XJY przekształca osady ściekowe w osady ściekowe: podróż przez oczyszczanie ścieków i nie tylko

Wprowadzenie XJY Oczyszczanie osadów

Przed 1950 rokiem większość społeczności w Stanach Zjednoczonych odprowadzała ścieki do strumieni i rzek, nie poddając ich żadnemu lub prawie żadnemu oczyszczeniu. Wraz ze wzrostem liczby ludności miejskiej, naturalna zdolność strumieni i rzek do odprowadzania ścieków została przekroczona, co spowodowało pogorszenie jakości wody w wielu regionach. W odpowiedzi na obawy dotyczące pogorszenia jakości wody, tysiące społeczności w całych Stanach Zjednoczonych zbudowało oczyszczalnie ścieków.Uzdatnianie wody W latach 50. i 60. XX wieku systemy oczyszczania ścieków uległy znacznej poprawie. Doprowadziło to do znacznej poprawy jakości wody w strumieniach i rzekach, ale jednocześnie stworzyło nowy materiał do obróbki: osad ściekowy. Około 99% strumienia ścieków trafiających do oczyszczalni jest odprowadzane w postaci wody regenerowanej. Pozostała część to rozcieńczona zawiesina ciał stałych, która została wychwycona w procesie oczyszczania. Te ciała stałe pochodzące z oczyszczania ścieków są powszechnie nazywane osadem ściekowym.

zdjęcie  1 Ścieki ściekowe

„Osady ściekowe” i „osad ściekowy” – co kryje się za tą nazwą?

Termin „osad ściekowy” został niedawno wprowadzony przez branżę oczyszczania ścieków. Branża definiuje osad ściekowy jako osad ściekowy, który został poddany wystarczającej obróbce w celu stabilizacji i redukcji patogenów oraz jest wystarczająco wysokiej jakości, aby można go było stosować na gruntach. Termin ten ma na celu odróżnienie wysokiej jakości, oczyszczonych osadów ściekowych od osadów surowych i od osadów ściekowych zawierających duże ilości zanieczyszczeń środowiskowych. Termin „osad ściekowy” pomaga również odróżnić osad ściekowy od osadów przemysłowych, podkreślając, że ten pierwszy powstaje w procesie biologicznym. Termin ten był krytykowany przez niektórych jako próba ukrycia prawdziwej natury osadów ściekowych, co czyniłoby stosowanie tego materiału na gruntach mniej kontrowersyjnym dla ogółu społeczeństwa. Chociaż termin „osad ściekowy” niewątpliwie nie wywołuje tak negatywnych skojarzeń jak „osad ściekowy” lub po prostu „osad”, jest on uzasadnionym i funkcjonalnym terminem, gdy jest prawidłowo używany do rozróżnienia opisanego powyżej. W niniejszym dokumencie termin „osady ściekowe” będzie używany w odniesieniu do stałych odpadów powstających w procesie oczyszczania ścieków, natomiast termin „osad ściekowy” będzie używany w odniesieniu do materiałów nadających się do wykorzystania w rolnictwie.

zdjęcie  2 Linia osadów ściekowych

Produkcja Miejskie osady ściekowe XJY

Ścieki komunalne, czyli ścieki, to woda używana w domach lub firmach na obszarach miejskich i podmiejskich do mycia, kąpieli i spłukiwania toalet. Ścieki komunalne mogą również zawierać wodę ze źródeł przemysłowych. Aby usunąć substancje chemiczne lub zanieczyszczenia pochodzące z procesów przemysłowych, podmioty przemysłowe dostarczające ścieki do komunalnych systemów kanalizacyjnych muszą poddać je wstępnemu oczyszczeniu przed odprowadzeniem do systemu kanalizacyjnego. Ścieki są odprowadzane systemem kanalizacji sanitarnej do scentralizowanej oczyszczalni ścieków (czasami nazywanej publiczną oczyszczalnią ścieków, POTW). W POTW ścieki przechodzą przez szereg etapów oczyszczania, które wykorzystują procesy fizyczne, biologiczne i chemiczne w celu usunięcia składników odżywczych i ciał stałych, rozkładu substancji organicznych i zniszczenia patogenów (organizmów chorobotwórczych) w wodzie. Zregenerowana woda jest odprowadzana do strumieni i rzek lub może być rozpylana na dużych obszarach lądowych.

