Innowacyjna, zrównoważona i efektywna technologia biologicznego oczyszczania ścieków wykorzystująca granulowany osad czynny.
W pracy zaprezentowane zostanie rozwiązanie technologiczne Nereda z tlenowym granulowanym osadem czynnym, oparte na reaktorach sekwencyjnych, które zostało uruchomione po raz pierwszy w Polsce do oczyszczania ścieków komunalnych w Rykach. Innowacyjna technologia z granulowanym osadem czynnym Nereda [1-3] rozwiązała problem efektywnego oddzielania zawiesin osadu od oczyszczonej cieczy, co jest często utrudnione w kłaczkowatym osadzie czynnym. Granulowana biomasa osadza się znacznie szybciej niż biomasa kłaczkowata. Tlenowy osad czynny o charakterze granulowanym ma doskonałe zdolności sedymentacyjne. Granule są selekcjonowane z konwencjonalnego osadu czynnego.
Za granicą technologię tę dotychczas stosowano głównie w oczyszczalniach ścieków przemysłowych, ostatnio jednak także do oczyszczania ścieków komunalnych i przemysłowo-komunalnych.
Rys. 1 Schemat granuli osadu czynnego [7]
Podstawy technologii Nereda
Technologia Nereda została opracowana na Uniwersytecie Technologicznym w Delft. Podstawy technologiczne opracowano w wyniku realizacji holenderskiego programu badawczego, na podstawie porozumienia między Holenderską Fundacją Badań Wodnych, Uniwersytetem Technologicznym w Delft i firmą DHV oraz sześcioma urzędami wodnymi. Technologia Nereda posiada patent nr PCT/NL 2003/000642 pt. „Metoda oczyszczania ścieków z granulowanym osadem” z dnia 24 marca 2004 r., którego właścicielem była firma DHV, a obecnie jest Royal Haskoning DHV Technologię można zastosować zarówno przy budowie nowych, jak i modyfikacji już istniejących oczyszczalni ścieków.
W granulach osadu czynnego zachodzi symultaniczne usuwanie związków węglowych i biogennych (azotu i fosforu) w dwóch strefach: tlenowej i beztlenowej (rys. 1). Czas sedymentacji osadu granulowanego powoduje, że realizacja praktyczna tej technologii następuje w reaktorach o działaniu sekwencyjnym (SBR), które eliminują potrzebę oddzielnych osadników. W reaktorach sekwencyjnych z granulowanym osadem czynnym fazy ograniczone są do: napełniania, napowietrzania, sedymentacji i odprowadzania ścieków (równoczesnego z napełnianiem ich nocą porcją ścieków surowych) – rys. 2.
Technologia Nereda posiada cechy rozwiązania zrównoważonego, łączy bowiem efektywność ekonomiczną oczyszczania z korzyściami środowiskowymi (tablica]. Ekonomiczność rozwiązania związana jest z mniejszymi nakładami inwestycyjnymi oraz niskimi kosztami eksploatacyjnymi, a łatwość eksploatacyjna – ze zautomatyzowanym działaniem oraz zastosowaniem zintegrowanego układu sterującego i unikalnego kontrolera procesu. Istnieją również możliwości automatycznego lub zdalnego sterowania.
Należy dodać, że w Polsce prowadzone są głównie badania podstawowe nad granulowanym osadem czynnym, których wybrane przykłady podano w artykułach [4-6], chociaż występują przypadki wyhodowania osadu granulowanego głównie w instalacjach przemysłowych.
Rys. 2 Różnica między klasycznym osadem czynnym (A) i osadem granulowanym (B) (dzięki uprzejmości Uniwersytetu Technologicznego w Delft)
Oczyszczalnia ścieków Fregata w Rykach
Projekt: DHV Hydroprojekt Sp. z o.o.
Wykonawca: Skanska SA
Nadzór inwestycyjny: Ekoinwestycje Sp. z o.o.
Decyzja o zastosowaniu technologii Nereda w Rykach
Pod koniec 2010 r. zwiedziłem pierwszą pilotową instalację z technologią Nereda w holenderskim mieście Epe i spotkałem się na Uniwersytecie Technologicznym w Delft z prof. Markiem van Loosdrechtem – twórcą technologii, który przedstawił rezultaty swoich badań.
Technologia Nereda, którą opisałem w 2011 r. w [7], do tego stopnia zainteresowała mgr. inż. Marka Flasińskiego – ówczesnego prezesa Zarządu Przedsiębiorstwa Gospodarki Komunalnej i Mieszkaniowej (PGKiM) Sp. z o.o. w Rykach, że skontaktował się ze mną i po mojej pozytywnej ocenie odwiedził holenderską komunalną oczyszczalnię ścieków w Epe oraz podjął decyzję o zastosowaniu tej nowoczesnej technologii w Rykach. Miasto Ryki poszukiwało rozwiązania technologicznego spełniającego wymagania oczyszczania ścieków, a równocześnie o niskich nakładach inwestycyjnych i kosztach eksploatacyjnych, które można szybko zrealizować, wykorzystując część istniejących na terenie oczyszczalni obiektów. Technologia Nereda spełniała te warunki.
