ZASTOSOWANIE KOAGULANTÓW W PROCESIE OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW W GRUPOWEJ OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW W ŁODZI

Transkrypt

1 ZASTOSOWANIE KOAGULANTÓW W PROCESIE OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW W GRUPOWEJ OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW W ŁODZI Autorzy: Andrzej Czapla, Euzebiusz Zawadzki Grupowa Oczyszczalnia Ścieków w Łodzi Spółka z o.o Łódź, ul. Sanitariuszek 72 tel. (42) , gos@gos.lodz.pl Streszczenie: w artykule przedstawiono zastosowanie koagulantów w GOŚ ŁAM z rozszerzeniem informacji o stosowaniu koagulanta glinowego w celu poprawienia sedymentacji osadu czynnego oraz zwalczania bakterii nitkowatych. Proces oczyszczania ścieków w GOŚ wykorzystuje procesy biologiczne, a aktualnie ze względu na przeciążenie hydrauliczne oczyszczalni oraz ładunkiem zanieczyszczeń, również wspomaganie chemicznie procesu biologicznego. Oczyszczalnia posiada do końca 2005 roku pozwolenie wodno-prawne na odprowadzenie ścieków wydane na podstawie rozporządzenia z 1991r. (Dz. U. Nr 116 poz. 503). 1. Wstęp Do Grupowej Oczyszczalni Ścieków w Łodzi dopływają obecnie ścieki z Łodzi, Pabianic, Nowosolnej i Konstantynowa, z terenów zamieszkałych przez ok. 850 tys. mieszkańców. W około 50% są to ścieki z kanalizacji ogólnospławnej niosącej obok ścieków bytowo - gospodarczych i przemysłowych wody opadowe. W 2004 roku średnio na dobę na GOŚ wpłynęło 200,5 tys. m 3 /d ścieków, w tym oszacowano 182,1 tys. m 3 /d pogody suchej. Od 1989 r. obserwuje się stałą tendencję spadku ilości ścieków spowodowaną mniejszym zapotrzebowaniem wody przez przemysł, spadkiem liczby ludności oraz lepszym stanem instalacji wodno - kanalizacyjnej oraz oszczędnym zużyciem wody przez odbiorców i tak w 1989 r. ilość ścieków z Łodzi wyniosła 139,6 mln m 3 /rok, a w 2002 r. 77,6 mln m 3 /rok. Proces oczyszczania ścieków w GOŚ wykorzystuje procesy biologiczne, a aktualnie ze względu na przeciążenie hydrauliczne oczyszczalni oraz ładunkiem zanieczyszczeń, również wspomaganie chemicznie procesu mechanicznego i biologicznego. 65

2 Uzyskane efekty oczyszczania w 2004 r. Tabela 1. Wyszczególnienie ChZT mgo 2 /dm 3 BZT 5 (mgo 2 /dm 3 ) Fosfor (mg/dm 3 ) Azot ogólny (mg/dm 3 ) Zawiesina (mg/dm 3 ) Ścieki na wlocie 575,1 256,4 7,0 47,2 228,6 Ścieki na wylocie 55,2 9,2 1,0 23,1 17,7 Stopień redukcji (%) 90,4 96,4 85,7 51,1 92,2 2. Przepustowość oczyszczalni GOŚ wyposażona jest w cztery linie biologicznego oczyszczania. Komory osadu czynnego o łącznej pojemności m 3 podzielone są na trzy strefy i pracują w układzie UCT bez recyrkulacji wewnętrznej osadu, co ogranicza stopień denitrifikacji do ok. 50%. Zespoloną częścią komór osadu czynnego są osadniki wtórne. Powierzchnia 4 osadników wtórnych wynosi m 2. Instalacja do usuwania kożucha z osadników wtórnych poza układ oczyszczania ścieków znajduje się tylko na dwóch osadnikach wtórnych. Grupowa Oczyszczalnia Ścieków pracuje w warunkach przeciążenia hydraulicznego i ładunkiem zanieczyszczeń, ponieważ pojemność komór osadu czynnego jak również wielkość osadników wtórnych jest zbyt mała. Istniejącą część biologiczną odebrano do eksploatacji ze zdolnością oczyszczania = m 3 /d i napływającym ładunkiem zanieczyszczeń wyrażonym ChZT równym kg/d, przy stężeniu ścieków po osadnikach wstępnych śr. 418 g/m 3. Aktualne stężenia ChZT w ściekach dopływających na część biologiczną bez strącania wstępnego są wyższe i równe 451 g/m 3, co oznacza aktualnie mniejszą przepustowość biologiczną oczyszczalni, która po korekcie wynosi w przybliżeniu: Ograniczenie przepustowości oznaczało, że w celu spełnienia warunków dla jakości ścieków na odpływie z oczyszczalni obowiązujących aktualnie GOS, musiały zostać podjęte dodatkowe tymczasowe działania, umożliwiające realizację tego celu przed modernizacją i rozbudową oczyszczalni. 66

