1
SPIS TREŚCI 1. Część ogólna... 3 1.1. Dane ogólne... 3 1.2. Podstawy opracowania... 3 1.3. Cel i zakres opracowania... 4 2. Opis stanu istniejącego oczyszczalni... 5 2.1. Lokalizacja oczyszczalni... 5 2.2. Istniejąca zlewnia oczyszczalni... 5 2.3. Ilość i jakość ścieków... 5 2.3.1. Dystrybuanty dla przepływów dobowego i godzinowego... 6 2.3.2 Nierównomierność przepływu... 9 2.3.3 Nierównomierność obciążenia... 18 2.4. Układ procesowy oczyszczalni... 19 2.5. Charakterystyka wybranych obiektów technologicznych... 20 2.6. Parametry pracy urządzeń technologicznych... 23 2.7. Osiągane efekty oczyszczania ścieków... 30 2.8. Stan techniczny obiektów oczyszczalni i ogólne warunki jej ruchu.... 30 2.9. Kluczowe problemy obiektu.... 30 3. Docelowe warunki pracy oczyszczalni... 31 3.1. Planowany rozwój zlewni oczyszczalni.... 31 3.2. Wymagana jakość ścieków oczyszczonych... 31 4. Proponowane warianty modernizacji i rozbudowy oczyszczalni... 32 4.1. Reaktory biologiczne oraz sedymentacja wstępna.... 32 4.2. Końcowy rozdział ścieków.... 46 4.3. Układ przeróbki osadów stopień stabilizacji osadów.... 49 4.4. Układ przeróbki osadów stopień odwadniania i higienizacji osadów.... 53 6.... Proponowany zakres pozostałych prac modernizacyjnych. 56 7. Ostateczny zakres przyjętej modernizacji i rozbudowy oczyszczalni.... 58 7.1. Wybór ostatecznej koncepcji docelowej modernizacji i rozbudowy oczyszczalni. 58 7.2 Wytyczne dla systemu AKPiA... 60 8. Charakterystyka obiektów technologicznych zmodernizowanej i rozbudowanej oczyszczalni... 62 8.1. Usytuowanie nowych obiektów wraz z ich powiązaniem z obiektami istniejącymi 62 8.2. Wstępny dobór instalacji, maszyn i urządzeń dla oczyszczalni... 63 8.2.1. Wymagania ogólne... 63 8.2.2. Wymagania szczegółowe urządzenia.... 64 8.2.2. Wymagania szczegółowe obiekty.... 70 8.2. Zestawienie wszystkich obiektów i prac niezbędnych do wykonania w ramach rozbudowy i modernizacji oczyszczalni... 74 9. Harmonogramy modernizacji i rozbudowy oczyszczalni... 76 Proponowany podział modernizacji i rozbudowy oczyszczalni na etapy.... 76 10. Podsumowanie... 79 2
1. Część ogólna 1.1. Dane ogólne Koncepcja modernizacji oczyszczalni ścieków w Głubczycach maj 2011 Zamawiający: Głubczyckie Wodociągi i Kanalizacja Sp. z o.o. ul. Powstańców 2, 48-100 Głubczyce Autor opracowania: ul. Czapli 57, 44-100 Gliwice 1.2. Podstawy opracowania Formalną podstawą opracowania jest umowa nr 2/WO/2011 pomiędzy GWiK Sp. z o.o. i z Gliwic, z dn. 15.12.2010. Do wykonania koncepcji wykorzystano następujące opracowania, materiały i informacje: Archiwalną dokumentację projektową. Dane bilansowe (ilościowe i jakościowe) oraz opis stanu istniejącego oczyszczalni materiały udostępnione przez Eksploatatora oczyszczalni. Informacje uzyskane w trakcie spotkań i wizji lokalnych na terenie oczyszczalni. Zakres rozpatrywanych w niniejszym opracowaniu rozwiązań podlega wymaganiom zawartym min. w następujących aktach prawnych: Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 roku w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz. U. 06.137.984 z 2006 roku). Ustawie Prawo Ochrony Środowiska z dnia 27 kwietnia 2001 roku (Dz. U. nr 62, poz. 627) wraz z późniejszymi zmianami. Ustawie Prawo budowlane z dnia 07 lipca 1994 roku wraz z aktami wykonawczymi i późniejszymi zmianami. Ustawie z dnia 4 lutego 1994 roku Prawo geologiczne i górnicze (Dz. U. nr 27, poz. 96 z 1994 roku). Ustawie z dnia 27 marca 2003 roku o planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym (Dz. U. nr 80, poz. 717). Ustawie z dnia 18 lipca 2001 roku Prawo wodne (Dz. U. z dnia 11 października 2001 r.) wraz z późniejszymi zmianami. Obwieszczeniu Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 28 sierpnia 2003 roku w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia MIPS w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy (DZ. U. nr 169) 3
1.3. Cel i zakres opracowania Celem opracowania jest ocena aktualnego obciążenia substratowego oraz hydraulicznego oczyszczalni, ocena technologiczna oczyszczalni, wykonanie obliczeń technologicznych dla stanu aktualnego oraz docelowego obciążenia oczyszczalni ściekami, opracowanie zakresu modernizacji oczyszczalni, zakres zmian w istniejących obiektach, wymagania techniczne i technologiczne dla nowych i modernizowanych obiektów, wstępny dobór maszyn, urządzeń, instalacji, docelowy bilans mocy i jej zapotrzebowanie dla oczyszczalni. Zaproponowany został również podział modernizacji i rozbudowy oczyszczalni na etapy, podane szacunkowe koszty, zbiorcze zestawienie kosztów modernizacyjnych i eksploatacyjnych. Koncepcja, po ostatecznym wyborze kierunku działań przez Zamawiającego, może stanowić materiał wyjściowy do wykonania Projektu Funkcjonalno-Użytkowego lub wykonania wybranych etapów działań. Ponadto koncepcja może zostać wykorzystana przy tworzeniu Studiów Wykonalności i Wniosków o Dofinansowanie, w przypadku ubiegania się Zamawiającego o kredyty, środki pomocowe lub dotacje. 4
2. Opis stanu istniejącego oczyszczalni 2.1. Lokalizacja oczyszczalni Oczyszczalnia ścieków położona jest w Głubczycach, przy ul. Kopernika. 2.2. Istniejąca zlewnia oczyszczalni Miasto Głubczyce jest skanalizowane w systemie kanalizacji rozdzielczej, która obsługuje ok. 95% mieszkańców. System kanalizacyjny istnieje od ok. 1920 roku i był rozbudowywany w miarę powstawania nowych kompleksów osiedli mieszkaniowych W roku 1994 podłączone zostały do systemu kanalizacyjnego dwie ościenne wsie Gadzowice i Gołuszowice, skąd ścieki tłoczone są poprzez przepompownię do kanalizacji miejskiej i następnie grawitacyjnie kierowane na oczyszczalnię. Ścieki dopływają na oczyszczalnie dwoma kolektorami starym D-0,4 m z rur kamionkowych oraz nowym D- 1,0 m z rur żelbetowych. Z uwagi na źródło pochodzenia ładunku są to głównie ścieki przemysłowe. Zdecydowana większość ścieków dopływa do oczyszczalni grawitacyjnie, a jedynie niewielka część to ścieki dowożone przez samochody asenizacyjne. Odbiornikiem ścieków jest rzeka Psina w rejonie 42.5 km zaliczana do II klasy czystości wód na tym odcinku o przepływach charakterystycznych: Qsww = 1.89m 3 /s Qsw = 0,079m 3 /s Qsnw = 0.015m 3 /s W chwili obecnej eksploatator posiada pozwolenie wodno prawne na zrzut ścieków oczyszczonych w ilościach i o parametrach: maksymalne stężenie BZT 5 15 mg O 2 / dm³; maksymalne stężenie ChZT Cr 125 mg O 2 / dm³; maksymalne stężenie zawiesiny