Sposoby usuwania zanieczyszczeń - uzdatniania wody

Pierwszym etapem oczyszczania ścieków jest oczyszczanie mechaniczne.
Podlegają jemu ciała nierozpuszczalne, czyli zanieczyszczenia zawieszone w wodzie. W oczyszczalniach mechanicznych wykorzystuje się procesy cedzenia, filtrowania, osiadania (sedymentacji) i wznoszenia (flotacji). W oczyszczalniach pierwszego stopnia usuwa się ze ścieków: większe ciała stałe, tzw. skratki; cząstki ziemiste, a przede wszystkim piasek; zawiesiny opadające, tj. osady wstępne; zawiesiny flotujące, tj. oleje i tłuszcze. W oczyszczalni pierwszego stopnia może być przeprowadzone odświeżanie ścieków, przez ich napowietrzanie w kanałach dopływowych, piaskownikach, wydzielonych częściach osadników wstępnych lub w specjalnych zbiornikach. W miarę potrzeby może być tu również wykonywane chlorowanie ścieków.

Wydzielanie ciał stałych
Do wydzielenia ze ścieków skratek służą przede wszystkim kraty i niekiedy sita. Kraty dzieli się na rzadkie, średnie i gęste oraz na oczyszczane ręcznie i oczyszczane mechanicznie. Wydzielone skratki przerabia się lub likwiduje przez kompostowanie, fermentację, spalanie lub rozdrabnianie i zawrócenie do dopływu ścieków. Mogą one być niekiedy przerabiane wspólnie z osadami ściekowymi. W przypadku niezbyt dużych ilości skratek można zastosować kraty koszowe z mechanicznym usuwaniem skratek. Do przeróbki skratek z dużych zespołów krat stosuje się rozdrabniarki wolnostojące lub zanurzone. Rozdrabniarki dzieli się na młotkowe, nożowe oraz wirowe. Sita dynamiczne znalazły praktyczne zastosowanie przy mechanicznym oczyszczaniu ścieków z ferm, fabryk celulozy i papieru oraz niektórych rodzajów ścieków z zakładu przemysłu spożywczego. Do oczyszczania niektórych ścieków przemysłowych i wydzielania części stałych z gnojownicy stosuje się sita statyczne, zwane popularnie sitami szczelinowymi albo szczelinowo – łukowymi.

Usuwanie ze ścieków zawiesin opadających
Zawiesiny drobne redukuje się w procesie sedymentacji. Rozróżnia się umownie zawiesiny opadanie ziarniste oraz kłaczkowate. Zawiesiny opadnie ziarniste opadają z jednakową prędkością i mogą spowodować powstanie cementujących powłok trudnych do usunięcia. Dużo zanieczyszczeń ziarnistych, określanych umownie jako piasek, zawierają ścieki miejskie oraz wody ściekowe z zakładów przemysłu rolno spożywczego. Do grupy zawiesin ziarnistych zalicza się również żużel, koksik, cząstki węgla oraz różne nasiona. Zawiesiny ściekowe kłaczkowate charakteryzuje niejednakowa prędkość opadania. Do osadów kłaczkowatych zalicza się na przykład wodorotlenek żelazowy, osad czynny oraz bardzo drobny miał węglowy. Do usuwania ze ścieków zawiesin ziarnistych służą piaskowniki, natomiast do wydzielania zawiesin kłaczkowatych – osadniki czyli odkryte zbiorniki. Zawiesiny osadzają się w zbiornikach pod wpływem własnego ciężaru.

