Joanna Struk-Sokołowska

Joanna Struk-Sokołowska WPŁYW ŚCIEKÓW MLECZARSKICH NA FRAKCJE ChZT ŚCIEKÓW KOMUNALNYCH Streszczenie. Celem pracy było określenie wpływu ścieków mleczarskich na skład ścieków komunalnych dopływających do oczyszczalni ścieków. Porównano skład i podatność na mechaniczno-biologiczne oczyszczanie ścieków komunalnych z dużym udziałem ścieków mleczarskich oraz ścieków komunalnych bez znaczącego udziału ścieków przemysłowych. W celu dokonania oznaczeń fizykochemicznych zostały pobrane próbki: ścieki surowe (I), ścieki po oczyszczaniu mechanicznym (II), ścieki z poszczególnych faz procesowych SBR (III-VI), ścieki oczyszczone (VII). Metodyka oznaczania frakcji ChZT została opracowana na podstawie wytycznych ATV-131. Badania prowadzono w dwóch seriach w 2008 i 2010 roku w ściekach w oczyszczalni w Sokółce. Średnia wartość ChZT w dopływie do oczyszczalni wynosiła 2280 mgo 2 /dm 3 w I serii badań oraz 678 mgo 2 /dm 3 w II serii badań. W całkowitym ChZT surowych ścieków komunalnych z dużym udziałem ścieków z przemysłu mleczarskiego w 2008 roku dominującymi frakcjami były: rozpuszczona łatwo biodegradowalna (S S = 39,4% w całkowitym ChZT) i cząsteczkowa wolno biodegradowalna (X S = 44,7% w całkowitym ChZT). Podczas II serii badawczej w 2010 roku w dopływie dominowały frakcje ChZT: rozpuszczona biodegradowalna S S z 26,9 udziałem procentowym w całkowitym ChZT oraz cząsteczkowa wolno biodegradowalna X S z 51,5 udziałem procentowym w całkowitym ChZT. Słowa kluczowe: ścieki mleczarskie, ścieki komunalne, sekwencyjny biologiczny reaktor, frakcje ChZT, substancje organiczne biodegradowalne. WPROWADZENIE Przetwórstwo mleka jest w Europie jedną z ważniejszych gałęzi produkcji rolniczej. W 2009 roku produkcja mleka w Unii Europejskiej wyniosła 147924 mln litrów, przy 8,2% udziale Polski (12084 mln litrów) [7]. W zakładach przemysłu mleczarskiego powstają ścieki poprodukcyjne, których ilość uzależniona jest od rodzaju produkowanego asortymentu. Do unieszkodliwiania ścieków poprodukcyjnych z przemysłu mleczarskiego stosowane są głównie procesy biologiczne. Ścieki mleczarskie zawierają substancje organiczne, łatwo ulegające biodegradacji. Zanieczyszczenia te ze względu na szybko zachodzące w nich procesy fermentacji, powodujące znaczne obniżenie odczynu do ph = 4,5 i intensywne zużycie tlenu, muszą być usunięte ze ścieków przed odprowadzeniem do odbiornika. Joanna Struk-Sokołowska Politechnika Białostocka, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Katedra Technologii w Inżynierii i Ochronie Środowiska 130

W ostatnich latach istnieje tendencja do zamykania oczyszczalni przyzakładowych i odprowadzania ścieków mleczarskich do zbiorczych mechaniczno-biologicznych oczyszczalni ścieków komunalnych [1]. Celem niniejszej pracy było określenie wpływu ścieków mleczarskich na skład ścieków komunalnych dopływających do oczyszczalni ścieków. W tym celu porównano skład surowych ścieków komunalnych z dużym udziałem ścieków mleczarskich oraz ścieków komunalnych bez znaczącego udziału ścieków przemysłowych, dopływających do mechaniczno-biologicznej oczyszczalni ścieków na Podlasiu. Na podstawie przeprowadzonych analiz dokonano oceny zawartości substancji organicznych biodegradowalnych oraz nie podlegających biologicznemu rozkładowi, na podstawie niemieckiego zbioru zasad - wytycznych ATV-DVWK-A131P [16]. CHARAKTERYSTYKA ŚCIEKÓW Z PRZEMYSŁU MLECZARSKIEGO Skład ścieków powstających w zakładach przetwórstwa mleka uzależniony jest przede wszystkim od rodzaju produkcji. Do kolejnych czynników wpływających na skład i ładunek ścieków należą wykorzystywane surowce, poziom technologiczny zakładu, procesy mycia i dezynfekcji oraz ilość zużytej wody. Drugim rodzajem ścieków powstających w zakładach mleczarskich są ścieki nieprodukcyjne, m. in. sanitarne, pochłodnicze, burzowe, które są zazwyczaj łączone ze ściekami produkcyjnymi i oczyszczane wspólnie [14]. Wśród zakładów przetwarzających mleko wyróżnić należy zlewnie mleka, małe zakłady mleczarskie (produkujące mleko pasteryzowane, śmietany, kefiry, jogurty, twarogi) oraz średnie i duże zakłady mleczarskie o rozszerzonym lub pełnym profilu produkcji (produkujące dodatkowo sery topione i długo dojrzewające, masło, mleko w proszku, lody) [1]. Najmniej wody w procesach produkcyjnych zużywają zlewnie mleka (0,3-0,5 m 3 /m 3 ). W zakładach produkujących mleko w proszku jednostkowa ilość powstających ścieków waha się od 1,5 do 3,0 m 3 /m 3 przerobionego mleka, sięgając 20 m 3 /m 3 w mleczarniach wytwarzających masło [3]. Roczna produkcja mleka w Polsce na przestrzeni ostatnich lat, kształtuje się na poziomie przekraczającym 12 mld litrów [7], z czego do zakładów przetwórczych trafia około 55% [3]. Wielkości dostaw mleka do mleczarni w skali rocznej związane są z sezonowością. Odnotowuje się blisko 20% wzrost dostarczanego surowca w stosunku do średniej rocznej w sezonie letnim oraz spadek w okresie zimowym. Typowa mleczarnia w Polsce odprowadza 450-600 m 3 /d ścieków o średniej wartości BZT 5 około 1167 mgo 2 /dm 3 i ChZT 2077 mgo 2 /dm 3 (tabela 1). Wśród zakładów przetwórstwa mleka istnieją także obiekty odprowadzające ponad 5000 m 3 /d ścieków, w których wartość BZT 5 sięga 6000 mgo 2 /dm 3, a ChZT 9000 mgo 2 /dm 3. Przykładem jest zakład Mlekovity w Wysokiem Mazowieckiem. Skład ścieków uzależniony od produkowanego asortymentu przedstawiono w tabeli 1. 131