ogólnej 35 mg / dm³; maksymalne stężenia azotu ogólnego 10 mg / dm³; maksymalne stężenie fosforu ogólnego 1 mg / dm³. 2.3. Ilość i jakość ścieków W tabeli 1. przedstawiono średnie wartości obciążenia oczyszczalni w roku 2010, opracowane na podstawie pomiarów ilości i jakości ścieków przekazanych przez Użytkownika oczyszczalni. Z danych przedstawionych w tabeli wynika, że aktualny ładunek BZT 5 zawarty w ściekach surowych odpowiada około 81 600 RLM. Stężenia poszczególnych wskaźników zanieczyszczeń wskazują, że dopływające ścieki zawierają podatne na biodegradację związki organiczne (stosunek BZT 5 /ChZT = 0,7) pochodzące głównie z przemysłu spożywczego oraz gospodarstw domowych (stosunek BZT 5 /N = 16,8; stosunek BZT 5 /P = 68). Oznacza to, iż ścieki są w wysokim stopniu podatne na obróbkę na drodze biologicznej Tabela 1. Charakterystyczne ilości ścieków oraz ładunki i stężenia zanieczyszczeń w dopływie do oczyszczalni w Głubczycach w 2010 roku. 5
Parametr Jednostka Wartość min. maks. średnia Percentyl 85% Przepływ ścieków m 3 /d 1990 18964 4292 5117 Temp. C o C 11 26 18 22,7 ph 7 9 8 8,1 BZT 5 mgo 2 /dm 3 350 1850 1132 1550,0 Ładunek BZT 5 kgo 2 /d 1573 16818 4898 6245,5 ChZT mgo 2 /dm 3 854 2876 1586 2046,3 Ładunek ChZT kgo 2 /d 2893 20097 6830 9329,5 Stosunek BZT 5 do ChZT 0,36 0,88 0,71 0,78 Zawiesina ogólna mg/dm 3 266 872 506 647,0 Ładunek Zawiesiny ogólnej kg/d 863 6201 2180 2931,1 Azot ogólny mg N/dm 3 37 149 70 87,3 Ładunek azotu ogólnego kg N/d 125 1031 301 382,4 Azot amonowy mg N/dm 3 14 77 42 58,5 Ładunek azotu amonowego Stosunek BZT 5 do azotu kg N/d 57 707 181 261,9 4,86 35,04 16,81 22,09 Fosfor ogólny mg P/dm 3 9 26 17 20,3 Ładunek fosforu ogólnego Stosunek BZT 5 do fosforu kg P/d 35 198 73 93,5 23,81 141,03 68,03 86,33 Uwaga! Podane parametry uwzględniają wszystkie wody odciekowe i ścieki powstające na oczyszczalni (punkt poboru znajduje się za dopływem odcieków i ścieków własnych). 2.3.1. Dystrybuanty dla przepływów dobowego i godzinowego Celem miarodajnego zobrazowania przepływu ścieków obliczono dystrybuanty dla przepływów 6
dobowego i godzinowego. Procent przypadków (percentyl) Tabela 2. Dystrybuanta przepływu dobowego wraz z wyliczeniem czasu trwania. Przepływ całkowity przez oczyszczalnię uznany za maksymalny [m 3 /h] Ile razy przekroczony w roku 2010 Maksymalny czas trwania przekroczenia [h] 99 % 540 21 12 98 % 467 42 20 95 % 342 96 60 85 % 227 318 64 80 % 214 425 64 70 % 197 642 108 Rys. 1Dystrybuanta przepływu godzinowego oczyszczalni. 100,00% 90,00% 99% Q <= 539 m3/h Prawdopodobieństwo wystąpienia 80,00% 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 98% Q <= 467 m3/h 95% Q <= 342 m3/h 85% Q <= 227 m3/h 80% Q <= 214 m3/h 70% Q <= 200 m3/h Dystrybuanta przepływu godzinowego 0,00% 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Przepływ Q, m3/h 7
Prawdopodobieństwo wystąpienia 100,00% 90,00% 80,00% 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% Dystrybuanta przepływu dobowego 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Przepływ Q, m3/d Prawdopodobieństwo wystąpienia 100,00% 90,00% 80,00% 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% Dystrybuanta przepływu godzinowego 0 100 200 300 400 500 600 Przepływ Q, m3/h Z powyższych wykresów wynika jednoznacznie, że w 90% przypadków dobowy przepływ nie przekracza wartości 6000 m 3 /d, natomiast przepływ godzinowy mieści się w granicach 250 m 3 /h. Należy w tym miejscu zaznaczyć, że przepływy godzinowe zostały obliczone na podstawie wskazań przepływomierza odczytywanych co 4 godziny (nie co godzinę). Faktyczna nierównomierność dopływu prawdopodobnie jest wobec powyższego nieznacznie większa. 8
2.3.2 Nierównomierność przepływu Współczynnik dobowej nierównomierności przepływu ścieków dla całego roku 2010 wyniósł 1,63, natomiast współczynnik nierównomierności godzinowej 1,87. Celem pełniejszego zobrazowania przepływu ścieków wykonano obliczenia średnich wartości dla różnych dni tygodnia oraz dla różnych pór doby. Wyniki obliczeń przedstawiono na poniższych wykresach. 6000,0 5000,0 Q m3/d 4000,0 3000,0 2000,0 1000,0 0,0 poniedziałek w torek środa czw artek piątek Wartość średnia przepływu dobowego w zależności od dnia tygodnia 800,00 700,00 600,00 Q śr m3/h Q maks m3/h Q min m3/h 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00 0 4 8 12 16 20 24 Wartość średnia przepływu dobowego w zależności od pory doby 9
Przebiegi czasowe ilości ścieków dopływających do oczyszczalni w kolejnych miesiącach okresu pomiarowego. 2010-01 250,0 200,0 Przepływ Min 1h Max 1h Średnia 1h 150,0 m3 / h 100,0 50,0 0,0 4.01.2010 8.01.2010 12.01.2010 16.01.2010 20.01.2010 24.01.2010 28.01.2010 2.01.2010 6.01.2010 10.01.2010 14.01.2010 18.01.2010 22.01.2010 26.01.2010 30.01.2010 Data 2010-02 450,0 400,0 350,0 Przepływ Min 1h Max 1h Średnia 1h 300,0 250,0 m3 / h 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 3.02.2010 7.02.2010 11.02.2010 15.02.2010 19.02.2010 23.02.2010 27.02.2010 1.02.2010 5.02.2010 9.02.2010 13.02.2010 17.02.2010 21.02.2010 25.02.2010 Data 10
2010-03 450,0 400,0 350,0 Przepływ Min 1h Max 1h Średnia 1h 300,0 250,0 m3 / h 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 2.03.2010 6.03.2010 10.03.2010 14.03.2010 18.03.2010 22.03.2010 26.03.2010 30.03.2010 28.02.2010 4.03.2010 8.03.2010 12.03.2010 16.03.2010 20.03.2010 24.03.2010 28.03.2010 Data 2010-04 450,0 400,0 350,0 Przepływ Min 1h Max 1h Średnia 1h 300,0 250,0 m3 / h 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 3.04.2010 7.04.2010 11.04.2010 15.04.2010 19.04.2010 23.04.2010 27.04.2010 1.04.2010 5.04.2010 9.04.2010 13.04.2010 17.04.2010 21.04.2010 25.04.2010 29.04.2010 Data 11
2010-05 800,0 700,0 Przepływ Min 1h Max 1h Średnia 1h 600,0 500,0 m3 / h 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 3.05.2010 7.05.2010 11.05.2010 15.05.2010 19.05.2010 23.05.2010 27.05.2010 31.05.2010 1.05.2010 5.05.2010 9.05.2010 13.05.2010 17.05.2010 21.05.2010 25.05.2010 29.05.2010 Data 2010-06 1000,0 900,0 800,0 Przepływ Min 1h Max 1h Średnia 1h 700,0 600,0 m3 / h 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 3.06.2010 7.06.2010 11.06.2010 15.06.2010 19.06.2010 23.06.2010 27.06.2010 1.06.2010 5.06.2010 9.06.2010 13.06.2010 17.06.2010 21.06.2010 25.06.2010 29.06.2010 Data 12
