ZASTOSOWANIE BIOFILTRACJI W OCZYSZCZANIU ODOROTWÓRCZYCH GAZÓW EMITOWANYCH Z WYBRANEJ OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW

Transkrypt

1 Izabela SÓWKA, Urszula KITA, Alicja NYCH, Paweł ZWOŹDZIAK, Piotr SOBCZYŃSKI * dezodoryzacja metody biologiczne stężenie zapachowe ZASTOSOWANIE BIOFILTRACJI W OCZYSZCZANIU ODOROTWÓRCZYCH GAZÓW EMITOWANYCH Z WYBRANEJ OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW Omówiono najważniejsze potencjalne źródła odorów w obiektach oczyszczalni ścieków. Porównano biologiczne metody oczyszczania złowonnych gazów. Na przykładzie wybranej oczyszczalni ścieków przeprowadzono ocenę skuteczności biofiltracji w redukcji uciążliwości zapachowej. Oceny dokonano na podstawie stężenia zapachowego w wyznaczonych punktach pomiarowych oznaczonego metodą olfaktometrii dynamicznej. 1. WPROWADZENIE Oczyszczalnie ścieków bardzo często są obiektami uciążliwymi zapachowo. Obecnie ważnym elementem już na etapie projektowania, czy planowania inwestycji w zakresie oczyszczania ścieków jest uwzględnienie systemów zmierzających do obniżenia emisji złowonnych gazów (w związku z tym zmniejszenie uciążliwości zapachowej) emitowanych na poszczególnych etapach procesów technologicznych oczyszczania ścieków. W celu redukcji emisji zapachów z oczyszczalni ścieków komunalnych, zbiorniki nieoczyszczonych ścieków lub osadów mogą być hermetyzowane i wentylowane. Ujmowane gazy są oczyszczane przy zastosowaniu metod, które w uproszczony sposób można podzielić na: biologiczne, chemiczne, termiczne oraz fizyczne. Gazy emitowane z procesów oczyszczania ścieków i przeróbki osadów ściekowych charakteryzują się zazwyczaj niską * Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska, pl. Grunwaldzki 9, Wrocław.

2 460 I. SÓWKA i in. temperaturą i dużą wilgotnością. W ich skład wchodzą głównie związki organiczne, a także siarkowodór i niekiedy amoniak. Ze względu na specyfikę ujmowanych gazów, niskie koszty eksploatacyjne oraz bezodpadowość duże zastosowanie w oczyszczaniu odorów z oczyszczalnie ścieków mają metody biologiczne [2, 4, 5]. Metody biologiczne dezodoryzacji eliminują wiele wad klasycznych technik fizykochemicznych, jak choćby wysokie koszty, dlatego też są stosowane coraz częściej. Z doniesień wynika, że połowa systemów biologicznego oczyszczania gazów jest zainstalowana w oczyszczalniach ścieków i kompostowniach. W 2000 roku w Holandii przeprowadzono spis systemów dezodoryzacji gazów w obiektach oczyszczalni ścieków. Wynika z niego, że 78% instalacji to systemy biologiczne, 11% to płuczki chemiczne, 2% stanowi adsorpcja na węglu aktywnym, a 9% w napowietrzanych skruberach [1]. W przypadku nowych instalacji oczyszczania ścieków płuczki chemiczne są już rzadko używane. Stosowane są różne rozwiązania w zakresie metod biologicznych. Obejmują głównie płuczki biologiczne, absorbery z biologicznym napowietrzaniem oraz biofiltry [2]. Ich porównanie przedstawiono w tabeli 1. Parametry Tabela 1. Porównanie biologicznych metod dezodoryzacji [7] Płuczki biologiczne Metody Absorpcja z biologicznym napowietrzaniem Biofiltry Dodatkowe pożywki tak nie nie Koszt inwestycyjny i eksploatacyjny wysoki niski niski Powierzchnia wypełnienia określenia mała, trudna do / duża recyrkulowana, Faza ciekła i faza recyrkulacja odcieków zawiesina faza ciekła biologiczna mikroorganizmów Powierzchnia urządzenia mała duża mała Usuwanie LZO wysokie niskie wysokie Zakres stosowania nie można usuwać słabo rozpuszczalnych związków szeroki szeroki, wysokie stężenie zanieczyszczeń Ze względu na niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne, prostotę obsługi, szeroki zakres stosowania oraz praktycznie brak odpadów główne zastosowanie w oczyszczaniu złowonnych gazów znajduje biofiltracja. Najczęściej stosowanymi materiałami filtracyjnymi są: skała magmowa, torf, włókno kokosowe, kompost oraz wypełnienia syntetyczne [1].