Tabela 1. Skład ścieków mleczarskich [3] Table 1. Dairy wastewater composition [3] Parametr jednostka Proces/Rodzaj produkcji mycie sery kazeina twarogi masło mleko w proszku sery topione ph 9,6 7,0 6,4 6,6 7,5 7,6 7,2 7,2 mleko spożywcze Utlenialność mgo 2 /dm 3 290,0 500,0 480,0 1020,0 200,0 575,0 485,0 550,0 ChZT mgo 2 /dm 3 1200,0 3950,0 1360,0 3420,0 1055,0 2090,0 1450,0 2090,0 BZT 5 mgo 2 /dm 3 515,0 1760,0 1300,0 1900,0 690,0 1135,0 875,0 1160,0 Ekstrakt eter. mg/dm 3 160,0 150,0 31,0 100,0 75,0 32,0 375,0 60,0 Zawiesiny mg/dm 3 480,0 350,0 400,0 485,0 200,0 505,0 1980,0 205,0 Sucha pozost. mg/dm 3 nb 2020,0 1800,0 1920,0 1100,0 1090,0 3250,0 1460,0 OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW MLECZARSKICH Nierównomierność dopływającego wraz ze ściekami mleczarskimi ładunku stanowi obciążenie dla oczyszczalni komunalnych. Jeżeli zakłady przetwórstwa mleka położone w miastach odprowadzają ścieki do kanalizacji miejskiej ich oczyszczanie mechaniczne powinno mieć na celu usuwanie tłuszczów, a nie zawiesin. Do odtłuszczania ścieków mleczarskich wykorzystuje się o flotację ciśnieniową, natomiast serwatkę usuwa się np.: technikami membranowymi. W przypadku, gdy mleczarnia posiada zbiorniki uśredniające możliwe jest regulowanie spustu ścieków do kanalizacji w zależności od przepływu, co jest szczególnie istotne, gdy nie ma możliwości wyrównania ładunku w sieci. Do biologicznego oczyszczania ścieków mleczarskich stosuje się najczęściej metody tlenowe np.: rowy cyrkulacyjne, sekwencyjne reaktory biologiczne, a także reaktory beztlenowe (reaktory UASB, metody kombinowane UASB z systemem AS, rozwiązania hybrydowe tj.: usprawnienie działania UASB reakcjami fotochemicznymi) [5, 9, 12]. Układy oczyszczalni ścieków z osadem czynnym mogą stanowić oczyszczalnie jedno-, dwu-, trzystopniowe, oczyszczalnie z biosorpcją i biostabilizacją oraz z zastosowaniem chemicznego doczyszczania ścieków. W celu ograniczenia stosowania środków chemicznych zmniejszających zawartości substancji biogennych w ściekach oczyszczonych stosowane są sekwencyjne bioreaktory membranowe MSBR, reaktory z wkładem włóknistym, ruchomym złożem, zeolitami naturalnymi lub modyfikowanymi. [1, 14]. Efekt oczyszczania ścieków mleczarskich w rowie cyrkulacyjnym i SBR podano w tabeli 2. 132