2010-07 1400,0 1200,0 Przepływ Min 1h Max 1h Średnia 1h 1000,0 800,0 m3 / h 600,0 400,0 200,0 0,0 3.07.2010 7.07.2010 11.07.2010 15.07.2010 19.07.2010 23.07.2010 27.07.2010 31.07.2010 1.07.2010 5.07.2010 9.07.2010 13.07.2010 17.07.2010 21.07.2010 25.07.2010 29.07.2010 Data 2010-08 600,0 500,0 Przepływ Min 1h Max 1h Średnia 1h 400,0 m3 / h 300,0 200,0 100,0 0,0 3.08.2010 7.08.2010 11.08.2010 15.08.2010 19.08.2010 23.08.2010 27.08.2010 31.08.2010 1.08.2010 5.08.2010 9.08.2010 13.08.2010 17.08.2010 21.08.2010 25.08.2010 29.08.2010 Data 13
2010-09 800,0 700,0 600,0 Przepływ Min 1h Max 1h Średnia 1h 500,0 m3 / h 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 3.09.2010 7.09.2010 11.09.2010 15.09.2010 19.09.2010 23.09.2010 27.09.2010 1.09.2010 5.09.2010 9.09.2010 13.09.2010 17.09.2010 21.09.2010 25.09.2010 29.09.2010 Data 2010-10 350,0 300,0 Przepływ Min 1h Max 1h Średnia 1h 250,0 200,0 m3 / h 150,0 100,0 50,0 0,0 3.10.2010 7.10.2010 11.10.2010 15.10.2010 19.10.2010 23.10.2010 27.10.2010 31.10.2010 1.10.2010 5.10.2010 9.10.2010 13.10.2010 17.10.2010 21.10.2010 25.10.2010 29.10.2010 Data 14
2010-11 600,0 500,0 Przepływ Min 1h Max 1h Średnia 1h 400,0 m3 / h 300,0 200,0 100,0 0,0 2.11.2010 6.11.2010 10.11.2010 14.11.2010 18.11.2010 22.11.2010 26.11.2010 30.11.2010 31.10.2010 4.11.2010 8.11.2010 12.11.2010 16.11.2010 20.11.2010 24.11.2010 28.11.2010 Data 2010-12 450,0 400,0 350,0 Przepływ Min 1h Max 1h Średnia 1h 300,0 250,0 m3 / h 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 3.12.2010 7.12.2010 11.12.2010 15.12.2010 19.12.2010 23.12.2010 27.12.2010 31.12.2010 1.12.2010 5.12.2010 9.12.2010 13.12.2010 17.12.2010 21.12.2010 25.12.2010 29.12.2010 Data 15
Współczynniki zmienności przepływu 2010-01 2010-02 3,00 3,00 2,50 Współczynnik zmienności przepływu 2,50 Współczynnik zmienności przepływu 2,00 2,00 1,50 1,50 1,00 1,00 0,50 0,50 0,00 0,00 4.01.2010 10.01.2010 16.01.2010 22.01.2010 28.01.2010 4.02.2010 10.02.2010 16.02.2010 22.02.2010 28.02.2010 1.01.2010 7.01.2010 13.01.2010 19.01.2010 25.01.2010 31.01.2010 1.02.2010 7.02.2010 13.02.2010 19.02.2010 25.02.2010 Data Data 2010-03 2010-04 3,50 3,00 Współczynnik zmienności przepływu Współczynnik zmienności przepływu 3,00 2,50 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0,00 3.03.2010 9.03.2010 15.03.2010 21.03.2010 27.03.2010 4.04.2010 10.04.2010 16.04.2010 22.04.2010 28.04.2010 28.02.2010 6.03.2010 12.03.2010 18.03.2010 24.03.2010 30.03.2010 1.04.2010 7.04.2010 13.04.2010 19.04.2010 25.04.2010 Data Data 2010-05 2010-06 3,00 3,00 Współczynnik zmienności przepływu Współczynnik zmienności przepływu 2,50 2,50 2,00 2,00 1,50 1,50 1,00 1,00 0,50 0,50 0,00 4.05.2010 10.05.2010 16.05.2010 22.05.2010 28.05.2010 1.05.2010 7.05.2010 13.05.2010 19.05.2010 25.05.2010 31.05.2010 Data 0,00 4.06.2010 10.06.2010 16.06.2010 22.06.2010 28.06.2010 1.06.2010 7.06.2010 13.06.2010 19.06.2010 25.06.2010 Data 16
2010-07 2010-08 4,00 3,00 3,50 Współczynnik zmienności przepływu 2,50 Współczynnik zmienności przepływu 3,00 2,50 2,00 2,00 1,50 1,50 1,00 1,00 0,50 0,50 0,00 0,00 4.07.2010 10.07.2010 16.07.2010 22.07.2010 28.07.2010 4.08.2010 10.08.2010 16.08.2010 22.08.2010 28.08.2010 1.07.2010 7.07.2010 13.07.2010 19.07.2010 25.07.2010 31.07.2010 1.08.2010 7.08.2010 13.08.2010 19.08.2010 25.08.2010 31.08.2010 Data Data 2010-09 2010-10 2,50 1,60 Współczynnik zmienności przepływu 1,40 2,00 1,20 1,50 1,00 0,80 1,00 0,50 0,60 0,40 0,20 Współczynnik zmienności przepływu 0,00 0,00 4.09.2010 10.09.2010 16.09.2010 22.09.2010 28.09.2010 4.10.2010 10.10.2010 16.10.2010 22.10.2010 28.10.2010 1.09.2010 7.09.2010 13.09.2010 19.09.2010 25.09.2010 1.10.2010 7.10.2010 13.10.2010 19.10.2010 25.10.2010 31.10.2010 Data Data 2010-11 2010-12 3,00 1,40 Współczynnik zmienności przepływu Współczynnik zmienności przepływu 1,20 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 4.11.2010 10.11.2010 16.11.2010 22.11.2010 28.11.2010 1.11.2010 7.11.2010 13.11.2010 19.11.2010 25.11.2010 Data 0,00 4.12.2010 10.12.2010 16.12.2010 22.12.2010 28.12.2010 1.12.2010 7.12.2010 13.12.2010 19.12.2010 25.12.2010 31.12.2010 Data 17
2.3.3 Nierównomierność obciążenia Średni ładunek BZT 5, ChZT i zawiesiny ogólnej w zależności od dnia tygodnia Średnia - Ł BZT5 kg O2/d Średnia - Ł ChZT kg O2/d Średnia - Ł TSS kg/d 12000,0 10000,0 8000,0 6000,0 4000,0 2000,0 0,0 poniedziałek w torek środa czw artek piątek Średni ładunek BZT 5, ChZT i zawiesiny ogólnej w zależności od pory dnia 16000,0 14000,0 12000,0 Ł BZT5 kg O2/d Ł ChZT kg O2/d Ł TSS kg/d 10000,0 8000,0 6000,0 4000,0 2000,0 0,0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 18
Średni ładunek azotu ogólnego i amonowego oraz fosforu w zależności od dnia tygodnia Średnia - Ł N og kg N/d Średnia - Ł N NH4 kg N/d Średnia - Ł P og kg P/d 450,0 400,0 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 poniedziałek w torek środa czw artek piątek Średni ładunek azotu ogólnego i amonowego oraz fosforu w zależności od pory dnia 600,0 500,0 Ł N og kg N/d Ł N NH4 kg N/d Ł P og kg P/d 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 2.4. Układ procesowy oczyszczalni Aktualny schemat technologiczny oczyszczalni ścieków w Głubczycach, przedstawiony na rysunku 1 obejmuje następujące procesy jednostkowe: W zakresie oczyszczania ścieków: cedzenie ścieków na kracie mechanicznej, usuwanie piasku w piaskowniku poziomym, rozdział ścieków, oczyszczanie mechaniczne części ścieków (ok 3500 m 3 /d) w osadniku wstępnym Imhoffa, oczyszczanie biologiczne tej części ścieków na złożach biologicznych, mieszanie z nadmiarem ścieków, biologiczne oczyszczanie ścieków metodą osadu czynnego prowadzone w dwóch, równoległych, wielofunkcyjnych cyrkulacyjnych reaktorach biologicznych (utlenianie związków organicznych, nitryfikacja, denitryfikacja), poprzedzonych komorądefosfatacji biologicznej, sedymentację osadu w osadniku wtórnym, recyrkulację osadu z wykorzystaniem pompowni osadu recyrkulowanego, odprowadzanie oczyszczonych ścieków do odbiornika. Ścieki 19
