Wpływ flokulantów PAX i PIX na usuwanie bakterii nitkowato-siarkowych w procesie biologicznego oczyszczania ścieków na przykładzie oczyszczalni Frantschach Świecie S,A. MARIAN WACHOWICZ Wzrastające wymagania co do jakości ścieków wprowadzonych do odbiornika powodują, że coraz częściej staje się nieodzowne wprowadzanie chemicznego stopnia oczyszczania ścieków. Doświadczenia z wielu oczyszczalni w Polsce i na świecie wskazują, że korzyści technologiczne wynikające z zastosowania oczyszczania chemicznego, a częściej wspomagania chemicznego, są warte zainteresowania. Oczyszczanie chemiczne to przede wszystkim procesy koagulacji i flokulacji, w których stosujemy reagenty (koagulanty). Koagulację stosuje się w większości przypadków do strącania ortofosforanów, usuwa się również inne zanieczyszczenia organiczne i nieorganiczne o rozdrobnieniu koloidalnym oraz zawiesiny. Są jednak jeszcze inne plusy stosowania procesów chemicznych w oczyszczaniu ścieków. Coraz częściej oczyszczalnie mają problemy z puchnięciem i pienieniem osadu czynnego oraz występowaniem kożucha. Nie ominęty one naszej oczyszczalni przy zakładzie celuiozowo-papierniczym Frantschach Świecie S.A. Puchnięcie osadu wywołuje najczęściej masowy rozwój bakterii nitkowatych, a polega na poluzowaniu" zwartej i zamkniętej struktury i uwięzieniu znacznej ilości wody i gazów wewnątrz kłaczka. W efekcie pogarszają się właściwości sedymentacyjne osadu (zmiana indeksu osadu) i traci on zdolność do tworzenia dużych aglomeratów. Pienienie jest również powodowane przez mikroorganizmy nitkowate. Zjawisko to wywołuje wynoszenie osadu czynnego na powierzchnię w osadnikach wtórnych, wiązanie znacznych ilości mikroorganizmów, które stają się niedostępne dla procesów oczyszczania. Nie jest możliwe sterowanie wiekiem osadu, i pogarszają się efekty biologicznego oczyszczania. Kożuch powoduje także trudności eksploatacyjne - jego usunięcie mechaniczne jest bardzo kłopotliwe. Inne kłopoty oczyszczalni ścieków to przykry zapach siarkowodoru czy osadzanie się twardego kamienia (struwitu) w rurach i urządzeniach do odwadniania. M. Wachowicz, Kierownik Wydziału Gospodarki Wodno-Ściekowej Frantschach Świecie S.A. Badania i doświadczenia eksploatacyjne na oczyszczalniach ścieków wskazują, że przy usuwaniu wymienionych kłopotów obiecujące wydaje się być zastosowanie chemicznego oczyszczania ścieków. Wadami tego rozwiązania są konieczność zakupu instalacji do magazynowania i dozowania koagulantu a także zakup niezbędnych reagentów. Trzeba się liczyć ze wzrostem masy osadów o ok. 35 g/100 g PIX, co ma wpływ na rozwiązania technologiczne części osadowej. Koagulanty kwaśne w dawkach powyżej 200 g/m 3 obniżają odczyn ścieków, co stwarza zagrożenie korozyjne dla obiektów i urządzeń oraz zwiększają zasolenie odbiorników. Optymalizacja dawki wprowadzanych koagulantów to ważny problem eksploatacyjny - zbyt mała ilość koagulantu nie będzie spełniać swojego zadania, zbyt duża może spowolnić proces oczyszczania, a w osadnikach wtórnych spowodować jego wynoszenie. Może również pogorszyć zdolność do odwadniania oraz wzrost indeksu osadu. Przedmiotem niniejszego artykułu jest pokazanie wpływu procesu koagulacji na usuwanie zanieczyszczeń ze ścieków pochodzących z biologicznej oczyszczalni ścieków firmy Frantschach w Świeciu (ścieki celulozowo-papiernicze