Odtłuszczanie ścieków
Niektóre zanieczyszczenia można wydzielić ze ścieków przez ułatwienie im wypłynięcia na powierzchnię. Stąd w postaci kożucha mogą być łatwo usunięte. Dotyczy to tych zawiesin, których ciężar właściwy jest mniejszy od wody, a więc przede wszystkim tłuszczów i olejów. Zawiesiny tego rodzaju występują w ściekach z zakładów przemysłu wełnianego, wytwórni kleju, fabryk tłuszczów spożywczych, zakładów utylizacyjnych, rzeźni i przetwórni mięsnych, przetwórni rybnych, restauracji, pralni, warsztatów samochodowych, z zakładów petrochemicznych, petrochemicznych baz i stacji przechowywania oraz rozdziału produktów naftowych. Ogólną zasadą jest dążenie do usuwania tłuszczów i olejów w miejscu powstawania ścieków. Do wydzielania tłuszczów i olejów ze ścieków stosowane są odtłuszczacze. Zasada działania tych urządzeń polega na wykorzystaniu procesu wznoszenia, tzw. flotacji. Każdy zbiornik, w którym następuje zmniejszenie prędkości przepływu ścieków, może spełnić rolę odtłuszczacza. Odtłuszczacze możemy podzielić na: urządzenia działające bez udziału czynników wspomagających, określane potocznie jako łapacze lub separatory tłuszczów i olejów oraz na odtłuszczacze napowietrzne. Odtłuszczacze mogą być budowane jako jednokomorowe i wielokomorowe, o przepływie poziomym lub pionowym. Najprostsze urządzenia jednokomorowe są z zasady wmontowywane w system kanalizacji wewnętrznej obiektu. Odtłuszczacze o przepływie poziomym instalowane są na poszczególnych działach produkcji w celu odzyskania surowca. Ścieki zawierające tłuszcze są z łapaczy oddziałowych odprowadzane oddzielną wewnątrzzakładową siecią do odtłuszczaczy wielokomorowych.
Wstępne napowietrzanie ścieków

Jest to proces pomocniczy, którego zadaniem jest przygotowanie ścieków do dalszego oczyszczania lub bezpośredniego rolniczego wykorzystania. Dzięki wstępnemu napowietrzaniu wzmaga się flokulację zawiesin, usuwanie gazu, flotację tłuszczów i innych lekkich substancji, a przede wszystkim zwiększa się w ściekach ilość tlenu. Powietrze doprowadza się od dołu komór.

Biologiczne oczyszczanie ścieków w środowisku wodnym
Biologiczne sposoby oczyszczania ścieków polegają głównie na utlenianiu (spalaniu na mokro). Najistotniejsze znaczenie w tym procesie odgrywają bakterie tlenowe (aerobowe). Proces oczyszczania w warunkach tlenowych polega na zatrzymaniu przez powierzchnię mikroorganizmów zanieczyszczeń organicznych, rozpuszczonych lub koloidalnych, zawartych w ściekach. Mikroorganizmy te mogą występować jako skupisko w postaci błony biologicznej lub osadu czynnego. Część zatrzymanych ze ścieków zanieczyszczeń jest utleniana, w wyniku czego powstaje woda i dwutlenek węgla, pozostała część jest asymilowana i wykorzystywana do przyrostu żywej masy mikroorganizmów. Następnie część lub całość zsyntetyzowanej substancji żywej ulega autooksydacji. Biologiczne oczyszczanie ścieków odbywa się przy udziale enzymów wydzielonych przez mikroorganizmy biorące czynny udział w procesie oczyszczania. Najważniejszymi produktami procesów utleniania są bezwodniki kwasu węglowego, azotowego i siarkowego. Ponieważ ścieki zawierają dostateczną ilość związków zasadowych, bezwodniki tych kwasów wytwarzają sole rozpuszczalne: węglany, azotany i siarczany. Jedynie część dwutlenku węgla jako gaz pozostaje w roztworze lub z niego uchodzi. Podczas biologicznego oczyszczania ścieków rozkładowi ulega 45-80% zanieczyszczeń organicznych. Pozostała ilość substancji organicznych, organicznych postaci błony biologicznej ze złóż lub osadu czynnego, dostaje się do osadników wtórnych, wtórnych następnie przerabiana jest jako osad. W oczyszczalni biologicznej sztucznej w środowisku wodnym następuje nitryfikacja azotu – utlenienie N do organicznego NO3. Przy niedostatecznym zaopatrzeniu w tlen w procesie oczyszczania może nastąpić denitryfikacja, której wynikiem jest między innymi wydalanie gazowego azotu do atmosfery. Do degradacji organicznych osadów ściekowych i stężonych organicznych ścieków przemysłowych stosuje się metodę beztlenowego rozkładu biologicznego. Metoda ta, określana jest jako fermentacja anaerobowa lub metanowa. W procesie fermentacyjnym bierze tu udział bardzo różnorodna grupa drobnoustrojów, zdolnych do życia w warunkach beztlenowych.

