REDUKCJA FOSFORU OGÓLNEGO W ŚCIEKACH Z MAŁYCH PRZYDOMOWYCH OCZYSZCZALNI

Transkrypt

1 Anna Wiejak* REDUKCJA FOSFORU OGÓLNEGO W ŚCIEKACH Z MAŁYCH PRZYDOMOWYCH OCZYSZCZALNI Zawartość fosforu jest jednym z parametrów kontrolowanych podczas określania skuteczności oczyszczania ścieków przez małe przydomowe oczyszczalnie. Przedmiotem badań opisanych w artykule było oznaczanie fosforu ogólnego oraz wyznaczenie stopnia redukcji fosforu w ściekach oczyszczonych, pochodzących z takich oczyszczalni. 1. Wstęp Związki fosforu zawarte w ściekach dzieli się na trzy główne grupy: ortofosforany, polifosforany i fosfor organicznie związany. Fosfor ogólny jest sumą wymienionych form fosforu. W ściekach występuje on zarówno w formie rozpuszczonej, jak i w zawiesinie. Stężenie związków fosforu w ściekach surowych zawiera się zwykle w przedziale od kilkunastu do kilkudziesięciu mg/litr. Związki fosforu nie są toksyczne, ale stanowią czynnik powodujący eutrofizację, czyli szybki, nadmierny rozwój mikroorganizmów: na przykład około 1 g fosforu może spowodować wzrost około 1700 g masy glonów. Procesy rozkładu glonów po ich obumieraniu są procesami tlenowymi, gdzie tlen jest zużywany między innymi na utlenienie azotu do azotanów i węgla do dwutlenku węgla. Duże zużycie tlenu powoduje z kolei deficyt tlenu rozpuszczonego, wpływający na obumieranie ryb. W związku z tym niezwykle istotne jest zredukowanie zawartości fosforu w ściekach wypływających z oczyszczalni przed odprowadzeniem ich do odbiornika. Troska o środowisko naturalnie powoduje, że temat oczyszczania ścieków jest coraz częściej rozpatrywany w aspektach rozwoju terenów niezurbanizowanych. Jednym z coraz popularniejszych sposobów ochrony środowiska, zapobiegania jego degradacji, jest budowa ekologicznych oczyszczalni ścieków [1 3]. Małe, przydomowe oczyszczalnie ścieków są idealnym rozwiązaniem w przypadku domów położonych poza obszarami uzbrojonymi (posiadającymi dostęp do sieci kanalizacyjnej), na przykład * mgr inż. Zakład Materiałów Budowlanych ITB 21

2 domu jednorodzinnego poza miastem, domku letniskowego, domów szeregowych czy też ośrodków wczasowych lub niewielkich obiektów sportowych. Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego [4], w odniesieniu do ścieków pochodzących z własnego gospodarstwa domowego oraz rolnego, które są wprowadzane: do wód mają zastosowanie najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń (BZT 5, ChZT Cr, zawiesiny ogólne, azot ogólny, fosfor ogólny) określone w rozporządzeniu w odniesieniu do równoważnej liczby mieszkańców poniżej 2000, do ziemi, w granicach gruntu stanowiącego własność wprowadzającego BZT 5 ścieków dopływających musi być zredukowane co najmniej o 20%, a zawartość zawiesin ogólnych co najmniej o 50%, do urządzeń wodnych, w granicach gruntu stanowiącego własność wprowadzającego mają zastosowanie najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń jw., określone w rozporządzeniu odnośnie do równoważnej liczby mieszkańców: od 2000 do Najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń odprowadzanych do wód wynoszą: pięciodobowe biochemiczne zapotrzebowanie tlenu BZT 5 40 mg O 2 /l, chemiczne zapotrzebowanie tlenu ChZT zawiesiny ogólne 50 mg/l, azot ogólny 30 mg N/l, fosfor ogólny 5 mg P/l. Nie jest normowana zawartość fosforu ogólnego, jeżeli ścieki bytowe są wprowadzane do rzek i gruntu. Wartość fosforu ogólnego określona w załączniku nr 1 do cytowanego rozporządzenia dotyczy wyłącznie ścieków wprowadzanych do jezior i ich dopływów oraz bezpośrednio do sztucznych zbiorników wodnych usytuowanych na wodach płynących. Procesy biologicznej redukcji fosforu, pomimo coraz większej wiedzy o technologii oczyszczania ścieków, to procesy skomplikowane i mało stabilne, a ich mechanizmy nie są jeszcze dokładnie poznane. Stosunkowo niedawno klasycznym sposobem usuwania fosforu ze ścieków było chemiczne strącanie, nie zawsze pozwalające na wystarczającą redukcję fosforu. Usunięcie fosforu organicznego ze ścieków jest trudne i może nastąpić w wyniku destrukcji w procesie utlenienia chemicznego lub anaerobowej biodegradacji związków organicznych zawierających fosfor [5-7]. Do usuwania związków fosforu ze ścieków wykorzystuje się zdolność niektórych bakterii, na przykład z rodzaju Acinetobacter i Arthrobacter, do magazynowania w komórkach takich ilości fosforu, które przewyższają ich potrzeby fizjologiczne. 22

