Proceedings of ECOpole Vol. 2, No. 2 28 Katarzyna WRÓBEL 1, Grzegorz ŁAGÓD 2 i Henryk SOBCZUK 3 ANALIZA ZMIAN ŁADUNKU ZANIECZYSZCZEŃ DOPŁYWAJĄCYCH DO MIEJSKICH OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW NA PRZYKŁADZIE MIAST WARSZAWY I LUBLINA ANALYSIS OF POLLUTANTS LOAD VARIATION IN SEWAGES ENTERING THE MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT PLANT - WARSAW AND LUBLIN CASE STUDY Streszczenie: Przedstawiono analizę zmiany ładunku zanieczyszczeń dopływających do miejskich oczyszczalni ścieków dla miast Warszawy oraz Lublina. Warszawa posiada dwie oczyszczalnie ścieków: Czajkę, oddaną do uŝytku w 1991 roku, oraz oczyszczalnię Południe, oddaną do uŝytku w 26 roku. W Lublinie ścieki odprowadzane są do miejskiej oczyszczalni Hajdów, oddanej do uŝytku w roku 1992. Warszawa posiada system kanalizacji ogólnospławnej oraz system kanalizacji rozdzielczej. Oczyszczalnia Czajka oczyszcza ścieki z sieci ogólnospławnej, zaś oczyszczalnia Południe - ścieki sanitarne. Na terenie Lublina występuje kanalizacja rozdzielcza, którą przesyłane są ścieki sanitarne i podczyszczone ścieki przemysłowe. Niewielką część strumienia ścieków dopływających do oczyszczalni Hajdów stanowią wody przypadkowe i infiltracyjne. Wody pochodzące z opadów atmosferycznych odprowadzane są poprzez sieć kanalizacji deszczowej do zlewni rzeki Bystrzycy. W ciągu ostatnich lat zaobserwowano zmiany ilości strumienia ścieków, stęŝeń wskaźników zanieczyszczeń w nim zawartych oraz zmian ładunków zanieczyszczeń w ściekach dopływających zarówno do oczyszczalni w Warszawie, jak i w Lublinie. Przemiany społeczno-polityczne po 1989 roku wpłynęły na zmianę nawyków Ŝywieniowych ludności oraz na stosowanie w większej ilości chemicznych środków utrzymania czystości wykorzystywanych w gospodarstwach domowych, a takŝe zakładach usługowych i przemysłowych. Słowa kluczowe: miejskie oczyszczalnie ścieków, ładunek zanieczyszczeń, wskaźniki zanieczyszczeń Warszawa posiada system kanalizacji ogólnospławnej oraz system kanalizacji rozdzielczej. Do 1991 roku Warszawa odprowadzała 1% ścieków nieoczyszczonych bezpośrednio do Wisły za pomocą 8 wylotów brzegowych. W latach 1991-1996 nie prowadzono statystyk dotyczących ilości ścieków wprowadzanych do Wisły, równieŝ nie wykonywano pomiarów stęŝeń ładunków zanieczyszczeń na wejściu do oczyszczalni. Miasto Stołeczne Warszawa posiada dwie oczyszczalnie ścieków: Czajkę oraz Południe. Oczyszczalnia Czajka oczyszcza ścieki z sieci ogólnospławnej, zaś oczyszczalnia Południe - ścieki sanitarne, dopływające siecią rozdzielczą. Zakład oczyszczania ścieków Czajka, usytuowany w północno-wschodniej części Warszawy w gminie Białołęka na terenach prawobrzeŝnych miasta, zajmuje obszar ok. 52,7 ha. Oddany do eksploatacji w 1991 r. - był wybudowany jako pierwsza oczyszczalnia ścieków w stolicy. Ilość ścieków oczyszczonych w oczyszczalni Czajka w latach 1997-27 przedstawiono w tabeli 1 [1, 2]. 1 Megabit Sp. z o.o., ul. Płowiecka 1/3, 4-51 Warszawa, tel./fax 22 449 8, tel. kom. 512 33 25, email: kwrobel@megabit.com.pl 2 Wydział InŜynierii Środowiska, Politechnika Lubelska, ul. Nadbystrzycka 4B, 2-618 Lublin, tel. 81 538 43 22, email: G.Lagod@wis.pol.lublin.pl 3 Wydział InŜynierii Środowiska, Politechnika Lubelska, ul. Nadbystrzycka 4B, 2-618 Lublin, tel. 81 538 44 81, email: H.Sobczuk@wis.pol.lublin.pl
