Wdrożenie systemu łączącego ochronę bioróżnorodności z
advertisement
Wdrożenie systemu łączącego ochronę bioróżnorodności z gospodarką komunalną, odpadami i energią odnawialną Program zagospodarowania osadów ściekowych: kierunki i metody zagospodarowania osadów ściekowych uwzględniające dyrektywy UE, stosowane w kraju i UE technologie przeróbki osadów, potrzeby i kierunki modernizacji przeróbki osadów ściekowych w gminach dr inż. Wojciech Dąbrowski dr inż. Dariusz Boruszko dr inż. Lech Magrel Białystok, październik 2000r. SPIS TREŚCI Wprowadzenie Charakterystyka, ilość oraz sposób przeróbki i zagospodarowania osadów ściekowych Gospodarka osadowa oraz kierunki jej modernizacji w analizowanych obiektach Oczyszczalnia ścieków w Nowym Dworze Oczyszczalnia ścieków w Lipsku Oczyszczalnia ścieków w Dąbrowie Białostockiej Oczyszczalnia ścieków w Sztabinie Oczyszczalnia ścieków w Suchowoli Oczyszczalnia ścieków w Jaświłach Oczyszczalnia ścieków w Dolistowie Oczyszczalnia ścieków w Goniądzu Oczyszczalnia ścieków w Mońkach Oczyszczalnia ścieków OSM w Mońkach Oczyszczalnia ścieków w Radziłowie Oczyszczalnia ścieków w Trzciannem Koncentracja metali ciężkich w osadach ściekowych w analizowanych oczyszczalniach ścieków Zawartość azotu, fosforu oraz uwodnienie w osadach analizowanych oczyszczalniach ścieków Uregulowania prawne dotyczące wykorzystania osadów ściekowych Stabilizacja osadów Spalanie osadów Technologie bezodpadowe w gospodarce osadowej Utylizacja osadów ściekowych na poletkach trzcinowych Wykorzystanie dżdżownicy kalifornijskiej do przeróbki odwodnionych osadów ściekowych Kompostowanie osadów ściekowych Podsumowanie i wnioski końcowe 3 4 6 6 6 7 7 7 7 8 8 8 8 8 9 10 11 17 26 30 32 33 35 40 2 WPROWADZENIE Proces oczyszczania ścieków wiąże się nierozłącznie z powstawaniem osadów, dotyczy to w szczególności oczyszczalni wykorzystujących znaną od początku wieku metodę osadu czynnego. Problem z ich przeróbką jak i prawidłowym finalnym wykorzystaniem pojawił się wraz z rozpowszechnieniem intensywnych biologicznych oraz chemicznych metod oczyszczania, skierowanych na usuwanie ze ścieków nie tylko związków węgla , ale i biogenów odpowiedzialnych za proces eutrofizacji wód powierzchniowych będących odbiornikami ścieków. Osady pochodzące z gminnych, miejskich oraz przemysłowych oczyszczalni ścieków mogą być po odpowiedniej obróbce traktowane jako surowiec trafiający do ponownego wykorzystania np. do nawożenia czy też rekultywacji gruntów. Podstawowe kryteria warunkujące recykling osadów są jasno określone, dotyczą one głównie zawartości metali ciężkich oraz ich stanu sanitarnego. Bezpieczne wykorzystanie zależy w głównej mierze od osób odpowiedzialnych za eksploatację systemów oczyszczania jak i ochronę środowiska w powiecie , gminie , starostwie województwie etc. W ramach realizacji projektu pt. ”Wdrożenie systemu łączącego ochronę bioróżnorodności z gospodarką komunalną odpadami i energią odnawialną” przeanalizowano gospodarkę osadową w 11 obiektach oczyszczających ścieki komunalne oraz przemysłowe. Określono ilość powstających osadów ściekowych oraz ich charakter. Zakres badań wynikał z obowiązującego Rozporządzena Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z dnia 11 sierpnia 1999r. w sprawie warunków jakie muszą być spełnione przy wykorzystywaniu osadów na cele nieprzemysłowe, określono następujące parametry w osadach: zawartość metali ciężkich wartości nawozowe uwodnienie sucha masa odczyn stan sanitarny. Przedstawiono kierunki i metody utylizacji osadów z uwzględnieniem aspektów formalno prawnym obowiązujących w kraju i Unii Europejskiej. 3 Charakterystyka, ilość oraz sposób przeróbki i zagospodarowania osadów ściekowych L.p. Lokalizacja oczyszczalni Typ oczyszczalni Przepustowość oczyszczalni [m3/d] Ilość osadów [ton s.m./r] Sposób odwadniania osadów Wykorzystanie osadów Uwagi - - Składowanie na wysypisku Zbyt mała powierzchnia poletek Brak urządzeń do przeróbki osadów 1 Nowy Dwór Mechaniczno-biologiczna, osad czynny – reaktor sekwencyjny brak 2 Lipsk 250 3 Dąbrowa Białostocka Mechaniczno-biologiczna. typ BIOBLOK PS 400, wielofazowy osad czynny Mechaniczna – stawy tlenowo –beztlenowe 4 Sztabin Mechaniczno-biologiczna. typ BIOBLOK 200, chemiczne strącanie fosforu 100 5 Suchowola Mechaniczno –biologiczna, reaktor semiperiodyczny typ Hydrocentrum, chemiczne strącanie fosforu 160 17 Workownice typ DRAIMAD Rekultywacja wysypiska 6 Jaświły Mechaniczno-biologiczna ,typ Hydrocentrum osad czynny pracujący semiperiodycznie, chemiczne strącanie fosforu 45 4.0 Odwadnianie przy użyciu workownic Draimad Składowanie na terenie oczyszczalni 1550 Projektowane odwadnianie przy użyciu workownicy Draimad Stabilizacja 18 tlenowa, poletka osadowe Brak możliwości określenia ilości osadów Stabilizacja 12 tlenowa, poletka osadowe - Składowanie na wysypisku Zła praca oczyszczalni spowodowana ściekami przemysłowymi, nieprawidłowa praca poletek brak brak 4 7 Dolistowo mleczarnia Mechaniczno – biologiczna, dwustopniowy osad czynny, doczyszczanie w stawie fakultatywnym 120 40 Odwadnianie przy użyciu workownic Draimad Wykorzystanie rolnicze brak 8 Goniądz Mechaniczno-biologiczna, jednofazowy osad czynny typ BOS 70 9,0 Odwadnianie przy użyciu workownic Draimad Składowanie na wysypisku Brak 9 Mońki Mechaniczno-biologiczna typu Bioblok PS, wielofazowy osad czynny 1900 140 Zagęszczanie , Rekultywacja Problemy z fermentacja, prasa wysypiska, uzyskaniem decyzji filtracyjna, wykorzystanie na na przyrodnicze higienizacja terenie zagospodarowanie wapnem, poletka oczyszczalni osadów osadowe 10 Mońki – mleczarnia Mechaniczno-biologiczna , wielofazowy osad czynny 420 125 Prasa filtracyjna Wykorzystanie rolnicze 11 Radziłów 60 5,5 Workownice typ DRAIMAD Składowanie na wysypisku 12 Trzcianne Mechaniczno-biologiczna, sekwencyjny osad czynny, filtr gruntowy, chemiczne strącanie fosforu Mechaniczno-biologiczna, przepływowy reaktor z osadem czynnym, staw doczyszczający bakteryjnoglonowy 30 3,0 Poletka osadowe Składowanie na wysypisku Oczyszczalnia po gruntownej modernizacji w roku 1998 brak brak Źródło: opracowanie własne 5 GOSPODARKA OSADOWA ORAZ KIERUNKI JEJ MODERNIZACJI W ANALIZOWANYCH OBIEKTACH Oczyszczalnia ścieków w Nowym Dworze Oczyszczalnia projektowana. Do przeróbki odwadniania osadów zastosowane mają być workownice Draimad. Oczyszczalnia ścieków w Lipsku Osad wytrącony w osadniku wtórnym odprowadzany jest do komory stabilizacji, która wbudowana jest w istniejącym osadniku Imhoffa. W komorze stabilizacji osad poddawany jest procesowi napowietrzania (czas stabilizacji około 30 dni). Osad tlenowo ustabilizowany wypompowywany jest na poletka osadowe. Na oczyszczalni znajdują się dwa poletka o łącznej powierzchni 351 m 2 eksploatowane w sposób przemienny. W chwili obecnej średnioroczna masa wysuszonego osadu wynosi 18 ton s.m. o uwodnieniu około 77%. Osad w całości trafia na wysypisko odpadów. Ze względu na ilość generowanych na oczyszczalni osadów oraz duże uzależnienie efektów odwadniania od warunków atmosferycznych konieczne jest zwiększenie powierzchni poletek do suszenia osadu o około 120 m2. Proces suszenia osadu na poletku przyspieszyć może również dodatek polielektrolitu, wzrośnie wtedy również efektywność odwadniania. Ze względu na skład fizyczno-chemiczny osady te mogłyby być wykorzystywane przyrodniczo lub rolniczo. Osad nie jest higienizowany. Skład osadów jest stabilny, wynika to z braku ścieków przemysłowych. Oczyszczalnia ścieków w Dąbrowie Białostockiej Ze względu na układ technologiczny oczyszczalni ścieków (w zasadzie brak części biologicznej – osadu czynnego) ilość kumulowanych w stawach osadów jest niemożliwa do określenia. Czyszczenie stawów odbywa się raz na kilka lat. Na oczyszczalni nie ma żadnych urządzeń do przeróbki i unieszkodliwiania osadów ściekowych. Modernizacja oczyszczalni powinna więc obejmować również ciąg przeróbki osadów ściekowych. Na podstawie wielkości oczyszczalni można jedynie zaprognozować, iż w przyszłości (po budowie części biologicznej oczyszczalni) przy jej dotychczasowym przepływie ścieków wynoszącym około 1500 m 3/d, ilość generowanych osadów może oscylować w ilości 100 ton s.m. rocznie. Oczyszczalnia ścieków w Sztabinie Osad nadmierny z osadnika wtórnego znajdującego się w centralnej części reaktora biologicznego odprowadzany jest do komory stabilizacji tlenowej (BIOBLOK PS 200). Po ustabilizowaniu osad odprowadzany jest na poletka, na których podlega odwadnianiu i suszeniu. Średnioroczna masa osadów opuszczających oczyszczalnię wynosi 12 ton s.m. o średnim uwodnieniu 89%. Osad wywożony jest na wysypisko. Zaobserwowano zakłócenia w procesach tak tlenowej stabilizacji, jak i w procesie odwadniania osadu. Wynika to z ładunku oraz charakteru ścieków doprowadzanych do oczyszczalni (duży udział stanowią ścieki z przetwórstwa 6 mięsnego). Osad nie jest w pełni ustabilizowany i na poletkach osadowych można zaobserwować dalszy jego rozkład w warunkach beztlenowych na poletkach osadowych. Powoduje to dużą uciążliwość zapachową w stosunku do przyległego środowiska, ponadto niecałkowicie ustabilizowany osad źle się odwadnia (wysokie uwodnienie końcowe). Powyższa sytuacja wpływa również na stan sanitarny osadu. Rozwiązanie tego problemu polegać powinno na uporządkowaniu gospodarki ściekowej, umożliwi to w konsekwencji nieprzemysłowe wykorzystanie osadu inne jak jego składowanie. Oczyszczalnia ścieków w Suchowoli Osad z komory osadu nadmiernego przepompowywany jest do stacji mechanicznego odwadniania osadu z zastosowaniem workownic Draimad. Oczyszczalnia generuje średniorocznie około 17 ton s.m. osadu o uwodnieniu 86%. Odwodniony osad transportowany jest na wydzielone składowisko odwodnionego osadu na terenie oczyszczalni, a następnie kierowany jest do rekultywacji wysypiska. Skład fizyczno-chemiczny odwodnionego osadu umożliwia jego wykorzystanie przyrodnicze. Oczyszczalnia ścieków w Jaświłach Ilość osadu generowanego przez oczyszczalnie jest bardzo mała i wynosi około 4 ton s.m. na rok o uwodnieniu 76%, wynika to z małej ilości oczyszczanych ścieków. Osad po tlenowej stabilizacji zachodzącej symultanicznie w reaktorze semiperiodycznym odwadniany jest przy użyciu prasy workowej, a następnie składowany jest na terenie oczyszczalni. Ze względu na krótki okres pracy oczyszczalni i niewielka ilość osadów nie było potrzeby usuwania go poza teren obiektu. Oczyszczalnia ścieków w Dolistowie Osad nadmierny z dwustopniowej oczyszczalni ścieków po tlenowej stabilizacji poddawany jest zagęszczaniu mechanicznemu, a następnie odwadniany jest przy użyciu pras workowych (zainstalowanych w roku 1999 wraz z podłączeniem do oczyszczalni ścieków miejskich). Eksploatacja systemu odwadniania osadu jest bardzo utrudniona ze względu na zbyt małą kubaturę budynku w którym zamontowano prasy. Oczyszczalni generuje w chwili obecnej około 40 ton s.m. osadu na rok o uwodnieniu poniżej 50%. Osad w chwili obecnej wykorzystywany jest rolniczo. Oczyszczalnia ścieków w Goniądzu Osad po symultanicznej stabilizacji w komorze przepływowej kierowany jest do stacji mechanicznego odwadniania – workownice Draimad. Urządzenia do odwadniania zainstalowane zostały w roku 2000, rozwiązanie to można uznać za docelowe i w chwili obecnej nowoczesne w przeciwieństwie do systemu oczyszczania ścieków. Oczyszczalnia generuje około 9 ton s.m. osadu na rok o uwodnieniu 82%. Osad kierowany jest na wysypisko odpadów. 