DOŚWIADCZENIA W USUWANIU BAKTERII NITKOWATYCH NA PRZYKŁADZIE CENTRALNEJ OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW W GLIWICACH Autorzy: mgr inż. Joanna Ćwikła Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji Sp. z o.o. w Gliwicach Kierownik Oddziału Oczyszczalni Ścieków Centralna Oczyszczalnia Ścieków w Gliwicach jest mechaniczno biologiczną oczyszczalnią z chemicznym wspomaganiem usuwania fosforu, z beztlenową stabilizacją osadu oraz odzyskiem biogazu dla celów energetycznych i cieplnych. Oddana została do eksploatacji w czerwcu 2002 r. po około półtorarocznym rocznym okresie budowy i rozruchu. Oczyszczalnia zaprojektowana jest na przyjęcie 51.000 m 3 /d ścieków i oczyszczenie ich do wartości zgodnych zarówno z ustawodawstwem polskim jak i dyrektywą Unii Europejskiej. Tab 1. Wymagania stawiane ściekom komunalnym w świetle różnych przepisów 1. Unia Europejska Dyr. 91/271/EWG Ustawodawstwo Polskie - Rozp. Ministra Środowiska z dnia 8 lipca 2004r Centralna Oczyszczalnia Ścieków BZT5 25 lub 90 % red. 15 lub 90% red. 15 ChZT 125 lub 75% red. 125 lub 75% red. 100 Zawiesina mg/l 35 lub 90 % red. 35 lub 90 % red. 35 Azot ogólny mgn/l 10 lub 80 % red. 10 lub 85% red. 10 (85 % red.) Fosfor ogólny mgp/l 1,0 lub 80% red. 1,0 lub 90% red. 1,0 Obecnie oczyszczalnia oczyszcza około 30.000 m 3 /d ścieków, z czego około 17% to ścieki przemysłowe. Ścieki z kanalizacji miejskiej doprowadzane są grawitacyjnie do komory z kratą rzadką a następnie do głównej przepompowni ścieków. Stąd pompowane są dalej na 2 kraty gęste prod. MEVA o prześwicie 6mm, a następnie do dwóch piaskowników pionowych wirowych. Pozbawione zawiesiny mineralnej i tłuszczy trafiają do trzech osadników wstępnych i po oczyszczeniu mechanicznym spływają do reaktorów biologicznych. Biologiczne oczyszczenie ścieków dokonuje się na oczyszczalni w trzech równolegle pracujących ciągach, składających się z komory predenitry- 1 podano dla RLM powyżej 100 000 161
fikacji osadów recylkulowanych, komory beztlenowej oraz komory symultanicznej nitryfikacji i denitryfikacji. Dodatkowo w komorach tych prowadzona może być również defosfatacja chemiczna w przypadku stwierdzenia, że defosfatacja biologiczna nie zapewniła wystarczającego stopnia usunięcia fosforu. W reaktorze biologicznym zastosowane jest napowietrzanie powierzchniowe ścieków z wykorzystaniem rotorów mamutowych Passavant. Praca rotorów sterowana jest automatycznie w zależności od zawartości w reaktorze azotu amonowego i azotanowego, których pomiary wykonywane są online. Oczyszczone ścieki trafiają do trzech osadników wtórnych i następnie do rzeki Kłodnicy. W tabelach 2 i 3 podano średnie wartości wskaźników zanieczyszczeń uzyskane na oczyszczalni w 2003 i 2004r. Tab. 2 Średnie wartości wskaźników zanieczyszczeń uzyskane na oczyszczalni w 2003r. Ścieki surowe Ścieki oczyszczone BZT5 334,6 9,1 ChZT 691,9 43,4 Zawiesina mg/l 289,0 16,1 Azot ogólny mgn/l 91,35 6,64 Fosfor ogólny mgp/l 6,4 0,8 Tab. 3 Średnie wartości wskaźników zanieczyszczeń uzyskane na oczyszczalni w 2004r. Ścieki surowe