METODA OPTYMALIZACJI DOZOWANIA KOAGULANTA PAX W OPARCIU O BADANIA MIKROBIOLOGICZNE

Transkrypt

1 METODA OPTYMALIZACJI DOZOWANIA KOAGULANTA PAX W OPARCIU O BADANIA MIKROBIOLOGICZNE Autorzy: mgr inż. Agnieszka Wilczewska-Świekatowska mgr inż. Igor Łojko Oczyszczalnia Ścieków "Łącza" Spółka Wodna 74 Streszczenie Zjawisko puchnięcia osadu było przyczyną wielu trudności eksploatacyjnych na oczyszczalni ścieków Łącza Spółka Wodna w Łężycy. Poprzez badanie mikroskopowe osadu czynnego, które dostarczyło informacji o rzeczywistej jakości kłaczków osadu, występowaniu i identyfikacji mikroorganizmów nitkowatych udało się poznać przyczynę zakłóceń, a tym samym podjąć właściwe i skuteczne środki zaradcze. Jako główną przyczynę pogarszającą właściwości sedymentacyjne osadu czynnego zidentyfikowano bakterię nitkowatą Microthrix parvicella. W celu ograniczenia liczebności jej populacji zastosowano chlorek poliglinu - PAX WSTĘP W ostatnich latach na wielu oczyszczalniach ścieków, stosujących w procesie technologicznym metodę osadu czynnego niskoobciążonego obserwowano zjawisko puchnięcia osadu. Było to przyczyną wielu trudności eksploatacyjnych na oczyszczalni ścieków Łącza. Aby podjąć właściwe środki zaradcze należało poznać prawdziwą przyczynę zakłóceń. Stąd też nieodzowne stało się badanie mikroskopowe osadu czynnego, gdyż ono dostarczyło informacji o rzeczywistej jakości kłaczków osadu, występowaniu i identyfikacji mikroorganizmów nitkowatych. 2. CHARAKTERYSTYKA OBIEKTU BADAŃ Oczyszczalnia ścieków Łącza - centralna oczyszczalnia ścieków dla Zielonej Góry o zakładanej przepustowości Qśrd= m 3 /d pracuje w układzie mechaniczno-biologicznego oczyszczania ścieków z biologiczną defosfatacją, nitryfikacją, denitryfikacją oraz chemicznym strącaniem pozostałego fosforu.

2 Ścieki oczyszczane są mechanicznie przy pomocy krat rzadkich, gęstych sit obrotowych oraz piaskowników przedmuchiwanych wraz ze stacją separatorów piasku. Z części mechanicznej oczyszczalni ścieki przepływają do komory defosfatacji i dalej rozprowadzane są do 3 zasilanych równolegle komór napowietrzania. Tlen doprowadzany jest do układu przy pomocy wirników napowietrzających o osi poziomej, wymuszających jednocześnie krążenie osadu czynnego w zbiornikach. Praca wirników sterowana jest automatycznie, dzięki czemu możliwe jest wytworzenie naprzemiennych stref aerobowych i anaerobowych, a co za tym idzie prowadzenie procesów nitryfikacji i denitryfikacji we wspólnej komorze niewymagającej dodatkowej recyrkulacji wewnętrznej. Cały proces technologiczny kontrolowany jest przez sondy tlenowe zainstalowane w komorach osadu czynnego oraz alternatywne urządzenia do stałej kontroli zawartości azotu amonowego w odpływających ściekach. Dzięki takiemu zdublowanemu systemowi możliwy jest wybór opcji sterowania procesem - według parametrów tlenowych i zawartości azotu amonowego w komorach osadu czynnego. Do separacji oczyszczonych ścieków od osadu zastosowano 6 radialnych poziomych osadników wtórnych. Osad nadmierny dogęszcza się wstępnie w grawitacyjnych zagęszczaczach osadu, a następnie odwadnia w komorowej prasie filtracyjnej do wartości ok. 28% i w takiej postaci wywożony jest do kompostowni miejskiej. Uzyskanie wysokiej suchej masy w osadzie odwodnionym i właściwej wydajności prasy komorowej wymaga kondycjonowania osadu surowego koagulantem PIX 113 w ilości 180 kg/t s.m. i flokulanta kationowego 5 g/kg s.m.. 3. BADANIA PODSTAWOWYCH PARAMETRÓW OSADU CZYNNEGO W laboratorium oczyszczalni ścieków Łącza przeprowadza się systematyczną kontrolę właściwości sedymentacyjnych osadu czynnego poprzez codzienne badania w zakresie: 30-minutowa sedymentacja w cylindrze 1000ml, stężenie suchej masy osadu w badanej próbce, indeks objętościowy osadu. Poniżej przedstawiono wykres parametrów technologicznych osadu czynnego z komór napowietrzania w czasie eksploatacji oczyszczalni ścieków Łącza. 75

