envelope redakcja@polskiinstalator.com.pl home ul. Wąski Jar 9
02-786 Warszawa

Advertisement










18Trudno dziś wyobrazić sobie budowę nowoczesnego domu bez wykorzystania technologii przyjaznych środowisku. Coraz więcej budynków jest wyposażonych w mikroinstalacje fotowoltaiczne i coraz więcej osób korzysta z zasobów energii zgromadzonej w gruncie i powietrzu, montując gruntowe lub powietrzne pompy ciepła. Rośnie też zainteresowanie systemami małej retencji w postaci zbiorników podziemnych lub naziemnych (nie chodzi oczywiście o tzw. oczka wodne) oraz autonomicznymi rozwiązaniami w zakresie oczyszczania ścieków. I właśnie ten ostatni temat opiszę szerzej w artykule.

Trendy związane z ochroną środowiska naturalnego, oszczędnością energetyczną i pozyskiwaniem energii ze źródeł odnawialnych dotyczą również rynku małych oczyszczalni ścieków. Rośnie zainteresowanie wpisującymi się w to technologiami (choć nie zawsze są to nowości). W artykule będzie zatem mowa o mikroinstalacjach, ale… przede wszystkim efektywnego oczyszczania ścieków bytowo-gospodarczych bez użycia energii elektrycznej. Zaprezentuję kilka różnych rozwiązań pasywnych. Na czasie będą też mikroinstalacje PV dedykowane do oczyszczalni o małym poborze prądu, którym dodatkowo poświęcę uwagę.

Oczyszczalnie pasywne ze złożem biologicznym zraszanym
Pasywne biologiczne oczyszczalnie ścieków ze złożem biologicznym zraszanym charakteryzują się brakiem poboru energii elektrycznej, a co za tym idzie – niskim kosztem utrzymania. Jednocześnie gwarantują one równie wysoką skuteczność oczyszczania jak oczyszczalnie mechaniczno-biologiczne, które potrzebują prądu do swojej pracy.
Zazwyczaj cechują się niezawodnością, prostą budową oraz wykorzystaniem elementów, które są ogólnie dostępne. Można powiedzieć, że jest to idealne rozwiązanie dla osób, które nie przepadają za skomplikowanymi systemami elektronicznymi stosowanymi do sterowania pracą oczyszczalni.
Przykładem takich rozwiązań będą oczyszczalnia Smart Flow polskiego producenta AQT Water, oczyszczalnia Monobloc luksemburskiej firmy Biorock oraz systemy EcoFlo i Epurfix produkowane przez Premier Tech Aqua.

Budowa kompaktowych oczyszczalni pasywnych.
Wszystkie wymienione oczyszczalnie zbudowane są z osadnika wstępnego oraz bioreaktora pasywnego, w którym przepływ ścieków od momentu dopływu do osadnika do odpływu z oczyszczalni realizowany jest w sposób grawitacyjny. Żadna nie wymaga zasilania energią elektryczną do prowadzenia procesów oczyszczania. Rozwiązania te pracują w technologii złóż biologicznych zraszanych, wykorzystując odpowiedni materiał jako podłoże złoża biologicznego. W przypadku oczyszczalni Smart Flow czy Monobloc jest to specjalna wełna mineralna i kształtki tworzywowe stanowiące część napowietrzaną złoża, natomiast w EcoFlo i Epurfix wypełnienie stanowi filtr kokosowy.19

Wypełnienie kokosowe jest materiałem naturalnym, który powstaje z odpadów kokosowych. Włókna i granulat kokosowy mają dużą powierzchnię właściwą i dobre właściwości filtracyjne. Z kolei wypełnienie biofiltracyjne z wełny mineralnej to odpowiedniej wielkości kostki. Materiał ten, podobnie jak włókna kokosowe, ma bardzo dużą powierzchnię właściwą, która jest doskonałym podłożem dla rozwoju błony biologicznej, gdzie żyją mikroorganizmy odpowiedzialne za usuwanie zanieczyszczeń ze ścieków. Wełna mineralna ma właściwości kapilarne, co nie pozwala przesączającej się cieczy na przepływ ze zbyt dużą prędkością i zapobiega wytworzeniu się ścieżek szybkiej migracji cieczy w dół złoża biologicznego. Właściwości kapilarne wełny mineralnej umożliwiają też długie utrzymywanie wilgoci podłoża, co jest bardzo korzystne dla mikroorganizmów. Cecha ta pozwala jednocześnie na pozostawienie oczyszczalni bez dopływu świeżych ścieków przez długi okres.

20

! Złoże biologiczne zraszane jest bardzo odporne na nierównomierny dopływ ilościowy oraz jakościowy ścieków podczyszczonych wcześniej w osadniku wstępnym. Można powiedzieć, że to idealne rozwiązanie do takich obiektów jak hotele, ośrodki wypoczynkowe czy sale bankietowe, charakteryzujących się dużą nierównomiernością w zakresie dopływu ilości ścieków oraz ładunku zanieczyszczeń.