Uzdatnianie wody i ścieków.
Uzdatnianie wody jest to poddawanie wody, pobieranej z dostępnego źródła naturalnego, określonym procesom w celu dostosowania jej jakości do wymagań stawianych wodzie do picia, wodzie do zasilania kotłów parowych i do różnych procesów technologicznych.

Uzdatnianie wody przeprowadza się w celu uwolnienia jej od zanieczyszczeń mechanicznych i koloidalnych oraz od zawartych w niej soli, a tym samym w celu zapobieżenia odkładaniu się kamienia kotłowego, porywaniu soli przez parę, korozji metali i zanieczyszczaniu materiałów poddanych obróbce w procesach.

Poddaje się zatem wodę surową procesom:
a) Fizykomechanicznym, tj.:
Klarowaniu, filtrowaniu, odgazowaniu, napowietrzaniu.
b) Fizykochemicznym, tj.:
Koagulacji, utlenianiu, odkwaszeniu, odmineralizowaniu, odżelazieniu, odmanganianiu, odbarwianiu, dezynfekcji.
c) Biologicznym, zachodzącym podczas powolnego filtrowania.

Uzdatnianie wody obejmuje właściwie procesy oczyszczania wody, jak również tzw. doczyszczania wody, tj.: polepszanie jej właściwości morfologicznych i fizycznych (temperatury, przezroczystości, barwy, zapachu, smaku, wyglądu klarowności). Nieodpowiedni smak zapach i barwę usuwa się przez: napowietrzanie przez rozpryskiwanie wody w powietrzu lub wtłaczanie do niej powietrza (w celu usunięcia H2S, CO2, soli, żelaza i manganu); chlorowanie (i ewentualnie następne odchlorowanie tiosiarczanem(VI) lub siarczanem (IV)sodu stosuje się w celu usunięcia m.in. fenoli, adsorpcję na filtrach z węglem aktywnym (w celu usunięcia wymienionych zanieczyszczeń oraz chloru, chloro fenoli, drobnoustrojów, glonów, ciał próchniczych). Zależnie od właściwości wody surowej i jej przeznaczenia dobiera się najwłaściwszy kompleksowy sposób uzdatniania wody.

Jednym z przykładów pozyskiwania dobrej wody pitnej może być proces desalinacji czyli odsalania wody morskiej.

Najpopularniejsza metoda desalinacji to destylacja, która znana jest ludziom od dawna.

Najprostszą destylarnię słoneczną można zbudować wznosząc szklaną kopułę nad wypełnionym słoną wodą basenem. Słońce ogrzewając wodę powoduje jej parowanie i skraplanie. Skroplona woda spływa po szkle do odpowiednich kanałów. Destylarnia o powierzchni 1m może dać 4-5 l słodkiej wody dziennie.

Do oczyszczania wody w dużych ilościach potrzebna jest znacznie większa destylarnia, w której najpierw podgrzewa się w zbiorniku pod ciśnieniem wodę do 100 C. Następnie przepływa ona do innej komory o niższym ciśnieniu i przekształca się w parę, która w zetknięciu z rurami doprowadzającymi zimną wodę morską skrapla się (destylacja rzutowa).
Nowocześniejszą i tańszą metodą odsalania wody jest odwrócona osmoza. Do jej przeprowadzenia używa się plastikowych membran z maleńkimi dziurkami, których wielkość dopuszcza przejście cząsteczek wody lecz zatrzymuje większe cząsteczki soli.

Desalinacja rozwiązuje problem zapotrzebowania na wodę w tych krajach, gdzie opady deszczu są niewielkie np. na Bliskim Wschodzie.
Jeden z największych zakładów do pozyskiwania wody pitnej ze słonej wody wybudowano w Bahrajnie. Wytwarza on 54 mln litrów słodkiej wody dziennie.
Do końca lat 80-tych działało na świecie 2200 zakładów odsalania. Woda w ten sposób uzyskana ma jednak wysoką cenę.