7 Oczyszczalnia ścieków miejskich w Mońkach Oczyszczalnia ta generuje największą ilość osadów spośród analizowanych obiektów. Na obiekcie tym stosowane są najbardziej zaawansowane procesy przeróbki osadów ściekowych. Osad nadmierny z osadników wtórnych kierowany jest do otwartych komór stabilizacji beztlenowej bądź bezpośrednio do odwadniania na prasie filtracyjnej w zależności od potrzeb. Osad odwadniany mechanicznie jest również higienizowany wapnem. Średnioroczna ilość osadu odwodnionego wynosi 140 ton s.m. o uwodnieniu około 75%. Osad odwodniony może być składowany na istniejących poletkach osadowych, które pierwotnie były używane do jego odwadniania. W chwili obecnej osad składowany jest na wysypisku, czynione są starania do jego przyrodniczego wykorzystania (osad spełnia wymagania Rozporządzenia zarówno pod względem fizyczno-chemicznym jak i stanu sanitarnego). W chwili obecnej gospodarka osadowa prowadzona na obiekcie nie wymaga zmian technologicznych, na uwagę zasługuje wysoki poziom obsługi. Oczyszczalni ścieków OSM w Mońkach Pierwotnie (do roku 1998) gospodarka osadowa polegała na symultanicznej stabilizacji tlenowej w rowie cyrkulacyjnym i jego odwadnianiu na poletkach osadowych. Po modernizacji oczyszczalni polegającej na wprowadzeniu wielofazowego reaktora biologicznego osad nadmierny z osadnika wtórnego kierowany jest do instalacji mechanicznego odwadniania (prasa filtracyjna), a następnie składowany na wyodrębnionym boksie. Średnioroczna ilość osadów wynosi 125 ton s.m. o uwodnieniu około 70%. W okresach letnich charakter osadu (osady ze ścieków mleczarskich) pozwala na osiągnięcie wysokiego stopnia odwodnienia przekraczającego 50%. Oczyszczalnia ta generuje obok oczyszczalni miejskiej największą ilość osadów. W chwili obecnej osad wykorzystywany jest rolniczo. Oczyszczalnia ścieków w Radziłowie Osad nadmierny z reaktorów sekwencyjnych odwadniany jest przy użyciu prasy workowej Draimad, niewielka ilość osadów (około 5,5 ton s.m. na rok) wynika z małej ilości dopływających ścieków. W chwili obecnej osad trafia na wysypisko odpadów. Oczyszczalnia ścieków w Trzciannem Oczyszczalnia najmniejsza spośród analizowanych, generuje około 3 ton s.m. osadu na rok. Osad nadmierny po wysuszeniu na poletkach kierowany jest na wysypisko. Zarówno system przeróbki osadów jak i oczyszczania ścieków wymaga całkowitej modernizacji z uwzględnieniem rzeczywistej ilości i charakteru ścieków. 8 Koncentracja metali ciężkich w osadach ściekowych w analizowanych oczyszczalniach ścieków w [mg/kg s.m.] L.p. Lokalizacja oczyszczalni 1 Nowy Dwór 2 Lipsk 3 Dąbrowa Białostocka 4 Sztabin 5 Suchowola 6 Jaświły 7 Dolistowo - mleczarnia 8 Goniądz 9 Mońki 10 Mońki – mleczarnia 11 Radziłów 12 Trzcianne Ołów Miedź Kadm Chrom Nikiel Cynk Rtęć - - - - - - - 92,8 16 38,5 31 25,3 3,8 36,6 41 3,2 36,5 26,2 128,8 32 75 83 65,1 5,2 124 78 20,8 82 69,1 4,2 1,1 2,92 1,96 0,9 0,08 2,20 2,23 0,1 1,91 1,82 22,5 28 41,7 23 17,3 5,4 13,4 125 11,4 29,2 14,1 15,7 13,6 10,9 11,4 10,5 1,8 11,3 10,7 6,8 11,8 9,6 2 200 620 1314 1237 1230 156 1423 1254 157 1124 1168 1,75 0,65 0,90 0,73 0,74 0,11 0,60 1,1 0,2 0,70 0,85 Źródło: badania własne 9 Zawartość azotu, fosforu oraz uwodnienie w osadach analizowanych oczyszczalniach ścieków L.p. Lokalizacja oczyszczalni Azot Uwodnienie (%) Sucha masa - - - 1,8 5,0 8,01 8,2 4,06 2,31 12,5 8,3 3,94 4,17 8,90 77 99,9 89,0 86 76,2 42,7 82 75 41,2 73,8 65,1 23 0,1 11,0 14 23,8 57,3 18 25 58,8 26,2 34,9 Fosfor g/kg s.m. % s.m. g/kg s.m. - - - 39,0 36,2 70,5 45,5 25,2 36,8 71,6 38,5 60,0 22,6 26,2 3,9 3,62 7,05 4,55 2,52 3,68 7,16 3,85 6,0 2,26 2,62 3,9 10,9 17,5 18,0 8,1 5,04 27,3 18,1 8,6 9,1 19,0 %P2O5 (%) s.m. 1 Nowy Dwór 2 Lipsk 3 Dąbrowa Białostocka 4 Sztabin 5 Suchowola 6 Jaświły 7 Dolistowo- mleczarnia 8 Goniądz 9 Mońki 10 Mońki – mleczarnia 11 Radziłów 12 Trzcianne Źródło: badania własne 10 UREGULOWANIA PRAWNE DOTYCZĄCE WYKORZYSTANIA OSADÓW ŚCIEKOWYCH Wykorzystywanie osadów ściekowych w świetle ustawy o odpadach 1 stycznia 1998 r. weszła w życie ustawa o odpadach,1 która określiła zasady postępowania z odpadami, zapobiegania lub minimalizacji powstawania odpadów, usuwania odpadów z miejsc ich powstawania, a także wykorzystywania lub unieszkodliwiania odpadów w sposób zapewniający ochronę życia i zdrowia ludzi oraz środowiska. Zasadniczą zmianą w stosunku do wcześniejszych przepisów jest obowiązek uzyskiwania zezwoleń na wytwarzanie odpadów niebezpiecznych albo innych niż niebezpieczne w ilości powyżej jednego tysiąca ton rocznie. Wydaje je wojewoda. Od 1 stycznia 1999 r. kompetencje te przejął starosta, natomiast wojewoda będzie wydawał zezwolenia tylko dla obiektów szczególnie szkodliwych dla środowiska. Nie zmieniły się kompetencje wójta, burmistrza, prezydenta, którzy tak jak dotychczas będą uzgadniali sposób postępowania z odpadami innymi niż niebezpieczne, wytworzonymi w ilości do jednego tysiąca ton rocznie. Osady ściekowe z komunalnych oczyszczalni ścieków należą do grupy odpadów innych niż niebezpieczne. Ustawa przewiduje możliwość wykorzystywania odpadów na cele nieprzemysłowe, w szczególności do kształtowania powierzchni gruntów lub ich dostosowywania do określonych potrzeb oraz do nawożenia lub ulepszania gleby. Podmioty gospodarcze mają obowiązek wykorzystywania odpadów jako surowców wtórnych, jeżeli jest to technologicznie i ekonomicznie uzasadnione. Gospodarczo wykorzystywane mogą być m.in. osady z oczyszczalni ścieków komunalnych oraz z oczyszczalni ścieków z niektórych gałęzi przemysłu spożywczego, gdyż zawierają one substancje organiczne i nawozowe zapewniające prawidłowy rozwój roślin i poprawiające równocześnie strukturę gleby. Osady ściekowe mogą jednak zawierać również substancje szkodliwe, takie jak metale ciężkie, a także mikroorganizmy chorobotwórcze i jaja helmintów, co stanowi przeszkodę w przyrodniczym, a zwłaszcza rolniczym ich wykorzystaniu. Ponadto procesy zachodzące w glebie mogą powodować uwalnianie niektórych pierwiastków i w konsekwencji zanieczyszczanie wód podziemnych. Bezpieczne wykorzystywanie osadów ściekowych wymaga spełnienia określonych warunków dotyczących osadów i terenów, na których mają być stosowane. Regulacje prawne wykorzystywania osadów ściekowych w Polsce Pomimo, iż badania właściwości osadów ściekowych podjęto w Polsce na szeroką skalę jeszcze w latach sześćdziesiątych, do tej pory nie ma obowiązujących prawnie jednolitych norm, określających parametry osadów w aspekcie ich gospodarczego wykorzystania. W tej sytuacji bardzo pomocne były, opracowane przez Instytut Ochrony Środowiska i Ministerstwo Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa w roku 1996. Merytoryczne podstawy do opracowania przepisów prawnych dotyczących przyrodniczego użytkowania osadów ściekowych. Na ich podstawie w 1999 roku powstało rozporządzenie MOŚZNiL w sprawie warunków, jakie muszą być 1 Ustawa o odpadach z dnia 27.06.1997 roku (Dz.U. Nr 96, poz. 592). 11 spełnione przy wykorzystywaniu osadów na cele nieprzemysłowe. Zgodnie z jego zapisem wykorzystywanie osadów ściekowych na cele nieprzemysłowe polega na: 1) wprowadzaniu osadów na grunty bezglebowe w celu ich rekultywacji; 2) wprowadzaniu osadów wraz z nasionami roślin na powierzchnie narażone na erozję, w szczególności na skarpy składowisk odpadów, wykopów i nasypów ziemnych oraz na składowiska odpadów pylących, w celu roślinnego utrwalenia powierzchni gruntów; 3) stosowaniu osadów w celu nawożenia lub ulepszania gleby; 4) agrotechnicznym przetwarzaniu na kompost. Osady ściekowe mogą być wykorzystywane na cele nieprzemysłowe, jeżeli łącznie spełnione są następujące warunki: 1) osady ściekowe pochodzą z oczyszczania ścieków bytowo-gospodarczych lub komunalnych lub innych ścieków o składzie zbliżonym do ścieków bytowogospodarczych; 2) osady ściekowe są ustabilizowane i przygotowane odpowiednio do celu i sposobu ich stosowania, w szczególności przez poddanie obróbce biologicznej, chemicznej lub termicznej, długotrwałemu magazynowaniu lub innemu procesowi, który obniża podatność osadu na zagniwanie i zmniejsza zagrożenie dla zdrowia; 3) zawartość metali ciężkich w osadach nie przekracza wartości podanych w tabeli; 4) wykorzystanie osadów ściekowych nie spowoduje uciążliwości dla ludzi oraz dla środowiska, a w szczególności nie doprowadzi do pogorszenia jakości gleby oraz wód powierzchniowych i podziemnych; 5) odczyn gleby na terenach użytkowanych rolniczo nie jest mniejsze od 6.0 pH; 6) osady ściekowe stosowane na terenach przeznaczonych do użytkowania rolniczego odpowiadają wymaganiom sanitarnym określonym w tabeli Przy wykorzystywaniu osadów ściekowych na cele nieprzemysłowe stosuje się dawki osadu, uwzględniające rodzaj gruntu, sposób jego użytkowania, jakość osadu i zapotrzebowanie roślin na poszczególne składniki nawozowe. Wykorzystywanie osadów ściekowych na cele nieprzemysłowe nie może powodować: 1) przekroczenia zawartości metali ciężkich w wierzchniej warstwie gleby (gruntu) na terenach przeznaczonych do użytkowania rolniczego i na terenach przeznaczonych do użytkowania nierolniczego przekroczenia ilości metali ciężkich, które mogą być wprowadzone do gleby na terenach użytkowanych rolniczo (tabela 3.6). Projekt rozporządzenia określa zakres i częstotliwość wymaganych badań gleby i osadu. Analiza gleby powinna obejmować: oznaczenie