Gospodarka odpadami w oczyszczalni ścieków. Cz. II – Skratki

Od 1 stycznia 2016 r. obowiązuje zakaz deponowana na składowiskach odpadów wysokokalorycznych. Dotyczy on również wszystkich odpadów powstających podczas mechanicznego oczyszczania ścieków. Aktualnie przepisy dopuszczają trzy podstawowe metody zagospodarowania odpadów powstających w oczyszczalniach ścieków: odzysk z wykorzystaniem na powierzchni ziemi (po uprzednim ustabilizowaniu), termiczne przekształcenie w spalarniach lub współspalarniach, a także poddanie odzyskowi w kompostowniach i biogazowaniach. W niniejszym artykule zaprezentowane zostaną technologie przeróbki i unieszkodliwiania skratek.

Skratki to odpady powstające podczas mechanicznego oczyszczania ścieków na kratach i sitach^{1, 2}. Są klasyfikowane jako odpady ulegające biodegradacji inne niż komunalne. Ze względu na źródło pochodzenia, można je zaliczyć do grupy 19 – odpady z instalacji i urządzeń służących zagospodarowaniu odpadów, z oczyszczalni ścieków oraz z oczyszczania wody do picia i do celów przemysłowych³. Oznaczane są kodem 19 08 01.

Ile mamy skratek?

Ilość skratek wydzielanych ze ścieków podczas ich oczyszczania może być zróżnicowana i zależy m.in. od rodzaju kanalizacji, rodzaju i ilości ścieków, nawyków mieszkańców odprowadzających ścieki do kanalizacji, a także rodzaju zainstalowanych w oczyszczalni urządzeń (kraty, sita, mikrosita itp.)^{2, 4}.

Według różnych źródeł ilości skratek wydzielanych ze ścieków mogą mieścić się w zakresie od 3,5 do nawet 80 dm³/1000 m³ ścieków^{5, 6}. Niektórzy badacze podają, że na kratach o prześwicie poniżej 10 mm wydzielanych jest 40 dm³ skratek/1000 m³ ścieków, a na kratach o prześwicie 40-50 mm zatrzymywanych jest <20 dm³/1000 m³ ścieków⁷. Kraty i sita gęste (o prześwicie lub średnicy oczek 2-6 mm) pozwalają na usunięcie ze ścieków nie tylko zanieczyszczeń wleczonych, ale także zawiesin⁸. Ilość usuwanych zawiesin może sięgać do 50% ilości dopływającej w ściekach surowych. W ciągu roku w poszczególnych oczyszczalniach powstaje od kilku do kilkuset ton skratek⁹.

Skratki zawierają przede wszystkim frakcję drobną, odpady spożywcze i inne odpady organiczne oraz papier. Ponadto w ich składzie można znaleźć do 18% tworzyw sztucznych, do 26% materiałów tekstylnych oraz niewielkie ilości pozostałych odpadów mineralnych (tab. 1). Nie zawierają natomiast szkła oraz metali. Co istotne, w skratkach występują duże stężenia związków organicznych. Są one wymywane podczas, często stosowanego w oczyszczalniach, przemywania i prasowania skratek. Niestety, dane odnośnie podatności wymytych związków organicznych na rozkład biologiczny, a także zawartości w nich związków biogennych i innych zanieczyszczeń są nieliczne i bardzo zróżnicowane.

Niektórzy autorzy¹⁰ wskazują, że ok. 15% całkowitego ChZT w cieczach z przemywania skratek stanowią związki łatwo podatne na rozkład biologiczny. Ponad połowę związków organicznych w tych cieczach to – ich zdaniem – związki trudno rozkładalne i nierozkładalne (rys. 1). Według innych źródeł^{11, 12} związki organiczne znajdujące się w cieczach z przemywania skratek są co najmniej średnio podatne na rozkład biologiczny. Na przykład według Wiśniowskiej¹¹, udział związków organicznych łatwo podatnych na rozkład biologiczny stanowi ok. 50%. W badaniach przeprowadzonych przez tę autorkę wykazane zostało ponadto, że wprowadzenie do układu osadu czynnego cieczy z przemywania skratek nie powodowało statystycznie istotnego obniżenia szybkości rozkładu związków organicznych, w porównaniu z układem zasilanym wyłącznie ściekami, nawet wówczas, gdy do osadu czynnego dozowano wyłącznie ciecze z przemywania skratek (rys. 2).

