Przydomowe oczyszczalnie ścieków na terenach wiejskich – cz. II

Drenaż rozsączający stanowi układ podziemnych drenów, wprowadzających ścieki mechanicznie oczyszczone w osadniku gnilnym do gruntu. Dreny umieszczone są w rowach wypełnionych specjalnie dobranym materiałem filtracyjnym (piaskiem grubym i tłuczniem o średnicy np. 2–6 cm). Całość przykryta jest warstwą gleby. W tab. podano podstawowe wytyczne do projektowania systemów z drenażem rozsączającym według normy DIN 4261 oraz [1], a na rys. 1 i 2 przedstawiono przykładowy schemat technologiczny oraz przekrój poprzeczny przydomowej oczyszczalni ścieków z drenażem rozsączającym.

Rys. 1 Schemat przydomowej oczyszczalni ścieków z drenażem rozsączającym

Systemy z drenażem rozsączającym. Są to najczęściej stosowane przydomowe oczyszczalnie ścieków w Polsce. Według [3] systemy te w naszym kraju stanowią około 63% rozwiązań, natomiast z ankiety przeprowadzonej w 2011 r. w 70 gminach woj. lubelskiego wynika, że wśród dotychczas wybudowanych oczyszczalni przydomowych systemy z drenażem rozsączającym stanowiły 71% [4]. Do takiej sytuacji przyczynia się fakt, że głównym kryterium przy wyborze rozwiązania technologicznego przydomowej oczyszczalni w gminach są koszty inwestycyjne. Oczyszczalnię z drenażem rozsączającym dla jednego domu można wybudować już za kilka tysięcy złotych. W niewielkim stopniu zwraca się natomiast uwagę na to, aby wybrane rozwiązanie spełniało inne kryteria zgodne z podstawowymi zasadami zrównoważonego rozwoju wskazanymi przez [5].

Technologia oczyszczania ścieków przy wykorzystaniu drenaży rozsączających była bardzo propagowana 20 lat temu, głównie we Francji [6], jednak tam, gdzie wybudowano i eksploatowano tzw. oczyszczalnie drenażowe, stwierdzono, że jakość wód podziemnych uległa znacznemu pogorszeniu. We Francji likwidowano obiekty tego typu i wprowadzono zakaz budowy nowych [7]. W 2002 r. również w Niemczech stwierdzono, że przydomowe oczyszczalnie oparte na zastosowaniu drenażu rozsączającego poprzedzonego tylko osadnikiem gnilnym nie odpowiadają „aktualnemu stanowi techniki”, gdyż w czasie ich eksploatacji nie ma możliwości kontroli paramet-rów ścieków oczyszczonych [3].

Rys. 2 Drenaż rozsączający – przekrój poprzeczny [1]

Rys. 3 Schemat przydomowej oczyszczalni ścieków z filtrem piaskowym

Ostatnio w Polsce trwa dyskusja, czy drenaże rozsączające zapewniają oczyszczanie, czy tylko odprowadzanie nieoczyszczonych ścieków do gleby [8, 9]. Zdaniem autora w najbliższych latach w Polsce należałoby wprowadzić zakaz lub ograniczenie stosowania przydomowych oczyszczalni z drenażem rozsączającym, gdyż odprowadzają one jedynie ścieki mechanicznie oczyszczone, a zasoby wodne w naszym kraju są bardzo niewielkie. Brak kontroli pracy oczyszczalni drenażowych, jak również badań jakości wód podziemnych w gminach, w których oczyszczalnie drenażowe są stosowane na szeroką skalę, w niedługim czasie może doprowadzić do znacznej degradacji jakości wód. Oczywiście nie należy całkowicie wykluczać stosowania systemów drenażowych, gdyż mogą one być wykorzystywane jako końcowy element oczyszczalni biologicznej, zapewniający odprowadzenie ścieków biologicznie oczyszczonych do ziemi.

Rys. 4 Filtr piaskowy (z pionowym przepływem) – przekrój poprzeczny [11]

Filtry piaskowe. Budowa przydomowych oczyszczalni ścieków z filtrem piaskowym jest bardzo podobna do systemów z drenażem rozsączającym. W filtrach piaskowych oprócz rur drenażowych doprowadzających ścieki mechanicznie oczyszczone na określonej głębokości instalowany jest drenaż zbierający ścieki biologicznie oczyszczone, które poprzez studzienkę kontrolną są odprowadzane do ziemi lub wód powierzchniowych (rys. 3, 4). Filtry piaskowe są ponadto odizolowane od naturalnego gruntu nieprzepuszczalną geomembraną o grubości w zakresie  0,5–1,0 mm. Czasami jako ich uszczelnienie stosuje się także grunty trudno przepuszczalne, np. gliniaste. Filtry piaskowe mogą być budowane jako systemy z pionowym lub poziomym przepływem ścieków. Do ich wypełnienia najczęściej stosuje się żwir lub piasek, przy czym zaleca się stosowanie warstwy filtracyjnej o głębokości 0,6–1,0 m. Ścieki do filtrów piaskowych powinny być doprowadzane w sposób cykliczny (4–8 razy na dobę). Dopuszczalne obciążenie hydrauliczne pionowych filtrów piaskowych może wynosić 40 dm³/m²?d-1 [10].