dowożone są zrzucane za pośrednictwem stacji zlewnej i dozowane do ciągu oczyszczania. UWAGA! Oczyszczalnia posiada tylko jeden osadnik wtórny!. W zakresie przeróbki osadu: fermentację osadu wstępnego w osadniku Imhoffa, pompowanie osadu wstępnego przefermentowanego i nadmiernego, zagęszczanie/mieszanie osadu w zagęszczaczu grawitacyjnym, odwadnianie osadu na prasie taśmowej, higienizowanie osadu wapnem, okresowe magazynowanie na składowisku. UWAGA! Oczyszczalnia posiada tylko jedną prasę taśmową. 2.5. Charakterystyka wybranych obiektów technologicznych. W dalszej części przedstawiono krótką charakterystykę wybranych istniejących obiektów oczyszczalni, wskazując na ich technologiczną funkcję i wyposażenie. Ogólne dane techniczne obiektów zestawiono w tabelach poniżej. Tabela 3. Charakterystyka podstawowych urządzeń i obiektów technologicznych w części ściekowej oczyszczalni w Głubczycach. Zbiornik zlewni Oznacz. Jednostka Wartość Mieszadło zatapialne Anamix PF960-302/46UMG M.-1 Ilość szt. 1 φ mm 302 Przepływomierz FIRQS DN100 Objętość czynna zbiornika m 3 128 Studnia przepływomierza Przepływomierz FIQR1 m 3 /h 0-1000 Budynek krat Oznacz. Jednostka Wartość Automatyczna krata schodkowa K-1 - ilość krat szt. 1 - prześwit kraty mm 6 Krata ręczna K-2 - ilość krat szt. 1 Kontener na skratki X-1 - ilość szt. 1 - objętość kontenera m 3 1,1 Separator piasku C-2 - ilość szt. 1 - przepustowość m 3 /h 18-27 Kontener na piasek X-2 - ilość szt. 1 - objętość kontenera m 3 1,1 Piaskownik z odtłuszczaczem Oznacz. Jednostka Wartość - ilość szt. 1 20
(2 kanały) Dmuchawy D-1A D-1B - ilość dmuchaw szt. 2 - przepływ powietrza m 3 /min 1,2/2,89 - ciśnienie MPa0,03 Zgarniacz pompowy Z-1 Pompa Amarex F80-210/014UGH-175 P-1A P-1B szt. 2 - przepustowość m 3 /h 25 - wysokość podnoszenia m 5 Głębokość czynna piaskownika m 3,75 Pompownia ścieków Oznacz. Jednostka Wartość Ilość komór szt. 3 P-7A Pompa zatapialna Amarex KRTK 150- P-7B 315/96UG-295 P-7C - ilość pomp szt. 3 - wydajność pomp m 3 /h 240 - wysokość podnoszenia pomp m 7,8 - objętość komory płytkiej m 3 ok. 13 Pompa zatapialna Amarex KRT K 150-315/164U1G-250 P-2A P-2B - ilość pomp szt. 2 - wydajność pomp m 3 /h 280 - wysokość podnoszenia pomp m 11 - objętość komory głębokiej m 3 ok. 11 Komora defosfatacji Oznacz. Jednostka Wartość - ilość zbiorników szt. 2 - wymiary zbiorników m 11,8 x 11,8 - głębokość zbiorników m 3,1 - objętość czynna zbiorników m 3 2 x 388,5 Mieszadła Amaprop P120-802/024UMG M-3A M-3B - ilość mieszadeł szt. 2 - średnica mieszadła mm 802 - prędkość obrotowa mieszadła obr/min. 120 Sonda redox QIR szt. 1 Reaktor biologiczny Jednostka Wartość - ilość reaktorów szt. 2 - głębokość czynna zbiorników m 3,2 - łączna objętość czynna zbiorników m 3 11400 Rotory napowietrzające A-1A A- 4F - ilość rotorów szt. 6 - L? m 9 - - prędkość obrotowa rotorów obr/min. 73 Mieszadła zatapialne Amaprop P42-1800/46UMG M-4A M4F 21
- ilość mieszadeł szt. 6 - średnica mieszadła mm 1800 - prędkość obrotowa mieszadła obr/min. 42 Pompy Amarex F65-210/022UG-120 P-3A P-3B - ilość pomp szt. 2 - wydajność pomp m 3 /h 30 - wysokość podnoszenia pomp m 10 Sonda NADH (nieczynna) QIRC NADH szt. 2 Tlenomierz QIRC O2 szt. 2 Pompa do ścieków P8 - ilość pomp szt. 1 - wydajność pomp dm 3 /s 3 - wysokość podnoszenia pompy m 4 Przepływomierze FIRQ1 FIRQ2 DN300 DN100 Osadnik wtórny Oznacz. Jednostka Wartość - średnica osadnika m 31 - głębokość osadnika m 4,95 Zgarniacz radialny Z-2 szt. 1 - średnica zgarniacza m 31 - wysokość zgarniacza m 5,1 Pompownia recyrkulatu Oznacz. Jednostka Wartość P-5A Pompa zatapialna Amarex KRT K 150- P-5B 315/96UG-287 P-5C szt. 3 - wydajność pomp m 3 /h 320 - wysokość podnoszenia pomp m 5,5 Pompownia wody technologicznej Pompa zatapialna AmarexF 65-210/022 P-6 UG-130 szt. 1 - wydajność pompy m 3 /h 25 - wysokość podnoszenia pomp m 11 Pompownia części pływających Pompa zatapialna Amarex F 65-210/022 P-4 UG-120 szt. 1 - wydajność pompy m 3 /h 25 - wysokość podnoszenia pomp m 11 Stacja PIX-u Oznacz. Jednostka Wartość - ilość zbiorników T-1 szt. 1 - objętość zbiornika m 3 8 Pompa dozująca P-12 szt. 1 - wydajność pompy dm 3 /h 73 Komora pomiarowa Oznacz. Jednostka Wartość Zwężka Venturiego FIRQ szt. 1 Zagęszczacz osadu Oznacz. Jednostka Wartość - ilość zbiorników szt. 1 22
- średnica zbiornika m 12 - głębokość zbiornika m 3,4 - objętość zbiornika m 3 384 Mieszadło wolnoobrotowe Z-3 - ilość mieszadeł szt. 1 - średnica mieszadła m 12 Prasa do osadu Oznacz. Jednostka Wartość - ilość urządzeń G-1 szt. 1 - wydajność prasy m 3 /h 16 - wydajność prasy kgsmo/h 320 - uwodnienie końcowe % ok. 20 Pompa osadu P-10 szt. 1 - wydajność pompy m 3 /h 20 Stacja koagulantu TOMAL SV1.0 W-2 szt. 1 Pompa dozująca P-11 szt. 1 Przenośnik śrubowy KDOZ-z60 C-3 szt. 1 - długość przenośnika mm 7000 - kąt nachylenia o <20 Pompa do wody płuczącej CR8-80 P-9 szt. 1 2.6. Parametry pracy urządzeń technologicznych Uwzględniając aktualne obciążenie oczyszczalni obliczono podstawowe parametry procesów prowadzonych w urządzeniach w części ściekowej i osadowej oczyszczalni. Obliczenia wykonano według powszechnie stosowanego algorytmu ATV A-131. Z uwagi na najniższą zaobserwowaną temperaturę ścieków na poziomie 11 st. C, obliczeń okresu zimowego dokonano dla tej właśnie temperatury. Obliczeń okresu letniego dokonano dla standardowych warunków, tj. 20 st. C. 2.6.1. Oczyszczanie wstępne Oczyszczalnia wyposażona jest w osadniki Imhoffa i złoża biologiczne pracujące jako jeden integralny ciąg oczyszczania - całość ścieków z osadnika jest kierowana do złóż, a następnie do reaktorów biologicznych. Przepływ przez osadnik Imhoffa i złoża biologiczne jest ograniczony do 3500-4000 m 3 /d z powodu niewydolności mechanizmów zraszaczy w złożach. Do dalszych rozważań i obliczeń przyjmuje się maksymalną wartość przepływu przez złoża równą 3500 m 3 /d. Pozostała ilość ścieków surowych (wszystko ponad 3500 m 3 /d) jest kierowana prosto do reaktorów biologicznych. Zgodnie z informacjami uzyskanymi od operatora oczyszczalni przyjmuje się, że w warunkach średnich przepływów i obciążeń układ osadnik Imhoffa + złoża usuwa 60% BZT 5. Przyjmując także podane przez operatora wartości ilości osadu nadmiernego: stężenie osadu nadmiernego 22 kg/m 3, ilość osadu nadmiernego 50 m 3 /d, ok. 1000 kg s.m./d, wiek osadu 50d, 23