Tabela 2. Efekt oczyszczania ścieków mleczarskich w rowie cyrkulacyjnym i SBR [1, 6] Table 2. Purification effect of dairy wastewater in circulation ditch and Sequential Batch Reactor [1,6] Parametr BZT 5 [mgo 2 /dm 3 ] ChZT [mgo 2 /dm 3 ] Azot ogólny [mg/dm 3 ] Fosfor ogólny [mg/dm 3 ] Zawiesiny [mg/dm 3 ] Rów cyrkulacyjny OSM Chojnice [1] Komora SBR SM Lidzbark Welski [6] Dopływ Odpływ Dopływ Odpływ średnio średnio zakres średnio zakres średnio 1350,0 4,8 340,0-7230,0 2895,0 7,0-26,0 19,0 2460,0 75,0 470,0-8986,0 3683,0 13,0-138,0 86,0 44,0 9,4 38,6-179,2 105,3 2,8 4,9 3,5 13,0 3,9 12,0-61,2 30,8 1,4 3,2 2,0 321,0 31,0 nb nb 10,0 58,0 35,0 OCZYSZCZALNIA ŚCIEKÓW W SOKÓŁCE Maksymalna dobowa przepustowość mechaniczno-biologicznej, sekwencyjnej oczyszczalni ścieków w Sokółce wynosi 6000 m 3. Na rysunku 1 przedstawiono schemat technologiczny oczyszczalni. W 2008 roku (w okresie prowadzenia pierwszej prezentowanej serii badań) w miejscu zbiornika uśredniającego, napowietrzanego z możliwością dawkowania PIX istniała pompownia ścieków. Ścieki surowe dopływają do oczyszczalni z kanalizacji miejskiej oraz są dowożone w ilości około 200 m 3 /d do punktów zlewnych zlokalizowanych w części przemysłowej miasta. Oczyszczanie mechaniczne przebiega na kratach schodkowych, sitach bębnowych, piaskowniku przedmuchiwanym z rusztem napowietrzającym oraz separatorze tłuszczów i olejów. Mechanicznie oczyszczone ścieki tłoczone są do przepompowni strefowej (zbiornika uśredniającego) o pojemności 1800 m 3 i czasie przetrzymania ścieków 8 h. Z przepompowni ścieki przepływają do komór sekwencyjnych biologicznych reaktorów, o pojemności 1500 m 3, wysokości 9 m, średnicy 16 m. Urządzenia napowietrzające i mieszające biomasę w czterech reaktorach SBR pracują w układzie kombinowanym (szeregowo-równoległym). Czas trwania pojedynczego cyklu reaktora wynosi 8 godzin, warunki tlenowe zmieniają się w zakresie 1,8 5 go 2 /m 3, wiek osadu 19 dni, a obciążenie osadu 0,1 kg BZT 5 /kgsmd. Fazy procesowe SBR obejmują: napełnianie anaerobową fazę defosfatacji 1,5h (mieszanie wstępne 0,25 h), napowietrzanie aerobową fazę utleniania związków węgla organicznego i nitryfikacji 4,5 h, anoksyczną fazę denitryfikacji 0,5 h, sedymentację 0,5 h + przedmuch osadu czynnego 0,25 h, dekantację ścieków oczyszczonych 0,5 h. Odbiornikiem ścieków oczyszczonych jest rzeka Sokołda. 133

(zbiornika u redniaj cego) o pojemno ci 1800 m 3 i czasie przetrzymania cieków 8 h. Z przepompowni cieki Inżynieria przep ywaj Ekologiczna do komór Nr 24, sekwencyjnych 2011 biologicznych reaktorów, o pojemno ci 1500 m 3, wysoko ci 9 m, rednicy 16 m. Rys. 1. Schemat technologiczny oczyszczalni ścieków w Sokółce Fig. 1. The Rysunek technology 1. scheme Schemat of technologiczny wastewater treatment oczyszczalni plant (WWTP) cieków in w Sokółka Sokó ce Figure 1. The technology scheme of wastewater treatment plant (WWTP) in Sokó ka Powstający Urz dzenia w reaktorach napowietrzaj ce SBR odsad i mieszaj ce nadmierny biomas poddawany w czterech jest reaktorach zagęszczaniu SBR pracuj wstępnemu w w uk adzie zagęszczaczu kombinowanym grawitacyjnym. (szeregowo-równoleg ym). Odwodniony Czas osad trwania kierowany pojedynczego jest na cyklu prasę filtracyjno-taśmową, po której uzyskuje się stopień uwodnienia rzędu 86%, reaktora wynosi 8 godzin, warunki tlenowe zmieniaj si w zakresie 1,8 5 go 2 /m 3, wiek a następnie poddawany jest procesowi kompostowania. Jakość ścieków surowych i oczyszczonych osadu 19 jako dni, a wartości obci enie średnie osadu 0,1 z kg analizowanych BZT 5 /kgsmd. Fazy okresów procesowe badań SBR z obejmuj : oczyszczalni w Sokółce - nape nianie zestawiono anaerobow w tabeli faz defosfatacji 3. 1,5h (mieszanie wst pne 0,25 h) - napowietrzanie aerobow faz utleniania zwi zków w gla organicznego i nitryfikacji 4,5 h Tabela 3. Jakość ścieków w oczyszczalni ścieków w Sokółce 2008 i 2010 - anoksyczn faz denitryfikacji 0,5h Table 3. Wastewater quality in WWTP in Sokółka 2008 and 2010 - sedymentacj 0,5 h + przedmuch 2008 osadu czynnego 0,25 h 2010 Parametry - dekantacj cieków oczyszczonych Ścieki 0,5 h. Odbiornikiem cieków Ścieki oczyszczonych jest rzeka Ścieki Ścieki Efekt jakościowe oczyszczonne Efekt [%] oczyszczo- Soko da. surowe surowe [%] Odczyn Powstaj cy 7,81 w reaktorach 7,48 SBR odsad nadmierny - poddawany 7,90 jest 7,00 zag szczaniu -wst pnemu w BZT 5 zag szczaczu 618,00 grawitacyjnym. 5,87 Odwodniony 99 osad kierowany 338,00 jest 12,20 na pras filtracyjno-ta mow, 96 [mgo 2 /dm 3 ] ChZT po której uzyskuje si stopie uwodnienia rz du 86%, a nast pnie poddawany jest procesowi 1508,00 60,50 96 908,00 75,20 92 [mgo 2 /dm 3 ] kompostowania. Jako cieków surowych i oczyszczonych jako warto ci rednie Azot ogólny z analizowanych 83,30 okresów 3,20 bada z oczyszczalni 96 w Sokó ce 77,10 zestawiono 10,90 w tabeli 86 3. [mg/dm 3 ] Fosfor ogólny [mg/dm 3 ] Zawiesiny ogólne [mg/dm 3 ] 23,00 1,62 93 8,97 2,09 77 583,00 13,00 98 310,00 33,30 89 Źródło: Miejskie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji w Sokółce 2008r., 2010r. 134