Działanie oczyszczalni ze złożem biologicznym zraszanym. W tego typu oczyszczalniach proces oczyszczania ścieków jest realizowany w oparciu o dwa stopnie: mechaniczny oraz biologiczny (rys. 3). Poniżej ich krótka charakterystyka.21

  • Oczyszczanie mechaniczne – ścieki surowe dopływają do osadnika wstępnego, gdzie podlegają wstępnemu podczyszczeniu polegającemu na mechanicznym oddzieleniu zanieczyszczeń w procesach sedymentacji zawiesin łatwoopadających (opadają na dno zbiornika) oraz flotacji frakcji lekkich (pływających), które tworzą kożuch na powierzchni toni ściekowej. Gromadzony osad ulega stabilizacji biologicznej w warunkach beztlenowych, znanej powszechnie jako fermentacja metanowa, trwającej 90-180 dni. W tej części dominują głównie bakterie beztlenowe. Następnie sklarowane ścieki ze środkowej strefy zbiornika, pozbawione zawiesin, przepływają grawitacyjnie przez filtr na odpływie do bioreaktora (do części biologicznej). Natomiast zmagazynowane osady – po osiągnięciu określonego w instrukcji obsługi oczyszczalni poziomu maksymalnego – powinny być okresowo wywożone taborem asenizacyjnym do najbliższej dużej oczyszczalni ścieków (gdzie łącznie z osadami powstającymi na miejscu są odwadniane i unieszkodliwiane). Możliwy jest również inny sposób unieszkodliwiania osadów, np. poprzez kompostowanie lub wykorzystanie rolnicze.
  • Oczyszczanie biologiczne. Wstępnie podczyszczone ścieki bytowe, które dopływają do bioreaktora, są w nim równomiernie rozprowadzane na powierzchni całego złoża biofiltracyjnego (za pomocą perforowanych rur, czyli tzw. systemu dystrybucji). Następnie przepływają przez pierwszą warstwę biofiltracyjną, gdzie dzięki różnym grupom mikroorganizmów są biologicznie oczyszczane. Potem przepływają przez warstwę napowietrzającą i w ostatnim etapie – przez drugą warstwę biofiltracyjną, która oprócz biologicznego oczyszczania (przez mikroorganizmy) zapewnia także odpowiednią filtrację ścieków. Złoże biofiltracyjne jest ciągle napowietrzane w sposób naturalny dzięki zastosowaniu wentylacji niskiej i wysokiej oraz warstwy filtracyjnej z kształtek PP. Oczyszczone ścieki bytowe są na koniec odprowadzane z bioreaktora do odbiornika, którym może być drenaż rozsączający, studnia chłonna czy też naturalna struga.

Opisane zasady dotyczą większości złóż zraszanych, czyli systemów pasywnych. Różnice będą głównie polegać na innym materiale wypełnienia złoża.

22Skuteczność potwierdzona wcześniejszymi realizacjami
Oczyszczalnie pasywne wykorzystujące złoże biologiczne zraszane nie są nowością na naszym rynku – rozwiązania podobne do opisanych istnieją już od wielu lat, choć, niestety, zostały trochę zapomniane przez użytkowników i firmy wykonawcze. Na rys. 4 widać część reaktora biologicznego oczyszczalni pasywnej zbudowanej około 20 lat temu – dodam, że funkcjonującej do dziś. Jako wypełnienie złoża wykorzystano w niej łupane kamienie, a za dystrybucję ścieków na całej powierzchni odpowiada specjalny talerz wraz z żeliwnymi rynnami, które równomiernie rozprowadzają ścieki podczyszczone w osadniku na powierzchni złoża biologicznego.

Innym przykładem niech będzie oczyszczalnia ze złożem biologicznym zraszanym zainstalowana przy jednej ze szkół w woj. lubelskim. Oczyszczalnia ta funkcjonuje z powodzeniem już od 10 lat, chociaż – jak to zwykle bywa w tego typu obiektach – dopływ ścieków jest bardzo nierównomierny (średniodobowa przepustowość oczyszczalni 13 m3 /d). Jakość oczyszczonych ścieków na odpływie wciąż jest na wysokim poziomie, co ilustruje tabela 1. Prostota budowy takich oczyszczalni, brak konieczności używania energii elektrycznej do procesów oczyszczania, a przede wszystkim wyniki ścieków oczyszczonych przekonują do stosowania tych urządzeń. Jeśli będą prawidłowo zaprojektowane, wykonane i eksploatowane, to z pewnością będą skuteczne również po wielu latach użytkowania.23