3 Rys.1 Wykres logarytmiczny parametrów technologicznych Z wykresu wynika, że wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej, czyli z nastaniem i w czasie zimy, cyklicznie występowały problemy eksploatacyjne związane z pogorszeniem właściwości sedymentacyjnych osadu (wzrost ilości zagęszczonego osadu w cylindrze ponad 1000cm 3 /dm 3, a tym samym wzrost indeksu osadu ponad 150dm 3 /g). Pogorszenie właściwości potwierdzała również ocena makroskopowa osadu. Zauważono, że przy podwyższonym indeksie następuje rozwarstwianie zagęszczonego w leju osadu, osad puchnie, a na powierzchni komór napowietrzania i osadników tworzy się kożuch, trudny do usunięcia. Świadczyło to niezbicie o nadmiernym rozwoju bakterii nitkowatych. Celem poprawy stanu osadu czynnego stosowano na przestrzeni ostatnich kilku lat różne środki: sole żelaza Fe +3, sole glinu Al +3, jak również sole glinu i żelaza zmodyfikowane kationowym polimerem organicznym (tzw. blendy). Wykres obrazuje jednak, że wysoki indeks osadowy utrzymywał się przez długi okres zimowo-wiosenny, a działania podjęte w celu poprawy kondycji osadu mimo dobrych efektów końcowych z perspektywy czasu wydają się nie do końca satysfakcjonujące. Obecnie wiemy, że działania ograniczające zjawisko puchnięcia osadu zostały podjęte zbyt późno a dawki stosowanych środków były zbyt małe ze względu na ograniczoną wydajność pomp dozujących. Do dozowania wykorzystywana jest instalacja przewidziana do strącania pozostałego fosforu po komorach osadu czynnego, stąd ich niewielka wydajność i brak możliwości osiągnięcia zalecanej dawki (dla soli glinu 3 g Al +3 /kg s.m.d - maksymalnie osiągano 1,2 g Al +3 /kg s.m.d) i w konsekwencji długi okres działania) Sytuacja taka powodowała konieczność poszukiwania bardziej skutecznych metod zwalczania bądź zapobiegania zjawisku puchnięcia osadu. 76

4 Po przeanalizowaniu kilku lat eksploatacji oczyszczalni zrodziły się pytania: jakie bakterie nitkowate występują w naszym osadzie, dominacja których powoduje pogorszenie właściwości sedymentacyjnych, jak zapobiec takiej sytuacji? Odpowiedź była jedna, że do prawidłowej kontroli procesu osadu czynnego i właściwego sterowania oczyszczaniem ścieków potrzebna jest również regularna analiza mikroskopowa osadu czynnego. 4. BADANIA MIKROSKOPOWE Analiza mikroskopowa stanowi niezbędne uzupełnienie wszystkich innych, dokonywanych w ramach kontroli, obserwacji, pomiarów i analiz fizyko-chemicznych. Podczas badań mikroskopowych próbek osadu obserwowano: - trwałość, wygląd, strukturę i wielkość kłaczków, - skład kłaczków (można rozróżnić rozmaite mikroorganizmy), czy obecne są charakterystyczne grupy bakterii, czy w kłaczkach znajduje się wiele cząstek organicznych wzgl. nieorganicznych? - mikroorganizmy nitkowate: czy znajdują się one w osadzie, jakie ich rodzaje można rozpoznać, czy populacja zmienia się w czasie? - rozwój wolno pływających bakterii: czy dużo tych bakterii znajduje się pomiędzy kłaczkami? - organizmy wyższe: jakie pierwotniaki (wiciowce, korzenionóżki, rzęski) i wielokomórkowe (wrotki, nicienie, skorupiaki) obecne są w osadzie, w jakiej ilości? - czy obecne są krętki (Spirochetae i/lub Spirillae), ile? Prowadzono pisemne notatki z obserwacji, które służyły do pełnej analizy procesów oczyszczania. Jednocześnie sporządzano zdjęcia dla różnych parametrów jakości osadu i w ten sposób stworzono obrazy wzorcowe dla osadu czynnego oczyszczalni ścieków Łącza. Dzięki temu ustalono jednolite wytyczne do interpretacji osadu, umożliwiające porównywanie wyników analiz. 5. OCENA ILOŚCIOWA I JAKOŚCIOWA BAKTERII NITKOWATYCH Prawie w każdym osadzie czynnym znajdują się mikroorganizmy nitkowate. Należą one do normalnej populacji osadu (w przypadku oczyszczalni ścieków Łącza jako typ dominujący jest to bakteria Microthrix parvicella). Prawdziwe problemy powstają dopiero wtedy, gdy można mówić o masywnym rozwoju mikroorganizmów nitkowatych. W przeszłości uważano, że Spaeroti- 77