3 2.1. Rozbudowa oczyszczalni W 2005r. rozpoczęła się rozbudowa i modernizacja mająca na celu zwiększenie przepustowości oczyszczalni do 275 tys. m 3 /d. dla pogody suchej. Ponadto modernizowana jest hala krat, powstaną dwa zagęszczacze-fermentery osadu, następnie drugi zbiornik biogazu i odsiarczalnik, system monitoringu i sterowania. 3. Niezbędne działania jakie wykonano w celu zwiększenia przepustowości i efektywności oczyszczalni: 1/. Zmniejszenie ładunku zanieczyszczeń dopływających na część biologiczną oczyszczalni 2/. Zwiększenie zdolności sedymentacyjnych osadu (obniżenie indeksu osadu) umożliwiających przepływ ścieków przez osadniki wtórne bez wynoszenia osadu oraz zwalczania kożucha na powierzchni osadników - kożuch powstający na powierzchni stanowi źródło odoru, a w okresie niskich temperatur zamarza i wyłącza z pracy osadniki wtórne. Dlaczego wielkość indeksu osadu czynnego (zdolność opadania osadu) jest tak ważna? - dlatego, że przekłada się to bezpośrednio na wymaganą (niezbędną) wielkość osadników wtórnych; przykładowo dla indeksu = 150 cm 3 /g, wielkość osadników wtórnych musi być większa o 50% niż dla indeksu = 100 cm 3 /g. 3/. Poprawienie zdolności napowietrzania wyeksploatowanego rusztu napowietrzającego /oddzielna informacja/ Ad.1/. Redukcję ładunku zanieczyszczeń osiągnięto, poprzez wprowadzenie strącanie wstępne w osadnikach wstępnych. W tym celu, w ramach przetargu wybrano koagulant żelazowy (PIX 112) Przy bardzo niskiej dawce koagulanta wynoszącej 40 g/m 3, osiągnięto zwiększenie redukcji ChZT z około 18% do ok. 40%. Pozwoliło to na zwiększenie ilości osadu (wieku osadu) i zwiększenie zdolności nitryfikacyjnych osadu czynnego. Przeprowadzone przez Dostawcę jesienią 2004 roku próby zwiększenia stopnia redukcji między innymi przez dodanie flokulanta anoniowego (A 1883 RS), nie dały zadawalających rezultatów, mimo widocznego w dużym stopniu zwiększenia efektu kłaczkowania na wlocie osadnika wstępnego w stosunku do osadnika, gdzie był tylko dawkowany PIX 112. Przyczyną może być wysoki udziału frakcji ChZT rozpuszczonego w ściekach surowych wynoszący ok. 50%. Świadczy o tym wynik uzyskany w warunkach laboratoryjnych, gdzie uzyskano stopień redukcji tylko 55%, podczas, gdy dla ścieków komunalnych 67