3 Proces oczyszczania jest związany z budową oczyszczalni i przebiegającymi w nich procesami w warunkach tlenowych i beztlenowych. Małe oczyszczalnie ścieków przeznaczone dla obliczeniowej liczby mieszkańców do 50, są wyrobami zaliczanymi do systemu zgodności 3, a ITB w ramach wstępnych badań typu wykonuje badania dotyczące między innymi skuteczności oczyszczania ścieków. Skuteczność oczyszczania określona jest redukcją parametrów: BZT 5, ChZT Cr, zawiesiny ogólnej, azotu ogólnego i fosforu ogólnego, co monitoruje się na dopływie i odpływie oczyszczalni. Fosfor ogólny oznacza się według PN-EN ISO 6878 [8]. Analiza pozwala na ocenę stopnia zanieczyszczenia ścieków odprowadzanych z oczyszczalni oraz ocenę efektywności usuwania poszczególnych zanieczyszczeń wyrażoną w procentach redukcji (wskaźnik skuteczności), liczoną według wzoru Pi P R = P w którym: P i wartość parametru na wejściu do oczyszczalni, P o wartość parametru na wyjściu z oczyszczalni. Celem badań opisanych w artykule było wdrożenie metody oznaczania fosforu ogólnego zgodnie z PN-EN ISO 6878 i rozszerzenie zakresu akredytacji Laboratorium Materiałów Budowlanych. Wykonano szereg oznaczeń fosforu oraz wyznaczono stopień redukcji fosforu w ściekach oczyszczonych pochodzących z małych przydomowych oczyszczalni ścieków, badanych w ITB. i o 2. Metoda oznaczania fosforu ogólnego w ściekach surowych i oczyszczonych Fosfor ogólny oznaczano według PN-EN ISO 6878:2006. Pierwszym etapem oznaczenia jest przeprowadzenie związków fosforu w ortofosforany. Zastosowano mineralizację przez ogrzewanie zakwaszonych, przesączonych próbek ścieków w autoklawie z nadtlenodwusiarczanem potasu. Próbki mineralizowano przez 30 min w temperaturze około 120 C. Po mineralizacji doprowadzono ph próbki do wartości od 4 do 10 i dodano roztwory kwasu askorbinowego i kwasu molibdenowego. Jony ortofosforanowe w kwaśnym roztworze zawierającym jony molibdenianowe i jony antymonu tworzą kompleksy fosforomolibdenianu amonu. W wyniku redukcji kompleksu kwasem askorbinowym powstaje intensywnie zabarwiony kompleks błękitu molibdenowego. Zmierzono absorbancję roztworów, odnosząc wynik do krzywej kalibracji (roztwory o zawartości ortofosforanów od 0,04 mg P/l do 0,8 mg P/l.). Krzywa wzorcowa jest przygotowywana w taki sam sposób, jak próbki ścieków. Pomiary wykonano przy długości fali 880 nm. 23

4 3. Oznaczanie zawartości fosforu ogólnego w ściekach surowych i oczyszczonych Zawartość fosforu w ściekach jest bardzo zmienna. Zależy do ilości zużywanych przez gospodarstwo domowe detergentów, środków czystości, częstotliwości gotowania, używania różnorodnych produktów o różnej zawartości fosforu. Zmienność ta przekłada się na różnorodną zawartość fosforu w ściekach surowych. Zawartość fosforu w ściekach oczyszczonych uzależniona jest natomiast nie tylko od jego poziomu w ściekach surowych, ale i od efektywności ich oczyszczania przez przydomową oczyszczalnię ścieków. Wykonano oznaczenia zawartości fosforu ogólnego w próbkach ścieków z trzech oczyszczalni, oznaczonych cyframi rzymskimi od I do III. Wyniki prób przedstawiono w tablicy 1 oraz na rysunkach 1 i 2. Badania typu skuteczności oczyszczania ścieków muszą potwierdzić uzyskanie wymaganych wskaźników skuteczności, w tym skuteczności oczyszczania fosforu, w pełnym cyklu badawczym, trwającym minimum 38 tygodni, uszczegółowionym w normie PN-EN Pełen cykl badawczy zawiera 10 etapów różniących się obciążeniem oczyszczalni, w tym okres wpracowania biomasy, pięć okresów z przepływem nominalnym, dwa z niskim oraz jeden z przeciążeniem oczyszczalni. Oznaczano fosfor w ściekach pobieranych w różnych terminach tylko w okresach nominalnej pracy oczyszczalni. W związku z tym na podstawie uzyskanych wyników nie można wyznaczyć średniego stopnia redukcji (wskaźnika skuteczności) fosforu w ściekach, niemniej jednak dają one rozeznanie co do możliwości redukcji fosforu przez każdą z badanych oczyszczalni. Zawartość fosforu w badanych ściekach jest zmienna, zależy przede wszystkim od składu ścieków. Wyraźnie widać różnicę w zawartości fosforu w ściekach surowych dopływających do I oczyszczalni w stosunku do dwóch pozostałych. Oczyszczalnia nr I zainstalowana była w indywidualnym gospodarstwie domowym, natomiast oczyszczalnie nr II i III pracowały na terenie ITB. Jak widać, skuteczność oczyszczania uzależniona jest od typu oczyszczalni. Średnie wskaźniki redukcji wyliczone na podstawie wykonanych pomiarów są różne dla każdej z trzech badanych oczyszczalni (I 65%, II 56%, III 32%). Dużą zmienność wskaźnika obserwuje się również w obrębie jednej oczyszczalni (I od 38% do 82%, II od 19% do 70%, III od 24% do 40%). W większości próbek ścieków oczyszczonych (11 z 14) zawartość fosforu była mniejsza niż 5mg/l, czyli kształtowała się poniżej dopuszczalnego poziomu dla wód, które zgodnie z wymaganiami rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. [4] mogą być odprowadzane bezpośrednio do zbiorników wodnych. 24

