. stan wirulncji, czyli zjadliwości, który przbiga od kilku tygodni do kilkunastu misięcy, pirwotniaki i tasimc zachowują inwazyjność ok. 1 roku, a jaja nicini pasoŝytniczych kilka do kilkunastu lat. Nawt bardzo drastyczn zabigi fizyczn i chmiczn skirowan na zabici organizmów chorobotwórczych w ścikach są mało skutczn. Najtrudnij ulgają zniszczniu jaja Publikacj GrnWorld 5

6 nicini pasoŝytniczych glisty ludzkij (Ascaris lumbricoids) i glisty psij (Toxocara canis). Na podstawi przprowadzonych badań stwirdzono, Ŝ podczas stosowania standardowych mtod dzynfkcji osadów ścikowych jaja tych pasoŝytów ulgają dstrukcji w warunkach tlnowych w tmpraturz 55 o C po upływi 2 godzin, a w tmpraturz 45 o C dopiro po 2 dniach, natomiast w warunkach bztlnowych giną w tmpraturz 45 o C, a w tmpraturach niŝszych mają jdyni opóźniony rozwój zarodkowy. Trmiczna przróbka osadów ścikowych. Spalani osadów jst najbardzij radykalnym narzędzim gospodarki osadami i moŝ być fktywną mtodą zagospodarowania osadów, jŝli jst prowadzon właściwi. Panuj przkonani, Ŝ spalani jst procsm kosztownym, który ni jst konkurncyjny w stosunku do tanich mtod składowania. JdnakŜ w długotrminowym składowaniu rzczywist koszty mogą być większ od nakładów na spalani. Dcyzję o trmicznj przróbc dango osadu lub miszaniny osadów nalŝy podjąć odnosząc się do następujących kwstii: - czy dany osad nadaj się do spalnia, - jakigo typu spalarni wymaga, - jaki jst wynik porównania kosztów spalania w odnisiniu do inngo sposobu zagospodarowania, biorąc pod uwagę własności fizyczn, chmiczn i trmodynamiczn osadu. Spośród sposobów trmiczngo uniszkodliwiania osadów wyróŝnia się sposoby wykorzystując istnijąc instalacj produkcyjn oraz instalacj do samodzilngo spalania osadów. Spalani osadów w instalacjach produkcyjnych lub inaczj przznaczonych do innych clów ralizuję się w lktrowniach węglowych, w cmntowniach oraz spalarniach stałych odpadów komunalnych. W Polsc wyminion rozwiązania bywają stosowan główni do likwidacji niktórych osadów z ścików przmysłowych. Natomiast spalani osadów ścikowych w instalacjach konstrukcyjni przznaczonych do tgo clu ralizuj się główni w picach wilopółkowych, gdzi osad wprowadza się na górn półki, z których przmiszczany jst na coraz niŝsz poziomy, a po drodz ulga spalniu przy tmpraturz o C. Osady ścikow przznaczon do spalnia muszą być ni tylko odwodnion, al równiŝ wczśnij suszon. Suszni przy wysokich tmpraturach powoduj utlniani się szrgu związków i jśli ni odbywa się w tj samj komorz, w którj następuj spalani to wymaga odrębngo układu urządzń oczyszczających gazy odlotow. Aspkt tn podyktowany jst warunkami dotyczącymi ochrony środowiska, stąd procs trmiczngo uniszkodliwinia osadów powinin zapwnić: - całkowit spalni bz pozostawinia substancji palnych w ŜuŜlu, - uzyskani ŜuŜla bz składników toksycznych rozpuszczalnych w wodzi, - odpylni i nutralizacja spalin do stęŝń zgodnych z aktualnymi normami, a szczgólni: * zatrzymani tlnków mtali cięŝkich w systmi odpylania i nutralizacji spalin, * wykorzystani nrgii ciplnj spalin i optymaln korzystani z paliwa dodatkowgo, * bzpiczną pracę oraz bzpiczn składowani i przrób: ŜuŜli, pyłów, produktów z pirolizy itp. Podsumowani. Jak widzimy przrób osadów ścikowych, a następni jgo wykorzystani przyrodnicz jst procsm tchnologiczni złoŝonym, tym bardzij, Ŝ wchodzi tutaj nijdnokrotni aspkt prawny dotyczący ochrony środowiska, i który ogranicza w pwnych przypadkach załoŝon algorytmy tchnologiczn. Związan jst to z występowanim w ścikach, a następni w osadach substancji toksycznych. W związku z tym nalŝałoby rozwaŝyć moŝliwość opracowania szczgółowych planów rdukcji potncjalni groźnych substancji lub związków trafiających do kanalizacji. Substancj t obcn są w środkach czystości, środkach piorących, kosmtykach, lkach, paszach zwirzęcych, plombach amalgamatowych i in. Działania t powinny być ukirunkowan na: Publikacj GrnWorld 6

7 - rdukcję ilości potncjalni nibzpicznych substancji, matriałów, lmntów lub związków trafiających do kanalizacji, do poziomu odpowiadającgo wartościom granicznym stęŝnia mtali cięŝkich i związków organicznych, proponowango dla uzyskania pozytywngo działania osadów ścikowych, - maksymalizację udziału osadów ścikowych nadających się do wykorzystania jak tŝ i minimalizację ilości mtali cięŝkich oraz związków organicznych odprowadzanych do środowiska naturalngo, - informowani klintów o składzi wyrobów, substancji i matriałów, któr mogłyby trafić do kanalizacji oraz sposobach ich usuwania, ni powodujących zaniczyszcznia ścików. Ponadto nalŝałoby się bliŝj przyjrzć przyrodniczmu wykorzystaniu osadów ścikowych, szczgólni na trnach silni zdgradowanych przmysłowo. W związku z tym byłaby gwarancja, Ŝ osady trafiając do uŝyźninia glby są zgodn z dopuszczalnymi normami środowiskowymi pod względm bzpiczństwa w odróŝniniu od osadów, któr trafiają na składowiska odpadów i zawirając nijdnokrotni dość spor dawki toksyn zagraŝających środowisku naturalnmu. Publikacj GrnWorld 7