METODYKA BADAŃ Do analizy i oceny zmian składu ścieków wytypowano mechaniczno-biologiczną oczyszczalnię ścieków w Sokółce. Badania prowadzono w dwóch okresach: wiosenno-letnim 2008 i 2010 roku. W każdym okresie badawczym dokonano 4 poborów próbek, podane w tabelach 4 i 5 wartości są średnią z uzyskanych wyników. Próbki ścieków do analiz fizyczno-chemicznych, niezbędnych do wyznaczenia frakcji ChZT na podstawie wytycznych ATV-DVWK-A131P [11, 13, 16], pobierano w siedmiu punktach oczyszczalni: P1 w kanale doprowadzającym ścieki do budynku oczyszczania mechanicznego, P2 po oczyszczaniu mechanicznym, P3, P4, P5, P6 - z faz procesowych sekwencyjnego reaktora biologicznego, P7 na odpływie ścieków oczyszczonych. Zgodnie z wytycznymi analizę niezbędnych właściwości opisanych za pomocą parametrów (BZT, ChZT) dokonano w próbkach sączonych i niesączonych. Rozdziału dokonywano przy użyciu wirówki Med Instruments MPW 350 oraz filtrów membranowych Millipore 0,45µm. W okresie badawczym obejmującym wiosnę i lato 2008 roku ścieki mleczarskie miały ponad 20% udział w całkowitej objętości ścieków dopływających do oczyszczalni. Na przełomie 2009 i 2010 roku Okręgowa Spółdzielnia Mleczarska w Sokółce (obecnie jeden z 12 zakładów tworzących największą Spółdzielnię Mleczarską w Polsce Mlekpol 35% udziału w polskim rynku mleka [15]) wprowadziła proces podczyszczania ścieków mleczarskich, co skłoniło do wyznaczenia drugiego okresu badawczego w 2010 roku, w celu porównania składu ścieków komunalnych bez udziału surowych ścieków mleczarskich. W celu wyeliminowania różnic wnikających z odmiennych warunków klimatycznych drugą serię badań prowadzono w analogicznym okresie roku (maj, czerwiec, lipiec). WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA Wartości wskaźników charakteryzujące substancje organiczne zawarte w ściekach komunalnych z dużym udziałem ścieków mleczarskich, stanowiące podstawę do obliczenia frakcji ChZT podano w tabeli 4. Uzyskane wyniki badań potwierdzają znaczny ładunek zanieczyszczeń organicznych doprowadzany do oczyszczalni komunalnych ze ściekami mleczarskimi. Na podstawie wykonanych analiz stwierdzono, że średnia wartość ChZT ścieków komunalnych z dużym udziałem ścieków mleczarskich (I seria badawcza, 2008 rok) wynosiła 2280 mgo 2 /dm 3, a w ściekach oczyszczonych 42 mgo 2 /dm 3 (obniżenie o 98,16 %), natomiast w II serii badawczej w 2010 roku po procesie mechaniczno-biologicznego oczyszczania uzyskano obniżenie ChZT o 94%, z wartości ChZT w dopływie równej 678 mgo 2 /dm 3 do 42 mgo 2 /dm 3 w odpływie. Średnia wartość ChZT = 2280 mgo 2 /dm 3 wyznaczona podczas I serii badawczej w surowych ściekach komunalnych z dużym udziałem ścieków mleczarskich była zbli- 135