5 Tablica 1. Wyniki dotyczące zawartości fosforu w próbkach ścieków z trzech oczyszczalni Table 1. Results of phosphorus content in sewage from three wastewater treatment plants Data poboru ścieków Rodzaj ścieków Zawartość fosforu, mg P/l I surowe 2,3 I oczyszczone 0,46 I surowe 0,92 I oczyszczone 0,37 I surowe 6,2 I oczyszczone 1,1 II surowe 5,3 II oczyszczone 4,3 I surowe 6,3 I oczyszczone 3,9 II surowe 4,8 II oczyszczone 3,4 II surowe 9,8 II oczyszczone 5,7 II surowe 9,5 II oczyszczone 3,7 II surowe 13,6 II oczyszczone 4,1 II surowe 9,0 II oczyszczone 3,8 III surowe 9,0 III oczyszczone 6,8 III surowe 10,5 III oczyszczone 7,6 III surowe 7,5 III oczyszczone 4,5 III surowe 6,1 III oczyszczone 3,9 Stopień redukcji (wskaźnik redukcji), %

6 Rys. 1. Wyniki dotyczące zawartości fosforu ogólnego w próbkach ścieków z trzech oczyszczalni Fig. 1. Results of phosphorus content in sewage from three wastewater treatment plants Rys. 2. Wskaźnik skuteczności oczyszczania ścieków w przypadku fosforu ogólnego (dotyczy danych z tabl. 1 i rys. 1) Fig. 2. Treatment efficiency ratio for phosphorus (it concerns the table 1 and fig.1) 26

7 3. Podsumowanie Redukcja fosforu jest uzależniona od typu oczyszczalni. Zawartość fosforu w badanych ściekach oczyszczonych jest bardzo zróżnicowana. W większości próbek ścieków oczyszczonych ilość fosforu jest mniejsza niż 5mg/l, czyli kształtuje się poniżej dopuszczalnego poziomu dla wód, które zgodnie z wymaganiami rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. mogą być odprowadzane bezpośrednio do zbiorników wodnych. Bibliografia [1] Błażejewski R.: Innowacje w oczyszczaniu małych ilości ścieków. Wodociągi i kanalizacja, 7, 2006 [2] Łomotowski J., Szpindor A.: Nowoczesne systemy oczyszczania ścieków. Arkady, Warszawa 1999 [3] Mazurkiewicz J.: Oczyszczalnie przydomowe stan obecny, najnowsze technologie i perspektywy rozwoju. Przegląd Komunalny, 11, 2007 [4] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego. DZ.U. 2006, nr 137, poz. 984 [5] Gromiec M. J.: Ocena usuwania C, N, P w bezreagentowej technologii BIOSET na przykładzie danych z pracy oczyszczalni ścieków w Węgorzewie. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 7 8, 2005, s [6] Mazurkiewicz J.: Skuteczność usuwania zanieczyszczeń przez przydomowe oczyszczalnie ścieków. Kanalizacja terenów niezurbanizowanych. [W:] Konferencja Naukowo- -Techniczna, Poznań, listopada 2008 [7] Styka W.: Ocena udziału defosfatacji denitryfikacyjnej w usuwaniu fosforu w reaktorach SRB., Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 12, 2004 [8] PN-EN ISO 6878:2006 Jakość wody. Oznaczanie fosforu. Metoda spektrofotometryczna z molibdenianem amonu REDUCTION OF PHOSPHORUS IN SEWAGE FROM HOUSEHOLD-BASED SEWAGE TREATMENT PLANTS Summary Content of phosphorus is one of the parameters monitored during determination of effectiveness of small, household - based sewage treatment plants. The subject of tests described in the paper was to select the optimal parameters for the determination of total phosphorus after peroxodisulfate oxidation and to calculate the reduction index of phosphorus in treated sewage from house-based sewage treatment plant. Praca wpłynęła do Redakcji 13 II 2013 r. 27