Jakie są różnice w przebiegu i skuteczności tlenowego i beztlenowego oczyszczania ścieków bytowych?
Podstawowa odmienność polega na udziale bakterii tlenowych lub beztlenowych. Jednak najważniejsze różnice z punktu widzenia użytkownika powstają na poziomie konkretnych reakcji chemicznych. Różne są też efekty obu procesów oczyszczania. W przydomowych oczyszczalniach ścieków wykorzystywane są oba procesy rozkładu materii organicznej.
Niezależnie od tego, czy mamy do czynienia z procesem tlenowym czy beztlenowym, to cel zawsze jest ten sam: redukcja skomplikowanych związków organicznych do prostszej postaci. Skuteczność obu procesów i ich wyniki (produkty) są znacząco odmienne. Jednak oba są niezbędne, aby przydomowa oczyszczalnia ścieków mogła efektywnie spełniać swoją funkcję. Dlatego we wszystkich typach oczyszczalni zachodzą procesy oczyszczania beztlenowego i tlenowego, choć są realizowane inaczej w oczyszczalniach biologicznych, a inaczej w instalacjach drenażowych.
Oczyszczanie mechaniczne przed oczyszczaniem biologicznym
W każdej oczyszczalni ścieków ma miejsce wstępne oczyszczanie mechaniczne. Mowa o oddzielaniu zanieczyszczeń stałych: opadaniu ciężkich składników na dno zbiornika (sedymentacja), tworzeniu kożucha na powierzchni ścieków (flotacja), zastosowaniu filtrów z wkładami pochłaniającymi (puzzolana). Na pierwszym etapie usuwane są zanieczyszczenia nieorganiczne, nierozpuszczalne w wodzie, w tym m.in. piasek, drobiny metalu i tworzyw sztucznych. Niezwykle ważnym procesem mechanicznego oczyszczania ścieków z gospodarstw domowych oraz lokali gastronomicznych jest też odseparowanie zanieczyszczeń tłustych.
Mechanicznie podczyszczony ściek poddawany jest właściwemu procesowi oczyszczania. Najpierw zachodzą procesy beztlenowe, a następnie tlenowe. W oczyszczalniach typu biologicznego proces oczyszczania beztlenowego odbywa się w osadniku wstępnym, natomiast w oczyszczalniach drenażowych w osadniku gnilnym. Z kolei oczyszczanie tlenowe ma miejsce w reaktorze biologicznym lub w drenażu rozsączającym.
Jaka jest skuteczność i efekty beztlenowego oczyszczania ścieków?
Rura wyprowadzająca ścieki z budynku kończy się w pierwszej komorze oczyszczalni biologicznej lub w osadniku gnilnym oczyszczalni drenażowej. Zadania obu zbiorników są takie same: odebrać ze ścieków jak najwięcej osadu stałego. Ściek bez elementów stałych trafia do dalszego oczyszczania, natomiast na dnie zbiorników wstępnych zbiera się warstwa osadu. W ten sposób powstaje środowisko beztlenowe, w którym rozwijają się anaeroby (drobnoustroje beztlenowe). W efekcie oczyszczania beztlenowego powstaje metan, dwutlenek węgla oraz nadmiarowa biomasa. Im ścieki są bardziej zanieczyszczone organicznymi składnikami stałymi, tym więcej jest biomasy i częściej należy ją usuwać.
Procesy beztlenowe zachodzą stosunkowo wolno, dlatego tak ważne jest dobranie pojemności zbiornika wstępnego lub osadnika gnilnego do ilości zrzucanych ścieków. Oba parametry należy tak zbilansować, aby ścieki przebywały w zbiorniku odpowiednio długo. Jako optymalny czas można przyjąć 48-72 godziny. W przypadku oczyszczalni drenażowej można go skrócić do jednej doby (tyle potrzeba na oddzielenie największych zanieczyszczeń stałych). Jeżeli czas przebywania ścieków w osadniku gnilnym jest zbyt krótki, zanieczyszczenia stałe przedostają się na poletko rozsączające. Następstwem może być zatkanie drenażu i ustanie pracy całej oczyszczalni.
Oczyszczalnie biologiczne wymagają jeszcze dokładniejszego podczyszczenia ścieków przed skierowaniem ich do reaktora z osadem czynnym lub złożem biologicznym. Najlepsze efekty daje ściśle kontrolowany proces, który ma miejsce np. w takich instalacjach, jak oczyszczalnia przydomowa BioDisc czy BioPura.
Wydajność oczyszczania beztlenowego nie przekracza zazwyczaj 20% wydajności oczyszczania tlenowego. Działanie bakterii beztlenowych jest szczególnie użyteczne przy ściekach z dużą zawartością substancji organicznych. Część procesów oczyszczania ścieków można przeprowadzić wyłącznie w warunkach beztlenowych, dlatego wykorzystanie bakterii anaerobowych jest niezbędne w każdej oczyszczalni – zarówno w dużym obiekcie komunalnym, jak i małej instalacji gospodarstwa jednorodzinnego.
Co powstaje w wyniku tlenowego oczyszczania ścieków?
Jeżeli ścieki są stale napowietrzane, to dochodzi do szybkiego rozwoju bakterii tlenowych. Efektem działania mikroorganizmów aerobowych jest redukcja skomplikowanych związków organicznych do biomasy, dwutlenku węgla i wody. Procesy oczyszczania tlenowego przebiegają bardzo dynamicznie: są proporcjonalne do ilości tlenu i materii organicznej w ściekach. Intensywne napowietrzanie drobnopęcherzykowe i mieszanie ścieków sprawia, że wydajność procesu jest kilkukrotnie wyższa w zestawieniu z fermentacją beztlenową.