Oczyszczalnie pasywne hydrofitowe
To kolejne rozwiązanie pasywne stosowane do oczyszczania ścieków z budynków mieszkalnych. Oczyszczalnie hydrofitowe nazywane są również hydrobotanicznymi, korzeniowymi lub trzcinowymi. Ich cechą charakterystyczną jest zastosowanie odpowiedniej roślinności wodolubnej. Oczyszczalnie te wykorzystują procesy sorpcji, chemiczne reakcje utleniania i redukcji, biologiczną aktywność roślin makrofitowych oraz aktywność mikroorganizmów. Mikroorganizmy odpowiedzialne są za bioakumulację oraz biodegradację związków organicznych i biogennych. Najbardziej skuteczne rozwiązania w układach naturalnych to filtry pionowe.

Oczyszczalnie pasywne hydrofitowe są np. oferowane przez polską firmę Ekoprom z Białegostoku. Firma projektuje i wykonuje tego typu zaawansowane rozwiązania, które w dużym stopniu nie wymagają użycia energii elektrycznej do prowadzenia procesów oczyszczania i są bardzo skuteczne.

Wykonanie oczyszczalni hydrofitowej na bazie filtrów pionowych. Skuteczność działania takiej oczyszczalni w dużym stopniu zależy od prawidłowego jej wykonania (zgodnie z wytycznymi ATV; najlepiej przez profesjonalne, doświadczone w tej kwestii firmy).

Oczyszczalnia pasywna hydrofitowa składa się zasadniczo z następujących elementów:

  • osadnika wstępnego (gnilnego), najlepiej polietylenowego, trzykomorowego;
  • przepompowni ścieków podczyszczonych (z pompą do brudnej wody i o małym ciśnieniu na odpływie), która podaje pulsacyjnie ścieki podczyszczone na filtr piaskowy;
  • pionowego filtra żwirowo-roślinnego – jest to część biologiczna oczyszczalni;
  • studzienki kontrolnej;
  • pochłaniacza roślinnego (forma drenażu rozsączającego).24

Przy projektowaniu i wykonywaniu takiej oczyszczalni szczególną uwagę należy zwrócić na odpowiedni dobór materiału filtracyjnego oraz prawidłowe wykonanie złoża żwirowo-roślinnego. Według wytycznych firmy Ekoprom, na 1 RLM należy przyjąć około 3,5-4 m2 powierzchni filtra, ale licząc w podstawie. Na samym dnie złoża układana jest folia budowlana, najlepiej dwuwarstwowa, grubości min. 1 mm, która powinna być na tyle duża, aby można było wywinąć ją na ściany boczne. Folia ta po pierwsze zatrzymuje oczyszczone ścieki, które przez rury zbierające odprowadzane są do pochłaniacza roślinnego. Po drugie – zabezpiecza filtr żwirowo-roślinny przez działaniem kapilarnym wód gruntowych.25

26Po ułożeniu foli, na dnie złoża układane są rury zbierające oczyszczone ścieki. Ważne jest, aby jedna z końcówek takiej rury wyprowadzona była powyżej poziomu gruntu w celu doprowadzenia tlenu niezbędnego do procesów oczyszczania (rys. 7); druga końcówka prowadzona jest do studzienki kontrolnej. Na rury usypywane jest kruszywo płukane o frakcji 16-32.

W kolejnym kroku układana jest warstwa piasku grubości 60 cm, która potem musi być dobrze ustabilizowana. I w tej właśnie warstwie wykonywane są nasadzenia – najlepiej typowej trzciny. Wymagane jest około 4-5 sadzonek na 1 m2 . Na warstwie piasku układa się kolejną warstwę kruszywa płukanego (o frakcji 16-32), a na warstwie kruszywa – rury rozsączające.

Użyteczne właściwości roślin makrofitowych. Rośliny wykorzystywane w oczyszczalniach hydrofitowych mają charakterystyczną tkankę powietrzną zwaną aerynchymą, dzięki której możliwe jest dostarczanie tlenu z powietrza atmosferycznego do ich podwodnych części. Tlen tworzy wokół kłączy i korzeni lokalne mikrosfery tlenowe, otoczone mikrosferami niedotlenionymi, po których pojawiają się mikrosfery redukcyjne. Powstaje więc mozaika stref tlenowych i beztlenowych, które zasiedlane są przez różnego rodzaju mikroorganizmy: bakterie, grzyby, glony i pierwotniaki. To właśnie te mikroorganizmy są główną siłą, która decyduje o skuteczności oczyszczania.

Korzenie roślin makrofitowych, oprócz dostarczania tlenu w głąb filtra, realizują także inne ważne zadania:

  • poprawiają hydraulikę podłoża, ułatwiając przepływ ścieków;
  • zużywają częściowo wodę w procesie transpiracji, dzięki czemu zmniejsza się ilość ścieków;
  • eliminują część metali ciężkich ze ścieków, wbudowując je w swoje tkanki.