i zakładając, że osadnik Imhoffa działa prawidłowo, obliczono efektywność usuwania zanieczyszczeń przez osadnik i złoża. Tabela 4. Sprawności usunięcia zanieczyszczeń przez osadnik Imhoffa i złoża biologiczne Parametr Osadnik Imhoffa Złoża biologiczne Osadnik i złoża Sprawność usunięcia BZT 5 33% 40% * 60% Sprawność usunięcia zawiesiny ogólnej 55% 33% * 70% Sprawność usunięcia azotu Kjeldahla 5% 5,3% * 10% Sprawność usunięcia azotu azotanowego 5% 5,3% * 10% Sprawność usunięcia fosforu ogólnego 5% 5,3% * 10% * sprawności usunięcia liczone względem dopływu z osadnika Imhoffa a nie względem ścieków surowych; Wartości sprawności usunięcia zanieczyszczeń w układzie osadnik Imhoffa + złoża biologiczne wyliczono na podstawie ATV. W warunkach średnich przepływów ścieków układ osadnik Imhoffa + złoża biologiczne usuwa następujące ładunki zanieczyszczeń: Tabela 5: Stężenia zanieczyszczeń w odpływie z osadników Imhoffa oraz ze złóż biologicznych oraz ładunek zanieczyszczeń usunięty przez osadniki Imhoffa i złoża w warunkach średniego przepływu ścieków surowych (4 292 m 3 /d z uwzględnieniem ograniczenia do 3 500 m 3 /d ). Parametr Przepływ, m 3 /d Stężenie w odpływie, g/m 3 Ładunek usunięty, kg/d Osadnik Złoża Osadnik Złoża Razem Przepływ 3500 3500 nie dotyczy Obciążenie średnie BZT 5 758 453 1307 1070 2377 Zawiesina ogólna 228 152 974 266 1240 Azot ogólny Kjeldahla 56 53 10,3 10,3 20,6 Azot azotanowy 10,5 9,9 1,9 1,9 3,8 Fosfor ogólny 16,2 15,3 3,0 3,0 6,0 Obciążenie (stężenia) wysokie (percentyl 85%) BZT 5 1039 620 1790 1465 3255 Zawiesina ogólna 291 194 1245 340 1585 Azot ogólny Kjeldahla 75 71 14 14 28 24
Parametr Przepływ, m 3 /d Stężenie w odpływie, g/m 3 Ładunek usunięty, kg/d Azot azotanowy 15,9 15,0 2,9 2,9 5,8 Fosfor ogólny 18,9 17,9 3,5 3,5 7,0 2.6.2. Reaktory biologiczne W ciągu technologicznym przedmiotowej oczyszczalni pracują dwa równoległe reaktory biologiczne realizujące procesy usuwania zanieczyszczeń organicznych oraz związków azotu poprzedzone podwójną komorą defosfatacji. Do reaktorów biologicznych dopływają ścieki wstępnie oczyszczone ze złóż biologicznych oraz ścieki surowe. Oba strumienie podlegają wymieszaniu, a charakterystyka wymieszanych ścieków przedstawiona jest w poniższej tabeli. Tabela 6. Charakterystyka ścieków dopływających do reaktorów biologicznych po podczyszczaniu w osadniku Imhoffa i złożach biologicznych oraz wymieszaniu ze ściekami surowymi omijającymi podczyszczanie. Parametr Przepływ, m 3 /d; Stężenie, g/m 3 ; Ładunek, kg/d Przepływ ścieków 4292 Warunki pracy Średnie obciążenie Wysokie obciążenie (percentyl 85%) Stężenie Ładunek Stężenie Ładunek BZT 5 578 2481 792 3398 Zawiesina ogólna 217 931 278 1192 Azot ogólny Kjeldahla 54 232 73 313 Azot azotanowy 10,1 43,3 15,3 65,8 Fosfor ogólny 15,6 67,0 18,3 78,4 Dla przedstawionej powyżej jakości ścieków oczyszczonych mechanicznie dokonano obliczeń technologicznych warunków pracy reaktorów w obu charakterystycznych okresach pracy (zima = 11 st. C. i lato = 20 st.c). Obliczeń dokonano dla rzeczywistych warunków eksploatacyjnych (wiek osadu 50 dni). Tabela 7. Parametry pracy reaktorów biologicznych w temperaturze 11 o C w warunkach obecnych: pracującego układu podczyszczania wstępnego w osadniku Imhoffa i na złożach biologicznych. Parametr Jednostka Wartość 25
Warunki pracy Temperatura ścieków Parametr Jednostka Wartość Średnie obciążenie Wysokie obciążenie (percentyl 85%) o C 11 11 Liczba reaktorów (w tym czynnych) szt 2 (2) 2 (2) Wymagana objętość reaktorów (bez defosfatacji) m 3 7 536 10 000 Rzeczywista objętość reaktorów (bez defosfatacji) m 3 11 400 11 400 Bilans azotu do nitryfikacji i denitryfikacji Stężenie azotu dopływającego do reaktora g/m 3 64 88 Azot organiczny związany w biomasie g/m 3 26 36 Azot do nitryfikacji g/m 3 36 51 Azot poddawany denitryfikacji g/m 3 46 66 Obliczeniowy wiek osadu d 50 50 Obliczeniowe stężenie osadu czynnego w reaktorach kg/m 3 7,5 7,5 Obciążenie substratowe osadu czynnego kg BZT 5 / kg s.m. 0,04 0,05 Maksymalne godzinowe zużycie tlenu kg O 2 / h 141 192 Przyrost osadu Przyrost osadu związany z usuwaniem BZT 5 kg s.m./d 1 132 1 499 Jednostkowy przyrost osadu związany z kg s.m. / 0,46 0,44 usuwaniem BZT 5 kg BZT 5 Przyrost osadu związany z usuwaniem fosforu kg s.m./d 93 127 Całkowity przyrost osadu kg s.m./d 1 225 1 626 Usuwanie fosforu Liczba reaktorów (w tym czynnych) szt 2 (2) 2 (2) Wymagana objętość reaktorów m 3 500 500 Rzeczywista objętość reaktorów m 3 820 820 Ilość fosforu wbudowywana w biomasę g/m 3 5,8 7,9 Ilość fosforu usuwana biologicznie g/m 3 7,2 9,9 Ilość fosforu do strącenia g/m 3 2,3 0,2 26
Tabela 8. Parametry pracy reaktorów biologicznych w temperaturze 20 o C w warunkach obecnych: pracującego układu podczyszczania wstępnego w osadniku Imhoffa i na złożach biologicznych. Warunki pracy Temperatura ścieków Parametr Jednostka Wartość Średnie obciążenie Wysokie obciążenie (percentyl 85%) o C 20 20 Liczba reaktorów (w tym czynnych) szt 2 (2) 2 (2) Wymagana objętość reaktorów (bez defosfatacji) m 3 6 965 9 207 Rzeczywista objętość reaktorów (bez defosfatacji) m 3 11 400 11 400 Bilans azotu do nitryfikacji i denitryfikacji Stężenie azotu dopływającego do reaktora g/m 3 64,3 88,1 Azot organiczny związany w biomasie g/m 3 26,0 35,6 Azot do nitryfikacji g/m 3 36,3 50,6 Azot poddawany denitryfikacji g/m 3 46,1 65,6 Obliczeniowy wiek osadu d 50 50 Obliczeniowe stężenie osadu czynnego w reaktorach kg/m 3 7,5 7,5 Obciążenie substratowe osadu czynnego kg BZT 5 / kg s.m. 0,05 0,05 Maksymalne godzinowe zużycie tlenu kg O 2 / h 146 200 Przyrost osadu Przyrost osadu związany z usuwaniem BZT 5 kg s.m./d 1 046 1 381 Jednostkowy przyrost osadu związany z kg s.m. / 0,42 0,41 usuwaniem BZT 5 kg BZT 5 Przyrost osadu związany z usuwaniem fosforu kg s.m./d 93,0 127 Całkowity przyrost osadu kg s.m./d 1 139 1 509 Usuwanie fosforu Liczba reaktorów (w tym czynnych) 2 (2) 2 (2) Wymagana objętość reaktorów m 3 500 500 Rzeczywista objętość reaktorów m 3 820 820 Ilość fosforu wbudowywana w biomasę g/m 3 5,8 7,9 Ilość fosforu usuwana biologicznie g/m 3 7,2 9,9 Ilość fosforu do strącenia g/m 3 2,3 0,2 UWAGA! Wielkości produkcji osadu obliczona na podstawie wskaźników. Wartość rzeczywista może odbiegać od parametrów obliczonych z uwagi na specyfikę zlewni oraz zużycie urządzeń. 27