3 Zastosowanie biofiltracji w oczyszczaniu odorotwórczych gazów emitowanych 461 Według danych rocznika statystycznego GUSu z 2010 roku na terenie Polski znajduje się 3157 oczyszczalni ścieków komunalnych. Na podstawie przeprowadzonej ankietyzacji oczyszczalni ścieków komunalnych, której poddano 521 obiektów tego typu, dokonano inwentaryzacji źródeł odorantów oraz oceny uciążliwości zapachowej. Określono oddziaływanie zapachowe na różnych etapach ciągu technologicznego oczyszczania ścieków, a także w części dotyczącej przeróbki osadów ściekowych. Zgodnie z ww. badaniami uciążliwość zapachowa pojawia się już na etapie transportu ścieków. Ważnymi pod względem odorotwórczym punktami są: pompownia główna oraz zbiorniki ścieków dowożonych. W części mechanicznej oczyszczania ścieków głównymi źródłami odorów są odpady w postaci: skratek, piasku oraz osadów wstępnych. W ankietowanych oczyszczalniach biologiczne oczyszczanie ścieków opiera się głównie na metodzie osadu czynnego, ewentualnie, szczególnie w mniejszych oczyszczalniach ścieków, stosuje się złoża biologiczne. Na tym etapie oddziaływać zapachowo mogą urządzenia do recyrkulacji osadów. W badaniach odnotowano również uciążliwość zapachową z osadników wtórnych. Wynikać ona może jednak jedynie z niewłaściwego przebiegu procesu oczyszczania ścieków lub niewłaściwej eksploatacji urządzeń, gdyż na tym etapie mamy do czynienia ze ściekami już oczyszczonymi. Istotnym źródłem emisji odorów są procesy przeróbki i unieszkodliwiania osadów ściekowych [6]. Wszystkie etapy ciągu technologicznego oczyszczania ścieków mogą być potencjalnie uciążliwe zapachowo, jednakże za główne źródła odorów uznaje się: punkt zlewny ścieków dowożonych, pompownię główną oraz urządzenia w części mechanicznej, a także mechaniczne odwadnianie osadów [5,6]. W pracy przedstawione zostaną wyniki badań skuteczności działania biofiltrów w ograniczaniu emisji gazów złowonnych przeprowadzone na terenie wybranej oczyszczalni ścieków komunalnych. 2. OBIEKT I OBSZAR BADAŃ Obiektem badań była mechaniczno-biologiczna oczyszczalnia ścieków komunalnych z podwyższonym stopniem usuwania miogenów i pełną przeróbką wytwarzanych osadów ściekowych o projektowanej równoważnej liczbie mieszkańców równej Wiele obiektów na terenie wybranej oczyszczalni zostało poddanych hermetyzacji w celu zmniejszenia uciążliwości zapachowej obiektu. Urządzeniami służącymi dezodoryzacji gazów są tu adsorbery oraz biofiltry. Ich rozmieszczenie przedstawiono na schemacie blokowym (rysunek 1). Dwa biofiltry znajdują się w części mechanicznej oczyszczalni, a pozostałe urządzenia zlokalizowane są na obszarach obejmujących technologie związane z przeróbką osadów ściekowych.

4 462 I. SÓWKA i in. Rys. 1. Schemat blokowy usytuowania instalacji oczyszczających gazy: biofiltry, A - adsorbery Wykaz urządzeń wraz z dokładną lokalizacją w ciągu technologicznym oraz skutecznością redukcji zanieczyszczeń przedstawiono w tabeli 2. Tabela 2. Wykaz zastosowanych urządzeń/ technik dezodoryzacji na terenie oczyszczalni ścieków Lp. Urządzenie oczyszczającczyszczeń Skuteczność redukcji zanie- Źródło emisji zanieczyszczeń 1 Biofiltr zamknięty 1 Hala krat 90,44 % 2 Biofiltr otwarty 2 Zagęszczanie osadu 90,33 % 3 Biofiltr zamknięty 3 Piaskowniki, koryta pomiarowe 92,30 % 4 Biofiltr zamknięty 4 Zbiorniki osadu przefermento- 91,45 % 5 Biofiltr otwarty 5 6 Biofiltr zamknięty 6 wanego Zbiorniki osadu przefermentowanego Stacja termicznego suszenia osadu 90,53 % 82 % (siarkowodór) 98,79 % (amoniak), 95,13 % (trimetyloamina) 7 Adsorber 1 Hala buforowa osadu mokrego 93,39 % 8 Adsorber 2 Hala buforowa osadu mokrego 94,46 % 9 Adsorber 3 Hala buforowa osadu mokrego 93,86 % 10 Adsorber 4 Hala buforowa osadu mokrego 93,92 % Z przeprowadzonego zestawienia wynika iż skuteczność oczyszczania gazów z zastosowaniem biofiltracji utrzymuje się na poziomie ponad 90 % (za wyjątkiem skuteczności oczyszczania względem siarkowodoru poz. 6 powyższej tabeli). 3. METODYKA I WYNIKI POMIARÓW W celu oceny skuteczności biofiltracji w ograniczaniu emisji gazów złowonnych wykonano pomiary stężenia zapachowego. Próbki gazu pobrano w punktach pomia-