odczynu, zawartość metali ciężkich:ołowiu Pb, kadmu Cd, chromu Cr, miedzi Cu,niklu Ni, rtęci Hg, cynku Zn, Analiza osadu powinna obejmować: oznaczenie odczynu, zawartość suchej masy, substancji organicznych, azotu ogólnego, fosforu ogólnego, wapnia i magnezu, zawartość metali ciężkich: Pb, Cd, Cr, Cu, Ni, Hg, Zn, wskaźniki sanitarne, tzn. bakterie chorobotwórcze z rodzaju Salmonella, jaja pasożytów jelitowych. Częstotliwość badania osadów zależy od wielkości oczyszczalni, a mianowicie: przy przepustowości do 2000 m3/d – raz na 6 miesięcy; 12 przy przepustowości od 2001 m3/d do 20 000 m3/d – raz na 3 miesiące; przy przepustowości ponad 20 000 m3/d – raz na 1 miesiąc. Dopuszczalne zawartości metali ciężkich w osadach ściekowych wykorzystywanych na cele nieprzemysłowe Ilość metali ciężkich w mg/kg suchej masy osadu, nie większa niż: Metale Przy Przy nawożeniu lub ulepszaniu agrootechniczny gleby rekultywacji gruntów m przetwarzaniu przeznaczonych do: osadów na kompost, roślinnym utrwalaniu Ołów Kadm Chrom Miedź Nikiel Rtęć Cynk rolniczego użytkowania 500 10 500 800 100 10 2500 nierolniczego użytkowania 1000 25 1000 1200 200 10 3500 powierzchni gruntów 1500 50 2500 2000 500 2500 5000 Wymagania sanitarne, jakim powinny odpowiadać osady ściekowe stosowane na terenach przeznaczonych do rolniczego użytkowania Wskaźnik Bakterie z rodzaju Salomonella Liczba żywych jaj pasożytów jelitowych (Ascaris sp., Trichurius sp., Toxocara sp.) w 1 kg suchej masy osadu nie większa niż Wymagania sanitarne w zależności od celu stosowania osadów ściekowych Nawożenie i ulepszanie gleb Rekultywacja gruntów Nie wyizolowane Nie wyizolowane 10 300 13 Dopuszczalne wartości stężenia metali ciężkich w glebie (mg/kg suchej masy w reprezentatywnej próbce gleby o 6-7 pH) Wskaźniki dopuszczalne Unia Europejska Wskaźniki Wskaźniki dopuszczalne Polska gleby lekkie gleby średnie gleby ciężkie Kadm 1-3 1 2 3 Miedź 50-140 25 50 75 Nikiel 30-75 20 35 50 Ołów 50-300 40 60 80 Cynk 150-300 80 120 180 Rtęć 1-1,5 0,8 1,2 1,5 brak ustaleń 50 75 100 Chrom Dopuszczalna roczna ilość metali ciężkich, jaka może być wprowadzona do gleb uprawnych w okresie 10 lat (kg/ha/rok) Wskaźniki dopuszczalne w Unii Europejskiej Wskaźniki dopuszczalne w Polsce Kadm 0,15 0,15 Miedź 12 12 Nikiel 3 3 Ołów 15 15 Cynk 30 30 Rtęć 0,1 0,1 brak ustaleń 15 Wskaźniki Chrom 14 Zawartości metali ciężkich w wierzchniej warstwie gleb (gruntów), które nie mogą być przekraczane przy stosowaniu osadów na terenach przeznaczonych do użytkowania nierolniczego Metale Ołów Kadm Rtęć Nikiel Cynk Miedź Chrom Ilość metali ciężkich w mg/kg suchej masy (gruntu) nie większa niż Przy glebach lekkich średnich ciężkich 50 75 100 3 4 5 1 1,5 2 30 45 60 150 220 300 50 75 100 100 150 200 Ilości metali ciężkich, które mogą być wprowadzane w ciągu roku na terenach użytkowanych rolniczo średnio w okresie 10 lat Metale Ołów Kadm Chrom Miedź Nikiel Rtęć Cynk Ilość metali ciężkich w kg/ha/rok nie większa niż 15 0,15 15 12 3 0,10 30 Ograniczenia w stosowaniu osadów ściekowych Osady ściekowe nie mogą być wykorzystywane w celach nieprzemysłowych: w parkach narodowych i rezerwatach przyrody; na wewnętrznych terenach ochrony pośredniej stref ochronnych źródeł i ujęć wody; w pasie gruntu o szerokości 50 m bezpośrednio przylegającym do brzegów jezior i cieków; na terenach zalewowych i bagiennych; na terenach zamarzniętych i pokrytych śniegiem; na gruntach o bardzo dużej przepuszczalności, tj. piaskach luźnych i słabogliniastych oraz na piaskach i glinach lekkich, w których maksymalnie wysoki poziom wód gruntowych sięga do 1,5 m od powierzchni terenu; 15 na terenach objętych innymi formami ochrony przyrody, niż wymienione w pkt. 1, jeżeli osady ściekowe zostały wytworzone poza tymi terenami; w odległości mniejszej niż 50 m od ujęć wody, domów mieszkalnych i zakładów produkcji żywności; na glebach, na których uprawiane są owoce i warzywa, z wyjątkiem drzew owocowych; na gruntach przeznaczonych pod uprawę owoców i warzyw, które bezpośrednio stykają się z ziemią i spożywane są zwykle w stanie surowym, w ciągu 10 miesięcy poprzedzających zbiory i w czasie samych zbiorów; na terenach pastwisk i łąk użytkowanych rolniczo, jeżeli wypas zwierząt ma nastąpić przed upływem 1 miesiąca; pogłównie na trawy i mieszanki traw z motylkowymi; do nawożenia gleby pod osłonami. Wytwarzający osady ściekowe obowiązany jest prowadzić ich ewidencję, w której rejestruje się: ilości osadów wytwarzanych oraz ilości osadów dostarczonych użytkownikom do wykorzystania na cele nieprzemysłowe, w tym na terenach przeznaczonych do użytkowania rolniczego; sposób stabilizacji i przygotowania osadów; wyniki badań składu i właściwości osadów; nazwy i adresy użytkowników osadów oraz miejsca stosowania osadów. Uwarunkowania prawne wykorzystywania osadów ściekowych w Unii Europejskiej W celu stworzenia warunków do prawidłowego wykorzystania osadów ściekowych, a równocześnie niedopuszczenia do ich szkodliwego oddziaływania na gleby, roślinność, zwierzęta i ludzi kraje członkowskie przyjęły dyrektywę Rady 86/278/EWG z dnia 12 czerwca 1986 roku w sprawie ochrony środowiska, a szczególnie gleb przy stosowaniu osadów ściekowych w rolnictwie. Dyrektywa ustala maksymalne wartości dopuszczalne dla stężenia metali ciężkich w glebie i w osadzie oraz maksymalne ilości metali ciężkich (kadmu, miedzi, niklu, ołowiu, cynku, rtęci), które mogą być wprowadzane do gleby. Dyrektywa określa warunki wykorzystania osadów i zabrania stosowania osadów: na łąkach lub uprawach roślin pastewnych, jeżeli zbiór roślin pastewnych lub wypas zwierząt ma nastąpić przed upływem określonego czasu (w żadnym razie krócej niż trzy tygodnie); na glebach, na których są uprawiane owoce i warzywa z wyjątkiem drzew owocowych; w gruntach przeznaczonych pod uprawę owoców i warzyw, które pozostają w bezpośrednim kontakcie z glebą i spożywane są zwykle w stanie surowym, w ciągu 10 miesięcy poprzedzających zbiory i w czasie samych zbiorów. Dyrektywa ustaliła procedury określające zakres badań osadu i gleby. Regułą jest wykonywanie analizy osadu co najmniej raz na 6 miesięcy. Analiza powinna obejmować następujące wskaźniki: suchą masę, substancję organiczną, 16 odczyn, azot i fosfor, zawartość metali ciężkich: Cd, Cu, Ni, Pb, Zn, Hg. Analizy gleby powinny obejmować następujące wskaźniki: odczyn, zawartość metali ciężkich: Cd, Cu, Ni, Pb, Zn, Hg. W odróżnieniu od wytycznych polskich, dyrektywa dopuszcza stosowanie osadów surowych, o ile są one wtryskiwane do gleby lub wymieszane z glebą. Nie normuje natomiast parametrów higienicznych osadu, a ograniczenia sanitarne sprowadzają się do omówionych wcześniej zakazów. Dopuszczalne stężenia metali ciężkich w mg/ kg s.m. Metale Prace krajowe Wytyczne EWG Kraje europejskie Wykorzystanie osadów rolnicze przyrodnicze Rolnicze Ołów (Pb) 500-1000 1200-2500 750-1200 120-900 Kadm (Cd) 10-20 40-50 20-40 1.2-10 Miedź (Cu) 800 1750 1000-1750 500-1000 Nikiel (Ni) 100-150 400 300-400 45-200 Cynk (Zn) 2000-2500 4000 2500-4000 800-4000 Rtęć (Hg) 10 25 16-25 1.2-10 Chrom (Cr) 500-1000 1500 n.o. 100-900 Źródło: J. Bernacka, L. Pawłowska, Rolnicze wykorzystanie osadów ściekowych - stan prawny, Mat. kon. n-t nt. “Problemy gospodarki osadowej w oczyszczalniach ścieków, Częstochowa 1995, s. 32 Stabilizacja osadów Surowe osady stanowią istotne zagrożenie dla środowiska z uwagi na zawartość organizmów chorobotwórczych oraz zdolności do zagniwania. Osady te wymagają stabilizacji ich składu chemicznego tj. takiego postępowania z nimi aby w pierwszej kolejności zlikwidować ich zdolność do zagniwania a w drugiej kolejności zmniejszyć lub całkowicie zlikwidować organizmy chorobotwórcze stabilizacja osadów lub inaczej przeróbka osadów może być prowadzona w: - procesach biologicznych (fermentacja metanowa, tlenowa stabilizacja, kompostowanie), - procesach chemicznych (wapnowanie osadów), 17 - procesach termicznych (termokondycjonowanie, mokre spalanie, piroliza, spalanie osadów. W czasie stabilizacji następują w osadzie zmiany w zawartości cieczy (wody), zmiany zawartości i własnościach ciał stałych (cząstek osadu) oraz zmiany w ilości rozpuszczonych gazów. Osady po stabilizacji tj. osady ustabilizowane, po odwodnieniu, usuwane są z terenu oczyszczalni. Należy podkreślić, że stabilizacja jest niezbędna. Jeżeli kieruje się osad do spalania, stabilizacja jest zbędna –wystarczy dobre odwodnienie. Biologiczna stabilizacja osadów. Organiczne cząstki osadów mogą być rozkładane (biodegradowane) przez mikroorganizmy w warunkach beztlenowych lub w warunkach tlenowych. Rozkład lub inaczej stabilizacja zanieczyszczeń organicznych osadów w warunkach beztlenowych nosi nazwę fermentacji metanowej, ponieważ głównym produktem rozkładu jest gaz zawierający 60 –80% metanu (CH4) oraz dwutlenku węgla (CO2). Rozkład zanieczyszczeń organicznych osadu w warunkach tlenowych (w obecności tlenu) nosi nazwę tlenowej stabilizacji osadów. Rozkład zanieczyszczeń organicznych osadu w warunkach tlenowych lub beztlenowych, w obecności innych suchych odpadów organicznych (np. trocin, kora drzewna itd.) nosi nazwę kompostowania. Biologiczna stabilizacja osadów może być prowadzona w układzie jednostopniowym lub wielostopniowym. W układach wielostopniowych można prowadzić ten sam proces (tlenowy lub beztlenowy) szeregowo połączonych reaktorach lub też łączyć razem procesy tlenowej i beztlenowej stabilizacji osadów w poszczególnych reaktorach. Fermentacja metanowa pozwala na odzysk energii (gaz fermentacyjny jest palny) natomiast stabilizacja tlenowa i kompostowanie wymaga doprowadzenia energii z zewnątrz. Wybór metody stabilizacji biologicznej zależy od wielkości oczyszczalni oraz kosztów tej stabilizacji. Dla małych oczyszczalni np. oczyszczalne gminne, korzystniejsza jest tlenowa stabilizacja. Dla oczyszczalni średnich i dużych korzystniejsza jest fermentacja metanowa. Ilość i skład powstającego gazu. Ilość i skład powstającego podczas fermentacji gazu zależy od rodzaju osadu (substratu zawartego w osadzie) i ilości związków organicznych, temperatury fermentacji i czasu fermentacji. Można przyjąć, że dla większości osadów gaz fermentacyjny będzie zawierać około 67% metanu, około 30% dwutlenku węgla, trochę pary wodnej, około 1 –2% siarkowodoru oraz śladowe ilości merkaptanów. Objętość powstającego gazu fermentacyjnego uzależnić można również od usuwanego ładunku ChZT osadów, która wynosi średnio: 0,35 m 3 metanu z 1kg usuwanego ChZT. Gaz fermentacyjny odprowadzany z komór fermentacji oprócz gazów zawiera także parę wodną oraz małe ilości cząstek osadu. Przed wykorzystaniem gazu, na oczyszczalni lub na innym miejscu, gaz ten wymaga oczyszczenia z: siarkowodoru, pary wodnej oraz cząstek stałych. Oczyszczanie to realizuje się w oddzielnych specjalnych urządzeniach. 