4 można uzyskać do 90% redukcji ChZT. Poprawę natomiast przyniosła zmiana punktu dozowania koagulanta z przed osadników wstępnych na dozowanie do komory wlotowej oczyszczalni (zwiększenie redukcji o 6%). Ad.2/. W celu zwiększenia zdolności sedymentacyjnych osadu zastosowano glin, w wybranej po przetargu postaci handlowej jako polichlorek glinu (PAX 18). Glin jest stosowany na wielu oczyszczalniach w Polsce w celu poprawy indeksu osadu oraz zwalczania bakterii nitkowatych (kożucha). Jest to bezpieczny, a jednocześnie skuteczny środek do tego celu. Przed zastosowaniem glinu na oczyszczalni próbowano innych metod dla poprawy indeksu osadu oraz zwalczania kożucha: wiosną 2001 r. wykonawca części biologicznej firma PURAC przeprowadziła próby z odpowiednimi kulturami bakterii, ale próba nie została przeprowadzona do końca i brak było jednoznacznych wniosków. Uzyskany efekt zbiegł się z okresem, kiedy w sposób naturalny indeks osadu spada do wielkości <100g/cm 3 (maj, wrzesień) z powodu obniżenia wieku osadu i wzrostu temperatury ścieków. Należy dodać, że metody biologiczne są trudne do prowadzenia, a czasem nieprzewidywalne. podczas eksploatacji, gdy groziło zatrzymanie pracy osadników wtórnych, a tym samym części biologicznej oczyszczalni przez zamarznięty kożuch, w grudniu 2002 roku zastosowano chlorowanie osadu czynnego. Uzyskano zredukowanie warstwy kożucha umożliwiające pracę osadników. Niestety, mimo zastosowania bezpiecznej wg literatury dawki chloru czynnego w wysokości 1,5 g/kg sm.os. zredukowano jednocześnie zdolności nitryfikacyjne osadu. Mniejsza z kolei dawka chloru była nieskuteczna wobec bakterii nitkowatych. w sytuacji kiedy indeks osadu wzrastał do cm 3 /g, uniemożliwiając przepuszczanie przez część biologiczną przepływu pogody suchej, doraźnie stosowano flokulant średnio kationowy w postaci emulsji w dawce 1g/1kg s.m.o, zmniejszając indeks osadu do wartości około 100 cm 3 /g. Pozwalało to oczyszczać biologicznie ścieki suchej pogody. Miało to miejsce między innymi w styczniu, marcu, kwietniu 2003r., kiedy już dopływały ścieki z Pabianic i wzrosło obciążenie oczyszczalni ładunkiem zanieczyszczeń o ok.12% PAX18 zaczęto stosować od drugiej połowy maja 2003r. z dawką 3g/kg. s.m.o. Koagulant dawkowano w pompowniach do osadu recyrkulowanego. Jak widać z wykresu nr 1 indeksu osadu, po zastosowaniu glinu, indeks zredukowano do wartości między cm 3 /g. Próby zastosowania dawek podtrzymujących w wielkości 1,5-2g/1kg s.m.o. nie powiodły się i podczas ich aplikacji indeks się podnosił. 68

5 Przeprowadzono również próby z zastosowaniem PAX-u 25, który nie okazał się środkiem skuteczniejszym od PAX-u 18. Dawkowanie glinu w sposób planowany wstrzymano w maju 2004r. od kiedy indeks dzięki zmniejszeniu ilości osadu w komorach osadu czynnego i osadnikach wtórnych obniża się. Na zmniejszenie ilości osadu pozwala wzrost temperatury przyśpieszający procesy nitrifikacji i denitrifikacji. W tym okresie wiek tlenowy osadu wynosi ok. 3-4 dni, gdy natomiast w zimie podnoszony jest do 7-8 dni. W końcu czerwca i w lipcu 2004r. na skutek wyłączeń i opróżnienia komór osadu dla wymiany membran na dyfuzorach, indeks osadu wrósł do ok.120 cm 3 /g. Po zastosowaniu przez 10 dni koagulantu glinowego w dawce 4g/g s.m.o. indeks osadu obniżono do ok. 90 cm 3 /g (wykres nr 2) Wykres nr 1 Grupowa Oczyszczalnia Ścieków w Łodzi r. 140 Indeks osadu [ml/g] I.2003 II.2003 III.2003 IV.2003 V.2003 VI.2003 VII.2003 VIII.2003 IX.2003 X.2003 XI.2003 XII.2003 Wykres nr 2 Grupowa Oczyszczalnia Ścieków w Łodzi r. 120 Indeks osadu [ml/g] I.2004 II.2004 III.2004 IV.2004 V.2004 VI.2004 VII.2004 VIII.2004 IX.2004 X.2004 XI.2004 XII