Dodatkowo dokonano sprawdzenia warunków pracy osadnika wtórnego przy średnim obciążeniu ściekami z osadem o stężeniu 7,5 kg/m 3. Tabela 9. Warunki pracy osadnika wtórnego dla maksymalnego przepływu godzinowego w porze suchej (250 m 3 /h) i obliczeniowego stężenia osadu 7,5 kg/m 3 Parametr Jednostka Wartość Teoretyczny maksymalny indeks osadu, po przekroczeniu którego uzyskanie stężenia osadu 7,5 kg/m 3 nie jest możliwe cm 3 /g 133 Indeks osadu cm 3 /g 100 110 133 Obliczeniowy przepływ ścieków m 3 /d 4292 4292 4292 Stężenie osadu czynnego dopływającego z reaktorów kg/m 3 7,5 7,5 7,5 Stopień recyrkulacji - 100% 100% 100% Objętość osadnika m 3 3661 3661 3661 Przepływ przez osadnik (ścieki + recyrkulat) m 3 /d 8584 8584 8584 Czas zatrzymania (zagęszczania) H 10,2 10,2 10,2 Zawartość suchej masy przy dnie osadnika kg/m 3 21,7 19,7 16,3 Zawartość suchej masy osadu w osadzie recyrkulowanym kg/m 3 21,7 19,7 16,3 Minimalny wyliczony stopień recyrkulacji - 53% 61% 85% Obciążenie hydrauliczne powierzchni osadnika m 3 /m 2 *h 0,33 0,33 0,33 Wymagana powierzchnia dla przepływu maksymalnego godzinowego m 2 536 589 712 Powierzchnia rzeczywista m 2 755 755 755 Tabela10. Warunki pracy osadnika wtórnego dla maksymalnego przepływu godzinowego w porze mokrej (540 m 3 /h) i obliczeniowego stężenia osadu 7,5 kg/m 3 Parametr Jednostka Wartość Teoretyczny maksymalny indeks osadu, po przekroczeniu którego uzyskanie stężenia osadu 7,5 kg/m 3 nie jest możliwe cm 3 /g 133 Indeks osadu cm 3 /g 100 110 133 Obliczeniowy przepływ ścieków m 3 /d 4503 4503 4503 28
Parametr Jednostka Wartość Stężenie osadu czynnego dopływającego z reaktorów kg/m 3 7,5 7,5 7,5 Stopień recyrkulacji - 80% 80% 80% Objętość osadnika m 3 3661 3661 3661 Przepływ przez osadnik (ścieki + recyrkulat) m 3 /d 8105,4 8105,4 8105,4 Czas zatrzymania (zagęszczania) h 10,8 10,8 10,8 Zawartość suchej masy przy dnie osadnika kg/m 3 22,1 20,1 16,6 Zawartość suchej masy osadu w osadzie recyrkulowanym kg/m 3 15,5 14,1 11,6 Minimalny wyliczony stopień recyrkulacji - 94% 114% 181% Obciążenie hydrauliczne powierzchni osadnika m 3 /m 2 *h 0,72 0,72 0,72 Wymagana powierzchnia dla przepływu maksymalnego godzinowego m 2 1013 1114 1347 Powierzchnia rzeczywista m 2 755 755 755 Wyniki obliczeń przedstawione w powyższych tabelach wskazują, że urządzenia stopnia biologicznego, osadnika wtórnego i recyrkulacji(czyli objętych zakresem obliczeń) generalniew warunkach normalnego obciążenia pracują w dopuszczalnym obszarze parametrów technologicznych. Reaktory biologiczne, mimo uzyskiwania zadowalających wyników usuwania zanieczyszczeń pracują przy zbyt długim wieku osadu co wynika z braku możliwości odbioru całości powstających osadów. Układ osadnika wtórnego posiada wystarczającą powierzchnię do zatrzymania masy zawiesin docierających z reaktorów w okresie normalnych napływów, natomiast w okresie napływów maksymalnych powierzchnia osadnika jest przeciążona ładunkiem zawiesin (przy obecnym stężeniu osadu), co może powodować wyrzucanie osadu do odbiornika. Czas zatrzymania w osadniku jest znacznie dłuższy niż wymagany obliczeniami, co pozwala na pewne ustabilizowanie pracy węzła. Jak wskazują obserwacje pracy oczyszczalni, z uwagi na znaczne ilości osadu węzeł odwadniania należy uznać za znacząco przeciążony, co w konsekwencji rzutuje na parametry pracy pozostałych obiektów w tym głównie reaktorów biologicznych. Niezależnie od oceny technologicznej stopnia osadu czynnego pod kątem obciążenia oczyszczalni, należy stwierdzić, iż większość obiektów i urządzeń wymaga modernizacji, remontu lub wymiany z uwagi na zmianę obowiązujących przepisów lub znaczne zużycie. 29
2.7. Osiągane efekty oczyszczania ścieków Oczyszczalnia posiada ważne pozwolenie wodnoprawne oparte o obowiązujące Rozporządzenie MŚ z dnia 24 lipca 2006 roku (Dz. U. Nr 137, poz. 984), które określa dopuszczalne normy odpływu przedstawione w tabeli 11. Z danych pomiarowych wynika, że oczyszczalnia spełnia obowiązujące wymagania. Tabela 11 Porównanie jakości ścieków odprowadzanych z oczyszczalni z wartościami dopuszczalnymi w pozwoleniu wodnoprawnym. Jednostka Wskaźnik Wartość Norma ChZT go 2 /m 3 31,1 125 BZT 5 go 2 /m 3 4,7 25 Zawiesina g/m 3 8,3 35 Azot ogólny gn/m3 6,9 15* Fosfor ogólny gp/m3 0,26 2** * wartość liczona jako średnia roczna dla temperatury w bioreaktorze powyżej 12 st. C. ** wartość liczona jako średnia roczna. 2.8. Stan techniczny obiektów oczyszczalni i ogólne warunki jej ruchu. Generalnie stan techniczny obiektów oczyszczalni jest dobry. Stwierdzenie takie odnosi się bardziej do stanu konstrukcyjno-budowlanego obiektów oczyszczalni, niż do ich wyposażenia technologicznego w instalacje, maszyny i urządzenia. Generalnie jednak wszystkie obiekty z uwagi na dotychczasowy okres eksploatacji oraz przewidywane dalsze ich wieloletnie wykorzystanie wymagają renowacji. Większość urządzeń z uwagi na prowadzenie ciągłej eksploatacji (oraz okresowe przeciążanie wywołane napływami wód deszczowych) jest już w znacznym stopniu zużyta i nadaje się w perspektywie następnych kilkunastu lat pracy do wymiany. Problem stanowi również eksploatacja pojedynczego osadnika wtórnego obliczenia wskazują na jego okresowe przeciążanie ładunkiem zawiesin, ponadto jakakolwiek awaria MUSI spowodować zrzut osadu bezpośrednio do odbiornika. W czasie eksploatacji zmodernizowanej oczyszczalni zaobserwowano znaczne jej obciążenie ściekami przemysłowymi, co wywołało konieczność uruchomienia również starej linii oczyszczania ścieków, pracującej w charakterze podczyszczalni części ścieków dla nowego układu. Konsekwencją zwiększonego obciążenia oczyszczalni jest również przeciążenie linii odwadniania osadów, a w efekcie również trwałe przekroczenie standardowych parametrów pracy stopnia biologicznego, takich jak stężenie i wiek osadu. 2.9. Kluczowe problemy obiektu. W ramach pracy zidentyfikowano dwa kluczowe w warunkach obecnego układu technologicznego problemy: Eksploatację pojedynczego osadnika wtórnego. 30
Przeciążenie układu odwadniania osadów. Należy jednak zwrócić uwagę, iż cała oczyszczalnia pracuje w warunkach permanentnego przeciążenia ładunkiem zanieczyszczeń, stąd eksploatowany jest nietypowy i bardzo trudny układ technologiczny. Jego eksploatacja powoduje powstawanie dwóch różnych rodzajów osadów, o różnym stopniu stabilizacji i różnych parametrach odwadnialności, stąd docelowo należy brać pod uwagę uporządkowanie całości układu technologicznego oczyszczalni. Poziom wyposażenia w aparaturę kontrolno-pomiarową oraz zakres realizowanych funkcji raportowych i sterujących również odbiega już od obecnie stosowanych standardów. 