żona do prezentowanej przez Anielak 2008 [1], mieściła się również w zakresie wartości uzyskanych przez Janczukowicza i in. 1998 [6] oraz Tawfika i in. 2008 [12] badających ścieki komunalne z przewagą ścieków mleczarskich, natomiast znacznie przekraczała prezentowaną przez Arslan i Ayberka 2003 [2], których badania prowadzone były w ściekach komunalnych z dużym udziałem ścieków z przemysłu chemicznego, farmaceutycznego i drożdżarskiego. Wyznaczony w badaniach skład ścieków dopływających do oczyszczalni w Sokółce podczas II serii badawczej w 2010 roku podano w tabeli 5. Średnia wartość ChZT = 678 mgo 2 /dm 3 uzyskana podczas analiz ścieków komunalnych jest bardzo zbliżona do prezentowanej przez Pastora i in. 2009 [8] w ściekach komunalnych z oczyszczalni ścieków w Szapar i Padrag oraz przez Sadecką i Płuciennik-Koropczuk 2009 [11] w ściekach komunalnych dopływających do oczyszczalni dla Zielonej Góry. Średnia wartość BZT 5 w surowych ściekach komunalnych z dużym udziałem ścieków mleczarskich (seria I) wynosiła 1486 mgo 2 /dm 3 przekraczając ponad 4 krotnie wartość BZT 5 = 360 mgo 2 /dm 3 w dopływających do oczyszczalni ściekach komunalnych (seria II) i była mniejsza od uzyskanej przez Tawfika i in. 2008 [12] w ściekach komunalnych z dużym udziałem ścieków mleczarskich, wynoszącej 1941 mgo 2 /dm 3. Średnie wartości ChZT* (w ściekach sączonych) różniły się w ściekach surowych znacznie wynosząc w serii I 1190 mgo 2 /dm 3, w serii II 239 mgo 2 /dm 3, natomiast w odpływie z oczyszczalni w Sokółce w I i II serii badawczej kształtowały się na zbliżonym poziomie. Najbardziej efektywne obniżenie wartości wskaźników ChZT, ChZT* (ścieków sączonych) oraz BZT 5 zaobserwowano po pierwszej fazie procesowej sekwencyjnego reaktora biologicznego w I i w II serii badań. Zmiany udziałów fakcji ChZT w ściekach komunalnych z dużym udziałem ścieków z przemysłu mleczarskiego przedstawiono na rysunkach 2 i 4, natomiast w ściekach komunalnych z udziałem podczyszczonych ścieków mleczarskich na rysunkach 3 i 5. Rys. 2. Zmiany frakcji ChZT (S S, S I, X S, X I ) w ściekach komunalnych z dużym udziałem ścieków mleczarskich Fig. 2. The changes of the COD fractions (S S, S I, X S, X I ) in municipal wastewater with big dairy wastewater contribution 136

Rys. 3. Zmiany frakcji ChZT (S S, S I, X S, X I ) w ściekach komunalnych Fig. 3. The changes of the COD fractions (S S, S I, X S, X I ) in municipal wastewater ścieki komunalne z dużym udziałem ścieków mleczarskich 100 mgo2/dm3 80 60 40 20 Xi Xs si Ss 0 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 Rys. 4. Procentowy udział frakcji ChZT w ściekach podczas I serii pomiarowej z oczyszczalni w Sokółce Fig. 4. Percentage of COD fractions in wastewater during the first measurement series from WWTP in Sokółka ścieki komunalne 100 mgo2/dm3 80 60 40 20 Xi Xs si Ss 0 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 Rys. 5. Procentowy udział frakcji ChZT w ściekach II serii pomiarowej z oczyszczalni w Sokółce Fig. 5. Percentage of COD fractions in wastewater during the second measurement series from WWTP in Sokółka 137

Na podstawie frakcji obliczonych dla ścieków komunalnych w dużym udziałem ścieków mleczarskich (I seria badawcza) stwierdzono, że substancje biodegradowalne miały ponad 84% udział w ChZT całkowitym ścieków (2280 mgo 2 /dm 3 ), w tym związki organiczne rozpuszczone 39,4% (S S =1159,8 mgo 2 /dm 3 ), a cząsteczkowe 44,7% (X S = 1316,9 mgo 2 /dm 3 ). Uzyskane w badaniach udziały procentowe frakcji ChZT są bardzo zbliżone do prezentowanych przez Arslan i in. 2003 [2] w ściekach komunalnych z dużym udziałem ścieków przemysłowych. Substancje organiczne niebiodegradowalne w surowych ściekach z I serii badawczej miały blisko 16% udział w ChZT całkowitym, przy czym substancje rozpuszczone jedynie 1%, a cząsteczkowe, blisko 15%, co stanowi wynik bardzo zbliżony do uzyskanego w ściekach z oczyszczalni w Izmit podczas III serii badawczej przez Arslan i in. [2], natomiast wyższy od wyników uzyskanych przez w/w autorów podczas I i II serii badawczej. Natomiast w surowych ściekach komunalnych (II seria badań) udział substancji podlegających biologicznemu rozkładowi był mniejszy i wynosił 78,4%. Porównanie wartości wskaźników charakteryzujących substancje organiczne w surowych ściekach komunalnych z udziałem ścieków przemysłowych oraz z udziałem podczyszczonych ścieków mleczarskich, a także wyznaczone przez autorów na świecie i w Polsce frakcje ChZT (w mgo 2 /dm 3 oraz udziały %) podano w tabeli 6. Zestawienie pokazuje różnice składu ścieków komunalnych spowodowane dopływem do oczyszczalni komunalnych ścieków przemysłowych. Na rysunku 6 przedstawiono procentowe udziały frakcji ChZT w surowych ściekach komunalnych z dużym udziałem ścieków przemysłowych, określone na podstawie danych literaturowych i wyników badań własnych. W ściekach komunalnych z dużym udziałem ścieków przemysłowych dominującą frakcją były biodegradowalne substancje rozpuszczone, natomiast w przypadku ścieków komunalnych zawierających podczyszczone ścieki mleczarskie największy udział stanowiły substancje cząsteczkowe biologicznie wolno rozkładalne. 138