i ścieki miejskie). Szczególną uwagę zwrócono na ustalenie rodzaju i optymalnej dawki koagulantu oraz substancji wspomagającej (polielktrolitu) w procesie koagulacji. Równie ważnym zagadnieniem było wykazanie efektów technologiczno-ekonomicznych z przeprowadzonych prób technicznych. Test technologiczny Pod koniec 2002 r. (w listopadzie i grudniu) nastąpiło pogorszenie pracy biologicznej oczyszczalni ścieków FS w wyniku zmian mikrobiologicznych osadu czynnego. Rozwinęły się bakterie nitkowate zawierające sporo bakterii siarkowych. Analiza siarczanów w ściekach dopływających do BOŚ potwierdziła ich wzrost powyżej 500, równocześnie wzrósł indeks osadu powyżej 300. PRZEGLĄD PAPIERNiCZY óo LISTOPAD 2004 601
odpieniacz odpieniacz odpieniacz l NT? 75-30 g/m 3 ZAKŁAD Pompownia centralna Osadniki wstępne FlooBedy S.K.R Do kolektora ^ściejdmieiskje do Wisły Schemat BOŚ - FS z naniesionymi punktami dozowania koagulantów PAX i PIX Przeprowadzono dwuetapowy test technologiczny, l etap rozpoczął się 17 grudnia 2002 r. i polegat na dozowaniu do komór regeneracji osadu czynnego PAX-u 25 w dawkach: dawka początkowa 3 g AI 3+ /kg s.m.o. d' 1 dawka końcowa 1 g AI 3+ /kg s.m.o. d- 1 Dawkę początkową dozowano przez 3 tygodnie, by 6 stycznia 2003 r. zmniejszyć ją o 25% (2,25 g AI 3+ /kg s.m.o. d~ 1 ). Pierwotnie czas trwania l etapu zaplanowano na miesiąc, ale w związku z brakiem oczekiwanych efektów postanowiono przedłużyć dawkowanie PAX-u o następne dwa tygodnie. 30 stycznia 2003 r. zakończono dozowanie PAX-u 25. 3 S09* O. (/> Efekty przeprowadzonego l etapu nie byty zadowalające, jednak trochę poprawiła się kondycja osadu czynnego. Ze względu na to, że do oczyszczalni dopływają ścieki przemysłowe i ścieki miejskie, które charakteryzują się dużą zmiennością ładunku zanieczyszczeń, obciążenie biologicznej oczyszczalni jest zmienne w zależności od ich ilości i stopnia zanieczyszczenia. Polepszenie pracy na l stopniu (Floobed nr 1 i 2) i II stopniu (bioreaktory Celpox) biologicznego oczyszczania ścieków mogło więc być spowodowane albo dopływem lepszej jakości ścieków albo też działaniem koagulantu. Badania mikrobiologiczne przeprowadzone przed rozpoczęciem dawkowania PAX-u 25 wykazały, że w osadzie czynnym, zarówno w komorach napowietrzania z bioreaktorami Celpox, jak i w błonie biologicznej w reaktorach Floobed, występowało kilka typów bakterii nitkowatych, m.in.: Beggiatoa alba, Thiothrix sp., Typ 0092, Typ 02IN, Typ 1701. Poprzerastały one kłaczki oraz pojawiły się w przestrzeniach między nimi. Pomimo to, mikroflora osadu i błony biologicznej była bogata, obejmowała wiele gatunków o wysokiej aktywności biologicznej. Można więc stwierdzić, że to organizmy nitkowate spowodowały kłopoty z sedymentacją i występowaniem kożucha. Kolejna analiza mikrobiologiczna osadu czynnego i błony biologicznej została przeprowadzona po trzech tygodniach dawkowania PAX-u 25. Wykazała ona, że pomimo braku widocznych zmian parametrów, takich jak: indeks osadu, ChZT, czy zawiesina, nastąpiły zmiany liczebności bakterii nitkowatych, zarówno w błonie biologicznej, jak i osadzie czynnym. Bardzo wyraźnie zmniejszyła się ilość bakterii siarkowych - działanie jonów Fe (II), nastąpiła fragmentacja innych typów nitek (Typ 0092 i 02IN) - działanie jonów AL Spadek ilości organizmów nitkowatych według sześciostopniowej skali Jenkinsa (patrz schemat) nastąpił w reaktorach Floobed z poziomu 6 na 3-4, natomiast w reaktorach Celpox z poziomu 6 na 4-5. Nie są to jeszcze zadawalające rezultaty zastosowania koagulantu. W celu dalszej eliminacji bakterii nitkowato-siarkowych po- 602