3. Docelowe warunki pracy oczyszczalni 3.1. Planowany rozwój zlewni oczyszczalni. Zgodnie z informacjami uzyskanymi od Zamawiającego, docelowo przewiduje się podłączenie mieszkańców wsi znajdujących się w zlewni rzeki Troi. Ilość dopływających ścieków wyniesie ok. 211 m 3 /d. Po uwzględnieniu tych założeń zweryfikowano obciążenie oczyszczalni w okresie docelowym. Podstawą był bilans aktualny opracowany dla wartości średnich (średni dopływ ścieków i średnie ładunki zanieczyszczeń z roku 2010) oraz dla wartości percentyla 0.85 (średni dopływ średni i percentyl 0.85 dla ładunków zanieczyszczeń z roku 2010). Dodając zbilansowaną ilość ścieków i ładunków zanieczyszczeń dla dodatkowych ilości ścieków (przyjęto parametry stężeń ścieków na poziomie identycznym ze ściekami pochodzącymi z dotychczasowej zlewni) do wartości obliczonych dla stanu aktualnego uzyskano odpowiednie dane o bilansie docelowym. Należy zwrócić uwagę, iż wielkości te są praktycznie niezauważalne w bilansie docelowym. Proponuje się, aby modernizację oczyszczalni przeprowadzić w oparciu o docelowe obciążenia dla percentyla 0.85, co jest zgodne z ogólnie przyjętymi zaleceniami projektowymi i zapewnia większą pewność w uzyskaniu "efektu ekologicznego". 3.2. Wymagana jakość ścieków oczyszczonych W wyniku planowej rozbudowy sieci kanalizacyjnej obciążenie oczyszczalni praktycznie nie ulegnie zmianie. Biorąc pod uwagę obowiązujące Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz.U. Nr 137 poz. 984), zmodernizowana oczyszczalnia w Głubczycach będzie należeć nadal do tej samej grupy wielkości oczyszczalni: pomiędzy 15000 RLM, a 99 999 RLM. W tabeli 12 przedstawiono wymaganą jakość odpływu określoną poprzez dopuszczalne stężenie wskaźników zanieczyszczeń, ustalone dla grupy wielkości obiektów 15 000 99 999 RLM. Do dalszych obliczeń technologicznych przyjęto wymagania określone przez dopuszczalne stężenia wskaźników zanieczyszczeń w odpływie. Tabela 12 Wymagana jakość ścieków odprowadzanych z oczyszczalni w Głubczycach dla obciążenia docelowego. 31
Wskaźnik Jedn. Dopuszczalne stężenie [g/m3] Minimalny procent redukcji wskaźnika [%] BZT5 go2/m3 15 90 ChZTcr go2/m3 125 75 Zawiesina g/m3 35 90 Azot całkowity gn/m3 15.0 * 80 Fosfor ogólny gp/m3 2.0 ** 80 * wartość liczona jako średnia roczna dla temperatury w bioreaktorze powyżej 12 st. C. ** wartość liczona jako średnia roczna. 4. Proponowane warianty modernizacji i rozbudowy oczyszczalni Rozbudowa i modernizacja oczyszczalni w Głubczycach powinna umożliwić uzyskanie wysokiej sprawności działania również w warunkach zwiększonych napływów wód deszczowych oraz poprawić bieżące warunki eksploatacyjne oczyszczalni. Ponieważ nie jest możliwe wykonanie koncepcji wyłącznie dla węzła końcowego rozdziału ścieków od osadu i wiarygodne zaproponowanie działań wyłącznie dla zwiększonych napływów, na dodatek obejmujących tylko część oczyszczalni dokonano szeregu obliczeń technologicznych całego układu ściekowego (poza kratą i piaskownikiem) oraz osadowego. Z uwagi na ścisłe powiązanie pracy oczyszczalni w warunkach zwiększonego napływu z układem technologicznym oczyszczalni, dokonano sprawdzenia możliwości przywrócenia normalnego układu technologicznego z wyłączeniem złóż biologicznych i osadnika Imhoffa. Przedstawiono możliwe warianty części osadowej oczyszczalni. Prace związane z częścią mechaniczną oczyszczalni nie wchodzą w zakres niniejszej koncepcji. 4.1. Reaktory biologiczne oraz sedymentacja wstępna. W pierwszej kolejności sprawdzono możliwość pracy stopnia biologicznego w układzie wyłącznie osadu czynnego (z pominięciem starej części oczyszczalni). Następnie dokonano obliczeń dla rozwiązania w którym wprowadzono mechaniczne podczyszczanie ścieków z wykorzystaniem osadników wstępnych. W kolejnym wariancie sprawdzono warunki pracy układu dla pozostawienia istniejącego rozwiązania technologicznego. 4.1.1. Wariant pierwszy. 4.1.1.1. Opis koncepcji. Rozbudowa i modernizacja części ściekowej oczyszczalni zakłada przywrócenie pierwotnej konfiguracji istniejącego układu technologicznego. Część ściekowa oczyszczalni będzie obejmowała następujące procesy jednostkowe: 32
Oczyszczanie mechaniczne ścieków na kracie i w piaskowniku. Pompowanie ścieków do bioreaktorów (komora defosfatacji) przez pompy zabudowane w płytkiej części pompowni. Oczyszczanie biologiczne ścieków w komorze defosfatacji oraz dwóch istniejących reaktorach. Alternatywne wspomaganie biologicznego usuwania fosforu poprzez symultaniczne strącanie fosforanów przy pomocy siarczanu żelazowego (PIX-u), w oparciu o istniejącą instalację do magazynowania i dozowania płynnych reagentów (o ile wymagać tego będą przepisy). Sedymentację osadu w układzie osadnika wtórnego (obliczenia węzła sedymentacji w osobnym podpunkcie). Pobór części ścieków oczyszczonych na potrzeby własne oczyszczalni. Odprowadzanie ścieków oczyszczonych. 4.1.1.2. Parametry technologiczne części ściekowej W zamieszczonych poniżej tabelach przedstawiono informacje o warunkach pracy części ściekowej oczyszczalni w okresie docelowym zmodernizowanej według wariantu pierwszego. Obliczenia parametrów technologicznych istniejących urządzeń oraz obliczenia wielkości urządzeń i obiektów projektowanych w okresie docelowym, wykonano według zmodyfikowanego algorytmu ATV A- 131. Tabela 13.Charakterystyka ścieków dopływających do reaktorów biologicznych, bez podczyszczania. Parametr Przepływ, m 3 /d; Stężenie, g/m 3 ; Ładunek, kg/d Przepływ ścieków 4503 Warunki pracy Stężenie Średnie obciążenie Ładunek BZT 5 1132 5097 Zawiesina ogólna 506 2279 Azot ogólny Kjeldahla 59,0 265,7 Azot azotanowy 11,0 49,5 Fosfor ogólny 17,0 76,6 Przeprowadzono obliczenia dla dwóch wariantów pracy reaktorów. W poniższej tabeli przedstawiono obliczenia dla wariantu prowadzonego zminimalnymwiekiem osadu zapewniającym stabilny przebieg procesów biologicznych (12 dni dla czytelności tabeli założono w obu okresach taki sam wiek osadu). W wariancie tym osad wymaga stabilizacji w wydzielonej części osadowej oczyszczalni. 33
Tabela 141. Parametry pracy reaktorów biologicznych w temperaturze 11 i 20 o C w warunkach pracy bez osadników wstępnych i złóż biologicznych dla 85% percentyla obciążenia osadu i minimalnego bezpiecznego wieku osadu. Warunki pracy Temperatura ścieków Parametr Jednostka Wartość Wysokie obciążenie (percentyl 85%) o C 11 20 Liczba reaktorów (w tym czynnych) Szt 2 (2) 2 (2) Wymagana objętość reaktorów (bez defosfatacji) m 3 13 320 11 617 Rzeczywista objętość reaktorów (bez defosfatacji) m 3 11 400 11 400 Bilans azotu do nitryfikacji i denitryfikacji Stężenie azotu dopływającego do reaktora g/m 3 96 96 Azot organiczny związany w biomasie g/m 3 70 69,8 Azot do nitryfikacji g/m 3 24 24,3 Azot poddawany denitryfikacji g/m 3 40,7 40,65 Obliczeniowy wiek osadu D 12 12 Obliczeniowe stężenie osadu czynnego w reaktorach kg/m 3 4 4 Obciążenie substratowe osadu czynnego kg BZT 5 / kg s.m. 0,13 0,15 Maksymalne godzinowe zużycie tlenu kg O 2 / h 316 351 Przyrost osadu Przyrost osadu związany z usuwaniem BZT 5 kg s.m./d 4 441 3 872 Jednostkowy przyrost osadu związany z kg s.m. / 0,64 0,55 usuwaniem BZT 5 kg BZT 5 Przyrost osadu związany z usuwaniem fosforu kg s.m./d 55 53 Całkowity przyrost osadu kg s.m./d 4 496 3 927 Usuwanie fosforu Liczba reaktorów (w tym czynnych) Szt 2 (2) 2 (2) Wymagana objętość reaktorów m 3 500 500 Rzeczywista objętość reaktorów m 3 820 820 Ilość fosforu wbudowywana w biomasę g/m 3 15,5 15,5 Ilość fosforu usuwana biologicznie g/m 3 4,1 4,1 Ilość fosforu do strącenia g/m 3 0 0 W poniższej tabeli przedstawiono obliczenia dla wariantu prowadzonego z długi, wiekiem osadu zapewniającym stabilny przebieg procesów biologicznych (25 dni dla czytelności tabeli założono w 34
