Rys historyczny

Rys historyczny
Na przestrzeni dziejów rozwój miast powodował zwiększenie koncentracji zanieczyszczeń na
stosunkowo niewielkim obszarze. Zanieczyszczenia stanowiły źródło niebezpiecznych chorób
zakaźnych dziesiątkujących niekiedy całe rodziny. Dlatego od najdawniejszych czasów ludzie
prowadzili działania zmierzające do ich usunięcia.
Pierwsze systemy kanalizacyjne powstały ponad 5500 lat temu na obszarze dzisiejszej Syrii. W
Mezopotamii oraz nad Indusem już 2500 lat p.n.e zakładano systemy kanalizacyjne odprowadzające
nieczystości do dołów kloacznych. W pałacu królewskim Tell Asmar powstałym około
2350 roku p.n.e. również na terenie dzisiejszej Mezopotamii ścieki odprowadzano do specjalnie
budowanych studni chłonnych. Można przypuszczać, że studnie te były praprekursorem dzisiejszych
złóż biologicznych.
W starożytnej Grecji i Rzymie koncentrowano się na eliminacji dołów kloacznych i transporcie
ścieków do rzek. Wzory czerpano z lepiej rozwiniętych miast Bliskiego Wschodu i Egiptu.
W VI w p.n.e. ścieki odprowadzano do Tybru w Rzymie kanałem Cloaca Maxima.
W V w p.n.e. na terenie Greckiej Agory powstał tzw. Wielki Kanał. Nim również ścieki transportowano
do rzeki. Jednak w tym samym czasie w wielu warowniach i miastach rzymskich powstawały kanały,
które bardzo często nie kończyły się przy rzece lecz mniej lub bardziej przypadkowo ślepo przy
murach fortyfikacji, w oszalowanych drewnem lub też omurowanych rowach otaczających obóz lub
też w polu. Rozlewanie ścieków na pola powodowało powstawanie przypuszczalnie zalążków
pierwszych pól irygacyjnych.
W Europie od IV – VII w n.e. systematycznie zanikała troska o higienę. Ścieki w miastach wylewano
bezpośrednio na ulice lub do przyulicznych rowów biegnących wzdłuż ulic. Jedynie na zamkach i w
klasztorach dbano o sprawy sanitarne.
Mimo ogólnego zaniedbania spraw higienicznych w okresie średniowiecza w miastach, chlubnym
przykładem poszczycić się mógł Bolesławiec na Dolnym Śląsku (ówczesny Bunzlau). W mieście tym
najprawdopodobniej najwcześniej w Europie bo już w roku 1531 zaczęto wykorzystywać ścieki
rolniczo na polach irygowanych. Pola irygowane w Bolesławcu funkcjonowały do początku XX w. czyli
ponad 450 lat.
Na przestrzeni całego XIX wieku rozwijano kanalizację miejską w wielu większych miastach ówczesnej
Europy np. w Bazylei, Petersburgu, Warszawie, Paryżu. W wielu miastach budowano pola irygowane.
Jako pierwsze powstawały w Hamburgu 1869 r., następne w Gdańsku 1871 i Wrocławiu 1874 r.
Idea pól irygowanych przyczyniła się do powstania w Stanach Zjednoczonych pól filtracyjnych.
Warunkiem powstania złóż filtracyjnych było posiadanie piaszczystych gruntów.
Złoże piasku o efektywnej średnicy ziaren d10 = 0,2 – 0,5 mm zalewane ściekami okresowo
pozostawiano przez dłuższy czas bezczynnie w celu napowietrzania. Dlatego podzielono powierzchnię
na możliwie dużą ilość poletek zalewanych o powierzchni nie przekraczającej 0,4 ha. Z piasku
zdejmowano wierzchnią warstwę gleby, z której tworzono grobelki przykrywające rurociągi
doprowadzające na pola. Na głębokości 1 m pod ziemią układano dreny zbiorcze ścieków
oczyszczonych o średnicy d = 100 mm rozstawione średnio co 10 m.
Ścieki wstępnie oczyszczone doprowadzano na poletka za pomocą drewnianych rynien. Poletko
zalewano raz na dobę warstwą wody o grubości 10 –15 cm. Na powierzchni gruntu powstawała
cienka warstwa błony biologicznej absorbującej zanieczyszczenia zawarte w ściekach. Rozkład
zanieczyszczeń następował w warunkach tlenowych w przerwach pomiędzy kolejnymi zalewami.
Dalsza ewolucja pól filtracyjnych przyczyniła się do powstania powolnych filtrów piaskowych z jednej
strony oraz złóż biologicznych z drugiej strony. Powolne filtry piaskowe zastępowano pośpiesznymi
urozmaicając z biegiem czasu ich wypełnienie. Zasadniczo jednak wszelkie działania skierowano na
zmniejszenie pola powierzchni urządzenia i jednocześnie zwiększeniu obciążenia hydraulicznego.