Wstępne uzdatnianie wód powierzchniowych
Metody wstępnego uzdatniania wody zabezpieczają stabilność parametrów tego surowca na wejściu do podstawowych urządzeń uzdatniających niezależnie od chwilowych lub sezonowych wahań jakości wody ujmowanej z rzek i jezior, np.:
· W przypadku planktonowych zakwitów wody wywołanych dopływem substancji biogennych
· Pogorszenie jakości ujmowanej wody w związku z nagłym przyborem wody w cieku lub z wtargnięciem
· Szkodliwych zanieczyszczeń w wyniku katastrofy lub awarii

Oczyszczanie wód obiegowych i zrzutowych z mycia, hydrorozładunku i hydrotransportu w przetwórstwie ziemniaczanym:

Zanieczyszczenie wód obiegowych i zrzutowych transportowo-myjących (WTM) powiązane jest ściśle z parametrami jakościowymi surowca (ziemniaków) tj. zawartością zanieczyszczeń glebowych, zdrowotnością kłębów (porażenie mokrą i suchą zgnilizną), a także rodzajem i stanem techiczno-ekploatacyjnym urządzeń pracujących dla potrzeb hydrotransportu.
Określono warunki mechanicznego, chemicznego i biologicznego oczyszczania ścieków zrzutowych oraz odnowy wody zawracanej do obiegu.

Oczyszczanie ścieków technologicznych z przemysłu skrobi oraz przerobu ziemniaków na susze spożywcze:

Ścieki technologiczne zarówno z przetwórstwa skrobiowego, jak i przerobu ziemniaków na susze spożywcze charakteryzują się wysoką zawartością substancji organicznych, a 70% ładunku zanieczyszczeń w obu rodzajach ścieków niesione jest w formie rozpuszczonej. Dodatkowo ścieki z produkcji suszy spożywczych charakteryzują się podwyższoną temperaturą w zakresie 37 - 40 st. C. Opracowano warunki tlenowego i beztlenowego biologicznego rozkładu zanieczyszczeń oraz podczyszczania ścieków przed podaniem na pola RWŚ.

Przygotowanie ścieków o wysokim stężeniu substancji organicznych do transportu komunalną siecią kanalizacyjną:

Uciążliwość ścieków przemysłu ziemniaczanego dla miejskiego systemu kanalizacyjnego wynika z zawartości zanieczyszczeń organicznych. Cukry i białka stanowią dogodną pożywką dla rozwoju drobnoustrojów wywołujących fermentację, której produkty mogą być powodem korozji urządzeń kanalizacyjnych i budowli sanitarnych i hydrotechnicznych.
Uwalniany ze ścieków miarko wodór, oprócz korozji kanałów może być przyczyną śmiertelnych zatruć pracowników obsługi, a nawet, poprzez przykanaliki penetrować do pomieszczeń innych użytkowników wspólnej sieci kanalizacyjnej. Sklei kowana skrobia może obrastać przewody kanalizacyjne. Ścieki zmieszane z wodami transportowo-myjącymi mogą również być przyczyną zatorów piaskowych w przewodach kanalizacyjnych. Określono warunki podczyszczania i odświeżania ścieków przemysłowych przed ich wprowadzeniem do wspólnej sieci kanalizacyjnej.

Metody niskonakładowej modernizacji układów technologicznych oczyszczania ścieków za pomocą osadu czynnego:

W zakresie modernizacji urządzeń tlenowego oczyszczania ścieków opracowano: metodę osadu czynnego w zastosowaniu do ścieków o wysokim stężeniu substancji organicznych w postaci technologii kaskadowego reaktora;
· Sposób adaptacji istniejących zbiorników na komory osadu czynnego zblokowane z osadnikami wtórnymi i komorami denitryfikacji bez mieszadeł
· Sposób usuwania produktów syntezy biomasy planktonowej ze stawów ściekowych glonowych i rybnych
· Sposób usuwania nadmiernego osadu czynnego z reaktora SBR