obu okresach taki sam wiek osadu) oraz stabilizację osadu w głównym ciągu technologicznym. W wariancie tym osad nie wymaga stabilizacji w wydzielonej części osadowej oczyszczalni, niemniej jednak należy zwrócić uwagę, iż jest to rozwiązanie dla tej wielkości oczyszczalni obecnie już praktycznie niestosowane z uwagi na: Problemy eksploatacyjne (trudne sterowanie optymalnym przebiegiem procesów oczyszczania ścieków, słaba stabilizacja osadu). Wysokie koszty eksploatacyjne (zużycie energii). Niepotrzebne wysokie obciążenie węzła separacji końcowej osadu i ścieków. Tabela 152. Parametry pracy reaktorów biologicznych w temperaturze 11 i 20 st. C w warunkach pracy bez osadników wstępnych i złóż biologicznych dla 85% percentyla obciążenia osadu i wieku osadu zapewniającego jego stabilizację w głównym ciągu ściekowym oczyszczalni. Warunki pracy Temperatura ścieków Parametr Jednostka Wartość Wysokie obciążenie (percentyl 85%) Wysokie obciążenie (percentyl 85%) o C 11 20 Liczba reaktorów (w tym czynnych) Szt 2 (2) 2 (2) Wymagana objętość reaktorów (bez defosfatacji) m 3 11 410 11 460 Rzeczywista objętość reaktorów (bez defosfatacji) m 3 11 400 11 400 Bilans azotu do nitryfikacji i denitryfikacji Stężenie azotu dopływającego do reaktora g/m 3 96 96 Azot organiczny związany w biomasie g/m 3 70 70 Azot do nitryfikacji g/m 3 24 24 Azot poddawany denitryfikacji g/m 3 41 41 Obliczeniowy wiek osadu D 25 25 Obliczeniowe stężenie osadu czynnego w reaktorach kg/m 3 8,3 7,4 Obciążenie substratowe osadu czynnego kg BZT 5 / kg s.m. 0,07 0,08 Maksymalne godzinowe zużycie tlenu kg O 2 / h 356 380 Przyrost osadu Przyrost osadu związany z usuwaniem BZT 5 kg s.m./d 3 788 3 392 Jednostkowy przyrost osadu związany z kg s.m. / 0,54 0,49 usuwaniem BZT 5 kg BZT 5 Przyrost osadu związany z usuwaniem fosforu kg s.m./d 55 55 Całkowity przyrost osadu kg s.m./d 3 843 3 447 35
Parametr Jednostka Wartość Usuwanie fosforu Liczba reaktorów (w tym czynnych) Szt 2 (2) 2 (2) Wymagana objętość reaktorów m 3 500 500 Rzeczywista objętość reaktorów m 3 820 820 Ilość fosforu wbudowywana w biomasę g/m 3 15,5 15,5 Ilość fosforu usuwana biologicznie g/m 3 4,1 4,1 Ilość fosforu do strącenia g/m 3 0 0 Przedstawione wyniki wskazują, że reaktory biologiczne mogą okresowo pracować poza dopuszczalnym zakresem obciążeń już dla krótkiego wieku osadu. Dla wieku osadu zapewniającego jego stabilizację rozwiązanie z wprowadzaniem do reaktorów ścieków bezpośrednio po oczyszczeniu na kratach i piaskowniku wymaga utrzymywania stężenia osadu czynnego wykraczającego poza przyjęte i dopuszczalne wartości dla warunków normalnej eksploatacji oraz powoduje trwałe przeciążenie węzła sedymentacji wtórnej. Należy również zwrócić uwagę, iż taki układ pracy spowoduje również znaczny przyrost osadu nadmiernego oraz znaczące zwiększenie zużycia energii przez urządzenia napowietrzające. UWAGA! Nie porównano wydajności istniejącego systemu napowietrzania z zapotrzebowaniem obliczonym (brak danych dot. stanu istniejącego). Obliczone parametry jednoznacznie wskazują na niecelowość eksploatacji układu w tej konfiguracji oraz bardzo wysokie ryzyko przekroczenia wymaganej jakości ścieków odpływających. 4.1.2. Wariant drugi z przebudową węzła sedymentacji wstępnej. 4.1.2.1. Opis koncepcji. W wariancie tym dla rozbudowy i modernizacji części ściekowej oczyszczalni wprowadza się zmiany układu technologicznego. Zmodernizowana część ściekowa oczyszczalni będzie obejmowała następujące procesy jednostkowe: Oczyszczanie mechaniczne ścieków na kracie i w piaskowniku. Pompowanie ścieków do nowych osadników wstępnychprzez pompy zabudowane w płytkiej części pompowni. Oczyszczanie ścieków na nowych osadnikach wstępnych. Spływ ścieków oczyszczonych mechanicznie do bioreaktorów (komora defosfatacji). Oczyszczanie biologiczne ścieków w komorze defosfatacji oraz dwóch istniejących reaktorach. Alternatywne wspomaganie biologicznego usuwania fosforu poprzez symultaniczne strącanie fosforanów przy pomocy siarczanu żelazowego (PIX-u), w oparciu o istniejącą instalację do magazynowania i dozowania płynnych reagentów (o ile wymagać tego będą przepisy). 36
Sedymentację osadu w układzie osadnika wtórnego (obliczenia węzła sedymentacji w osobnym podpunkcie). Pobór części ścieków oczyszczonych na potrzeby własne oczyszczalni. Odprowadzanie ścieków oczyszczonych. Zawracanie osadu recyrkulowanego przez istniejącą pompownię. 4.1.2.2. Parametry technologiczne. W zamieszczonych poniżej tabelach przedstawiono informacje o warunkach pracy części ściekowej oczyszczalni w okresie docelowym zmodernizowanej według wariantu drugiego (z podczyszczaniem ścieków w osadnikach wstępnych). Obliczenia parametrów technologicznych istniejących urządzeń oraz obliczenia wielkości urządzeń i obiektów projektowanych w okresie docelowym, wykonano według zmodyfikowanego algorytmu ATV A-131. Osadniki wstępne. Tabela 16. Zakładane sprawności usunięcia zanieczyszczeń przez osadnik wstępny Parametr Sprawność usunięcia BZT 5 33% Zawiesina ogólna 55% Azotu Kjeldahla 5% Azot azotanowy 5% Fosfor ogólny 5% Tabela 17. Zakładane stężenia zanieczyszczeń w odpływie z osadników wstępnych oraz ładunek zanieczyszczeń usunięty przez osadniki w warunkach średniego przepływu ścieków surowych (4503 m 3 /d) Parametr Stężenie w odpływie, g/m 3 Ładunek usunięty, kg/d Obciążenie średnie BZT 5 758 1682 Zawiesina ogólna 228 1253 Azot ogólny Kjeldahla 56,1 13,2 Azot azotanowy 10,5 2,5 Fosfor ogólny 16,2 3,8 Obciążenie (stężenia) wysokie (percentyl 85%) BZT 5 1039 2303 Zawiesina ogólna 2919 1602 37