Tab. 1. Porównanie składu skratek i zmieszanych odpadów komunalnych^{10, 13, 14}

Rys. 1. Procentowy udział frakcji ChZT w odciekach powstających w wyniku płukania skratek¹⁰

Rys. 2. Wpływ domieszki cieczy z przemywania skratek na szybkość rozkładu zanieczyszczeń organicznych w procesie osadu czynnego¹¹

Oprócz związków organicznych skratki zawierają także związki azotu, przy czym dominującą formą jest azot organiczny (tab. 2). Udział związków azotu, nawet w obrębie jednej oczyszczalni ścieków, może charakteryzować się dużą zmiennością.

Tab. 2. Wybrane właściwości fizyczno-chemiczne skratek z oczyszczalni Pukekohe¹⁵

1) podane wartości odnoszą się do masy uwodnionych skratek

Badania odnośnie stężeń związków azotu w cieczach powstających w wyniku płukania skratek są nieliczne. Według Wiśniowskiej¹¹, stężenie azotu ogólnego Kjeldahla wyniosło do 28,12 mg N/dm³, azotu amonowego natomiast do 22,5 mg N-NH4+/dm³ (tab. 3). Stężenie fosforanów było niższe niż związków azotu. Stężenia związków azotu oraz związków organicznych w cieczach z płukania skratek są znacząco niższe niż w cieczach osadowych z odwadniania osadów ściekowych, przy porównywalnym stężeniu związków fosforu. W cieczach nadosadowych, zawierających duże stężenia zawiesin, stężenie związków fosforu może być większe niż podane w tab. 3.

Tab. 3. Wybrane właściwości fizyczno-chemiczne odcieków z płukania skratek w warunkach technicznych^{11, 16, 17}

Ciecze z przemywania skratek nie powodowały istotnego statystycznie obniżenia szybkości nitryfikacji (rys. 3).

Rys. 3. Wpływ domieszki cieczy z przemywania skratek na szybkość nitryfikacji w procesie osadu czynnego¹¹

Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że wprowadzanie do układu technologicznego cieczy z płukania skratek nie powinno negatywnie oddziaływać na proces osadu czynnego.

Przemywanie skratek

Przemywanie skratek ułatwia ich dalsze zagospodarowanie, gdyż ogranicza ich uciążliwość odorową związaną z zagniwaniem związków organicznych18. Wskutek płukania o ok. 90% obniża się bowiem zawartość związków odorotwórczych^{5, 12}. Skratki są odpadem niebezpiecznym sanitarnie ze względu na skażenie organizmami patogennymi, jak Salmonella sp., Yersinia enterocolityca, Aspergillus fumigatus, Klebsiella sp., Shigella sp.^{10, 18}. Zarówno skratki nie poddane przemywaniu i prasowaniu, jak i te przemywane zawierają zbyt duże ilości odpadów organicznych, aby mogły być bezpośrednio deponowane na składowisku odpadów, nie mogą być także składowane ani zakopywane na terenie oczyszczalni ścieków.

W przypadku, gdy skratki nie są przepłukiwane, możliwe jest ich rozdrabnianie i wprowadzanie do głównego ciągu technologicznego oczyszczalni. Rozwiązanie takie stosowane jest we Francji oraz USA, gdzie w kanałach ściekowych montowane są rozdrabniarki, a rozdrobnione skratki podawane są do komór osadu czynnego². Rozwiązanie to nie jest stosowane w Polsce, co należy uznać za dobrą praktykę, ze względu na możliwość uszkodzenia mieszadeł, dyfuzorów oraz innych urządzeń mechanicznych w oczyszczalni.

Sposoby unieszkodliwiania skratek

Z uwagi na zmienność i różnorodność składu oraz obecność substancji balastowych, problematyczne jest kompostowanie lub fermentacja skartek. Ze względu na podobieństwo właściwości skratek oraz odpadów komunalnych możliwa jest ich wspólna stabilizacja. Koszt kompostowania tony odpadów wynosi 100-130 zł, natomiast fermentacji metanowej 120-150 zł¹⁹. Fermentacja metanowa skratek wymaga ich wstępnej homogenizacji²⁰. Produkcja biogazu w procesie fermentacji skratek wynosi >0,5 m³/kg s.m.o.^{11, 12}, przy zawartości metanu 58-72%. Uzyskiwane parametry są więc porównywalne do osiąganych dla odpadów komunalnych. W świetle obowiązujących przepisów, istotnym problemem jest natomiast wykorzystanie powstającego nawozu organicznego.

Termiczne przekształcanie jest najdroższą metodą unieszkodliwiania skratek. Koszt spalania tony skratek jest ok. pięciokrotnie wyższy niż ich składowania¹⁹. Jednakże ta metoda unieszkodliwiania będzie znajdowała coraz szersze zastosowanie, ze względu na zakaz deponowania skratek na składowiskach i problemy ze zbytem nawozu organicznego, powstającego w procesach stabilizacji biochemicznej.