frakcje chzt w ściekach komunalnych z dużym udziałem ścieków przemysłow ych [%] 4,3 38,8 47 Ss si Xs Xi 9,8 Rys. 6. Procentowy udział frakcji ChZT w ściekach komunalnych z dużym udziałem ścieków przemysłowych (wartości średnie na podstawie danych literaturowych i uzyskanych wyników) Fig. 6. Percentage of COD fractions in wastewater with substantial industry contribution (the average values based on literature data and own results) WNIOSKI Porównanie wyników analiz z dwóch okresów badawczych oraz obliczonych na ich podstawie frakcji ChZT pozwoliło na stwierdzenia: 1. Ścieki komunalne z dużym udziałem ścieków z przetwórstwa mleka charakteryzują się znacznie wyższym udziałem zanieczyszczeń organicznych niż ścieki komunalne z udziałem podczyszczonych ścieków z przemysłu spożywczego. 2. Surowe ścieki komunalne z dużym udziałem ścieków mleczarskich zawierają zdecydowanie więcej substancji rozpuszczonych biodegradowalnych, natomiast mniej zanieczyszczeń cząsteczkowych biologicznie rozkładalnych, niż ścieki komunalne w skład, których wchodzą podczyszczone ścieki spożywcze. 3. Po oczyszczaniu mechanicznym ścieków komunalnych z dużym udziałem ścieków mleczarskich zauważono procentowy wzrost udziału frakcji biodegradowalnych, co świadczy o skuteczności procesu, natomiast w serii II badań (w ściekach komunalnych z udziałem podczyszczonych ścieków mleczarskich) nastąpił wzrost udziału substancji niebiodegradowalnych, co wskazuje na odmienny skład ścieków dopływających do oczyszczalni. 4. Efektem anoksycznej fazy denitryfikacji ścieków komunalnych z dużym udziałem ścieków mleczarskich (P6 seria I) było obniżenie udziału substancji biodegradowalnych z 69,3 do 61,8% i wzrost udziału związków niebiodegradowalnych z 30,7 do 38,2%, natomiast w ściekach komunalnych (P6 seria II) ta faza procesowa nie spowodowała zmian, a substancje biodegradowalne stanowiły ponad 57%, natomiast niebiodegradowalne ponad 42%. Publikacja powstała przy wsparciu nakładów finansowych pracy własnej W/WBiIŚ/7/2011 oraz pracy statutowej S/WBiIŚ/4/2011. 139

Tabela 4. Wskaźniki zanieczyszczeń, zmiany wartości i procentowych udziałów frakcji ChZT po kolejnych etapach oczyszczania ścieków komunalnych (z dużym udziałem ścieków przemysłowych) Table 4. The values of pollution indicators, concentration changes and percentage contribution of COD fractions after subsequent stages of municipal wastewater treatment (with substantial dairy wastewater contribution) ChZT ChZT* BZT 5 S S S I X S X I Σ ChZT Σ Σ Σ ChZT S ChZT I S S S I X S X I ChZT mgo 2 /dm 3 mgo 2 /dm 3 mgo 2 /dm 3 % % Σ Σ ChZT S ChZT I P 1 2280,0 1190,0 1486,0 1159,8 30,2 1316,9 439,0 2945,9 2476,7 469,2 39,4 1,0 44,7 14,9 100 84,1 15,9 P 2 1868,0 920,0 903,0 889,8 30,2 615,2 205,1 1740,3 1505,0 235,3 51,1 1,7 35,4 11,8 100 86,5 13,5 P 3 428,7 211,3 233,0 181,1 30,2 207,2 69,1 487,6 388,3 99,3 37,1 6,2 42,5 14,2 100 79,6 20,4 P 4 393,1 179,5 196,0 149,3 30,2 177,4 59,1 416,0 326,7 89,3 35,9 7,3 42,6 14,2 100 78,5 21,5 P 5 186,9 68,8 96,0 38,6 30,2 121,4 40,5 230,7 160,0 70,7 16,7 13,1 52,6 17,6 100 69,3 30,7 P 6 87,2 43,7 54,0 13,5 30,2 76,5 25,5 145,7 90,0 55,7 9,3 20,7 52,5 17,5 100 61,8 38,2 P 7 42,0 30,2 25,0 <1,0 30,2 41,7 13,9 85,8 41,7 44,1 <0,1 35,2 48,6 16,2 100 48,6 51,4 ChZT przed wydzieleniem zanieczyszczeń rozpuszczonych ChZT* - po wydzieleniu zanieczyszczeń rozpuszczonych Σ ChZT S suma substancji biodegradowalnych Σ ChZT I suma substancji niebiodegradowalnych 140