Jak pracuje pasywna oczyszczalnia hydrofitowa? Ścieki, które dopływają do osadnika, są w nim wstępnie mechanicznie podczyszczane, głównie w procesach sedymentacji zawiesin łatwoopadających i flotacji. W osadniku wstępnym następuje znacząca redukcja zawiesin ogólnych oraz BZT5. W kolejnym etapie podczyszczone ścieki przepływają do przepompowni, która w odpowiednich porcjach „rozdeszczowuje” je na powierzchni filtra żwirowo-roślinnego/złoża (o przepływie pionowym). Ważne jest, aby ścieki były równomiernie rozsączane – złoże jest wówczas na całej powierzchni równo obciążone. Następnie ścieki, przepływając w kierunku dna złoża, są oczyszczane przez tlenowe i beztlenowe bakterie glebowe (powstaje błona biologiczna). W dolnej części filtra ścieki są zbierane przez drenaż i odprowadzane do odbiornika. Ostatnim etapem oczyszczania jest dodatkowe doczyszczanie w pochłaniaczu roślinnym, który może być obsadzony różnymi roślinami wodolubnymi.27

Stosowanie filtrów żwirowo-roślinnych gwarantuje bardzo dobre efekty oczyszczania ścieków. We Francji przeprowadzono badania skuteczności tej metody w około 70 obiektach. Wyniki pokazały, że filtry żwirowo-roślinne nie tylko znacznie obniżają stężenie związków węgla (BZT5 i ChZT) i zawiesin ogólnych, ale również powodują redukcję związków azotu i fosforu (defosfatacja).

28Fotowoltaika dla przydomowej oczyszczalni
Jeżeli inwestor zastosował już inne (niż pasywne) rozwiązania w zakresie oczyszczania ścieków bytowych lub też przekonany jest do innej technologii, to warto rozważyć dodatkowo montaż mikroinstalacji PV, która pozwoli zredukować wydatki na energię elektryczną. Z jakim poborem energii należy się liczyć w przypadku typowej przydomowej oczyszczalni ścieków? – Najniższym jej zużyciem charakteryzują się m.in. oczyszczalnie SBR. Średnie zużycie prądu oczyszczalni SBR do 4 RLM nie przekracza 0,5 kWh/d (ok. 182 kWh rocznie).

Na naszym rynku są rozwiązania fotowoltaiczne dedykowane specjalnie do małych oczyszczalni ścieków, jak np. minielektrownia PV Sapling Elektro-ONE, zbudowana na bazie pojedynczego panelu fotowoltaicznego, który instaluje się na specjalnym stelażu. Całość wyposażona jest w miniinwerter oraz system zabezpieczeń prądowych. Urządzenie to współpracuje z siecią elektroenergetyczną i w przypadku braku energii ze słońca, oczyszczalnia automatycznie przechodzi na zasilanie z sieci. Wydajność systemu Sapling Elektro-ONE wynosi około 270 kWh rocznie. Nadmiar wyprodukowanej energii odprowadzany jest do budynku i wykorzystywany przez urządzenia stosowane w gospodarstwie domowym.

Kierunek na energooszczędność
W ostatnich dwóch latach w sektorze małych oczyszczalni ścieków widzimy ponownie pewną aktywność w zakresie nowych rozwiązań. Producenci, po kilku latach eksploatacji swoich „starych” urządzeń, starają się wprowadzać modyfikacje służące poprawie skuteczności działania oczyszczalni, ale też ograniczeniu zużycia energii elektrycznej potrzebnej do prowadzenia procesów oczyszczania. Coraz częściej w oczyszczalniach zasilanych elektrycznie stosuje się dmuchawy energooszczędne, zmniejszając tym samym konsumpcję prądu. Równolegle rozwija się rynek przydomowych oczyszczalni pasywnych (zaprezentowanych w artykule), które do podstawowego procesu oczyszczania tlenowego nie wymagają zasilania w energię elektryczną. Są to głównie rozwiązania wykorzystujące naturalne warunki w postaci filtrów glebowych – jak w oczyszczalniach hydrofitowych, czy też sztucznie wykonane instalacje ze złożami biologicznymi zraszanymi, w których bytują różne grupy mikroorganizmów tlenowych odpowiedzialnych za proces oczyszczania.29

Literatura:
[1] Podstawy biologicznego oczyszczania ścieków, Z. Sadecka, wyd. Seidel -Przywecki
[2] Leksykon przydomowych oczyszczalni ścieków, Z. Heindrich, wyd. Seidel -Przywecki
[3] Zielone zawody – krok po kroku, Michał Hawryłyszyn i inni
[4] Materiały techniczno-ruchowe firm AQT Water, Biorock, Premier Tech Aqua


 

pi