Rysunek 3 Oczyszczanie komunalnych osadów ściekowych

Wstępne oczyszczanie ścieków surowych obejmuje przesiewanie w celu usunięcia dużych przedmiotów, takich jak patyki, butelki, papier i szmaty, a także etap usuwania piasku, podczas którego nieorganiczne ciała stałe (piasek, żwir, żużel) szybko opadają z wody. Skratki i piasek usunięte na tym etapie oczyszczania są zazwyczaj składowane na wysypiskach i nie stają się częścią osadu ściekowego.

Oczyszczanie wstępne obejmuje sedymentację grawitacyjną i procesy flotacji, które usuwają około połowę materiału stałego, który trafia na ten etap. Materiał stały (zarówno organiczny, jak i nieorganiczny), który osadza się na tym etapie oczyszczania, jest odprowadzany z dna i stanowi osad wstępny. W większości oczyszczalni ścieków typu POTW, materiał pływający (olej, smar, drewno i substancje roślinne) zbierany z powierzchni wody podczas oczyszczania wstępnego jest usuwany oddzielnie i nie staje się częścią osadu wstępnego.

Oczyszczanie wtórne to starannie kontrolowany i przyspieszony proces biologiczny, w którym naturalnie występujące mikroorganizmy są wykorzystywane do degradacji (rozkładu lub trawienia) zawieszonej i rozpuszczonej materii organicznej w ściekach. Substancja ta jest przekształcana w dwutlenek węgla, który jest uwalniany do atmosfery oraz w masę komórkową drobnoustrojów.

W osadnikach wtórnych masa komórek mikroorganizmów osiada na dnie i jest usuwana. Ten głównie organiczny materiał nazywany jest osadem wtórnym.

Niektóre oczyszczalnie ścieków stosują również trzeciorzędne etapy oczyszczania, mające na celu dalszą redukcję składników odżywczych dla roślin (azotu i fosforu), zawiesiny lub biologicznego zapotrzebowania na tlen w ściekach. Chemicznie wytrącony fosfor i filtracja wytwarzają osad trzeciorzędny.

Na koniec woda poddawana jest procesowi dezynfekcji w celu zniszczenia mikroorganizmów chorobotwórczych. Odświeżona woda jest następnie odprowadzana do strumienia lub rzeki, a także może być rozpylana na dużych obszarach lądu.

Metody leczenia XJY komunalne osady ściekowe

Osady pierwotne, wtórne i trzeciorzędne są zazwyczaj łączone, a powstała mieszanina, zawierająca od 1 do 4% substancji stałych, nazywana jest „surowym” osadem ściekowym. Ze względu na zawartość patogenów oraz niestabilną i podatną na rozkład naturę, surowy osad ściekowy stanowi potencjalne zagrożenie dla zdrowia i środowiska. Jednak obecnie stosuje się kilka procesów oczyszczania w celu stabilizacji osadu ściekowego, zmniejszenia jego zawartości patogenów i zwiększenia zawartości substancji stałych. Niektóre z najczęściej stosowanych procesów stabilizacji i redukcji poziomu patogenów w osadach ściekowych wymieniono i krótko opisano w tabeli 1.

Co jest w środku osad ściekowy?

Osady ściekowe składają się zarówno z materiałów nieorganicznych, jak i organicznych, zawierają duże stężenia niektórych składników odżywczych roślin, znacznie mniejsze stężenia licznych pierwiastków śladowych¹ i związków organicznych, a także niektóre patogeny. Skład osadów ściekowych znacznie się różni w zależności od składu ścieków i zastosowanych procesów oczyszczania. Tabela 2 przedstawia medianę i 95. percentyl stężeń składników odżywczych roślin i niektórych pierwiastków śladowych występujących w osadach ściekowych. Dane te pochodzą z szeroko zakrojonego badania osadów ściekowych wyprodukowanych w Pensylwanii w latach 1996 i 1997.