18 Schematy podstawowych rodzajów komór fermentacji (zamkniętych i otwartych) stosowanych do fermentacji osadów. b) WKFz ze stropem stałym walcowa a) osadnik Imhoffa GAZ b) WKFz ze stropem stałym, GAZ d) WKFz ze stropem stałym walcowa jajowa GAZ GAZ 19 e) WKFz ze stropem zatopionym f) WKFo GAZ WKFz –zamknięta komora fermentacji, WKFo –otwarta komora fermentacji. Rysunek Schematy instalacji komór fermentacyjnych: a) komora zamknięta z odzyskiem gazu wymiennik ciepła kotłownia gaz fermentacyjny przelew osad surowy odprowadzenie osadu przefermentowanego 20 b) komora otwarta bez odzysku gazu Osad surowy przelew Odprowadzenie Osadu przefermentowanego Niezbędnym wyposażeniem komór fermentacyjnych jest przelew zabezpieczający komorę przed przelaniem osadu. W komorach otwartych rozwiązanie przelewu jest takie same jak w zbiornikach dla wody lub ścieków. W zamkniętych komorach fermentacyjnych przelew musi być zasyfonowany aby gaz fermentacyjny w sposób niekontrolowany nie był odprowadzany do atmosfery oraz aby powietrze nie dostało się do komory fermentacyjnej. Zamknięte komory fermentacyjne ze stropem stałym ze względów bezpieczeństwa wymagają budowy zbiornika do magazynowania i wyrównywania ciśnienia gazu fermentacyjnego. Natomiast zamknięte komory fermentacyjne ze stropem zatopionym lub ze stropem pływającym nie wymagają budowy zbiornika gazu. Otwarte komory fermentacyjne (WKFO nie przewidują odzysku gazu. Gaz fermentacyjny odprowadzany jest bezpośrednio do atmosfery powodując zanieczyszczenie powietrza. Zaleca się stosowanie na oczyszczalni co najmniej dwóch komór fermentacyjnych, zarówno zamkniętych jak i otwartych. Wynika to z konieczności okresowego wyłączenia jednej z nich z eksploatacji w celu konserwacji, naprawy itd. W komorach fermentacji można okresowo odprowadzać ciecz nadosadową co wpływa na zmniejszenie wymaganej objętości komór. Tlenowa stabilizacja osadów. Tlenowa stabilizacja osadów jest metodą wykorzystującą biologiczny rozkład zanieczyszczeń zawartych w osadach surowych. Tlenowa stabilizacja oparta jest na tlenowym utlenieniu masy organicznej osadu w warunkach głodu substratowego tzw. respiracja endogenna. Tlenowa stabilizacja prowadzona jest w wydzielonych otwartych lub zamkniętych komorach z doprowadzeniem powietrza lub równolegle z 21 oczyszczaniem ścieków komorach osadu czynnego tzw. przedłużone napowietrzanie. Tlenowa stabilizacja powoduje zmniejszenie masy osadu. Na rysunku przedstawiono podstawowe schematy komór tlenowej stabilizacji. Rysunek Podstawowe układy stabilizacji osadów: a) stabilizacja w komorach osadu czynnego: bardzo długi wiek osadu K.O.CZ (WO>30d) OSAD NADMIERNY RECYRKULACJA b) stabilizacja w komorach wydzielonych (okresowe doprowadzanie i odprowadzanie osadu) 22 c) termofilowa tlenowa stabilizacja (okresowe doprowadzanie i odprowadzanie osadu) W wydzielonych komorach tlenowej stabilizacji wiek osadu może być równy czasowi stabilizacji lub tzw. hydraulicznemu czasowi przetrzymania. Wiek osadu wpływa na szybkość poboru tlenu przez osad oraz na stopień stabilizacji osadu. Stopień stabilizacji osadu zależy od ubytku masy organicznej osadu. Czas przetrzymania (wiek osadu) wpływa także na szybkość zużycia tlenu przez osad. W osadach surowych szybkość zużycia tlenu wynosi od 20 do40 mg O 2/gsmo/h, w osadach po tlenowej stabilizacji obniża się do wartości od 0,5 do 2 mg O 2/gsm/h . Wartość szybkości zużycia tlenu jest jednym ze wskaźników oceny stopnia stabilizacji i osadu. Im mniejsza wartość tego wskaźnika tym osad jest bardziej ustabilizowany. Tlenowa stabilizacja jest energetycznie mniej korzystna niż fermentacja metanowa ponieważ wymaga ciągłego doprowadzania tlenu (energii). Związki organiczne w czasie stabilizacji tlenowej rozkładane są do dwutlenku węgla (CO2). W otwartych komorach stabilizacji gaz ten odprowadzany jest do atmosfery wraz z powietrzem. W zamkniętych komorach stabilizacji w gazie nad zwierciadłem osadu zawartość CO2 może wzrosnąć do 40% objętości co może wpłynąć na obniżenie odczynu osadu do pH= 6,0 i mniej. Dodatkowo nitryfikacja azotu amonowego może jeszcze bardziej obniżyć wartość tego odczynu. W zamkniętych komorach tlenowej stabilizacji przy doprowadzaniu osadu o zawartości związków organicznych powyżej 3% liczyć się należy z koniecznością korekty odczynu osadu. Tlenowa stabilizacja ma tę zaletę, że w cieczy nadosadowej obserwuje się niską zawartość zanieczyszczeń organicznych (tabela poniżej). Zawracane do układu oczyszczania ciecze nadosadowe z tlenowej stabilizacji nie mają żadnego wpływu na procesy oczyszczania ścieków. 23 Chemiczna stabilizacja osadów. Chemiczna przeróbka osadów polega na mieszaniu osadu z reagentami chemicznymi, które powodują zmiany w właściwościach cząstek osadu. Obecnie do chemicznej przeróbki osadu stosuje się tylko wapno palone lub w postaci: tlenku wapniowego (CaO) tzw. wapno palone lub w postaci wodorotlenku wapnia (Ca(OH) 2) tzw. wapno hydratyzowane. Wapno używane może być do stabilizacji osadów surowych (wstępne, wtórne) lub osadów ustabilizowanych w procesach fermentacji lub tlenowej stabilizacji. Mieszanie osadu z wapnem można prowadzić w celu: 1. Stabilizacja osadu. 2. Higienizacja osadu. Przy mieszaniu z wapnem, dwa czynniki (odczyn, temperatura) powodują, że w osadzie giną wszystkie organizmy chorobotwórcze (dezynfekcja osadu) oraz przyspieszone jest parowanie wody z osadu, ponieważ temperatura mieszaniny jest wyższa od temperatury powietrza. Do mieszania osadu z wapnem stosuje się najczęściej urządzenia mechaniczne w postaci mieszalników śrubowych lub mieszalników podobnych do używanych przy produkcji betonu. Chemiczna stabilizacja osadu wapnem wymaga wstępnego odwodnienia osadów. Proces ten jest nieekonomiczny dla wysoko uwodnionych osadów. Dla wstępnie odwodnionych osadów, dawki wapna (tlenku wapnia lub wodorotlenku wapnia) wynoszą: 1. Przy stabilizacji: D = 0,5 do 1,2 kg wapna/ kg sm osadu. 2. Przy higienizacji: D = 0,15 do 0,25 kg wapna/ kg sm osadu. Wzrost uwodnienia osadu wpływa na wzrost dawki wapna. Mieszanie osadu z wapnem jest bardzo korzystne przy rolniczym wykorzystaniu osadów. Zaletą tego procesu jest dezynfekcja osadu oraz dostarczenie z osadem wapna, co zmniejsza zużycie wapna do odkwaszania gleby przez rolników. Zaletą jest także prostota i niezawodność urządzeń do mieszania. Wadą tego procesu jest konieczność odwożenia znacznych ilości wapna na oczyszczalnię, a także dość duże koszty eksploatacyjne, głównie koszty zakupu wapna do procesu. Chemiczna stabilizacja prowadzona może być w sposób okresowy (najczęściej) lub w układach o ciągłym dopływie osadów (rzadko). Termiczna stabilizacja osadów. Przez termiczną przeróbkę osadów rozumie się wykorzystanie procesów cieplnych do zmian właściwości cząstek osadu (stabilizacja osadu) lub też w celu ich ostatecznego unieszkodliwiania. Podstawowymi procesami termicznymi wykorzystywanymi w tym sposobie są: 1. Termokondycjonowanie. 2. Mokre spalanie. 3. Piroliza. 4. Spalanie całkowite. Termiczna stabilizacja osadów jest metodą skomplikowaną technicznie. Jest to bardzo droga metoda przeróbki osadów. Termiczna stabilizacja stosowana jest w nielicznych dużych oczyszczalniach ścieków. Jest to metoda nieopłacalna dla oczyszczalni małych i średnich. 24 W procesach termicznych: mokre spalanie, piroliza, spalanie całkowite podstawowym parametrem osadu jest ciepło spalania oraz wartość opałowa. Ciepło spalania określa ilość energii, jaką można uzyskać ze spalenia 1 kg suchej masy osadu. Ciepło spalania oznacza się laboratoryjnie w urządzeniu o nazwie bomba kalorymetryczna. Wartość opałowa określa ilość energii jaką można uzyskać przy całkowitym spaleniu 1kg uwodnionego osadu. Wartość opałowa wyznaczana jest z bilansu cieplnego. Wartość opałową można obliczyć z różnicy pomiędzy ciepłem spalania a ciepłem potrzebnym do ogrzania i odparowania wody zawartej w osadzie. Przy wysokich uwodnieniach osadu wartość opałowa jest często ujemna. Badania wykazały, że całkowite spalanie osadu bez dodatkowego wprowadzania paliwa możliwe jest wtedy, kiedy wartość opałowa osadu jest większa od 8 * 103 kJ /kg osadu. Termokondycjonowanie Termokondycjonowanie polega na ogrzaniu osadu w czasie od 0,5 do 1,0 godziny w temperaturze 120 –150 o C przy ciśnieniu od 0,5 do 2,0 MPa . W wyniku ogrzania następuje w osadach denaturacja białek oraz zmiana ich struktury. Jest to rodzaj szybkowaru. Wynikiem tego jest znaczne zmniejszenie oporu właściwego i łatwe odwadnianie osadu. Termokondycjonowanie może traktowane być jako metoda niechemiczna poprawienia odwadnialności osadu. Proces ten stosuje się głównie dla osadów surowych. Zapewnia on pełną dezynfekcję osadu. Termokondycjonowanie jest procesem drogim inwestycyjnie i eksploatacyjnie. Instalacja musi być wykonana z materiałów odpornych na korozję. Proces ten obarczony jest wieloma wadami. Najważniejsze z nich to: - bardzo duża zawartość zanieczyszczeń organicznych w cieczy nadosadowej. Ciecz nadosadowa nie może być bezpośrednio nawracana do układu oczyszczania ścieków lecz wymaga podczyszczenia w warunkach beztlenowych lub tlenowych, - znaczna uciążliwość zapachowa, co wymaga instalacji do dezodoryzacji gazu, - konieczność ciągłego dopływu osadu oraz rozbudowany system sterowania, - konieczność częstego czyszczenia: wymienników ciepła, reaktora i rurociągów z osadzonego na ściankach osadu (mycie roztworami kwasu lub wodą pod wysokim ciśnieniem). Wady termokondycionowania oraz wysokie koszty eksploatacji powodują, że proces ten jest rzadko zalecany do stosowania w małych i średnich oczyszczalniach ścieków. Mokre spalanie Mokre spalanie jest podobne do termokondycjonowania osadów. Różnica polega na tym, że do reaktora wprowadzane jest dodatkowo powietrze (tlen) co zapewnia częściowe utlenienie związków organicznych. W procesie tym osad w reaktorze ogrzewa się przez t = 0,5 do 1,0 godziny do temperatury T = 175 –315 o C przy ciśnieniu do 20 MPa. Wprowadzenie tlenu obniża zawartość zanieczyszczeń