Tabl. Ogólne porównanie dwóch technologii [7]
Finansowanie i realizacja oczyszczalni
Projekt pt. „Rozbudowa, modernizacja oczyszczalni ścieków w Rykach” został przedłożony do finansowania w 2013 r. i uzyskał aprobatę. 18 października 2013 r. w siedzibie Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Lublinie odbyło się uroczyste wręczenie potwierdzenia instytucji pośredniczącej o przyznaniu dofinansowania. Projekt był współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Funduszu Spójności w ramach Programu Infrastruktura i Środowisko. Koszt projektu wyniósł ok. 18,67 mln PLN, a dofinansowanie – ok. 11,97 mln PLN.
Przetarg nieograniczony na roboty budowlane ogłoszono we wrześniu 2013 r. Realizacja obiektu w Rykach obejmowała okres od października 2013 r. do czerwca 2015 r.
24 czerwca 2015 r. PGKiM Sp. z o.o. zorganizowało konferencję z okazji uruchomienia oczyszczalni ścieków w Rykach, na której przedstawiono prace projektowe i budowlane oraz efekty ekologiczne, a także społeczne z uruchomionej inwestycji, na tle rysu historycznego PGKiM.
Należy podkreślić rolę mgr. inż. Marka Flasińskiego – ówczesnego prezesa zarządu PGKiM – w powstaniu inwestycji, podjął on nie tylko odważną decyzję o praktycznej realizacji tego projektu, ale też wystarał się o środki finansowe, przeprowadził udane przetargi i rozpoczął budowę. Uroczystości wbudowania kamienia węgielnego odbyły się 23 kwietnia 2014 r. Istotną rolę odegrał również mgr inż. Tomasz Pośpiech – obecny prezes Zarządu PGKiM (od stycznia 2015 r), który doprowadził do ukończenia inwestycji i osiągnięcia pożądanego efektu ekologicznego, co otworzyło drogę do dalszych zastosowań tej technologii w naszym kraju.
Rys. 3 Fazy w sekwencyjnym reaktorze z granulowanym osadem czynnym [7]
Oczyszczalnia Fregata z technologią Nereda
System kanalizacyjny miasta Ryki, doprowadzający ścieki do oczyszczalni Fregata, jest systemem rozdzielczym, o długości ok. 30 km. Do oczyszczalni dopływają ścieki bytowo-gospodarcze i ścieki przemysłowe z Polskiego Ogrodu „Hortex”. Miejscowa Spółdzielnia Mleczarska nie podłączyła się do „Fregaty” i zbudowała własną oczyszczalnię w technologii membranowej, co świadczy o tym, że nie mamy jeszcze właściwych rozwiązań prawnych dla koncepcji grupowych oczyszczalni.
Średni przepływ dobowy ścieków do „Fregaty” wynosi 3607 m3/d (przepływ dobowy maksymalny 5320 m3/d), a przepływ maksymalny godzinowy 430 m3/h, natomiast średni ładunek zanieczyszczeń (projektowany), wyrażony w równoważnej liczbie mieszkańców (RLM), wynosi 38 600.
Nowo wybudowana część oczyszczalni zajęła teren jednego ze stawów, po jego osuszeniu i wybagrowaniu, co nie ułatwiło jej realizacji. Przy rozbudowie i modernizacji oczyszczalni Fregata wykorzystano istniejące urządzenia do wstępnego oczyszczania, w postaci krat (6 mm), piaskownika, które dopiero w przyszłości zostaną zmodernizowane. Nowa część oczyszczalni obejmuje: zbiornik ścieków surowych, reaktory biologiczne i obiekty przeróbki osadów ściekowych (fot. 1-2).
Część biologiczna oczyszczalni ścieków, oparta na technologii Nereda, obejmuje dwa reaktory (typu SBR), pracujące przemiennie. Ponieważ każdy reaktor zasilany jest ściekami pięć razy na dobę porcją ścieków, daje to 10 zasileń ściekami w ciągu doby. Reaktory napowietrzane są za pomocą powietrza dostarczanego przez dwie dmuchawy (plus jedna rezerwowa), każda o mocy 45 kW. W reaktorach następuje usuwanie związków węgla, azotu i fosforu na drodze biologicznej za pomocą symultanicznych procesów utleniania, nityfikacji/denitryfikacji i defosfatacji.