Nadmienić wypada, że filtry piaskowe wykorzystywano w oczyszczaniu wody, a złoża biologiczne w
oczyszczaniu ścieków.
W owym czasie poznano, że oczyszczanie ścieków na polach filtracyjnych związane było z działaniem
drobnoustrojów na ścieki. Rozwój drobnoustrojów uzależniano od ilości dostarczanego tlenu
zawartego w powietrzu atmosferycznym. Dlatego też mając dodatkowo na uwadze ograniczenia
powierzchni zajmowanej przez urządzenie, wykonywano złoża wyższe, lepiej napowietrzane z
zastosowaną większą średnicą ziaren niż w gruntach piaszczystych .
Pierwsze złoża biologiczne powstały w Anglii w 1893 r. Były to złoża zalewane o pracy cyklicznej.
Złoża umieszczano w zbiornikach szczelnych i zalewano ściekami raz lub dwa razy dziennie. Po dwóch
godzinach spuszczano ścieki już biologicznie oczyszczone. Po spuszczeniu ścieków zostawiano złoże
nie wypełnione w celu jego napowietrzenia do momentu następnego zalania. Złoża zalewane
charakteryzowały się niską sprawnością, trudnościami w eksploatacji powodowanymi zatykaniem
wypełnienia przez zawiesiny zawarte w ściekach oraz stosunkowo niskim efektem oczyszczania .
Złoża biologiczne w kolejnych latach udoskonalano. Pomiędzy rokiem 1893 a 1933 powstało w
Salford w Anglii pierwsze złoże zraszane. Twórcą jego był Corbert. Złoże zraszane w odróżnieniu od
złóż zalewanych miało tę zaletę, że przez cały czas pracy ścieki mogły przepływać nieprzerwanie.
Równocześnie przez złoże bez przerwy przepływało powietrze dostarczając tlen dla
mikroorganizmów.
W latach 1933 – 1937 Jenkin i Halverson skonstruowali złoża spłukiwane. Zarówno powietrze jak i
ścieki stale przepływały przez złoże. Efekty oczyszczania były niższe niż na złożach zraszanych. Dalszą
fazą rozwoju było skonstruowanie przez Schulza i Ingrama złóż wieżowych stanowiących analogię do
kolumn absorbcyjnych stosowanych w przemyśle chemicznym . Na początku lat sześćdziesiątych XX
w. Hartmann skonstruował po raz pierwszy złoża tarczowe .
Prozaiczny wynalazek spłukiwanej miski klozetowej w roku 1810 w Anglii był właściwie początkiem
historii kanalizacji sanitarnej, a łącznie z tym stanowił początek problemu oczyszczania ścieków. W
tamtym okresie niektóre większe miasta posiadały kanalizację wód deszczowych założoną w postaci
krótkich kanałów podziemnych podłączonych do rowów otwartych i do rzek. Istniały wówczas
przepisy zabraniające podłączania odpływów sanitarnych z poszczególnych posesji do sieci kanałów
deszczowych.
Ludność miast korzystała z ustępów zbudowanych w taki sposób, że urągały one najprostszym
wymogom higieny. Istniały wówczas przepisy zezwalające na usuwanie odpadków, wód kuchennych i
fekaliów w godzinach nocnych wprost przez okno lub drzwi na ulicę. Najlepszym tego przykładem był
Paryż, w którym mieszkańcy chcąc wyzbyć się swoich nieczystości zobowiązani byli jedynie do
przestrzeżenia przechodniów hałasem „l’eau, l’eau, l’eau”. Jasnym jest więc, że miasta znajdowały się
wówczas w stanie wielkiego zanieczyszczenia. Trudno było przejść przez ulicę suchą stopą, stąd
powszechnie używano wtedy wysokich butów, karet i lektyk. Silne zanieczyszczenie miast odbiło się
fatalnie na stanie zdrowotnym środowiska, znane są liczne epidemie chorób zakaźnych. Stan ten
nikogo nie dziwił - przyzwyczajenie. Uważano to za „dopust boży”. Rzeki były na ogół względnie
czyste. Owszem były okresowe, krótkotrwałe zanieczyszczenia wód rzecznych po pojawieniu się
deszczy.
Sytuacja zmieniła się radykalnie po roku 1815, kiedy to Zarząd Miejski Londynu zezwolił na
wpuszczanie ścieków z kanalizacji domowej do kanałów deszczowych. W ślad za Londynem poszły
inne miasta.
W szybkim czasie sytuacja stała się wręcz odwrotna – miasta były bardzo czyste, a zaobserwowano
gwałtowne, niebywałe zanieczyszczenie rzek, spowodowane spławianymi siecią kanalizacyjną
(ogólnospławną) zanieczyszczeniami sanitarnymi i domowymi.