w cieczy nadosadowej, której ChZT wynosi 25 10 –15 kg O2/ m3. Proces ten ma takie same jak termokondycjonowanie. Jest to proces drogi inwestycyjnie i eksploatacyjnie. Nie zaleca się jego stosowania w oczyszczalniach ścieków. Piroliza Piroliza jest procesem niepełnego spalania związków organicznych zawartych w osadzie. Piroliza to proces zbliżony do stosowanego od wielu lat procesu zgazowania węgla w gazowniach. Jest ona procesem endotermicznym i wymaga dostarczenia ciepła z zewnątrz. Produktami pirolizy są: - gaz zawierający wodór, tlenek węgla, dwutlenek węgla oraz metan. Gaz ten posiada wysoką wartość ciepła spalania i jest wykorzystywany gospodarczo, - ciecz zawierająca smołę, oleje, aceton itd., - węgiel (koksik) składający się z węgla oraz substancji nieorganicznych zawartych w osadzie, Proces pirolizy z uwagi na koszty nie jest powszechnie stosowany w oczyszczalniach ścieków. Metoda ta może być stosowana w bardzo dużych oczyszczalniach. Spalanie osadów Spalanie osadów jest pełnym utlenieniem związków organicznych osadu w temperaturze 800 –1100 o C spalanie osadu jest korzystne w przypadku gdy możliwe jest spalanie bez potrzeby dostarczania paliwa zewnętrznego (wartość opałowa powyżej8000 kJ/ kg). Do spalania nadają się najlepiej odwodnione osady surowe. Warunek spełniony jest w przypadku gdy zawartość ciał stałych w osadzie doprowadzanym do pieca jest większa od 30% sm (im mniej wody tym lepiej). Osad surowy odwadnia się wstępnie, z wykorzystaniem odwadniania mechanicznego. Następnie gaz spalinowy po spaleniu wykorzystywany jest często do dodatkowego termicznego suszenia osadu wprowadzanego do pieca. Spalanie osadu jest korzystnie ekonomicznie w dużych oczyszczalniach. Spalanie osadów upraszcza znacznie instalację do przeróbki i unieszkodliwiania. Produktem końcowym spalania jest popiół oraz gaz spalinowy. Masa popiołu stanowi około 20% suchej masy osadu surowego. Popiół może być składowany na wysypiskach lub wykorzystany gospodarczo do budowy dróg itd. Spalanie osadów jest korzystne również wtedy, kiedy osady zawierają zanieczyszczenia uniemożliwiające rolnicze wykorzystanie osadów. Gazy spalinowe przed odprowadzeniem do atmosfery wymagają budowy instalacji do ich oczyszczania. Do spalania osadów wykorzystuje się: piece półkowe, piece fluidalne oraz piece rusztowe przy wspólnym spalaniu osadów z odpadami miejskimi. W Polsce termiczne unieszkodliwianie osadów ściekowych stosuje się rzadko, co wcale nie oznacza, że przed tym problemem nie staniemy w najbliższej przyszłości. Obecnie są opracowane lub funkcjonują w świecie nowe systemy temperaturowego przetwarzania osadów. Należą do nich między innymi: technologia suszenia osadów „Bojner” technologia termicznego rozkładu osadów „Krepro” technologia mokrego utleniania osadów technologia zagazowania osadów ściekowych OFS 26 Technologia suszenia osadów „Bojner Systems” Technologie suszenia osadów ściekowych ze względu na końcowy produkt suszenia, który może być wykorzystywany jako nawóz lub paliwo, znajdują coraz większe zastosowania. Prezentowana technologia w odróżnieniu od pozostałych polega na prowadzeniu procesu w obrotowym piecu – suszarce. Produktem końcowym jest granulowany koksik, otrzymywany metodą pośrednią w układzie technologicznym. Suszarka składająca się z dwóch części: obrotowej (wirnik) i stacjonarnej pracuje w układzie, do którego dostarczane jest ciepło ze spalania gazu. Oryginalna konstrukcja suszarki powoduje, że wszystkie powierzchnie stykające się z osadem są powierzchniami ogrzewanymi bardzo efektywnie, co sprawia, że nie ma możliwości skraplania się pary na powierzchniach w suszarce przy kontakcie z osadem. Występujące w tym systemie pośrednie suszenie osadów jest bardziej efektywne od suszenia bezpośredniego. Suszenie osadu w suszarce następuje przez spaliny powstałe z procesu spalania biogazu otrzymanego w procesie fermentacji w wydzielonych komorach fermentacyjnych. Po suszeniu główna część gazów trafia do generatora gazu i jest zawracana powtórnie do obiegu. Pozostała ilość gazu jest wykorzystywana w wymienniku ciepła do podgrzewania powietrza, a następnie wydalana jest przez komin do atmosfery. Powietrze wprowadzone do suszarki porywa z niej parę wodną i zawiesinę, a następnie wpływa do cyklonu, gdzie następuje zatrzymanie cząstek pyłu. Oczyszczone powietrze o wysokiej temperaturze w układzie kondensatorów oddaje ciepło wodzie, która podgrzewana jest do 80 0 C i służy do podgrzewania osadu wprowadzonego do WKF-ów. Całkowity system obiegu gazu i powietrza jest tak dobrany, że przy właściwej instalacji wydajność termiczna waha się w granicach 90%. Sposób ten jest ekonomiczny, a zasada działania suszarki polega na tym, że osad wprowadzony w takiej postaci pozwala na zlikwidowanie efektu „kuli śniegowej”. Eliminacja tego efektu przyczynia się do wystąpienia granulacji osadu w końcowej fazie suszenia w suszarce. Technologia termicznego rozkładu osadów ściekowych „Krepro” Zasada działania procesu „Krepro” polega na prowadzeniu zagęszczonego osadu przez zbiornik mieszania wstępnego, do którego jest dostarczany kwas siarkowy w celu utrzymania stałego odczynu pH=1,5-2. Jest to zbiornik hydrolizujący. Po procesie hydrolizy osad jest podgrzewany w wymienniku ciepła do temperatury około 100 0C, skąd jest prowadzony do reaktora. W reaktorze w temperaturze 1400C i przy ciśnieniu 4 barów następuje reakcja biodegradacji w czasie 30-45 minut. Po upływie tego czasu osad schładzany jest do temperatury około 50 0C, a następnie podawany do zbiornika rozprężającego. Po zbiorniku osad przepływa na wirówkę dekantacyjną, w której następuje oddzielenie masy organicznej od rozpuszczonych w cieczy metali i fosforanów. Otrzymana masa organiczna stanowi produkt o wysokich walorach energetycznych, zaś filtrat jest poddawany procesowi alkalizacji z udziałem soli żelaza i w efekcie zostają wytrącone związki fosforu w postaci fosforanu żelazowego. Otrzymany fosforan żelazowy jest podawany do odwadniania do wartości suchej masy równej 35%. Frakcja ta zawiera małą koncentrację metali ciężkich i może być użyta wprost jako nawóz, zaś filtrat z tej wirówki, którego zawartość stanowi głównie odzyskany koagulant, jest zawracamy do procesu oczyszczania ścieków. 27 Technologie utlenienia osadów na mokro Wprowadzenie do technologii przeróbki osadów fizyczno-chemicznego utleniania substancji organicznych w środowisku wodnym zapoczątkowały prace Bergstróma i Cederquista (1943r.). Proces prowadzono w temperaturze 225 0C przy ciśnieniu 50 atmosfer. Badania kontynuował Zimmerman, który określił optymalne warunki i parametry prowadzenia procesu. Następne badania prowadził Porteus, który udoskonalił metodę. Połączone wysiłki doprowadziły do opracowania technologii zwanej "Zimpro" Osad, odpowiednio rozdrobniony i o odpowiedniej zawartości substancji stałych, jest wtłaczany do ciągu technologicznego za pomocą wysokociśnieniowej pompy. Następnie jest podgrzewany do temperatury pozwalającej na podtrzymanie reakcji utleniania w reaktorze. Jednocześnie do reaktora jest wtłaczane powietrze zapewniające wymaganą ilość tlenu. Podgrzany osad jest kierowany do reaktora, w którym następuje utlenienie substancji organicznych zawartych w osadzie. Przebieg reakcji utleniania prowadzi do wydzielenia ciepła. Ciepło to jest odzyskiwane w wymienniku ciepła i wykorzystywane do ogrzewania osadu wprowadzanego do reaktora. Proces ten może być całkowicie zautomatyzowany, a do jego rozpoczęcia konieczne jest doprowadzenie energii z zewnątrz. Proces ten może być stosowany w dużych oczyszczalniach w sposób ciągły, a w małych periodycznie. Proces utleniania osadów na mokro proponuje także ostatnio firma Mannesmann Anlagenbau AG, nazywając go technologią „Vertech”. W metodzie tej podczas utleniania na mokro substancje organiczne, a także częściowo związki nieorganiczne zostają utlenione w wysokich temperaturach i przy wysokim ciśnieniu. Celem procesu jest, przy stosowaniu powietrza i czystego tlenu, uzyskanie daleko posuniętego, całkowitego utleniania substancji organicznych. W technologii „Vertech” utlenianie osadu na mokro jest prowadzone w reaktorze głębokoszybowym o głębokości około 1200 m. Ciśnienie niezbędne do prowadzenia procesu wynoszące od 85 do 110 barów uzyskuje się pod naporem hydrostatycznym słupa osadu ściekowego. Reakcja utleniania zaczyna się w temperaturze 1750C, którą uzyskuje się w instalacji na określonej głębokości (około 300-900 m), na której jest doprowadzany czysty tlen. Na dnie reaktora uzyskuje się temperaturę 2800C. Reakcja przebiega egzotermicznie i jest prowadzona za pośrednictwem kombinowanego systemu ogrzewająco – chłodzącego. Rozprężenie, odgazowanie odbywa się w dwóch stopniach, tj. w pierwszym zawiesina opuszcza reaktor przy temperaturze 650C i ciśnieniu 15 barów oraz ulega rozprężeniu do ciśnienia atmosferycznego. Natomiast w drugim stopniu rozprężona zawiesina zostaje schłodzona do około 350C i jest doprowadzana do prasy filtracyjnej. Proces filtracji odbywa się bez udziału koagulatów. Powstały osad ma uwodnienie około 50% i może być kierowany do dalszej przeróbki. Z kolei filtrat jest kierowany do oczyszczalni ścieków. Powstające gazy, w celu oczyszczenia, zostają poddane katalitycznemu utlenieniu w reaktorze ze złożem stałym. Technologia ta stwarza określone możliwości wykorzystania osadów ściekowych i wykazuje wiele zalet, do których należą: utlenianie na mokro osadów przefermentowanych i osadów wstępnych, utlenianie innych substancji organicznych, mała przestrzeń dla instalacji, wysokie bezpieczeństwo instalacji. 28 Technologia OFS (Oil From Sludge) W technologii OFS zostało zastosowane zjawisko pirolizy. Istotę tego procesu opracowano oraz przeprowadzono badania pilotażowe w Kanadzie i Australii. Jest to metoda niskotemperaturowa sprowadzająca osady do ciekłego oleju i koksiku. Wysuszone wcześniej osady są ogrzewane w temperaturze od 30 do 350 0C w środowisku beztlenowym przez około 30 minut. W wyniku tego działania następuje proste chemiczne przekształcenie organicznych związków w proste łańcuchy węglowodorowe, podobne do tych, które występują w ropie naftowej, oraz stałe produkty zwęglania i gazy niekondensujące. 