5 lus natans jest odpowiedzialny za prawie wszystkie problemy osadu spęczniałego. Badania ostatnich lat wykazały jednak, że mogą one być spowodowane przez ok. 30 różnych rodzajów bakterii. Ocenę ilościową mikroorganizmów nitkowatych w osadzie czynnym oczyszczalni ścieków Łącza przeprowadzano na podstawie porównywania zarówno z obrazami wzorcowymi z literatury, jak i tymi właściwymi dla danego osadu. Zdarza się często, że w danym osadzie obecne są jednocześnie różne mikroorganizmy nitkowate. Z tego powodu należy rozróżnić bakterie nitkowate dominujące i podporządkowane. Rzeczywistą liczbę tych nitek można ocenić właściwie tylko w preparatach barwionych. W celu rozpoznania bakterii nitkowatych w osadzie oczyszczalni ścieków Łącza przeprowadzano barwienia metodą Grama i metodą Neissera oraz test siarkowy, umożliwiający rozpoznanie bakterii magazynujących siarkę. I tak w osadzie czynnym z oczyszczalni ścieków Łącza stwierdzono występowanie następujących organizmów nitkowatych: 1. Microthrix parvicella - typ dominujący (nitki Gram dodatnie, tworzące kłęby). 2. Typ typ podporządkowany (nitki z poroślą). 3. Typ typ podporządkowany (nitki pojawiające się przy wzroście indeksu nitkowatych). 4. Thiotrix sp. - typ podporządkowany ( nitki pojawiają się sporadycznie, zawierają granulki siarki, tworzą charakterystyczne rozety). 6. ROLA SYSTEMATYCZNYCH OBSERWACJI MIKROSKOPOWYCH Przemianę populacji kłaczków w nitkowaty osad spęczniały można stwierdzić często wcześniej i wyraźniej poprzez wzrost indeksu nitkowatych niż poprzez zwiększenie się indeksu osadu. Kontrolując indeks osadu stwierdza się pogorszenie właściwości sedymentacyjnych osadu dopiero wtedy, gdy indeks ten zwiększył się znamiennie. A wtedy osad zawiera już liczne nitki. Dlatego dzięki systematycznej kontroli mikroskopowej osadu można stwierdzić zakres krytyczny i podjąć skuteczne działania wyprzedzające. Poniżej na wykresach porównano wartości parametrów technologicznych zanim przeprowadzano systematyczną kontrolę mikroskopową (2003/2004r.) i w trakcie badań mikroskopowych (2004/2005r.) 78

6 Rys min. sedymentacja osadu z oczyszczalni ścieków Łącza Rys. 3 Indeks objętościowy osadu z oczyszczalni ścieków Łącza Rys. 4 Stężenie suchej masy osadu z oczyszczalni ścieków Łącza 79