Rys. 5 Schemat przydomowej oczyszczalni ścieków z osadem czynnym

Filtry piaskowe są znacznie lepszym rozwiązaniem technologicznym niż drenaże rozsączające, gdyż gwarantują około 70-procentową skuteczność usuwania zawiesiny ogólnej oraz około 83–90-procentową eliminację zanieczyszczeń organicznych (BZT5 i ChZT). Charakteryzuje je natomiast niewielka – około 51% – efektywność usuwania fosforu ogólnego [12]. Systemy tego typu w niewielkim stopniu usuwają również azot ogólny.

W Polsce filtry piaskowe stosowane są głównie na terenach o gruntach nieprzepuszczalnych (gliniastych lub ilastych) oraz na obszarach o płytkim zaleganiu wód gruntowych. Wtedy koniecznie powinny być one instalowane w specjalnym kopcu. Czasami stosuje się je również na gruntach bardzo przepuszczalnych – np. pokrytych wapiennymi skałami szczelinowymi lub żwirem.

Oczyszczalnie z osadem czynnym.  Osad czynny tworzą skupiska mikroorganizmów, które przy odpowiedniej podaży tlenu mają zdolność mineralizacji substancji organicznej zawartej w ściekach. Dzięki zastosowaniu osadu czynnego i stworzeniu przemiennie warunków tlenowych, niedotlenionych i beztlenowych można bardzo skutecznie usuwać zarówno związki węgla, jak również związki biogenne – azot i fosfor.

Rys. 6 Komora napowietrzania zintegrowana z osadnikiem wtórnym – przekrój (źródło: Polski Klub Ekologiczny, 2008)

Popularność metody oczyszczania ścieków za pomocą osadu czynnego, stosowanej w dużych oczyszczalniach ścieków, sprawiła, że od wielu lat w Polsce zaczęto tworzyć miniaturki tego typu obiektów. Obecnie na polskim rynku wiele firm oferuje przydomowe oczyszczalnie ścieków z osadem czynnym – głównie niskoobciążonym. Pierwszym elementem systemów tego typu powinien być osadnik gnilny, chociaż produkowane i instalowane są również oczyszczalnie z osadem czynnym pozbawione klasycznego osadnika. Dotychczasowe wieloletnie badania wykazały jednak, że brak osadnika przyczynia się do niewłaściwej pracy przydomowych oczyszczalni z osadem czynnym [13, 14].

Podstawowym elementem oczyszczalni z osadem czynnym jest komora napowietrzania zintegrowana z osadnikiem wtórnym (rys. 5, 6).

W celu prawidłowego funkcjonowania oczyszczalni z osadem czynnym niezbędne jest zapewnienie okresowego dopływu tlenu, który dostarczany jest za pomocą dyfuzora, znajdującego się na dnie komory napowietrzania oraz przy wykorzystaniu specjalnej dmuchawy. W przydomowych oczyszczalniach ścieków najczęściej zastosowanie znajdują dyfuzory dyskowe oraz dmuchawy membra­nowe (zazwyczaj o mocy od 20 do 120 W). Doprowadzanie tlenu do komory napowietrzania umożliwia unoszenie się kłaczków osadu czynnego oraz zapewnia stały kontakt między dopływającymi ściekami a mikroorganizmami rozkładającymi zanieczyszczenia w nich zawarte (rys. 6).

Fot. Przydomowa oczyszczalnia z osadem czynnym (fot. autor)

Obecnie produkowane i montowane są przydomowe oczyszczalnie z osadem czynnym z cyklicznym napowietrzaniem (od kilku do kilkunastu godzin na dobę) oraz z napowietrzaniem ciągłym (24 godziny na dobę). W urządzeniach z napowietrzaniem ciągłym możliwa jest skuteczna eliminacja zanieczyszczeń organicznych, natomiast systemy z napowietrzaniem cyklicznym umożliwiają również usuwanie związków biogennych (azotu i fosforu).

Ostatnim elementem oczyszczalni z osadem czynnym jest osadnik wtórny, oddzielający osad od oczyszczonych ścieków. Część osadu czynnego zatrzymanego w osadniku wtórnym jest zawracana do komory osadu czynnego w celu zapewnienia stałej koncentracji biomasy w komorze, reszta jest natomiast usuwana z układu do osadnika gnilnego jako tzw. osad nadmierny, przyrosły w wyniku rozmnażania się organizmów. Do recyrkulacji osadu w omawianych obiektach stosuje się najczęściej pompy podnośnikowe powietrzne, które współpracują z dmuchawą membranową. Przykładową oczyszczalnię przydomową z osadem czynnym przedstawiono na fot. niżej.