W roku 1855 znany uczony Faraday opisuje zanieczyszczenie
rzeki Tamizy w Londynie. „Rzeka Tamiza pokryta była na całej
swej powierzchni pływającymi fekaliami, różnego rodzaju
odpadkami domowego użycia oraz bulgoczącymi pęcherzami
pochodzącymi z fermentacji osadów dennych, podpalanymi
przez bawiąca się młodzież”. W ten sposób rzekę Tamizę
zamieniono w otwarty cuchnący kanał ściekowy, a
przebywanie względnie mieszkanie w jej pobliżu było prawie
niemożliwe. W Londynie, zwłaszcza w porach letnich,
Parlament Angielski musiała przerywać swoje sesje, gdyż
cuchnąca Tamiza nie pozwalała na kontynuowanie obrad. W
innych miastach sytuacja przedstawiała się podobnie. Znane są
drastyczne opisy z Bostonu, gdzie ludność mieszkająca nad
morzem musiała nawet w połowie nocy przerywać sen i zmieniać miejsce nocnego odpoczynku.
W roku 1858 powołana została przez Parlament Angielski Królewska Komisja do zbadania przyczyny i
sposobu usunięcia niebezpiecznego zanieczyszczenia rzek. Powołani zostali wszyscy ówcześni wybitni
uczeni i po 2 latach pracy opartej na pierwszych chemicznych badaniach składu wód rzecznych
ogłoszono znaczenie tlenu w wodach powierzchniowych oraz stwierdzono zachodzące w wodach
procesy samooczyszczania. Komisja ta położyła właściwie pierwsze podwaliny pod naukę technologii
ścieków, gdyż oprócz stwierdzenia przyczyn stanu zanieczyszczenia rzek, wytyczyła ogólne sposoby
oczyszczania ścieków.
W roku 1883, w erze powstawania bakteriologii i jej twórcy
Ludwika Pasteur’a przeprowadzono pierwsze dokładniejsze
badania ścieków miejskich. Poznano wówczas, że to bakterie są
czynnikiem chorobotwórczym. Ogłoszono, że ścieki stanowią
materiał wysoko zakaźny, tj., że są roznosicielem chorób
zakaźnych. Powyższe stwierdzenia były powodem usilnego
badania nad unieszkodliwianiem ścieków miejskich.
Od tego właściwie momentu nauka technologii ścieków zdąża
wielkimi krokami naprzód:
1891 – pierwsze złoża biologiczne w Anglii,
1906 – uczony niemiecki Karl Imhoff konstruuje osadnik, służący
do dnia dzisiejszego jako jeden z podstawowych elementów oczyszczalni ścieków,
1914 – wynaleziono metodę oczyszczania ścieków przy pomocy osadu czynnego.
Od momentu powstania problemu (tj. od roku 1815) do wynalezienia pierwszego skutecznego
sposobu oczyszczania ścieków (tj. 1914 r. osad czynny) upłynęło 100 lat.
Od tego czasu postało dużo ulepszeń i nowych metod, jak np.: złoża spłukiwane, złoża wieżowe, osad
czynny wysoko obciążony, stawy utleniające, złoża zanurzane obrotowe.
Istnieje zatem teoretyczna możliwość przywrócenia rzekom ich naturalnego pierwotnego stanu. Czy
jednak zostało to osiągnięte w praktyce? Na ogół jeszcze nie – jedynie w Anglii – kolebce technologii
oczyszczania ścieków. W innych krajach mimo znacznych wysiłków efekt jest gorszy. Zagadnienie tak
długo nie rusza z miejsca dopóki nie pojawi się uprzemysłowienie kraju wymagające bardzo
znacznych ilości wody, którą pobierać można jedynie z rzek.
Wzrastająca liczba kanalizacji miejskich i rozwijający się przemysł powodują coraz to większe
zanieczyszczanie rzek. Nie zna się sposobów oczyszczania ścieków w 100 %, zawsze pewna ilość
zanieczyszczeń musi być odprowadzona do rzek. Problem oczyszczania ścieków będzie zawsze
aktualny, ponieważ jest on ściśle związany z kanalizacją miast oraz ze wzrostem komfortu życia
mieszkańców.
Można przypuszczać, że sieć kanalizacyjna będzie w przyszłości jedynym sposobem usuwania z miast i
osiedli wszelkich odpadków i śmieci. Rozdrobnione śmieci i odpadki kuchenne mogą być doskonale
spławiane razem ze ściekami do jednego miejsca mianowicie do oczyszczalni. Odpadnie wówczas
problem wywozu śmieci, z którym np. we Wrocławiu nie możemy się uporać. Jak wiadomo transport
wodny jest najtańszy, a usuwanie ścieków siecią kanalizacyjną jest przecież transportem wodnym.
Porównując koszt wywozu ścieków pojazdami mechanicznymi z kosztem spławiania ich kanałami
okazuje się, że koszt transportu mechanicznego przewyższa 40-krotnie koszt spławiania kanałami.