Ścieki oczyszczone Osad z osadników wstępnych kierowany jest do zagęszczaczy grawitacyjnych, gdzie oprócz jego zagęszczenia prowadzona jest fermentacja kwaśna z wydzieleniem lotnych kwasów tłuszczowych. Kwasy te kierowane są do reaktorów biologicznych i wykorzystane są w procesach defosfatacji i denitryfikacji, natomiast zagęszczone osady wstępne mieszane są z osadami nadmiernymi, zagęszczonymi w zagęszczaczach bębnowych Roedygier-Passavant i kie- 162 BZT5 378,8 9,2 ChZT 812,0 41,7 Zawiesina mg/l 322,1 19,5 Azot ogólny mgn/l 72,7 7,83 Fosfor ogólny mgp/l 6,3 0,7
rowane do komór fermentacyjnych, gdzie poddawane są mezofilnej fermentacji metanowej. Przefermentowane osady są odwadniane na prasach taśmowych Roedygier - Passavant i wykorzystywane do celów przyrodniczych. Gaz powstały w procesie fermentacji jest wykorzystany przez agregaty prądotwórcze i kotły gazowe a w przypadku jego nadmiaru (co ma miejsce czasami w okresach letnich) spalany w pochodni gazowej. Ścieki surowe dopływające do Centralnej Oczyszczalni nie są typowymi ściekami komunalnymi, co przejawia się zarówno mniejszym od 0,7 stosunkiem BZT 5 /ChZT jak również obserwowanymi na oczyszczalni zrzutami związków azotowych. Skład ścieków jest bardzo zmienny nie tylko w ciągu doby, ale również w ciągu tygodnia. Dla przykładu poniżej zamieszczono analizy ścieków surowych wykonane w dniach 24/25 i 17/18.11.2004r. Tab.3 Analiza składu ścieków surowych z dnia 17/18.11.2004r. Próba zlewana z ChZT BZT5 Zawiesina Azot ogólny Fosfor ogólny godzin: mg/l mgn/l mgp/l 6.00-9.00 832,00 250,00 418,40 92,87 4,40 9.00-12.00 1397,00 500,00 508,40 100,82 7,00 12.00-15.00 675,00 280,00 254,80 61,99 5,00 15.00-18.00 650,00 240,00 217,20 61,84 4,80 18.00-21.00 1036,00 400,00 277,20 71,62 6,10 21.00-24.00 1021,00 400,00 372,80 60,50 5,60 0.00-3.00 1199,00 300,00 310,40 60,39 5,60 3.00-6.00 992,00 250,00 273,60 59,66 4,40 Tab.4 Analiza składu ścieków surowych z dnia 24/25.11.2004r. Próba zlewana z ChZT BZT5 Zawiesina Azot ogólny Fosfor ogólny godzin: mg/l mgn/l mgp/l 6.00-9.00 358,00 210 205,6 64,93 3,7 9.00-12.00 1624,00 350 2387,2 105,94 5,5 12.00-15.00 888,00 450 406,0 78,02 6,1 15.00-18.00 920,00 400 363,2 74,40 6,3 18.00-21.00 842,00 500 356,0 73,62 6,5 21.00-24.00 855,00 450 374,8 68,42 6,9 0.00-3.00 668,00 340 310,4 62,87 5,8 3.00-6.00 391,00 200 173,2 52,62 4,3 163
Zmienność składu ścieków surowych oraz symultaniczność nitryfikacji i denitryfikacji w jednym reaktorze o przepływie karuzelowym powodują, że w osadzie czynnym rozwijają się bakterie nitkowate. Przez większą część roku pozostają one w równowadze, nie sprawiając większych problemów technologicznych. Ich liczebność w osadzie nie przekracza 2,0-2,5 w skali 0-5 a wartość indeksu osadu utrzymuje się w granicach 150-170 cm 3 /g. Obecność bakterii nitkowatych powoduje jednak, że osad jest bardzo wrażliwy na zakłócenia technologiczne. Zakłócenie takie wystąpiło na oczyszczalni krótko po oddaniu jej do eksploatacji, kiedy to w odstępie kilku tygodni miały miejsce kolejno awarie zagęszczarki i prasy, spowodowane