7 7. ZAPOBIEGANIE NADMIERNEMU ROZWOJOWI BAKTERII NITKOWATYCH W okresie zimowo-wiosennym w wyniku spadku temperatur zmniejsza się również aktywność osadu czynnego i zachodzi konieczność wydłużania wieku osadu. Skutkuje to niestety wzrostem ilości bakterii nitkowatych w osadzie czynnym sprawiających szereg problemów eksploatacyjnych w całym układzie technologicznym oczyszczalni. Powodując pęcznienie osadu, zakłócają one procesy sedymentacji a flotujący osad i produkowane przez nie zewnątrzkomórkowe substancje w postaci lipidów, lipoproteidów oraz białek o właściwościach powierzchniowo-czynnych tworzą pianę i w konsekwencji kłopotliwy w usuwaniu kożuch w komorach napowietrzania, osadnikach i zagęszczaczach grawitacyjnych. Pogarsza to jakość ścieków oczyszczonych i utrudnia proces odwadniania osadu. Podczas sześcioletnich doświadczeń eksploatacyjnych wypracowano szereg metod walki ze skutkami wywoływanymi przez pojawiające się bakterie nitkowate w osadzie czynnym. W tym okresie stosowano różnego rodzaju środki chemiczne służące poprawie kondycji osadu w komorach reakcyjnych a mianowicie: - PIX 113 słabe efekty, być może zbyt mała dawka; - PAX 18 bardzo dobre efekty w usuwaniu kożucha, poprawę I.O., usuwanie Microthrix parvicella długi czas działania ze względu na zbyt małą dawkę; - B FERCAT 104 bardzo dobre efekty na szybką poprawę I.O., poprawa pracy zagęszczaczy osadu nadmiernego; - B ALCAT 115 podobnie jak PAX 18, ale szybsze efekty w poprawie I.O., poprawa pracy zagęszczaczy niestety wysoka cena. Dotychczas kurację przeciwdziałającą skutkom zjawiska puchnięcia osadu rozpoczynano w sytuacji kiedy indeks nitkowatych wynosił 4,5. Efekty zmniejszenia dominacji bakterii nitkowatych w osadzie, a co za tym idzie poprawy zdolności sedymentacyjnych osadu obserwowano po wielomiesięcznym okresie dozowania stosowanych koagulantów. Obecnie otrzymano możliwość stałej kontroli osadu pod względem mikrobiologicznym, co umożliwiło nam dużo bardziej skuteczną walkę ze skutkami puchnięcia osadu. Jako główną przyczynę pogorszającą właściwości sedymentacyjne osadu zidentyfikowano bakterię nitkowatą Microthrix parvicella. 80

8 W celu ograniczenia jej populacji zastosowano chlorek poliglinu - PAX 18, sprawdzony przez nas już w 2000 roku, z tą różnicą, że tym razem dozowanie PAX 18 rozpoczęto już przy indeksie nitkowatych 2,5 (uprzednio przy I.N. > 4,5). Rys. 5 Wykres zmian indeksu nitkowatych w osadzie czynnym z oczyszczalni ścieków Łącza wskutek działania PAX-u Jak widać na wykresie (rys. 5) efekt obniżenia indeksu nitkowatych do wartości INN = 1,5 osiągnięto już po 32 dniach (od r.) przy dawce 0,47 g Al. +3 /kg sm.d. Dozowanie koagulantu rozpoczęto ponownie r. po zaobserwowanym wzroście liczebności nitkowatych do wartości INN= 3. W związku z dość długim czasem podawania środka w ilości 25 dm 3 /h (0,47 g Al. +3 /kg sm d) bez efektu technologicznego zwiększono dawkę do 60 dm 3 /h odpowiadającej - 0,71g Al. +3 /kg sm d co przyniosło dużo szybszy spadek indeksu nitkowatych do poziomu INN = 1 w czasie 22 dni t.j. o 9 dni krótszym niż poprzednio. Kolejny raz dozowanie rozpoczęto w grudniu 2004 r. po zaobserwowanym wzroście indeksu nitkowatych do INN = 2. tym razem przy tej samej dawce glinu - 0,71 g Al. +3 /kg sm d kuracja trwała 15 dni. Po osiągnięciu INN = 1 dozowanie PAX 18 zakończono. Całość działań przedstawia Rys.5 gdzie wyraźnie zauważalne są spadki wartości indeksu osadowego podczas dozowania PAX-18 oraz jego wzrosty zaraz po zakończeniu okresów dozowania. Wykres obrazuje także skuteczność metody w kontrolowaniu ilości bakterii nitkowatych, których indeks w okresie zimowym pierwszy raz od 1999 r. nie przekroczył wartości INN = 3 i utrzymywał się średnio na poziomie INN = 1,5. 81