Tabela 5. Wskaźniki zanieczyszczeń, zmiany wartości i procentowych udziałów frakcji ChZT po kolejnych etapach oczyszczania ścieków komunalnych Table 5. The values of pollution indicators, concentration changes and percentage contribution of COD fractions after subsequent stages of municipal wastewater treatment ChZT ChZT* BZT 5 S S S I X S X I Σ ChZT Σ Σ Σ ChZT S ChZT I S S S I X S X I ChZT mgo 2 /dm 3 mgo 2 /dm 3 mgo 2 /dm 3 % % Σ Σ ChZT S ChZT I P 1 678,0 239,0 360,0 205,9 33,1 394,1 131,4 764,5 600,0 164,5 26,9 4,4 51,5 17,2 100 78,4 21,6 P 2 642,0 214,0 358,0 180,9 33,1 415,8 138,6 768,4 596,7 171,7 23,5 4,3 54,1 18,1 100 77,6 22,4 P 3 286,0 92,0 130,0 58,9 33,1 157,8 52,6 302,4 216,7 85,7 19,5 10,9 52,2 17,4 100 71,7 28,3 P 4 199,2 82,7 95,0 49,6 33,1 108,7 36,2 227,6 158,3 69,3 21,8 14,5 47,8 15,9 100 69,6 30,4 P 5 88,6 41,3 44,0 8,2 33,1 65,1 21,7 128,1 73,3 54,8 6,4 25,8 50,9 16,9 100 57,3 42,7 P 6 81,2 39,7 45,0 6,6 33,1 68,4 22,8 130,9 75,0 55,9 5,0 25,3 52,3 17,4 100 57,3 42,7 P 7 40,6 33,1 14,0 <1,0 33,1 23,3 7,8 64,2 23,3 40,9 <0,1 51,6 36,3 12,1 100 36,3 63,7 ChZT przed wydzieleniem zanieczyszczeń rozpuszczonych ChZT* - po wydzieleniu zanieczyszczeń rozpuszczonych Σ ChZT S suma substancji biodegradowalnych Σ ChZT I suma substancji niebiodegradowalnych 141

Tabela 6. Porównanie frakcji ChZT w surowych ściekach komunalnych i surowych ściekach komunalnych z dużym udziałem ścieków przemysłowych Table 6. Comparison of COD fractions of raw municipal wastewater with raw municipal wastewater with big industrial contribution Kraj OŚ ChZT S S S I X S X I S S S I X S X I Autor Rok mgo 2 /dm 3 mgo 2 /dm 3 % ścieki komunalne 1. Szwecja Uppsala 183,0 49,4 27,4 75,0 31,1 27,0 15,0 41,0 17,0 Xu i Hultman [17] 1996 2. Włochy Roma-Est 313,0 47,0 25,0 222,2 18,8 15,0 6,0 71,0 8,0 Carucci, Rolle, Smurra [4] 1999 3. Szwajcaria Neugut 250,0 25,0 10,0 165,0 50,0 10,0 4,0 66,0 20,0 4. Szwajcaria Neugut 350,0 35,0 14,0 231,0 70,0 10,0 4,0 66,0 20,0 5. Szwajcaria Neugut 380,0 38,0 15,0 251,0 76,0 10,0 4,0 66,0 20,0 Rieger, Koch, Kuhni, Gujer, Siegrist [10] 2001 6. Węgry Liter 443,0 76,6 23,5 287,1 55,8 17,3 5,3 64,8 12,6 7. Węgry Szapar 665,0 202,2 35,9 238,7 188,2 30,4 5,4 35,9 28,3 8. Węgry Borzavar 1362,0 363,6 43,6 653,8 301,0 26,7 3,2 48,0 22,1 Pasztor, Tury, Pulai [8] 2009 9. Węgry Harskut 987,0 201,4 56,2 566,5 162,9 20,4 5,7 57,4 16,5 10. Węgry Padrag 582,0 58,2 62,9 318,9 142,0 10,0 10,8 54,8 24,4 11. Polska Łężyca 608,0 160,0 36,0 340,0 113,3 24,6 5,5 52,4 17,5 Sadecka, Płuciennik-Koropczuk [11] 2009 12. Polska Sokółka 678,0 205,9 33,1 394,1 131,4 26,9 4,4 51,5 17,2 badania własne 2011 zakres 183,0 1362,0 25,0 363,0 10,0 62,9 75,0 653,8 18,8 301,0 10,0 30,4 3,2 15,0 35,9 71,0 8,0 28,3 ścieki komunalne z dużym udziałem ścieków przemysłowych 13. Turcja Izmit 562,0 351,0 83,0 128,0 <1,0 62,4 14,8 22,8 <0,1 14. Turcja Izmit 1505,0 713,0 117,0 637,0 38,0 47,4 7,8 42,3 2,5 Arslan, Ayberk [2] 2003 15. Turcja Izmit 1012,0 393,0 159,0 460,0 <1,0 38,8 15,7 45,5 <0,1 16. Polska Sokółka 2280,0 1159,8 30,2 1316,9 439,0 39,4 1,0 44,7 14,9 badania własne 2011 142