Warunkiem prawidłowego i wydajnego procesu oczyszczania jest relatywnie niskie zanieczyszczenie ścieków związkami organicznymi. Dlatego oczyszczanie tlenowe ma miejsce w reaktorach oczyszczalni biologicznych oraz na poletkach rozsączających oczyszczalni drenażowych, gdzie trafiają ścieki już wstępnie podczyszczone w osadnikach gnilnych.
Nitryfikacja i denitryfikacja
Mówiąc o zanieczyszczeniu ścieków, mamy na myśli nie tylko materię organiczną, ale także zawartość azotu. Kluczowe są procesy nitryfikacji i denitryfikacji. Nitryfikacja polega na utleniania amoniaku i soli amonowych. Dochodzi do niej pod wpływem działania bakterii aerobowych, a efektem jest powstanie azotynów. Jeżeli warunki są sprzyjające, to w następnym etapie bakterie (m.in. z rodzaju nitrobacter) przekształcają azotyny w azotany. Te ostatnie mogą zostać przyswojone przez rośliny. Za kolejny etap przemian azotu, czyli denitryfikację, odpowiedzialne są bakterie beztlenowe. Efektem denitryfikacji jest redukcja azotanów do azotu w postaci gazowej, czyli N2 lub N2O (tlenku diazotu).
Opisane zjawiska uzmysławiają nam, że procesy biologicznego oczyszczania ścieków bytowych wymagają specjalistycznej wiedzy na temat działania różnych typów mikroorganizmów. Choć przydomowa oczyszczalnia ścieków jest urządzeniem o stosunkowo prostej budowie, to nie można tego samego powiedzieć o zachodzących w niej procesach. Dlatego najrozsądniejszym rozwiązaniem jest ścisłe stosowanie się do zaleceń eksploatacyjnych producenta. Natomiast najlepszym testem poprawnej pracy przydomowej oczyszczalni jest regularne badanie próbek oczyszczonych ścieków. Jest to szczególnie ważne i wymagane prawem w sytuacji, gdy odprowadzamy oczyszczone ścieki do naturalnych cieków wodnych.
Dlaczego oczyszczanie wyłącznie beztlenowe jest niewystarczające dla ścieków bytowych?
Oczyszczanie beztlenowe, choć niezbędne jako etap wstępny, nie jest w stanie samodzielnie doprowadzić ścieków do stanu zdatnego do odprowadzenia do środowiska. Fermentacja beztlenowa redukuje materiał organiczny tylko częściowo – BZT5 (biologiczne zapotrzebowanie na tlen) po samym etapie beztlenowym jest wciąż znacznie przekroczone w stosunku do norm prawnych. Co więcej, produkty uboczne fermentacji beztlenowej – amoniak, siarkowodór i metan – same w sobie są substancjami szkodliwymi dla środowiska. Dopiero połączenie obu procesów: wstępnej fermentacji beztlenowej z następczym oczyszczaniem tlenowym (w reaktorze biologicznym lub w drenażu) daje efekt oczyszczenia na poziomie wymaganym przez normę PN-EN 12566 i przepisy ochrony środowiska.
Jak temperatura wpływa na szybkość procesów tlenowych i beztlenowych?
Temperatura wyraźnie wpływa na intensywność procesów biologicznych zachodzących w oczyszczalniach ścieków, przy czym poszczególne grupy mikroorganizmów reagują na nią w różny sposób. Bakterie beztlenowe są stosunkowo odporne na chłód, dlatego w zbiornikach gnilnych procesy fermentacji mogą zachodzić nawet przy temperaturach zbliżonych do 5°C, choć ich tempo jest wtedy wyraźnie ograniczone. Bakterie tlenowe wykazują większą wrażliwość na spadki temperatury, jednak w praktyce ich aktywność pozostaje stabilna dzięki warunkom panującym w instalacji.
W systemach takich jak BioDisc znaczenie ma konstrukcja urządzenia, która sprzyja utrzymaniu odpowiedniej temperatury pracy. Obejmuje to:
- izolację zbiornika ograniczającą wpływ temperatur zewnętrznych,
- ciepło generowane w trakcie procesów biologicznych,
- ochronę ścieków przed nagłymi wychłodzeniami.
W okresie letnim oba typy bakterii funkcjonują najefektywniej w zakresie około 20–40°C, co przekłada się na wysoką skuteczność oczyszczania. Ekstremalne temperatury, przekraczające 45–50°C, mogą być dla nich szkodliwe, jednak w praktyce podziemne instalacje pozostają poza zasięgiem takich warunków, co zapewnia stabilność działania systemu przez cały rok.
Jak zbadać efektywność oczyszczania w swojej oczyszczalni?
Badanie jakości oczyszczonych ścieków z przydomowej oczyszczalni to usługa dostępna w każdym akredytowanym laboratorium środowiskowym. Próbkę pobiera się z osadnika wtórnego (w oczyszczalni biologicznej) lub z piezometru za drenażem (w oczyszczalni drenażowej). Standardowy pakiet badań obejmuje BZT5, ChZT, zawiesiny ogólne i azot Kjeldahla – to cztery parametry wymagane normą PN-EN 12566-3 do potwierdzenia zgodności oczyszczalni z certyfikatem. Koszt jednorazowego badania wynosi zazwyczaj 200–400 zł. Dla oczyszczalni odprowadzających ścieki do cieków wodnych badania są obowiązkowe i muszą być dokumentowane. Przy oczyszczalniach rozsączających do gruntu badania nie są wymagane prawnie, ale są zalecane jako forma weryfikacji poprawności działania instalacji.