5 Zastosowanie biofiltracji w oczyszczaniu odorotwórczych gazów emitowanych 463 rowch znajdujących się na wylocie każdego ze znajdujących się na terenie oczyszczalni biofiltrów. Metodyka poboru uzależniona była od rodzaju źródła. W przypadku biofiltrów kontenerowych zamkniętych mamy do czynienia z źródłami punktowymi (gazy ujmowane są w sposób zorganizowany). Z króćców wylotowych pobierano zatem gazy standardowym próbnikiem chwilowym. Dla źródeł powierzchniowych aktywnych, do których należą biofiltry otwarte, zastosowano pokrywy służące do poboru próbek z tego typu źródeł (o wymiarach 1 m x 1 m). Poboru dokonano zgodnie z metodyką opisaną w VDI 3880 oraz normie PN-EN podczas pogody bezdeszczowej. Pobrane próbki poddano oznaczeniu stężenia zapachowego metodą olfaktometrii dynamicznej przy użyciu olfaktometru T08, zgodnie z procedurami opisanymi w PN-EN: Jakość powietrza. Oznaczanie stężenia zapachowego metodą olfaktometrii dynamicznej [9]. W tabeli 3 zestawiono typy źródeł, od których zależał sposób poboru próbek oraz wyniki pomiarów stężenia zapachowego. Nr emitora Punkt poboru Tabela 3. Zestawienie wyników pomiarów Typ źródła Rodzaj próbnika Średnie stężenie zapachowe, oue/m 3 Biofiltr 1 wylot punktowe chwilowy 8138 Biofiltr 2 wylot powierzchniowe aktywne 1 x 1 57 Biofiltr 3 wylot punktowe chwilowy 2017 Biofiltr 4 wylot punktowe chwilowy 2372 Biofiltr 5 wylot powierzchniowe aktywne 1 x 1 59 Biofiltr 6 wlot punktowe chwilowy wylot punktowe chwilowy Na podstawie przeprowadzonych obliczeń stwierdzono największe stężenia zapachowe na wylocie z biofiltra nr 6 zlokalizowanego przy stacji termicznego suszenia osadów. W przypadku tego biofiltra zmierzono również stężenie wlotowe, które wynosiło ou E /m 3. Redukcja stężenia zapachowego wyniosła 96,34 %. Nie mniej gazy emitowane z tego biofiltra są odbierane przez mieszkańców terenów przyległych do oczyszczalni jako uciążliwe (co wykazały przeprowadzane pomiary terenowe) prawdopodobnie również ze względu na intensywność oraz jakość hedoniczną emitowanego zapachu W przypadku pozostałych biofiltrów stężenia zapachowe określono na poziomie od 57 ou E /m 3, dla biofiltra ograniczającego emisję odorów z zagęszczania osadów, do 8138 ou E /m 3, dla biofiltra przy hali krat. Wartości stężeń tego rzędu oraz jakość hedoniczna emitowanego zapachu nie były uznawane za uciążliwe zapachowo.

6 464 I. SÓWKA i in. 4. PODSUMOWANIE Obiekty oczyszczalni ścieków są potencjalnymi źródłami odorów, jednakże ich uciążliwość można skutecznie zmniejszać poprzez hermetyzację urządzeń oraz stosowanie metod dezodoryzacji. Coraz popularniejsze stają się metody biologiczne, a w szczególności biofiltracja, ze względu na swoją prostotę oraz niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne, przy jednoczesnej możliwości uzyskiwania wysokich skuteczności oczyszczania. Ważny jest jednak odpowiedni dobór parametrów urządzeń (wymiary, wysokość warstwy złoża, odpowiednie rozprowadzenie oczyszczanych gazów) oraz właściwa eksploatacja, zapewniająca ich sprawne działanie. LITERATURA [1] VAN GROENESTIJN J. W., KRAAKMAN N. J. R., Recent developments in biological waste gas purification in Europe, Chemical Engineering Journal, 2005, No. 113, [2] McNEVIN D., Barford J., Biofiltration as an odour abatement strategy, Biochemical Engineering Journal, 2000, No. 5, [3] SÓWKA I., Metody identyfikacji odorotwórczych gazów emitowanych z obiektów przemysłowych, Oficyna wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław [4] SZKLARCZYK M., Biofiltracja jako metoda oczyszczania gazów z obiektów komunalnych, Branżowy Magazyn Przemysłowy. Ochrona Środowiska, 2004, No. 2, [5] SZKLARCZYK M., Metody dezodoryzacji gazów w oczyszczalniach ścieków, Przegląd komunalny, 2005, No. 11, [6] SZYNKOWSKA M. I., ZWOŹDZIAK J., Współczesna problematyka odorów, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa [7] WANG H., Li H.B., Design and application of biofilter to control odor in wastewatert treatment plant, Energy Procedia, 2011, No. 11, [8] [9] NORMA PN-EN: APPLICATION AND EVALUATION BIOFILTRATION IN DEODORATION OF ODOROUS GASSES EMITTED FROM SELECTED WASTEWATER TREATMENT PLANT The most important potential sources of odors at sewage treatment facilities have been presented. Biological methods for deodoration of odorous gases have beed compared. On example of the selected wastewater treatment plant the effectiveness of biofiltration in reducing of odor nuisance has been assessed. The evaluation was based on the odour concentration measurements at the designated points with use of dynamic olfactometry.