6 W październiku 2004 roku przed rozpoczęciem dawkowania PAX-u, dostawca koagulanta w ramach prowadzonego doradztwa zaproponował zmianę punktu dozowania z pompowni osadu recyrkulowanego na dozowanie do kanału rozdzielczego między komorami nitrifikacyjnymi bezpośrednio na kożuch, co miało na celu zwiększenie bezpośredniego kontaktu glinu z kożuchem. Test prowadzono od do Należy dodać, że w tym okresie wiek osadu zwiększył się z 5 do 6,5 dób, co dodatkowo sprzyjało rozwojowi bakterii nitkowatych, a co za tym idzie powodowało zwiększony wzrost kożucha i indeksu osadu. Mimo tego uzyskano zmniejszenie - stabilizację indeksu osadu oraz większe zmniejszenie ilości kożucha na powierzchni osadników niż w sytuacji dawkowania do recyrkulatu. W tabeli poniżej zestawiono wyniki indentyfikacji organizmów nitkowatych w osadzie i kożuchu pobranym w trakcie testu Dodatkowe korzyści ze stosowania koagulantów 5.1. Zmniejszenie ilości siarkowodoru w biogazie i osadzie Mimo nieciągłego stosowania PIX-112 uzyskano zmniejszenie ilości siarkowodoru w biogazie nieoczyszczonym z śr mg/dm 3 do śr. 150 mg/dm 3. Jednocześnie zawartość siarkowodoru w biogazie oczyszczonym spadła z śr. 100 mg/dm 3 do 10mg/dm 3. Daje to również oszczędności w zużyciu złoża dla odsiarczalnika kolumnowego w wysokości ok. 80 tys. zł/rok (65% kosztu bez stosowania koagulanta). Nastąpiło również zmniejszenie poziomu odorów w rejonie osadników wstępnych i pompowni osadów.

7 5.2. Zmniejszenie ilości powstającego struvitu oraz zmiana jego struktury Wprowadzenie procesu biologicznej defosfatacji zwiększyło znacznie zawartość fosforanów w przerabianych osadach, a tym stworzyło warunki dla krystalizacji struvitu. Jakie problemy może stworzyć ten produkt przekonało się już boleśnie wiele oczyszczalni. W GOŚ przed stosowaniem koagulanta żelazowego rurociągi osadu przefermentowanego czyszczone były hydraulicznie pod ciśnieniem do 40 Mpa dwa razy w roku. Podczas stosowaniu koagulanta nastąpiło zmniejszenie ilości powstającego struwitu oraz zmiękczenie jego struktury. Pozwoliło to na ograniczenie częstotliwości czyszczenia do raz w roku i znacznie łatwiejszy jego przebieg Wspomaganie procesu defosfatacji Symultaniczne stosowanie soli metali pozwala na bezpieczne zbilansowanie ładunku odprowadzanego fosforu i utrzymanie wymaganego średniego stężenia rocznego dla foforu ogólnego na wylocie z oczyszczalni, a przy stosowaniu soli glinu dodatkowo na kontrolę ilości bakterii nitkowatych i indeksu osadu. W przypadku stosowania soli metali do strącania wstępnego utrzymanie bezpiecznego poziomu fosforu na wylocie z oczyszczalni jest oczywiste, ale należy pamiętać, że proces ten przy wymaganej na odpływie wartości azotu ogólnego równej 10 mg/dm 3 znajduje ograniczone zastosowanie ze względu na powstający deficyt węgla organicznego do procesu denitrifikacji. Decydując się w tym przypadku na zewnętrzne źródło węgla otrzymujemy bardzo stabilny układ oczyszczania ścieków ze zmniejszoną kubaturą części biologicznej w stosunku do wymaganej kubatury przy procesie tylko biologicznym. 6. Podsumowanie: uzyskano satysfakcjonującą stabilizację indeksu osadu na poziomie < 100cm 3 /g, pomimo zwiększenia wieku osadu oraz zmniejszenie ilości kożucha na powierzchni osadników wtórnych i komór osadu czynnego, efekty stosowania glinu ograniczone są brakiem instalacji do usuwania kożucha na dwóch liniach biologicznego oczyszczania, co w praktyce oznacza hodowlę bakterii nitkowatych znajdujących się w kożuchu. Stwarza to paradoksalną sytuację, że nawet przy bardzo niskim indeksie osadu, kożuch utrzymuje się, 71

8 zwalczanie organizmów nitkowatych powoduje ogólne zmniejszenie poziomu ich liczebności powodując jednocześnie zmiany ilościowe poszczególnych gatunków, na wzrost organizmów nitkowatych ma wpływ wysoki poziom osadu w osadnikach wtórnych utrzymujący się mimo niskiego indeksu i wysokiego stopnia recyrkulacji osadu wynoszącego średnio 110%, stosowanie koagulantów daje szersze korzyści niż tylko poprawę sedymentacji osadów oraz zwalczanie bakterii nitkowatych, uważamy, że w świetle dochodzących sygnałów o deficycie węgla do procesu denitrifikacji w pracujących układach biologicznego usuwania biogenów, należy wykonać analizę porównawczą kosztów budowy i eksploatacji oczyszczalni biologicznej i ze wspomaganiem chemicznym z uwzględnieniem bezpieczeństwa procesu. 72

9 73