29 Technologia OFS Dostarczanie osadu Odwadnianie osadu Suszenie osadu odciek skropliny powietrze Reaktor OFS spaliny Produkty zwęglania Odzysk energii Usuwanie popiołu NCG Zbiornik oleju gaz naturalny Opracowany i wykonany reaktor, na którym prowadzono badania, podzielono na strefę utleniania i strefę kontaktu koksiku i gazu. Części lotne odciągano w pierwszej strefie i wprowadzano do drugiej. Gazy końcowe skraplano zewnętrznie w chłodzonym wodą skraplaczu, w którym następował rozkład na olej oraz wodę reakcyjną. Gazy niekondensujące są kierowane do komina. Wyniki badań są zachęcające, a prototypowe instalacje spełniły swoje zadania. Technologie bezodpadowe w gospodarce osadowej Do technologii bezodpadowych zalicza się: wykorzystanie osadów w rolnictwie, leśnictwie i ogrodnictwie, wykorzystanie osadów do rekultywacji i przykrywania wysypisk oraz zwałowisk odpadów przemysłowych, odgazowania – wykorzystanie gazu generatorowego. Wykorzystanie osadów w rolnictwie, leśnictwie, ogrodnictwie Spośród metod unieszkodliwiania osadów, ze względu na właściwości nawozowe, szczególne zainteresowanie budzi ich rolnicze wykorzystanie do nawożenia gleb i roślin, plantacyjnej oraz szkółkarskiej uprawy drzew i krzewów. Zawarte w nich substancje mogą ponownie zostać włączone w obieg materii. Osady obfitują w materię organiczną i składniki pokarmowe dla roślin, głównie azot i fosfor, które decydują o bardzo dużej ich użyteczności. Większość osadów ściekowych stanowi cenny surowiec do kształtowania gleb na gruntach zdewastowanych technicznie. Rozróżnia się kilka sposobów zastosowania osadów do użyźniania i należą do nich: sposób poziomego użyźniania gleby, wgłębno-pasmowe użyźnianie gleb piaskowych i piasków bezglebowych, powierzchniowe użyźnianie gleb piaskowych i piasków bezglebowych, powierzchniowe użyźnianie łąk i pastwisk. 30 niska zawartość metali ciężkich w masie osadów, osady są bezpieczne pod względem higienicznym, osady są dostatecznie odwodnione, istnieją tereny, na których osady będą wykorzystywane jako nawóz bądź do rekultywacji. Szerszy zakres przyrodniczego, w tym rolniczego, wykorzystania osadów jest uwarunkowany w dużym stopniu poprawą gospodarki ściekowej w miastach, zmierzającej do ograniczania ładunku metali ciężkich w ściekach przemysłowych wprowadzanych do miejskich systemów kanalizacyjnych, czyli do ich eliminacji u „źródła”. Wykorzystanie osadów do rekultywacji i przykrywania wysypisk oraz zwałowisk odpadów przemysłowych Jednym z prostszych rozwiązań może być rekultywacja gleb zdewastowanych przez przemysł, która polega na odtworzeniu jej poziomu próchniczego, oraz rekultywacja bezglebowych gruntów. Gruntami bezglebowymi są: naturalne utwory geologiczne pozbawione pokrywy glebowej wskutek różnego rodzaju robót ziemnych, erozji wodnej i wietrznej, zwałowiska i nasypy naturalnych mas ziemnych, składowiska mineralnych odpadów przemysłowych, gleby silnie zdegradowane, wysypiska odpadów bytowo-gospodarczych. Przefermentowane osady ściekowe mają około 20-krotnie więcej od ziemi próchniczej organicznych substancji próchniczotwórczych w przeliczeniu na suchą masę, stąd też proponuje się je do rekultywacji gleb. Na składowisku popiołów elektrownianych można stosować wszystkie rodzaje osadów z wyjątkiem surowych. Alkaliczny odczyn świeżych popiołów niszczy mikroorganizmy chorobotwórcze, co przemawia za stosowaniem osadu do ukształtowania biologicznie czynnej warstwy gleby. W końcowej fazie eksploatacji składowiska osad płynny kieruje się do hydrotechnicznego systemu odprowadzającego popioły na składowiska. W ten sposób wierzchnia warstwa popiołu na składowisku zawiera dodatek substancji organicznych, która tworzy niezbędne warunki do wegetacji roślin, bezpośrednio po odwodnieniu składowiska. Zrekultywowane zwałowiska popiołów elektrownianych obsiewa się mieszankami traw i roślin motylkowych. Dotychczas większość prac badawczych, zwłaszcza dotyczących zagospodarowania składowisk popiołów, była nastawiona na doprowadzenie ich do użytkowania rolniczego, lecz koszty takiego zagospodarowania są znaczące. Wiążą się bowiem z bardzo wysokim poziomem nawożenia, sięgającym 900 kg/ha NKP, a także kosztownym darniowaniem z humusowaniem. Natomiast technika hydroobsiewu z wykorzystaniem wtórnych osadów ściekowych, polegająca na powierzchniowym natryskiwaniu mieszaniny za pomocą specjalnych urządzeń zwanych hydrosiewnikami, umożliwia szybkie i tanie zadarnienie skarp (obwałowań) budowli ziemnych. Odgazowanie – wykorzystanie gazu generatorowego Efektem procesu fermentacji, poza oczywistymi zyskami związanymi z niezbędną do celów ochrony środowiska neutralizacją osadu, jest wytworzenie energii zawartej w gazie fermentacyjnym wyprodukowanym z osadu. Gaz ten może być spalany, zaspokajając w ten sposób zapotrzebowanie oczyszczalni na energię cieplną. W oczyszczalniach gaz może być wykorzystywany bezpośrednio do celów ogrzewczych lub jako podstawowe paliwo do napędu silników. Istnieje też możliwość użycia składników gazu do przeróbki chemicznej. 31 UTYLIZACJA OSADÓW ŚCIEKOWYCH NA POLETKACH TRZCINOWYCH Metodą ekologiczną bardzo powszechną na zachodzie jest suszenie i składowanie osadu na poletkach lub lagunach hydrobotanicznych. Polega ona na wykorzystaniu roślin bagiennych zwanych makrofitami do odwadniania i mineralizacji osadu. Zdolność roślin makrofitycznych (trzcina pospolita, pałka wąskolistna i szerokolistna, wierzba wiklina) służy do tworzenia mikrostref tlenowych i natleniania wewnętrznej masy roślin. Trzciny adaptują się do wegetacji na podłożu mineralnym i czerpią składniki odżywcze bezpośrednio z warstw doprowadzanych osadów. Odpowiednio doprowadzane dawki osadów umożliwiają ich rozkład biochemiczny przez mikroorganizmy heterotroficzne bytujące w strefie korzeniowej roślin. Części nadziemne, które zawsze unoszą się ponad warstwą osadów, przez ruch łodyg powodują tworzenie się szczelin i dodatkowe zaopatrzenie w tlen osadów. Powoduje to intensyfikację procesów mikrobiologicznych, a tym samym powstawanie substancji mineralnych stanowiących substrat do procesów życiowych roślin. Procesy tlenowe (zupełnie różne od tych, które zachodzą w lagunach tradycyjnych) pozwalają na znacznie szybszy rozkład materii organicznej. Dzięki zdolności wchłaniania wody przez korzenie i kłącza oraz jej szybkiej transpiracji trzcina umożliwia dwukrotny wzrost efektu odwadniania osadów. Odwadnianie w systemie poletek osadowych zasiedlonych trzciną pospolitą przebiega z prędkością 300 razy większą niż w przypadku konwencjonalnych poletek. Utylizowany osad ulega również mineralizacji, co łączy się ze znacznym zmniejszeniem jego objętości i umożliwia oszczędności, gdyż laguny trzcinowe mogą być eksploatowane przez wiele lat bez corocznego usuwania osadu. Ograniczenie w długości okresu eksploatacji laguny czy poletka stanowi jedynie wysokość burt. Przez cały okres eksploatacji nie obserwuje się zatykania osadem sieci drenarskiej, co spowodowane jest ciągłym ruchem osadu na skutek ruchu łodyg trzciny. Wieloletnie składowanie masy osadu porośniętego kłączami trzciny zmieszanego z masą obumarłych części roślin powoduje wytworzenie warunków podobnych do pracujących w pryzmie kompostowej (wzrost temperatury w warunkach tlenowych), co w znacznym stopniu zmniejsza liczę bakterii chorobotwórczych i jaj pasożytów naturalnie występujących w osadzie świeżym. Trzcina pospolita, poza zdolnością usuwania związków biogennych posiada zdolność akumulacji metali ciężkich, co także poprawia jakość osadu. Ten sposób odwadniania może być realizowany tylko w okresie wegetacji roślin, czyli od kwietnia do początku listopada. Trzcina pospolita (Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Stend) jest to wieloletnia roślina z rodziny traw o zasięgu okołobiegunowym, kosmopolityczna, występująca od niżu po niższe położenia górskie. Należy do bagiennych i nadwodnych roślin, tworzących rozległe agregacje nad rzekami, stawami i jeziorami. W odróżnieniu od pałki oddycha tlenem atmosferycznym. Jest to wysoka trawa (2-4 m) mająca sinawozielone mocne, sztywne źdźbła podzielone na węzły i międzywęźla puste w środku. Otoczone są one pochwami długich, sztywnych, ostrych liści, które rosną tylko nad wodą. Trzcina rozwija pędy kwitnące i niekwitnące. Podziemną część rośliny stanowi potężne, puste w środku czołgające kłącze, także podzielone na węzły i międzywęźla. Kłącze trzciny rozrasta się bardzo szybko i przetyka glebę (osad) we wszystkich kierunkach na głębokość około 60 cm, tworząc swoisty drenaż. Niekiedy obok ulistnionych pędów rozwijają się również długie pędy ze zredukowanymi liśćmi. Przyczyniają się one, podobnie jak rozłogi roślin lądowych, do rozprzestrzeniania się pędów nadziemnych. Wysoka wartość nawozowa osadów ściekowych powoduje bujny wzrost roślin. Trzcina pospolita wykorzystana do suszenia osadu dorasta do wysokości 4 m i jest bardziej odporna na mróz od trzciny rosnącej w naturalnych warunkach, powodując wydłużenie czasu aktywnego osuszania do późnej jesieni, a także w czasie 32 niezbyt mroźnych zim, szczególnie wtedy, gdy laguna trzcinowa zawiera wiele warstw. Trzcina pospolita kwitnie od lipca do września. Kwiaty zebrane są w fioletowobrunatną jednostronną wiechę. Owocem jest żółtawy ziarniak, który roznoszony jest przez wiatr, dzięki pąkowi długich włosków. Owoce dojrzewają dopiero w zimie. W wodzie nasiona trzciny kiełkują bardzo rzadko. Potrzebują one do rozwoju światła i dostatecznej ilości tlenu z powietrza atmosferycznego. Po przekwitnięciu, przed okresem zimy źdźbło twardnieje, prawie drewnieje i staje się słomiasto-żółte. Pędów trzciny jednak nie kosi się, gdyż stanowią warstwę ochronną dla kłączy, dostarczają im tlenu, a także substancji glebotwórczych do odwadnianego osadu. Złoże trzcinowe lub laguna trzcinowa są to zbiorniki ziemne, uszczelnione z profilowanym dnem. W dnie złoża powinien być ułożony drenaż zbierający wody odciekowe w studni zbiorczej, które kierowane są do ciągu technologicznego oczyszczalni. System drenażowy powinien być zbudowany z dwóch warstw (drenaż odwrotny), a wierzchnia warstwa (podłoże mineralne) jest podłożem dla wysadzanych sadzonek. Do złoża doprowadzany jest osad nadmierny bezpośrednio z reaktorów bez stosowania zagęszczacza grawitacyjnego. Podstawę złoża trzcinowego stanowią sadzonki trzciny, którą pozyskuje się w warunkach naturalnych przygotowując w okresie od marca do kwietnia młode sadzonki. Sadzi się je w przygotowanym podłożu, 9-15 sztuk na 1 m2. Sadzonki powinny wypuścić młode pędy wczesnym latem. Należy jednak pamiętać, że