stanowiono przedłużyć stosowanie PAX-u 25 o kolejne dwa tygodnie. 7 lutego 2003 r. zbadano osad czynny z komór napowietrzania z Celpoxami i btonę biologiczną z reaktorów Floobed 1 i 2. Nie zaobserwowano większego spadku organizmów nitkowatych w stosunku do poprzedniej analizy, jednak stosowany środek wyraźnie zmienit morfologię osadu, poprawiając strukturę kłaczków. Sktad gatunkowy był zróżnicowany i bardzo aktywny biologicznie, jony Fe wpracowały" się w osad czynny. Najlepsze efekty dawkowania koagulantu zaobserwowano w komorach napowietrzania Celpox, najmniejsze w komorach regeneracji nr 1 i 2. Dawkowanie PAX-u 25 nie wpłynęło na wzrost redukcji zanieczyszczeń na BOŚ (zaledwie kilka procent). W tabeli 1 przedstawiono średni stopień redukcji zanieczyszczeń w czasie poprzedzającym dozowanie koagulantu. Przez cały czas trwania l etapu technologicznego, warto- Tabela 1. Średni stopień redukcji zanieczyszczeń dwa tygodnie przed rozpoczęciem technologicznego (l etap) i w czasie jego trwania Symbol i nazwa grupy - nazwa wskaźnika ChZT Zawiesina ogólna Fosfor całkowity Jednostka mg/dm s Ścieki dopływające Przed testem 1 163 256 0,68 1 094 225 0,76 Ścieki odpływające Przed testem 129 35 0,08 109 22 0,09 Stopień redukcji, % Przed te stem 88,9 86,5 88,0 90,0 90,1 88,3 ści parametrów na odpływie ścieków nie zmieniały się znacząco. Obrazują to rysunki 1-4. Dozowanie PAX-u 25 nie usunęło bakterii siarkowych z rodzaju Thiothrixsp. i Beggiatoa alba. Bakterie te są tlenowcami i czerpią energię do syntezy C0 2 i H 2 0 z utlenienia siarkowodoru do wolnej siarki, którą odkładają w postaci drobnych kuleczek w cytoplazmie komórkowej. Obecność bakterii siarkowych jest bardzo niekorzystna ze względu na zarastanie wolnych przestrzeni złoża biologicznego, co prowadzi do pogorszenia warunków tlenowych a nawet powstawania warunków beztlenowych. Dlatego powstawanie siarkowodoru 1560 1460 1360 1160 1060 960 860 760 660 560 460 360 260 160 ** OJ OJ OJ OJ OJ CO 000 000 OJ OJ OJ CNI OJ i r--- OJ c\j O 8 S CVJC\JC\J Rys. 1. Chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) na dopływie i odpływie z BOŚ - FS w czasie dawkowania PAX 25 m OJ» doptyw -m odptyw dopływ odptyw Rys. 3. Zawiesina ogólna z BOŚ - FS w czasie dawkowania PAX 25 ^^^^****""*** ^ - doptyw - odptyw Rys. 2. Fosfor całkowity na doptywie i odpływie z BOŚ - FS w czasie dawkowania PAX 25 Rys. 4. Zawiesina opadalna w ściekach przed osadnikami wtórnymi w czasie dawkowania PAX 25 PRZEGLĄD PAPIERNICZY óo. LISTOPAD 2004 603
OCHRONA ŚRODOWISKA Tabela 2. Średni stopień redukcji zanieczyszczeń dwa tygodnie przed rozpoczęciem technologicznego (II etap) i w czasie jego trwania Symbol i nazwa grupy - nazwa wskaźnika ChZT Zawiesina ogólna Fosfor całkowity Jednostka Ścieki dopływające Przed testem 956 954 226 225 0,66 0,56 Ścieki odpływające Przed testem 84 86 22 21 0,12 0,10 w oczyszczalni lub doptyw ścieków zgnitych jest niekorzystnym zjawiskiem, które powinno być skutecznie eliminowane. Usunięcie siarkowodoru stato się więc gtównym celem II etapu technologicznego - dozowania PIX113. Już po dwóch dniach dozowania PIX 113, ścieki zabarwiły się na czarno (wytrącenie FeS), co świadczyło o zajściu reakcji pomiędzy siarkowodorem a dozowanym koagulantem. Kształtki w reaktorach Floobed nr 1 i 2 zaczęty unosić się na powierzchni basenu, a przed zastosowaniem PIX-u 113 opadały na dno pod ciężarem osadu czynnego zawierającego bakterie siarkowe. 