BIBLIOGRAFIA 1. Anielak A. M. 2008: Gospodarka wodno-ściekowa przemysłu mleczarskiego, Agro Przemysł 2/2008, 57-59. 2. Arslan A., Ayberk S. 2003: Characterisation and biological treatability of Izmit industrial and domestic wastewater treatment plant wastewaters. Water SA, 29, 4, 451-456. 3. Bartkiewicz B., Umiejewska K. 2010: Oczyszczanie ścieków przemysłowych. PWN, Warszawa. 4. Carucci A., Rolle E., Smurra P. 1999: Management optimisation of a large wastewater treatment plant. Wat. Sci. Tech. 39, 4, 129-136. 5. Grala A., Zieliński M., Dudek M, Dębowski M. 2010: Efektywność oczyszczania ścieków mleczarskich w reaktorze beztlenowym o przepływie pionowym. Inż. Ekolog. 22, 97-105. 6. Janczukowicz W., Krzemieniewski M., Pesta J. 1998: Stosowanie komór osadu czynnego typu SBR do oczyszczania ścieków mleczarskich. Przegląd Mleczarski, 1998/10, 372. 7. Olkowska O. 2010: Raport: Sytuacja na rynku mleka, Polska Federacja Hodowców Bydła i Producentów Mleka, Warszawa 17.11.2010. 8. Pasztor I., Thury P., Pulai J. 2009: Chemical oxygen demands fractions of municipal wastewater for modeling of wastewater treatment., Int. J. Environ. Sci. Tech., 6, 1, 51-56. 9. Rajesh Banu J., Anandan S., Kaliappan S., Ick-Tae Y. 2008: Treatment of dairy wastewater using anaerobic and solar photocatalytic methods. Solar Energy 82, 812-819. 10. Rieger L., Koch G., Kühni M., Gujer W., Siegrist H. 2001: The eawag BIO-P module for activated sludge model no. 3., Wat. Res. 35, 16, 3887-3903. 11. Sadecka Z., Płuciennik-Koropczuk E. 2009: Frakcje ChZT w modelach biokinetycznych. W:// Oczyszczanie ścieków i przeróbka osadów ściekowych, Oficyna Wydawnicza Uniwersytet Zielonogórski, Zielona Góra, T 3, 39-48. 12. Tawfik A., Sobhey M., Badawy M. 2008: Treatment of a combined diary and domestic wastewater in an up-flow anaerobie sludge blankiet (UASB) reaktor followed by activated sludge (AS system). Desalination 227, 167-177. 13. Tuszyńska A., Obarska-Pempkowiak H. 2007: Influence of COD-fractions on removal effectiveness and accumulation of organic matter in constructed wetlands. Ecohydrology&Hydrobiology, 7, 3-4, 311-319. 14. Wojnicz M., Anielak A. M. 2008: Badania nad możliwością oczyszczania ścieków przemysłu mleczarskiego w systemie SBR z wykorzystaniem zeolitu naturalnego. W:// Oczyszczanie ścieków i przeróbka osadów ściekowych, Oficyna Wydawnicza Uniwersytet Zielonogórski, Zielona Góra, T 2, 133-142. 15. www.mlekpol.com.pl 16. Wytyczne ATV-DVWK-A131P: Wymiarowanie jednostopniowych oczyszczalni ścieków z osadem czynnym. Załącznik Bilans ChZT, Wydawnictwo Seidel-Przywecki, 2000. 17. Xu S., Hulman B. 1996: Experiences in wastewater characterization and model calibration for the actived sludge process., Wat. Sci. Tech. 33, 12, 89-98. 143

THE INFLUENCE OF DAIRY WASTEWATER ON COD FRACTIONS IN MUNICIPAL WASTEWATER Summary. The aim of the paper was to determine the effect of dairy wastewater on the composition of municipal wastewater flowing into WWTP. A comparison was conducted of the composition and susceptibility to mechanical-biological treatment of wastewater with substantial dairy wastewater participation and without. In order to make physicochemical determinations, the following types of wastewater samples were collected: influent (I), wastewater after mechanical treatment (II), wastewater from particular SBR work stages (III-VI), effluent (VII). Methodology for COD fractions determination was worked out on the basis of ATV-131 guidelines. The study was conducted in two series - in 2008 and 2010 in the wastewater from WWTP in Sokółka. The mean value of COD in influent was 2280 mg O 2 /dm 3 in the first measurement series in 2008 and 678 mgo 2 /dm 3 in the second measurement series in 2010. In total COD of raw municipal wastewater with big dairy wastewater participation in 2008 (the first measurement series) the determinable COD fractions were as follows: readily biodegradable substrates (S s =39,4 % in total COD) and slowly biodegradable substrates (X s =44,7 % in total COD). During the second measurement series in 2010 in influent the determinable COD fractions were as follows: readily biodegradable substrates S s with 26,9 percentage in total COD and slowly biodegradable substrates X s with 51,5 percentage in total COD. Keywords: dairy wastewater, municipal wastewater, sequencing batch reactor, COD fractions, organic biodegradable matter. 144