przez pierwsze dwa lata wegetacji trzcina jest w okresie wpracowywania (przystosowuje się do nowego środowiska). Prawie całą materię i energię skierowuje na rozbudowę kłączy, a dopiero w następnych latach na rozbudowę pędów nadziemnych i kwitnienie. Dlatego też w pierwszym roku pędy trzciny nie będą zbyt wysokie, a zagęszczenie zbyt duże. Zakwitnie najwyżej 10-20% populacji. Taki sposób wzrostu powoduje niejednokrotnie odejście od tego sposobu utylizacji osadu. Należy więc pamiętać, że im dłużej eksploatowane jest trzcinowisko, tym zagęszczenie i wysokość pędów wzrasta, a wraz ze wzrostem roślin wzrasta skuteczność odwadniania i magazynowaniu osadu. Dozowanie osadu na trzcinowisko w tym okresie powinno być bardzo ostrożne, gdyż przenawożenie albo jej utopienie doprowadzi do obumarcia sadzonek. W pierwszym roku eksploatacja lagun powinna polegać jedynie na stworzeniu trzcinie jak najlepszych warunków do zaadaptowania się w nowym środowisku i rozbudowy kłączy. Niezbędne są następujące zabiegi: utrzymanie prawidłowego poziomu wody na trzcinowisku tzw. podsiąku – lustro wody powinno znajdować się na poziomie warstwy mineralnej, zabezpieczenie przed nadmiernym zachwaszczeniem, walka z chorobami i szkodnikami, dostarczanie odpowiedniej ilości składników odżywczych poprzez zasilanie trzcinowiska odciekami z lagun tradycyjnych lub rozcieńczonym osadem. Ustalenie dawki osadu w latach następnych nastręcza wiele trudności z powodu braku jednoznacznego określenia dawek osadów i częstotliwości jego wprowadzania. Ilość zgromadzonego osadu w danym roku nie powinna przekroczyć 1/3 wysokości pędów trzciny, gdyż zbytnie zmniejszenie powierzchni do asymilacji może doprowadzić do obumarcia roślin. WYKORZYSTANIE DŻDŻOWNICY KALIFORNIJSKIEJ ODWODNIONYCH OSADÓW ŚCIEKOWYCH DO PRZERÓBKI Podstawowy etap kompostowania obejmuje cały kompleks procesów rozkładu biochemicznego przeprowadzanych przez mikroorganizmy (bakterie, grzyby, pierwotniaki) i jeśli zachodzi jako proces tlenowy, to w jego trakcie wydzielana jest duża ilość ciepła, powodująca ogrzanie się masy przerobionych odpadów do bardzo wysokiej 33 temperatury. Powoduje to zabicie bakterii chorobotwórczych, ich przetrwalników i jaj pasożytów jelitowych oraz unieczynnianie nasion chwastów. W przebiegającym stale w naturze procesie kompostowania nieodłącznym elementem jest uczestnictwo w nim dżdżownic. Jeżeli do osadu poddanego kompostowaniu wprowadzi się specjalnie zagęszczoną populację dżdżownic kompostowych (Eisenia fetida(Sav.)) i będzie się sterować ich rozwojem, spowoduje to wybitne uszlachetnienie otrzymanego kompostu (wermikompostu). Obecność dżdżownic w podłożu jest powodem wzrostu konsumpcji tlenowej, spadku rozpadu beztlenowego i wzrostu mineralizacji. Procesy te związane są z tym faktem, że dżdżownice drążą kanały i zjadają osady produkując odchody, co aktywizuje bakterie i zwiększa natlenienie osadu. Dobry wermikompost sklada się z samych odchodów dżdżownic i dzięki temu ma on świetne właściwości uprawowe. Aby otrzymać dobry wermikompost należy przestrzegać technologii produkcji, a efekt końcowy procesu utylizacji zależy także od liczby działających dżdżownic w podłożu. Uszlachetnienie osadu ściekowego poprzez jego kompostowanie z udziałem dżdżownicy kompostowej powoduje ponad trzykrotne przyspieszenie tego procesu. Osad przerobiony przez dżdżownice posiada znacznie wyższe właściwości jako podłoże uprawowe. Jego charakterystyczna struktura gruzełkowata poprawia warunki wodno-powietrzne wzrostu roślin. Kompostowanie powoduje obniżenie objętości wyjściowej osadu o 50-80%, co zezwala na istotną oszczędność miejsca do jego składowania. Procesy mineralizacyjne indukowane przez dżdżownice powodują także zmiany właściwości chemicznych osadów ściekowych. Maleje w nich zawartość azotu, natomiast wzrasta koncentracja pozostałych makroelementów (fosforu, potasu, wapnia i magnezu). Procesy te powodują, że wermikompost wyprodukowany na bazie osadów ściekowych świetnie nadaje się do celów zwiększania plonowania roślin i rekultywacji gleb. Można go stosować w rolnictwie, ogrodnictwie, leśnictwie oraz na terenach zieleni miejskiej, a także użyźniać tereny obiektów sportowych, tereny przy szlakach komunikacyjnych, tereny przemysłowych stref ochronnych. Osobnym, pozytywnym efektem wermikultury prowadzonej na osadach ściekowych jest trwała redukcja wielu czynników patogennych. Obecność dżdżownic powoduje około 100-krotny przyrost pożądanych bakterii, odpowiedzialnych za procesy redukcji materii organicznej w podłożu. Wermikompost może być więc dzięki wzrostowi substancji mineralnych stosowany jako specyficzny „szpital dla roślin” . Uprawę wermikultury prowadzi się na utwardzonym, najlepiej zdrenowanym terenie podzielonym na boksy płytami betonowymi. Stanowi to jednocześnie zabezpieczenie przed penetracją kretów, które – oprócz wędkarzy – są głównym wrogiem dżdżownic. Materiał zarodowy zawierający cztery stadia rozwojowe osobników (kokony, młode osobniki niewybarwione, młode osobniki wybarwione i dorosłe osobniki) wprowadza się na wcześniej przygotowane podłoże. Składa się ono z odwodnionego osadu (o uwodnieniu poniżej 90%) i trocin z drzew liściastych, zmieszanych w stosunku 2:1. Trociny można zastąpić drobno pociętą słomą, sianem lub liśćmi. Dżdżownice będą penetrowały warstwę osadu, odżywiając się nim, napowietrzając go i spulchniając, co będzie wzmagało proces kompostowania. Częstotliwość zakarmiania dżdżownic zależy od uwodnienia osadu, warunków atmosferycznych i wielkości populacji dżdżownic. Zazwyczaj jest on zakarmiany 2-3 razy do roku około 30 cm warstwą mieszaniny osadu z trocinami. Przed zimą warstwa ta powinna być grubsza i dodatkowo wierzch poletek należy ocieplić liśćmi lub matami słomianymi, które zabezpieczą wermikulturę przed zimowymi mrozami. Wiosną poletka odkrywa się, jeżeli przykryte były matami słomianymi, liście natomiast można zmieszać z osadem. Dobry wermikompost uzyska się dopiero po dwóch latach od założenia hodowli. Rozpoznaje się go po tym, że ma zapach ziemi ogrodowej, jest sypki (ma strukturę gruzełkowatą) i brązowy kolor. Nie znajduje się w nim także dżdżownic w czterech stadiach rozwojowych, mogą jedynie trafić się pojedyncze dojrzałe osobniki. Uzyskany wermikompost wybierany jest z 34 poletek, przesiewany i składowany na pryzmie, a dżdżownice ponownie są zakarmiane mieszaniną osadu i trocin. Dotychczasowe badania nad oczyszczaniem osadów z niektórych metali ciężkich pozwalają sądzić, że obecność dżdżownic w osadach powoduje przechwytywanie przez ich ciała części tych zanieczyszczeń. Wyniki przedstawione w tabeli dotyczą analizowanej oczyszczalni. KOMPOSTOWANIE OSADÓW ŚCIEKOWYCH Budowa nowych oczyszczalni ścieków oraz modernizacja istniejących często nie jest związana z działaniem zmierzającym do rozwiązania problemu utylizacji osadów ściekowych. Jest to problem szczególnie istotny w przypadku oczyszczania ścieków wysokoefektywnymi metodami wiążącymi się z wytworzeniem znacznych ilości osadów. Prowadzone w ciągu ostatnich lat próby wykorzystania nowych, ekologicznych technologii unieszkodliwiania osadów ściekowych mogą stanowić uzupełnienie, a niekiedy mogą być stosowane zamiennie z tradycyjnymi metodami ścieków unieszkodliwiania osadów, takimi jak: spalanie, składowanie czy rolnicze zagospodarowanie. Rozwiązania te są szczególnie przydatne w małych i średnich oczyszczalniach ze względów ekonomicznych. Oszczędności wynikają ze zmniejszonej częstotliwości usuwania osadu, łatwość obsługi oraz możliwość rolniczego wykorzystania biomasy lub jako surowca energetycznego powoduje, że kompostowanie staje się coraz chętniej wprowadzaną do praktyki technologią. W ostatnich latach poszukuje się ekologicznych, przyrodniczych technologii unieszkodliwiania osadów ściekowych, przyjaznych dla środowiska. Określone są one jako przyrodnicze metody unieszkodliwiania osadów, które jednocześnie są nieporównywalnie tanie. Przeprowadzone badania dotyczące określenia charakteru osadów ściekowych z analizowanych oczyszczalni ścieków, sposób ich dotychczasowego zagospodarowania jak i osiągane efekty potwierdzają, iż metody kompostowania osadów są uzasadnione z punktu widzenia ekologii oraz ochrony środowiska naturalnego. Ważną sprawą jest czynnik psychologiczny, który pomoże w zrozumieniu faktu, że osad ściekowy przekompostowany nie jest towarem niebezpiecznym, ale konkurencyjnym nawozem. Można stwierdzić, że możliwość przyrodniczego wykorzystania osadów w porównaniu z innymi metodami ich unieszkodliwiania jest rozwiązaniem najbardziej ekonomicznym. PERSPEKTYWY NA PRZYSZŁOŚĆ ORAZ AKCEPTACJA TRZECH KLASYCZNYCH SPOSOBÓW USUWANIA OSADU ŚCIEKOWEGO Koszty Akceptacja Przyszłość względnie tanie rosnąca rozwojowa Kierowanie z powrotem do obiegu surowcowego Wysypisko drogie o tendencji odpadów wzrostowej ograniczona ze względu na - ustawę o odpadach komunalnych i gospodarce surowcami wtórnymi z reguły Spalanie najdroższe ograniczona rozwojowa rozwiązanie 35 SYSTEMATYKA PROCESU KOMPOSTOWANIA OSADU ŚCIEKOWEGO Kompostowanie osadu ściekowego bez dodatków z dodatkami Kopiec na terenie odkrytym pod zadaszeniem Reaktor w budynku kompostowanie kompostowanie statyczne dynamiczne TECHNOLOGIA KOMPOSTOWANIA PRYZMOWEGO Przedstawiana metoda kompostowania należy do metod beztlenowo-tlenowych. Gromadzony odwodniony osad sukcesywnie jest mieszany z nośnikiem węgla, za pomocą agregatu składającego się z ciągnika i glebogryzarki. Odwodniony osad rozkładany jest cienką warstwą ok. 0,20 m na terenie wydzielonym i posypywanym wiórami lub innym materiałem bogatym w celulozę (ok. 0,07-0,10 m); następnie całość jest mieszana. Tak przygotowana mieszanka służy do usypania trzech pryzm (pryzmy są usypywane na bieżąco). W trakcie usypywania do wnętrza pryzmy wkładane są ruszty odciągające gazy powstające w mieszaninie kompostowej. Proponowana metoda „odsysania” gazów zwiększa możliwość penetracji powietrza atmosferycznego w całym przekroju pryzmy. Każdorazowo po procesie kompostowania otwory w rurach są czyszczone. Po zakończeniu kopcowania danej partii mieszaniny (w postaci trzech pryzm) pozostawia się je na 3 tygodnie, w trakcie których zachodzą procesy beztlenowe związane ze wzrostem temperatury kopca. Po tym okresie do ułożonych wcześniej rusztów podłączony zostaje wentylator, którego praca ma zapewnić powstanie warunków tlenowych w pryzmie, ale