ich wadami fabrycznymi. Z powodu konieczności sprowadzenia nowych części z zagranicy czas oczekiwania na usunięcie obydwu awarii wydłużył się w sumie do 9 tygodni. Zmniejszenie ilości odprowadzanego w tym okresie osadu nadmiernego spowodowało szybki wzrost jego stężenia w reaktorze do około 7,5 kg/m 3 (przy normalnie utrzymywanym 4,5 kg/m 3 ). Indeks osadu przekroczył 200 cm 3 /g. W reaktorze biologicznym pojawiła się piana, która stopniowo zaczęła przekształcać się w kożuch. Po 3 tygodniach od pojawienia się piany w reaktorze biologicznym zaczęły się problemy z eksploatacją komór fermentacyjnych, spowodowane ciągłym wprowadzaniem do nich bakterii nitkowatych. Obciążenie komór fermentacyjnych suchą masą organiczną osadów zmniejszono do 1,5 kgsmorg/ m 3 /d, co spowodowało kolejne ograniczenie ilości osadu nadmiernego odprowadzanego z reaktorów biologicznych. Po usunięciu awarii zagęszczarki i prasy okazało się, że oczyszczalnia znalazła się w sytuacji patowej - w celu wyeliminowania bakterii nitkowatych z reaktorów biologicznych konieczne było m.in. zmniejszenie w nich stężenia osadu czynnego do poziomu 4,5-5,0 kg/m 3 164
poprzez zwiększenie ilości odprowadzanego z tych reaktorów osadu nadmiernego, a zmiany takiej nie można było zastosować, z uwagi na pienienie się osadów w komorach fermentacyjnych. W tej sytuacji zdecydowano się na zastosowanie chemicznych sposobów walki z nadmiernie namnożonymi bakteriami. Próbki osadu czynnego oraz piany z reaktorów biologicznych przesłano do Pracowni Biologicznej BIOM w Pile celem identyfikacji organizmów nitkowatych, ustalenia dominanty oraz sposobu ich eliminacji. Z przeprowadzonych oznaczeń wynikało, że w osadzie dominuje Microthrix parvicella, w liczebności na poziomie kategorii 5 (w skali 0-5) a szczepami podporządkowanymi są Nostocoida limicola, Typ 1701, Typ 0961 oraz Nocardia sp. Zalecono zastosowanie chlorku poliglinu w dawce około 3,0 g jonu Al +3 /kgsmo/d dawkowanego do osadu recylkulowanego. Z dwóch rozważanych do zastosowania koagulantów PAX-18 i PAX 25 wybrano PAX 18. Instalację dozowania PAX-18 uruchomiono w dniu 19.03.2003r. Dawkę początkową koagulantu, wynikającą z obliczeń ilości osadu w całym układzie reaktor biologiczny - osadniki wtórne ustalono na 6100 kg/d, co odpowiadało 254 kg PAX 18/h. Dawkowanie następowało w sposób ciągły. Pierwsze widoczne zmiany w wyglądzie osadu zauważono 23.03.2003r. (w piątej dobie dozowania PAX-u) w postaci ustąpienia kożucha z komór predenitryfikacji osadów recylkulowanych oraz zmiany charakteru osadu wynoszonego na powierzchnię osadników wtórnych - zamiast grubych i zbitych placków kożucha pływających po powierzchni, pojawił się cienki nalot osadu. 165