Tab.  Podstawowe wytyczne projektowania systemów z drenażem rozsączającym

Dotychczasowe badania przydomowych oczyszczalni z osadem czynnym w warunkach Polski wykazały, że gwarantują one eliminację zanieczyszczeń organicznych (BZT5 i ChZT) w zakresie 71–87% oraz zawiesin ogólnych w granicach 72–85%. Systemy te zapewniają także usuwanie azotu ogólnego na poziomie 42–67%, a fosforu w zakresie 39–63%. Prace [15, 16] wykazały, że przydomowe oczyszczalnie z osadem czynnym przez około 242 dni w roku zapewniają wymaganą skuteczność usuwania zawiesiny ogólnej, natomiast wymogi odnośnie do odpowiedniego poziomu redukcji BZT5 i ChZT spełniane są przez 262 i 341 dni w roku. Z analizy statystycznej wynika, że przydomowe oczyszczalnie z osadem czynnym charakteryzuje 66-procentowa niezawodność działania w zakresie usuwania zawiesiny ogólnej, natomiast niezawodność ich pracy w przypadku redukcji BZT5 i ChZT wynosi odpowiednio 72 i 93% [16].

Mimo iż przydomowe oczyszczalnie z osadem czynnym charakteryzują się zazwyczaj dostateczną skutecznością działania, ich istotną wadą jest duża wrażliwość na nierównomierności dopływu ścieków oraz ich składu. Obiekty tego typu nie są również odporne na okresowe braki prądu (przerwy w pracy pompy i dmuchawy napowietrzającej). Poza tym proces oczyszczania ścieków w technologii osadu czynnego jest bardzo wymagający w użytkowaniu i wymaga ciągłego nadzoru przez odpowiedniego specjalistę.

dr hab. Krzysztof Jóźwiakowski

Katedra Melioracji i Budownictwa Rolniczego

Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie

Bibliografia

1. Z. Heidrich, Przydomowe oczyszczalnie ścieków. Poradnik, Centralny Ośrodek Informacji Budownictwa, Warszawa 1998.

2. DIN 4261 Kleinklaranlagen, Juni 1994.

3. R. Błażejewski, Aktualny status przydomowych oczyszczalni ścieków i perspektywy ich rozwoju, „Wodociągi – Kanalizacja” nr 1/2005.

4. K. Jóźwiakowski, A. Pytka, M. Marzec, M. Gizińska, J. Dąbek, B. Głaz, A. Sławińska, Rozwój infrastruktury wodno-ściekowej w województwie lubelskim w latach 2000–2011, Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, PAN Oddz. w Krakowie, 2012.

5. Z. Mucha, J. Mikosz, Racjonalne stosowanie małych oczyszczalni ścieków z uwzględnieniem kryteriów zrównoważonego rozwoju, Czasopismo Techniczne. Środowisko, Wyd. Politechniki Krakowskiej, R. 106, z. 2-Ś, 2009.

6. Francuskie Ministerstwo Ochrony Środowiska, Asenizacja indywidualna, Zeszyty Techniczne nr 1, Wyd. Biuro Współpracy Polsko-Francuskiej w Dziedzinie Ochrony Środowiska, 1993.

7. R. Malarski, Oczyszczalnie roślinne – alternatywa dla twardych technologii, 2000. http://www.ekofil.gdynia.pl/Oczyszczalnie_roslinne_jako_alternatywna_technologia.html

8. A. Jucherski,  A. Walczewski, Drenaże rozsączające. Oczyszczanie czy odprowadzanie nieoczyszczonych ścieków do gleby, „Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie” nr 3(390)/2001.

9. J. Paluch, K. Pulikowski, Wybrane problemy związane z budową zagrodowych oczyszczalni ścieków z drenażem rozsączającym, „Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie”, z. 4, 2004.

10. R. Błażejewski, Kanalizacja wsi, PZIiTS, Oddz. Wielkopolski, Poznań 2003.

11. Fundacja Wspomagania Wsi, Przydomowe oczyszczalnie ścieków. Poradnik dla mieszkańców wsi, 2003.

12. K. Chmielowski, R. Śliwowski, K. Pęgiel, Ocena działania przydomowej oczyszczalni ścieków z filtrem piaskowym o przepływie poziomym, Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, PAN Oddz. w Krakowie, nr 2/2011.

13. M. Marzec, K. Jóźwiakowski, Wstępna analiza funkcjonowania małej oczyszczalni ścieków ze złożem biologicznym, Zeszyty Naukowe AR w Krakowie, seria „Inżynieria Środowiskowa”, z. 28, 2006.

14. M. Marzec, K. Jóźwiakowski, Skuteczność usuwania zanieczyszczeń w hybrydowej oczyszczalni ścieków typu TRYBIO – badania wstępne, „Gaz, Woda i Technika Sanitarna” nr 10/2011.

15. P. Bugajski, R. Śliwowski, Przydomowe kontenerowe oczyszczalnie jako uzupełniający element systemu unieszkodliwiania ścieków w gminie Pałecznica, Zeszyty Naukowe AR w Krakowie, seria „Inżynieria Środowiskowa”, z. 24, 2003.

16. P. Bugajski, A. Wałęga, Ocena niezawodności działania przydomowej oczyszczalni ścieków, „Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich” nr 2/2010, PAN Oddz. w Krakowie.