1370 c o c o c o c o c o c o c o c o c o c o o o c o o o O O C D O O O O O O O O C 3 O c o c o c o c o c d c d c d c o - ^ r ^-^ ^-^ C D O O O O O O O O C D O O C D r--i m T color^oi-ł ; oj -^r co co o T ^ - C \ J C \ I C \ J C \ J C M C O O O C D O T doptyw ^odpływ Rys. 5. Chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) na dopływie i odpływie z BOŚ - FS w czasie dawkowania PIX113 4nn 1 ' ^sn ^Rn i4n wn 300 9«n<. OKO co 940 _Ł_ j» / «' ^ 3 l * o onn V \ / \ ł \ / \ 1 \ 01 180 \ / i / Y ^* / '^-*- * * ifin v w > - -*- * i c 1Ań ta 100 - mn S Rfl f Bn n i J, 1 l t r\ v ii \ A i\ / \ / i \ { t «cn 40 20 n SS888S88SS888 S S S S S S S S S S Ś S Ś Stopień redukcji, % Przed testem 91,2 90,9 90,4 90,8 81,7 82,1 etap rozpocząt się 17 marca 2003 r. PIX113 byt dozowany do komór wyrównawczych przed reaktorami Floobed nr 1 i 2 w dawce początkowej 75 g/m 3. Podobnie jak w l etapie, po 10 dniach zmniejszono dawkę koagulantu o 25%. Test zakończono po 4 ty- godniach -10 kwietnia 2003 r. Koagulant PIX 113 usunął w dużym stopniu siarkowodór, polepszyła się kondycja osadu czynnego, a to przyczyniło się do poprawy pracy całej oczyszczalni biologicznej ścieków. Parametry, takie jak ChZT, fosfor całkowity, czy zawiesina ogólna nie uległy jednak większym zmianom, nie uzyskano większej redukcji zanieczyszczeń w porównaniu do okresu przed rozpoczęciem II etapu. W tabeli 2 zestawiono stężenia zanieczyszczeń i stopień ich redukcji w czasie przed dozowaniem i po jego dozowaniu. Rysunki 5-8 przedstawiają wybrane wskaźniki zanieczyszczeń 1,1 " 1 ^ 0,9 f 0,8 ^0,7- '! 0,6- l 0,5-, S 0,4 0,3~\" P^^^P / \ y^^^ay^-*-^ ^ 2 0,2 x 0,1 ^ v - 7V / \ ^^«-^-nh*-* *~ m ~ f **m-m^ 0 s 3 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 3 8 8 8 S g 8 8 S ; S S S g h- Jt ^nr n i ' \ * / A\. doptyw - - odpływ Rys. 7. Fosfor całkowity na dopływie i odpływie z BOŚ - FS w czasie dawkowania PIX-u -*- dopływ - -odpływ Rys. 6. Zawiesina ogólna z BOŚ - FS w czasie dawkowania PIX113 Rys. 8. Zawiesina opadalna w ściekach przed osadnikami wtórnymi w czasie dawkowania PIX -113 604 PRZEGLĄD PAPIERNICZY óo. LISTOPAD
na dopływie i odpływie ścieków z BOŚ - FS w czasie przeprowadzania tego etapu technologicznego. Ocena mikrobiologiczna osadu czynnego Osad czynny przed testem Ocenialiśmy btonę biologiczną na kształtkach z Floobedów, osad czynny z komór napowietrzania z Celpoxami i osad czynny z komór regeneracji osadu. Stan mikrobiologiczny błony biologicznej na kształtkach Błona czarnego koloru, unosi się zapach siarkowodoru. Kłaczki posiadają zwartą strukturę i są masowo poprzerastane organizmami nitkowatymi. Jest to niekorzystne, bowiem są zaklejane wolne przestrzenie, co utrudnia dostęp tlenu. Stan mikrobiologiczny osadu czynnego w komorach napowietrzania Celpox Osad o barwie brunatnej, kłaczki średniej wielkości poprzerastane bakteriami nitkowatymi, które występują także w przestrzeniach pomiędzy kłaczkami. Masowe występowanie