9 Po potwierdzeniu skuteczności metody w następnych miesiącach kontynuowano dozowanie soli glinu celem utrzymania dobrego stanu osadu i przyjęto następujący sposób postępowania: - rozpoczęcie dozowanie soli glinu w ilości dm 3 /h już przy INN = 2 - zakończenie po obniżeniu indeksu nitkowatych do wartości INN = 1 Metoda powyższa, tj. cykliczne traktowanie osadu stosunkowo małą dawką soli glinu dm 3 /h, co w przeliczeniu wynosiło 0,47 1,21 g Al. +3 /kg sm. d. (w innych oczyszczalniach, w tym celu stosowano dawki 2-4,5g Al. +3 /kg sm. d.), niejako uprzedzając wzrost indeksu nitkowatych i natychmiastowe jego zakończenie po spadku INN do 1, dała pozytywne rezultaty w walce z nadmiernym rozwojem bakterii nitkowatych. Pozwoliła ona nam na pełną kontrolę nad populacją Microthrix parvicella i obecnie: - nie zaobserwowano objawów puchnięcia osadu; - indeks nitkowatych waha się w granicach INN.= 1-3; - indeks osadu utrzymuje się na poziomie poniżej 100 cm 3 /g (jak w okresie letnim - rys. 3), mimo zwiększonego na okres zimy stężenia osadu w komorach napowietrzania (rys.4); - poprawna opadalność osadu w lejach (rys.2) oznacza prawidłową sedymentację w osadnikach wtórnych i zagęszczaczu osadu; - brak kożucha w osadnikach, komorach napowietrzania i zagęszczaczach osadu; - proces dogęszczania, kondycjonowania i odwadniania osadu przebiega też bez zakłóceń, co umożliwia większą kontrolę wieku osadu podnoszonego w okresie zimowym; - zmniejszyła się średnia ilość dozowanego koagulanta w porównawczym okresie roku ubiegłego (2004r kg/d, a obecnie kg/d Prowadząc takie działania w celu poprawy kondycji osadu zmieniono całkowicie strategię - z walki ze skutkami zjawiska puchnięcia osadu - na zapobieganie jego powstawaniu. Było to możliwe dzięki precyzyjnej i stałej kontroli mikrobiologicznej osadu czynnego oraz podejmowanych na tej podstawie szybkich działań w celu nie dopuszczenia do dominacji bakterii nitkowatych, powodujących puchnięcie osadu oraz innych związanych z tym niekorzystnych zjawisk. 82

10 8. WNIOSKI KOŃCOWE Dzięki zmianie podejścia do problemu osadu spuchniętego z walki ze skutkami na zapobieganie powstawaniu udało się wypracować skuteczną metodę przeciwdziałania Dzięki systematycznym badaniom mikroskopowym osadu czynnego można było określić przyczynę występowania zjawiska puchnięcia osadu - nadmierny rozwój bakterii nitkowatej Microtrix parvicella, i określić rodzaj środka zaradczego. Prowadzenie stałej obserwacji indeksu nitkowatych w oparciu o badania mikrobiologiczne umożliwiło prowadzenie skutecznych działań wyprzedzających nie dopuszczając do nadmiernego rozwoju populacji bakterii nitkowatych. Dzięki powyższym opracowano metodę zapobiegania występowania zjawisku puchnięcia osadu, określając dawki PAX oraz wartości krytyczne INN dla dozowania koagulanta. 7. LITERATURA [1] EIKELBOOM D.H.,VAN BUIJSEN H.J.J.: Podręcznik mikroskopowego badania osadu czynnego. Wydawnictwo Seidel-Przywecki Szczecin (1999) [2] IMHOFF KARL I KAUS R.: Kanalizacja miast i oczyszczanie ścieków. Oficyna Wydawnicza Projprzem-EKO Bydgoszcz (1996) [3] KALISZ L., KAŹMIERCZUK M.: Organizmy osadu czynnego. Badania mikroskopowe. Instytut Ochrony Środowiska Warszawa (1998) [4] ŁOMOTOWSKI J., SZPINDOR A.: Nowoczesne systemy oczyszczania ścieków. Arkady Warszawa (2002) [5] LABORATORIUM OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW ŁĄCZA SPÓŁKA WODNA W ŁĘŻYCY: Sprawozdania z badań ścieków surowych, ścieków oczyszczonych, osadu czynnego, osadu zagęszczonego i odwodnionego oraz karty oceny biologicznej osadu czynnego. ( ) 83