Opcje radzenia sobie z osad ściekowy

Osady ściekowe można postrzegać jako źródło organiczne i odżywcze, które można wykorzystać z pożytkiem, lub jako odpady, które należy utylizować. Przed 1991 rokiem duże ilości osadów ściekowych, w tym pochodzące z Pensylwanii, były składowane w oceanie. Obawy dotyczące nadmiernego obciążenia wodami oceanicznymi substancjami odżywczymi doprowadziły do ​​zakazu tej praktyki. Obecnie prawie wszystkie osady ściekowe produkowane w Pensylwanii są oczyszczane i charakteryzują się wystarczająco wysoką jakością, aby można je było klasyfikować jako osady ściekowe. Nieco mniej niż połowa tych materiałów jest składowana na składowiskach lub spalana, a pozostała część jest zawracana do gleby i wykorzystywana w rolnictwie, rekultywacji kopalń, kształtowaniu krajobrazu lub ogrodnictwie. Każda z tych opcji niesie ze sobą korzyści ekonomiczne i środowiskowe, ale także problemy i ryzyko.

Składowanie odpadów na wysypiskach

Z perspektywy zarządzania i gospodarki materiałowej, składowanie odpadów jest prawdopodobnie najprostszym rozwiązaniem. Z ekonomicznego punktu widzenia, składowanie odpadów wypada obecnie korzystnie w porównaniu z innymi opcjami. To się jednak niewątpliwie zmieni, ponieważ przestrzeń składowisk będzie się kurczyć, a opłaty za składowanie (koszty składowania odpadów) wzrosną. Z punktu widzenia ochrony środowiska, składowanie zapobiega uwalnianiu zanieczyszczeń i patogenów przenoszonych przez osady ściekowe poprzez koncentrację osadów w jednym miejscu. Jeśli składowisko jest prawidłowo zbudowane i utrzymywane, ryzyko dla środowiska jest minimalne.

Istnieją jednak zagrożenia związane z utylizacją osadów ściekowych na składowiskach. Odpady organiczne ulegają beztlenowemu rozkładowi na składowiskach, wytwarzając metan, który może być uwalniany do atmosfery. Metan jest gazem cieplarnianym, który jest powiązany z globalnym ociepleniem. Inne gazy uwalniane ze składowisk mogą powodować nieprzyjemne zapachy. Duże ilości składników odżywczych, które osady ściekowe dodają do składowiska, stanowią zagrożenie dla lokalnego środowiska. W przypadku awarii uszczelnienia składowiska lub systemu odprowadzania odcieków, składniki te mogą zanieczyścić lokalne wody gruntowe i powierzchniowe. Składowanie osadów ściekowych zajmuje również cenną przestrzeń na składowisku i pozbawia je potencjalnych korzyści płynących z materii organicznej i składników odżywczych roślin w osadzie.

zdjęcie  4 Składowanie odpadów na wysypiskach

Utylizacja poprzez spalanie

Spalanie osadów ściekowych zmniejsza objętość materiału przeznaczonego do utylizacji, całkowicie niszczy patogeny, rozkłada większość związków organicznych i odzyskuje niewielką ilość ciepła zawartą w osadach ściekowych. Pozostały popiół to stabilny, stosunkowo obojętny, nieorganiczny materiał, który stanowi zaledwie 10–20% objętości pierwotnego osadu. Większość metali śladowych w osadach ściekowych ulega koncentracji w popiele (pięcio- do dziesięciokrotny wzrost stężenia). Materiał ten jest najczęściej składowany na wysypiskach, chociaż potencjalnie może być wykorzystywany w materiałach budowlanych.

Spalanie uwalnia również do atmosfery dwutlenek węgla (kolejny gaz cieplarniany) i potencjalnie inne lotne zanieczyszczenia (kadm, rtęć, ołów, dioksyny). Eksploatacja spalarni wymaga zaawansowanych systemów usuwania drobnych cząstek stałych (popiołów lotnych) i lotnych zanieczyszczeń z gazów kominowych. To sprawia, że ​​spalanie jest jedną z droższych opcji utylizacji osadów ściekowych. Podobnie jak w przypadku składowania odpadów, potencjalne korzyści płynące z materii organicznej i składników odżywczych roślin zawartych w osadach ściekowych są tracone.

rysunek 5 Utylizacja w procesie spalania