organizmów nitkowych jest przyczyną puchnięcia osadu. Osad czynny po teście Stan mikrobiologiczny błony na kształtkach Btona nadal koloru czarnego, ściśle przylega do powierzchni kształtek, zaklejając wolne powierzchnie. Poprawiła się struktura kłaczków, organizmy nitkowate uległy fragmentacji. Zmalała wyraźnie liczebność bakterii siarkowej Beggiatoa alba z poziomu max. 6 na poziom 2. Stan mikrobiologiczny osadu czynnego w komorach napowietrzania Celpox Osad posiada brunatną barwę. Jest zbudowany z kłaczków średniej wielkości o luźnej strukturze. Organizmy nitkowate wyraźnie uległy fragmentacji i spadła ich liczebność. Bogata mikrofauna z pierwotniakami i organizmami tkankowymi, charakteryzującymi się wysoką aktywnością biologiczną. Spadek liczebności bakterii nitkowatych z poziomu 6 na 4. Stan mikrobiologiczny osadu z komór regeneracji Skład gatunkowy taki sam, jak w komorach Celpox, trochę większa liczba organizmów nitkowatych. Stosowane środki PAX 25 i PIX114 wyraźnie zmieniły morfologię osadu, poprawiając strukturę kłaczków. Efekty technologiczno-ekonomiczne Poniesione koszty Test trwał 54 dni. Koszt PAX-u 25 wyniósł 102 500 PIN. Średnia ilość ścieków na dobę - 51 500 m 3 Średnia dawka dozowanego PAX - 25-60 g/m 3 Wzrost kosztów oczyszczania ścieków z tytułu dozowania koagulantu wyniósł: 102 500 PLN:2 780 000 m 3 = 0,04 PIN/ m 3 Efekty ekonomiczne W celu wykazania skuteczności dozowania koagulantu, do porównań wybraliśmy 54 dni pracy BOŚ przed testem z PAX-em (od 24.10.2002 r. do 17.12.2002 r.). Średnio dobowa ilość ścieków w tym okresie była identyczna - 51 500 m 3 W okresie dozowania PAX-u redukcja ChZT po BOŚ była lepsza o 1,8%, co przekłada się na mniejszy o 16 mg/l wskaźnik ChZT na odpływie (wartość średnia odpływu -110). Ładunek ChZT zaoszczędzony" wyniósł: 2 780 000 m 3 x 16 mg/l x 1,25 PLN/kg ChZT = 55 600 PIN W okresie stosowania PAX-u zmniejszyła się też wartość wskaźnika zawiesiny ogólnej o średnio 9 mg/l do wartości 22 mg/l, przez co wzrosła redukcji o 6,3%. Indeks osadu przed testem oscylował wokół wartości 300, by na koniec zejść do wartości 250, jednak optymalna wartość winna wynosić ok. 180. Sprawą najważniejszą z punktu widzenia ekonomicznego było niedopuszczenia do przekroczenia wskaźnika ChZT powyżej 150, co wiązałoby się z nałożeniem na zakład kary. Wnioski Wyniki przeprowadzonych testów potwierdziły skuteczność PAX-u 25; Jest bezspornym faktem, że dodawanie soli glinu i żelaza zawartych w PAX 25 do osadu czynnego znacznie poprawiło jego kondycję, zredukowało ilość bakterii nitkowych, poprawiło obciążenie osadu na osadnikach wtórnych, niwelując flotację osadu; Koagulanty winny być stosowane każdorazowo, gdy zachodzą niekorzystne zmiany w morfologii osadu czynnego, co wymaga systematycznej kontroli mikroskopowej osadu na poszczególnych stopniach biologicznych BOŚ; Obecnie na BOŚ w sposób ciągły dozujemy przed Floobedami PIX113 w dawce średniej 35 g/m 3, a od lipca 2004 r. przechodzimy na dozowanie PIX100 w celu optymalizacji kosztów BOŚ. Na zakończenie chciałbym podziękować p. Monice Bazeli za wykonanie badań mikrobiologicznych osadu czynnego, opracowanie wyników i wyciągnięcie wniosków oraz przeszkolenie personelu oczyszczalni w zakresie samodzielnego prowadzenia badań mikrobiologicznych. PRZEGLĄD PAPIERNICZY óo. LISTOPAD 7004-605