5 Katarzyna Wróbel, Grzegorz Łagód i Henryk Sobczuk Ilość ścieków oczyszczonych w oczyszczalni Czajka w latach 1997-27 [1] Tabela 1 rok ilość ścieków oczyszczonych [%] całkowita ilość ścieków [m 3 ] 1997 4 198 114 223 1998 41 187 864 441 1999 4 179 475 586 2 39 18 935 65 21 37 187 427 499 22 35 199 426 848 23 31,31 184 65 552 24 33,14 188 828 765 25 4,22 151 777 839 26 56 13 962 354 27 63 144 861 271 Do oczyszczalni dopływa ok. 19 tys. m 3 ścieków w ciągu doby. Napływające ścieki po przejściu przez kraty i piaskowniki kierowane są na cztery ciągi technologiczne, składające się z osadników wstępnych, komór osadu czynnego z napowietrzaniem ścieków i osadników wtórnych. W ciągu ostatnich kilku lat moŝna zaobserwować zmiany ilości ścieków dopływających do oczyszczalni Czajka (rys. 1). Jedną z przyczyn zmian przepływu było opomiarowanie zuŝycia wody w gospodarstwach domowych. W momencie kiedy kaŝdy odbiorca zaczął płacić indywidualnie za ilość zuŝytej wody, zaprzestano jej naduŝywania - wymieniono cieknące baterie, spłuczki, zaprzestano nadmiernie podlewać ogródki przydomowe. Oszczędzanie wody stało się zauwaŝalne w ilości ścieków przepływających przez układ technologiczny oczyszczalni Czajka, pomimo iŝ liczba ludności w Warszawie wzrosła z 1 618 52 osób w 1998 r. do 1 72 1 osób w 26 r. (dane uwzględniają tylko osoby zameldowane) [3]. Najmniejsze przepływy zaobserwowane w 23 roku wyniosły 158 363 m 3 /d. 25 2 Qrś [m3/d] 15 1 5 1997 1998 1999 2 21 22 23 24 25 26 27 Qrśr [m3/d] 26444 2176 197896 27123 19792 1934 158363 17959 167244 174117 18871 Rys. 1. Zmiany natęŝenia przepływu (Q rś) w latach 1998-26 w oczyszczalni Czajka w Warszawie [1] Zmniejszenie ilości zuŝywanej wody spowodowało zwiększenie stęŝenia zanieczyszczeń na wejściu do oczyszczalni, co przedstawia rysunek 2.
Analiza zmiany ładunku zanieczyszczeń dopływających do miejskich oczyszczalni ścieków 51 stęŝenie [mg/dm3] 2 15 1 5 1997 1998 1999 2 21 22 23 24 25 26 27 Zawiesina [mg/dm3] 517 39 481 35 461 398 467 532 618 488 413 BZT5 [mg/dm3] 389 292 32 283 23 292 345 266 28 284 267 ChZT [mg/dm3] 785 59 715 593 715 64 723 688 779 78 71 Rys. 2. Zmiany stęŝenia wskaźników zanieczyszczeń na wejściu do oczyszczalni Czajka w latach 1997-27 [1] Zakład oczyszczania ścieków Południe oddano do eksploatacji w 26 roku jako drugą oczyszczalnią ścieków w Warszawie, przyjmującą ścieki z południowej części lewobrzeŝnej Warszawy. Zajmuje obszar ok. 25 ha. Wpływające do niej ścieki po przejściu przez halę krat i piaskowniki napowietrzane są kierowane do osadników wstępnych, a dalej na dwa ciągi technologiczne, składające się z bioreaktorów ze strefami tlenowo-beztlenowymi do biologicznego usuwania azotu i fosforu oraz czterech osadników wtórnych. Oczyszczalnia Południe jest oczyszczalnią funkcjonującą niespełna 2 lata, do której doprowadzane są ścieki sanitarne. W czasie funkcjonowania oczyszczalni zaobserwowano miesięczne wahania przepływu. Najmniejsze przepływy zauwaŝono w sezonie urlopowym (na poziomie 54 64,9 m 3 /d w lipcu 27 r.), zaś zwiększone przepływy zaobserwowano w okresie zimowym (na poziomie 66 3,3 m 3 /d w lutym 27 