nie powinna powodować spadku temperatury poniżej 40oC. Napowietrzanie pryzm trwa ok. 14-20 dni. Po okresie napowietrzania 36 pryzmy kompostowe są rozbierane i składane w jednym miejscu do dalszej obróbki. Ostatnim etapem procesu kompostowania osadu ściekowego jest proces dojrzewania kompostu, trwający od trzech do sześciu tygodni w zależności od warunków atmosferycznych. W celu przyspieszenia procesu dojrzewania i uzyskania prawidłowej gruzełkowatej struktury kompostu stosuje się kilkakrotne przesypywanie. Prawidłowo prowadzona technologia kompostowania osadu ściekowego zapewnia uzyskanie dobrego nawozu organicznego o szerokim zastosowaniu w rolnictwie. Kompost dojrzały powinien posiadać stosunek C/N nie większy jak 20, ponadto mieć barwę brunatną, zapach ziemi ogrodowej, strukturę gruzełkowatą lub sypką. Łączny czas kompostowania i leżakowania jednej partii osadu trwa około 60-70 dni. Powstający w tym czasie nowy odwodniony osad miesza się i usypuje z niego kolejne pryzmy na dalszym terenie. W pierwszej kolejności należy wytyczyć obrys pryzmy o wymiarach 3×10 m, a następnie nasypać na spód ok. 10-15 cm warstwę kompostu przerobionego. Tak przygotowane podłoże należy wyścielić słomą (3-4 cm), następnie rozłożyć ruszt odciągający gazy z pryzmy. Rury odciągowe należy rozłożyć zgodnie z wymiarami podanymi na rysunku 1. Rysunek 1 Schemat instalacji odciągowej 1- rura stalowa z nawierconymi otworami 2- rura spiro 3- rozdzielacz powietrza 4- rury z PCW 5- wentylator wysokociśnieniowy 6- silnik Ruszt należy obłożyć warstwą słomy (3-4 cm). Kolejnym etapem jest usypywanie pryzmy z mieszaniny kompostowej do wymaganej wysokości ok. 2 m (patrz rys. 2). Pryzmę kompostową zaleca się okryć warstwą słomy, papieru lub kartonu w celu stworzenia odpowiednich warunków cieplnych kompostowania. 37 Rysunek 2 Pryzma kompostowa 1- warstwa okrywowa (słoma lub kartony) – 30 cm2. 2- rury odciągające gazy z pryzmy 3- słoma 4- mieszanina kompostowa 5- podłoże pryzmy Ilość dozowanych nośników węgla należy dokładnie wyliczyć, tak aby stosunek C:N wynosił 25:30 Tworzące się w pryzmie gazy, głównie siarkowodór, mogą powodować rozprzestrzenianie się wokół wentylatora nieprzyjemnych zapachów, stąd istnieje konieczność dezodoryzacji gazów. Do tego celu powinien być wykonany biofiltr kompostowy na bazie torfu. Z przerabianych na terenie oczyszczalni osadów otrzymać można: Kompost: nawóz uzyskiwany z biomasy osadów ściekowych poddawanych kontrolowanemu rozkładowi biologicznemu, zawierający materię organiczną (azot, fosfor, potas, wapń, magnez i mikroelementy). Głównym zadaniem kompostu jest utrzymanie oraz podniesienie żyzności gleby. Powinien on cechować się następującymi cechami organoleptycznymi: barwa brunatna, zapach ziemi ogrodowej, struktura gruzełkowata sypka. Niedopuszczalny jest zapach gnilny. Przeznaczony jest do stosowania w produkcji rolniczej pod następujący zestaw roślin: zboża, ziemniaki, rzepak, rośliny przemysłowe, len, konopie, trawy nasienne, rabaty kwiatowe, krzewy ozdobne, żywopłoty, iglaki, trawniki, drzewa owocowe, materiał szkółkarski, produkcja wikliny. Służy również do kształtowania terenów zielonych, w gospodarce leśnej, uprawie roślin ozdobnych, szkółkarstwie, gospodarce komunalnej, konserwacji nasypów tras, osłon akustycznych (wałów ziemnych) przykrywania i rekultywacji wysypisk. Środek do kondycjonowania gleb: preparat do nawożenia i kondycjonowania gleb zawiera: wapń, azot, fosfor, potas. Głównym zadaniem jest utrzymanie lub podwyższenie odczynu oraz uzupełnienie biogenów i materii organicznej w glebie. Środek do kondycjonowania gleb użytkowanych rolniczo powinien charakteryzować się następującymi cechami organoleptycznymi: barwa kremowa lub jasnobrunatna, zapach lekko wyczuwalny – swoisty, struktura guzełkowata, sypka. Niedopuszczalny jest zapach gnilny. Przeznaczony jest do stosowania w produkcji rolniczej pod następujące rośliny: zboża, ziemniaki, rzepak z przeznaczeniem na produkcję oleju, rośliny przemysłowe, len, konopie, trawy nasienne, produkcję wikliny, materiał szkółkarski. 38 Produkcja trawników W celu uatrakcyjnienia oferty oraz wychodząc naprzeciw rynkowym potrzebom można zaproponować wyrób w postaci gotowych trawników darniowych wytwarzanych na podłożu kompostowym. Bogate w składniki mineralne podłoże organiczne daje możliwość wszechstronnego zastosowania produktu. Trawę darniową można stosować w przydomowych ogrodach, pasach przydrożnej zieleni, zieleńcach miejskich oraz na terenach silnie zdegradowanych antropogenicznie. Podstawową zaletą trawników jest to, że wraz ze sprzedażą 10 m2 darni oczyszczalnię opuszcza 1 m3 kompostowanych osadów ściekowych. Do podstawowych zalet kompostowania należy: stężenie suchej masy w osadzie odprowadzanym z mechanicznego odwadniania wynoszące ok. 20-25% jest wystarczająco wysokie - redukcja ilości wprowadzanych środków wspomagających koagulację w procesie odwadniania nie jest wymagane ani pożądane wtórne kondycjonowanie odwodnionego osadu za pomocą wapna możliwość ciągłego tzn. przez całą dobę i przez cały rok wprowadzania osadu ściekowego do instalacji kompostującej - nie jest wymagane magazynowanie pośrednie z uwagi na to, że kompostowanie jest uznane za technologię stabilizującą i odkażającą kompostowany materiał, kompost wyprodukowany z osadu surowego może być wykorzystywany do celów rolniczych kompost wyprodukowany z osadu ściekowego może być stosowany nie tylko w rolnictwie, ale również do kształtowania krajobrazu (rekultywacja) oraz przy robotach ziemnych kompost oddziałuje w różnorodny sposób jako mieszanina związków biogennych: - pozytywny wpływ na żyzność gleby - polepszenie struktury gleby - zmniejszenie zamulenia gleby - ciągłe dostarczanie substancji biogennych - wspomaganie rozwoju życia w glebie oraz aktywności biologicznej - polepszenie natleniania gleby oraz zdolności. 39 Podsumowanie i wnioski końcowe Analizowane obiekty generowały według danych z roku 1999 około 370 ton suchej masy osadu w ciągu roku, z czego dwa największe obiekty tj. oczyszczalnia miejska i OSM w Mońkach łącznie około 265 ton s.m. na rok. Ogólna ilość osadów ulegnie w najbliższym czasie zwiększeniu o około 100 ton s.m. na rok po ewentualnej modernizacji oczyszczalni w Dąbrowie Białostockiej. Na analizowanych obiektach urządzeniami do odwadniania osadów są prasy workowe i poletka osadowe – na małych oczyszczalniach, oraz prasy filtracyjne – stosowane na oczyszczalniach największych. Efektywność odwadniania osadów przy użyciu workownic jest niewysoka ze względu na to, iż żadna z oczyszczalni nie stosuje oryginalnych worków zapewniających właściwe odwadnianie osadu w drugim etapie uniemożliwiając transpirację wody do wewnątrz. Stosowane metody i urządzenia do przeróbki osadów nie gwarantują właściwego stanu sanitarnego umożliwiającego ich bezpośrednie przyrodnicze zagospodarowanie – jedynie oczyszczalnia ścieków komunalnych w Mońkach jest w stanie zapewnić właściwy stan sanitarny osadów poprzez stosowanie higienizacji wapnem. Zawartość metali ciężkich we wszystkich analizowanych osadach według badań Autorów jest niska i uzasadnia celowość stosowania procesów celem otrzymania wartościowego nawozu. Podkreśla to także duża zawartość azotu, fosforu, wapnia i magnezu szczególnie w osadach pochodzących ze ścieków mleczarskich. Ze względu na dostępność biomasy roślinnej w obrębie analizowanych systemów najbardziej optymalnym i pożądanym rozwiązaniem wydaje się być przetwarzanie osadów generowanych przez oczyszczalnie poprzez ich kompostowanie . Osad ściekowy może stanowić dodatek do biomasy zielonej, otrzymany kompost o wysokiej jakości będzie produktem czystym tak pod względem sanitarnym jak i fizyko-chemicznym co gwarantuje skład wyjściowy produktów poddanych kompostowaniu. Zastosowanie kompostu jest ogromne, możliwości jego zbytu zależeć będą od podjętych działań edukacyjnych i marketingowych, odbiorca musi być przekonany iż otrzymuje produkt naturalny pochodzący z Biebrzańskiego Parku Narodowego. Takie rozwiązania zostały sprawdzone w krajach Unii Europejskiej , gdzie recykling odpadów organicznych jest wzorcowy. Ze względu na to, iż w przypadku niewielkich oczyszczalni nieuzasadnione ekonomicznie jest wdrażanie tego typu technologii na poszczególnych oczyszczalniach, powinno się rozważać możliwość zbiorczego kompostowania osadów na wybranym obiekcie. Z punktu widzenia technologii podstawowym kryterium umożliwiającym tego typu rozwiązanie jest skład osadów dostarczanych z oczyszczalni, ilość obiektów, które mogą być obsługiwane warunkowana jest zdolnością przerobową i kosztami związanymi z transportem i przetwarzaniem osadów Rozwój tego typu koncepcji wymagać będzie dostosowania instalacji do kompostowania do pracy w okresie całego roku kalendarzowego. Bezpieczne przetwarzanie, a następnie wykorzystanie osadów wymagać będzie systematycznych badań dotyczących charakteru osadów dostarczanych do kompostowania (winien wykonywać je wytwórca) jak i produktu końcowego (badania te wykonuje eksploatator kompostowni). Badania powinny obejmować: określenie stężenia metali ciężkich, wartości nawozowych oraz wskaźników bakteriologicznych i parazytologicznych. Kontroli powinna podlegać każda partia osadu dostarczana do kompostowania oraz gotowy produkt nie rzadziej jak raz na kwartał. Odrębnych ustaleń wymagać będzie transport osadów. Większość oczyszczalni korzysta w procesach odwadniania z workownic, co w znacznym stopniu ułatwi dostarczanie osadów do kompostowania. Podstawowymi kryteriami warunkującymi opłacalność prowadzenia zbiorczego kompostowania tak dla wytwórców osadów jak i dla eksploatatorów systemu będą 40 koszty transportu oraz eksploatacji kompostowni – jednostkowy koszt przetwarzania osadu winien maleć wraz ze wzrostem ilości przetwarzanych osadów. Jak wynika z doświadczeń Autorów, wprowadzenie technologii kompostowania osadów wymagać będzie kilku obiektów , których wielkość i położenie warunkowane będzie określeniem miejsc skąd można pozyskiwać największe ilości biomasy roślinnejtakie miejsca zostały jednoznacznie określone w projekcie. Przyjęta technologia przetwarzania biomasy, a wcześniej jej pozyskiwania wymagać będzie profesjonalnego zespołu fachowców - zlekceważenie tego aspektu nieuchronnie skaże przedsięwzięcie na porażkę. Opracowali: dr inż. Dariusz Boruszko dr inż. Wojciech Dąbrowski dr inż. Lech Magrel 41