Produkowane osady ściekowe kieruje się do zbiornika osadu nadmiernego (do którego się doprowadza powietrze z osobnej niewielkiej dmuchawy), a następnie do zagęszczacza grawitacyjnego, z którego kierowane są na prasę. Wielkość osadów z 60 m3/d zostaje zmniejszona do 10-12 m3/d. Osady, które mieszane są z wapnem, składowane są na składowisku i wykorzystywane przyrodniczo lub rolniczo, czemu sprzyja fakt, że oczyszczane ścieki bytowo-gospodarcze ze ściekami owocowo-warzywnymi nie zawierają metali ciężkich.
Fot. 1 Zbiornik retencyjny z pompownią główną (dzięki uprzejmości mgr. inż. T. Pośpiecha)
Uzyskane efekty ekologiczne
Oczyszczalnia ścieków Fregata osiąga wymagane efekty ekologiczne, ścieki oczyszczone spełniają bowiem wymogi dyrektywy 91/271/EWG w sprawie oczyszczania ścieków komunalnych oraz stosownego krajowego rozporządzenia Ministra Środowiska, do którego przetransponowano tę dyrektywę. Parametry oczyszczonych ścieków w kwietniu 2015 r. osiągnęły wartości lepsze niż wynikające z obowiązujących przepisów, a mianowicie: 5-dobowe biochemiczne zapotrzebowanie ścieków (BZT5) < 10 mg/dm3, chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) < 40 mg/dm3, zawiesina ogólna (Zog) < 10 mg/dm3, azot ogólny (Nog) < 6 mg/dm3, fosfor ogólny (Pog) < 0,6 mg/dm3.
Osiągnięcie powyższych parametrów oczyszczonych ścieków było możliwe już w połowie kwietnia 2015 r. dzięki wyhodowaniu, w czasie rozruchu, osadu granulowanego, zaczynając od początkowej temperatury ścieków w reaktorze 4oC w lutym 2015 r.
Fot. 2 Reaktory Nereda (dzięki uprzejmości mgr. inż. T. Pośpiecha)
Podsumowanie i wnioski
Technologia Nereda z granulowanym osadem czynnym to rozwiązanie stosunkowo proste, kompaktowe i łatwe w eksploatacji. Charakteryzuje się niskimi nakładami inwestycyjnymi i kosztami eksploatacyjnymi, a także, co szczególnie ważne, niskim zapotrzebowaniem na energię.
Technologia wyszła naprzeciw problemom pęcznienia osadu czynnego i za granicą była dotychczas stosowana głównie do oczyszczania ścieków przemysłowych, ale w ostatnich latach nastąpiły pierwsze jej wdrożenia do oczyszczania ścieków komunalnych.
Wstępne wyniki z działania oczyszczalni w Rykach wskazują, że technologia osiągnęła wymagany efekt ekologiczny. Konieczna jest jednak ocena jej działania w dłuższym okresie. Oczyszczalnia ścieków Fergata w Rykach stanowi obecnie obiekt referencyjny w kraju dla technologii Ne- reda. Oczyszczalnia stanowi również doskonały przykład zastosowania innowacyjnej technologii w ramach Krajowego Programu Oczyszczania Ścieków Komunalnych. Wszystkim, którzy przyczynili się do realizacji tej inwestycji, należą się gratulacje.
prof. Marek Gromiec
Wyższa Szkoła Ekologii i Zarządzania w Warszawie
Artykuł ukazał się w czasopiśmie „Gaz, Woda i Technika Sanitarna” nr 9/2015.
Piśmiennictwo
1. J.J. Beun i in., Aerobic granulation in a sequencing batch airlift reactor, „Water Research” 36/2002.
2. M.K. de Kreuk i in., Formation of aerobic granules and conversion process in an aerobic granlar sludge reactor at moderate and low temperatures, „Water Research” 39/2005.
3. M.K. de Kreuk, M.C.M. van Loosdrecht, Formation of aerobic granules with domestic sewage, „Journal Environmental Engineering” 6/2006.
4. I. Wojnowska-Baryła, A. Cydzik-Kwiatkowska, M. Szatkowski, Ł. Gutowski, Granulacja osadu czynnego w reaktorze SBR, „Biotechnologia” nr 1/2010.
5. J. Łuszczyn, M. Miąsik, J.A. Tomaszek, Wykorzystanie granulowanego osadu czynnego w procesach oczyszczania ścieków, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, „Budownictwo i Inżynieria Środowiska” nr 54, 4, 2011.
6. J. Czarnota, J.A. Tomaszek, M. Miąsik, M. Zdeb, Tlenowy osad granulowany – charakterystyka czynników wpływających na proces granulacji w sekwencyjnych reaktorach porcjowych, „Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury” nr 60, 3, 2013.
7. M.J. Gromiec, Nereda – innowacyjna technologia granulowanego osadu czynnego do oczyszczania ścieków przemysłowych i komunalnych, „Gaz, Woda i Technika Sanitarna” nr 5/2011.