r.) [1]. Do oczyszczalni Południe doprowadzane są ścieki sanitarne między innymi z terenu lotniska Okęcie, stąd teŝ duŝy wpływ na zmiany stęŝeń i ładunku zanieczyszczeń na wlocie do oczyszczalni w okresie zimowym ma wykorzystywanie substancji chemicznych zapobiegających oblodzeniu samolotów oraz pasów startowych. Wpływ na zmiany ładunku zanieczyszczeń mają równieŝ ścieki z zakładów przemysłowych, które stanowią ok. 3% strumienia, a takŝe przedostawanie się wód przypadkowych i infiltracyjnych do sieci kanalizacyjnej. Zmiany stęŝeń zanieczyszczeń w okresach bezdeszczowych (grudzień - marzec) przedstawia rysunek 3. StęŜenie [mg/dm3] 1 8 6 4 2 XII 26 I 27 li 27 III 27 XII 27 ChZT mg /dm3 756, 789,67 726,5 684,33 979,33 BZT5 mg /dm3 332, 379,67 327, 358,33 44, zawiesina og. mg /dm3 492, 342,33 489, 438,33 512,67 Rys. 3. Zmiany stęŝenia wskaźników zanieczyszczeń dla oczyszczalni Południe [1]
52 Katarzyna Wróbel, Grzegorz Łagód i Henryk Sobczuk Miasto Lublin posiada jedną mechaniczno-biologiczną oczyszczalnię ścieków komunalnych Hajdów, zaprojektowaną w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku, a oddaną do uŝytku w 1992 roku [4, 5]. Na terenie Lublina działa kanalizacja rozdzielcza, którą przesyłane są ścieki sanitarne i podczyszczone ścieki przemysłowe. Niewielką część strumienia ścieków dopływających do oczyszczalni Hajdów stanowią wody przypadkowe i infiltracyjne. Wody pochodzące z opadów atmosferycznych są odprowadzane poprzez sieć kanalizacji deszczowej do zlewni rzeki Bystrzycy. Oczyszczalnia ścieków połoŝona jest we wschodniej części miasta Lublina. Zajmuje łącznie powierzchnie 62,6 ha. Do oczyszczalni Hajdów doprowadzane są ścieki poprzez układ kanałów do kolektora zbierającego o średnicy 25 mm z terenu Lublina, Świdnika oraz gminy Wólka Lubelska. Długość sieci kanalizacji sanitarnej wynosi 724,9 km (wg stanu z 31.12.27) [4, 5]. W pierwszym, mechanicznym etapie oczyszczania ścieków większe zanieczyszczenia zatrzymywane są odpowiednio na kratach, w piaskowniku i osadnikach wstępnych. Zawiesiny trudno opadające i substancje rozpuszczone usuwane są metodą biologiczną w komorach z osadem czynnym. Po oddzieleniu w osadnikach wtórnych ścieków od osadu czynnego oczyszczone juŝ ścieki odprowadzane są do rzeki Bystrzycy. W ciągu ostatnich kilkunastu lat ilość ścieków doprowadzanych do oczyszczalni Hajdów zmalała prawie dwukrotnie (rys. 4). Jest to spowodowane zmniejszeniem zuŝycia wody wynikającym ze stale rosnących cen oraz stosowaniem przez przedsiębiorstwa zamkniętych obiegów wody [6]. JednakŜe liczba mieszkańców zameldowanych w Lublinie zmalała od 356 3 osób w 1998 r. do 353 5 w 26 r. [3]. 12 1 Qrśr [m3/d] 8 6 4 2 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 23 24 25 Qśr [m3/d] 112796 98 459 92 615 88 185 89 992 85 775 84 191 83 6 8 984 74 57 7 667 66 565 61 697 62 93 Rys. 4. Zmiany przepływu (Q rś) w latach 1992-25 dla oczyszczalni Hajdów [4-6] Wartość stęŝenia zanieczyszczeń na wlocie do oczyszczalni wyraŝona w BZT 5 wzrosła o 186% (między innymi z powodu zmniejszenia ilości zuŝywanej wody), zaś wartość ładunku zanieczyszczeń wzrosła o 65% (zmiana w nawykach Ŝywieniowych mieszkańców, rozwój przemysłu spoŝywczego), co zilustrowano na rysunkach 5 i 6 [4-6].