W dniu 25.03.2003r. kożuch osadu tworzył się już jedynie na wlocie do reaktora biologicznego, w pozostałej jego części obserwowano występowanie lekkiej piany bezpośrednio za rotorami napowietrzającymi. Warstwa cienkiego nalotu osadu na powierzchni osadników wtórnych zmniejszyła się i zajmowała już jedynie około 1/5 powierzchni osadników. Obserwacje mikroskopowe wykazały rozdrobnienie się kłaczków osadu oraz obecność pierwszych pojedynczych przypadków fragmentacji bakterii nitkowatych. W dniu 31.03.2003r. indeks osadu wynosił już 160 cm 3 /g. W związku z obserwowanymi bardzo dobrymi efektami działania koagulantu, w dniu 2.04.2003r. zdecydowano się na zmniejszenie jego dawki do około 230 kg/h. W dniu 3.04.2003r. (w 16-tej dobie dozowania PAX-u) w obserwacji mikroskopowej zauważono wyraźną fragmentację nitek, nadal jednak obserwowano pojedyncze przypadki żywych (pozostających w całości) komórek tych bakterii. Indeks osadu spadł do wartości 128 cm 3 /g. Woda nadosadowa zawierała części nitek i drobne kłaczki osadu. Analiza fizykochemiczna ścieków oczyszczonych wykazała, że rozpadowi nitek towarzyszyło zwiększenie się ChZT ścieków w odpływie z oczyszczalni do 88 mgo 2 /l oraz zawiesiny do 34,6 mg/l. Stan taki trwał kilka dni. W dniu 10.04.2003r. wartość ChZT ścieków oczyszczonych spadła do 57 mgo 2 /l, a w dniu 14.04.2003r. obniżyła się do 40 mgo 2 /l. Analiza mikroskopowa dowiodła, że zmianom tym towarzyszyło wyeliminowanie żywych bakterii nitkowatych z osadu czynnego (obserwowano jedynie pojedyncze fragmenty ich komórek). W osadzie wzrosła ilość orzęsków osiadłych. Sporadycznie obserwowano korzenionóżki i wiciowce. 166
W drugim tygodniu stosowania koagulantu zaczęło ustępować zjawisko pienienia się osadów w komorach fermentacyjnych, co umożliwiło stopniowe zwiększenie ich obciążenia osadem odprowadzanym z reaktora biologicznego. Stężenie osadu czynnego w reaktorze biologicznym zmniejszało się stopniowo, czemu towarzyszyło pojawienie się w osadzie większej różnorodności gatunkowej wśród pierwotniaków. Przywrócenie równowagi w ciągu ściekowym, a następnie osadowym pozwoliło na zwiększenie ilości odwadnianego osadu z 684 t/miesiąc w styczniu do 1287 t/miesiąc w maju. Dozowanie koagulantu zakończono w dniu 14.04.2003r. Dalsze stosowanie PAX-u 18 było bezcelowe z uwagi na osiągnięcie w oczyszczalni normalnego trybu funkcjonowania urządzeń. Począwszy od tamtego okresu, nie odnotowano już więcej przypadku masowego namnożenia się bakterii nitkowatych. Ich populacja utrzymuje się obecnie najczęściej na liczebności 2,0 w skali 0-5. Rozwiązanie zastosowane na Centralnej Oczyszczalni Ścieków pokazało, że dozowanie chemicznych środków do walki z bakteriami nitkowatymi może się okazać skutecznym rozwiązaniem w przypadku, gdy rozwiązania technologiczne zawodzą lub z przyczyn niezależnych od operatora nie można ich na oczyszczalni zastosować. Trzytygodniowa kuracja koagulantem glinowym może przywrócić równowagę w składzie gatunkowym osadu czynnego, a decyzja o jej zastosowaniu nie oznacza, że dawkowanie tego środka konieczne będzie cały czas. Zawsze należy jednak pamiętać, że jest to rozwiązanie kosztowne i powinno być użyte, gdy inne metody okażą się nieskuteczne, a po osiągnięciu spodziewanych rezultatów dalszą eksploatację obiektów prowadzić należy sterując technologią oczyszczania w taki sposób aby nie stwarzać tym bakteriom ponownie dobrych warunków do masowego namnożenia się. 167