Zawartość części palnych w skratkach wynosi 76,5-91,8%, a ich ciepło spalania – 17308-25655 kJ/kg s.m. Jest to wartość porównywalna do surowych osadów ściekowych (16750-17170 kJ/kg s.m.) i wyższa od tej, którą charakteryzują się osady przefermentowane (ok. 10470 kJ/kg s.m.)¹⁹.

Obecnie najbardziej uniwersalnym sposobem unieszkodliwiana odpadów powstających podczas oczyszczania mechanicznego ścieków jest spalanie. Jest to metoda zalecana do stosowania w Krajowym Planie Gospodarki Odpadami²¹. Jest to jednak metoda najbardziej kosztowna i powinna znajdować zastosowanie tylko wówczas, gdy brakuje innych alternatyw, jak np. w przypadku skratek lub osadów ściekowych zanieczyszczonych metalami ciężkimi.

W przypadkach, gdy jest to możliwe ze względu na jakość powstającego produktu, zaleca się metody biologiczne, jako bardziej korzystne ekonomicznie i przyjazne dla środowiska, szczególnie w kontekście obiegu związków biogennych, w tym fosforu. Problematyczne jest stosowanie metod biologicznych w przypadku skratek, ze względu na dużą ilość substancji balastowych oraz zróżnicowanie ich składu.

Źródła:

1. Heidrich Z., Witkowski A.: Urządzenia do oczyszczania ścieków. Warszawa 2005.
2. Cywiński B. i in.: Oczyszczanie ścieków. Oczyszczanie mechaniczne i chemiczne, Warszawa 1983.
3. Rozporządzenie Ministra Środowiska z 27 września 2001 r. w sprawie katalogu odpadów (DzU nr 112, poz. 1206).
4. Malej J.: Odpady i osady ściekowe. Charakterystyka – unieszkodliwianie – zagospodarowanie. Koszalin 2004.
5. Qasim S.R.: Wastewater Treatment Plants. Planning, Design and Operation. Boca Raton 1999.
6. Turowskiy I.S., Mathai P.K.: Wastewater sludge processing, John Wiley & Sons Inc., Hoboken New Jersey 2006.
7. Dymaczewski Z., Oleszkiewicz A.J., Sozański M.M.: Poradnik eksploatatora oczyszczalni ścieków. Poznań 1997.
8. Fine screens. http://www.infobarscreens.com/fine-screens.htm.
9. Bączalska D.: Ocena możliwości składowania skratek pochodzących z grupowej oczyszczalni we Włocławku na miejskim wysypisku komunalnym. Osady ściekowe w praktyce. Częstochowa 1998.
10. Fudala-Książek S., Boguski A.: Ocena jakości skratek i zawiesiny mineralnej z oczyszczalni ścieków w aspekcie ich unieszkodliwiania. „Gaz, Woda i Technika Sanitarna” 5/2008.
11. Wiśniowska E.: Zntegrowane systemy przeróbki odpadów w oczyszczalniach ścieków. Częstochowa 2016 (w druku).
12. Woźniak-Vecchie R.: Oczyszczanie ścieków. Co z tymi skratkami? „Magazyn Instalatora” 3/2012.
13. Żygadło M.: Gospodarka odpadami komunalnymi. Kielce 2002.
14. Rosik-Dulewska C.: Podstawy gospodarki odpadami. Warszawa 2008.
15. Koppel J.: Composting of sewer screenings. http://www.wasteminz.org.nz/wp-content/uploads/Composting-of-Sewer-Screenings.pdf.
16. Zekker I. i in.: Anammox enrichment from reject water on blank biofilm carriers and carriers containing nitrifying biomass: operation of two moving bed biofilm reactors (MBBR). „Biodegradation” 4/2012.
17. Liebig T. i in.: Nitrification performance and nitrifier community composition of a chemostat and a membrane-assisted bioreactor for the nitrification of sludge reject water. „Bioprocess and Biosystems Engineering” 4/2001.
18. Michalkiewicz M.: Emisja drobnoustrojów i odorów. „Wodociągi-Kanalizacja”. 7/2004.
19. Rosik-Dulewska C.: Biotechnologie w gospodarce odpadami organicznymi. Materiały VII Ogólnopolskiej Konferencji Naukowej Kompleksowe i Szczegółowe Problemy Inżynierii Środowiska. Darłówko 2007.
20. Stella Cadavid-Rodriguez L, Horan N.J.: Production of volatile fatty acids from wastewater screenings using a leach-bed reactor. „Water Research” 60/2014.
21. Krajowy Plan Gospodarki Odpadami 2014 (MP z 2010 r. nr 101, poz. 1183).

fot. na otwarcie sozosfera.pl