Analiza zmiany ładunku zanieczyszczeń dopływających do miejskich oczyszczalni ścieków 53 ładunek [kg/d] 8 7 6 5 4 3 2 1 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 23 24 25 BZT5 [kg/d] 24138 25895 2584 2762 35727 29678 3518 26662 25591 25779 26853 3974 2844 38567 CHZT5 [kg/d] 52563 5214 49364 51676 69834 57898 59186 52743 5452 57519 55544 63841 5878 68868 ZAW.OG. 2193 17427 2255 24515 35817 24189 24752 22592 22595 23842 2248 25733 27612 32785 Rys. 5. Zmiany ładunku zanieczyszczeń dla oczyszczalni Hajdów w Lublinie [4-6] Zmiany stęŝeń wskaźników zanieczyszczeń na wlocie do oczyszczalni Hajdów przedstawiono na rysunku 6. StęŜenie [mg/dm3] 12 1 8 6 4 2 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 23 24 25 BZT5 214 263 279 313 397 346 417 321 316 346 38 465 46 613 CHZT 466 51 533 586 776 675 73 635 673 772 786 959 941 1 94 ZAW.OG. 187 177 243 278 398 282 294 272 279 32 312 387 448 521 Rys. 6. Zmiany stęŝenia wskaźników zanieczyszczeń dla oczyszczalni Hajdów w Lublinie [4-6] Podsumowanie Zmiany ładunku zanieczyszczeń na wejściu do oczyszczalni w Warszawie i w Lublinie były spowodowane między innymi zmianami społecznymi i politycznymi końca lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku. Wspomniane przemiany wpłynęły na zmianę nawyków Ŝywieniowych ludności oraz na stosowanie w większej ilości chemicznych środków utrzymania czystości wykorzystywanych w gospodarstwach domowych, a takŝe zakładach usługowych i przemysłowych. Wprowadzenie indywidualnego opomiarowania zuŝycia wody spowodowało zauwaŝalne zmniejszenie strumienia przepływających ścieków, w związku z czym wzrosły stęŝenia wskaźników zanieczyszczeń. Literatura [1] Dane udostępnione przez MPWiK m.st. Warszawa. [2] http://www.mpwik.com.pl (aktualna 16.9.28). [3] http://www.stat.gov.pl/gus (aktualna 3.9.28).
54 Katarzyna Wróbel, Grzegorz Łagód i Henryk Sobczuk [4] Dane udostępnione przez MPWiK Lublin. [5] http://www.mpwik.lublin.pl/www/tech/4.htm (aktualna 16.9.28). [6] Dyka M., Woś P., Korniluk M. i Łagód G.: Wpływ modernizacji urządzeń miejskiej oczyszczalni ścieków "Hajdów" na przebieg procesu oczyszczania ścieków oraz ilość powstających odpadów. Proc. ECOpole, 27, 1(1/2), 277-281. ANALYSIS OF POLLUTANTS LOAD VARIATION IN SEWAGES ENTERING THE MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT PLANT - WARSAW AND LUBLIN CASE STUDY Summary: The analysis of pollutants load variations disemboguing the municipal wastewater treatment plant in the cities of Warsaw and Lublin was presented. There are two treatment plants in Warsaw: Czajka constructed in 1991 and Poludnie established in 26. In the city of Lublin sewage is delivered to municipal treatment plant Hajdow established in 1991.There is a combined sanitation system in Warsaw and also a small part of separate sanitary and storm sewers. The Czajka plant treats sewage water from combined sewer system and Poludnie plant - only sanitary sewage. There are separate sanitary and storm sewer systems transporting wastewater in Lublin. The small part of wastewater stream entering Hajdow plant is combined of accidental and infiltrational water. The surface water/sewage is discharged by storm drains to the Bystrzyca river basin. The changes in sewage stream flow rate, pollution indicators concentrations and pollutants load in wastewater entering plants in Warsaw and Lublin were observed during the recent period of time. The observed effects were caused by the social and political changes during the end of eighties in 2th century. These changes influenced dietary habits of the population and usage of increased amount of chemical cleanness measures in households, service and production facilities. Keywords: municipal wastewater treatment, pollutants load, pollution indicators