Chemiczne oczyszczanie ścieków pozwala szybko przekształcić wybrane zanieczyszczenia w formę, którą można oddzielić od wody. W ten sposób usuwa się m.in. fosforany, metale ciężkie, drobne zawiesiny i koloidy. Sprawdź, na czym polega oczyszczanie chemiczne, czym różni się od procesów biologicznych i dlaczego obie metody często stosuje się w jednej oczyszczalni.
Skład ścieków może się znacznie różnić w zależności od ich pochodzenia, dlatego nie istnieje jedna metoda, która skutecznie usuwa wszystkie zanieczyszczenia. Oczyszczanie zwykle obejmuje kilka uzupełniających się etapów, z których każdy pełni inne zadanie. Metody mechaniczne pozwalają zatrzymać większe ciała stałe, piasek, zawiesiny i część tłuszczów. Procesy biologiczne odpowiadają natomiast za rozkład związków organicznych oraz przemiany związków azotu. Kiedy do tego ciągu należy włączyć środki chemiczne i jakie zanieczyszczenia można dzięki nim usunąć? Przeczytaj artykuł i sprawdź, jak przebiega chemiczne oczyszczanie ścieków.
Chemiczne oczyszczanie ścieków – krótka charakterystyka
Oczyszczanie chemiczne polega na wprowadzeniu do ścieków odpowiednio dobranych substancji chemicznych. Ich zadaniem jest wywołanie reakcji prowadzącej m.in. do neutralizacji odczynu, utlenienia, redukcji albo wytrącenia zanieczyszczeń. W wyniku procesu rozpuszczone jony mogą przejść w trudno rozpuszczalny osad, a bardzo drobne cząstki mogą połączyć się w większe kłaczki.
Tak powstałe zanieczyszczenia nadal znajdują się jednak w zbiorniku. Kolejny etap musi więc obejmować ich oddzielenie od oczyszczonej wody, np. przez sedymentację, flotację lub filtrację. Dopiero usunięcie osadu pozwala mówić o zakończonym procesie oczyszczania.
Największą zaletą tej metody jest szybkie i ukierunkowane działanie. Wysoka skuteczność chemicznego oczyszczania dotyczy przede wszystkim specyficznych zanieczyszczeń, takich jak fosforany, metale ciężkie oraz koloidy. Chemia nie zastępuje więc oczyszczania mechanicznego ani pracy mikroorganizmów.
Jak przebiega proces chemicznego oczyszczania ścieków?
Musisz wiedzieć, że nie ma jednego schematu chemicznego oczyszczania ścieków, który jest odpowiedni dla wszystkich instalacji. Proces ten może obejmować analizę składu ścieków, neutralizację, koagulację, flokulację, strącanie, utlenianie lub redukcję, a następnie separację osadu.
Analiza ścieków i neutralizacja pH
Pierwszym zadaniem jest ustalenie rodzaju zanieczyszczeń, ich stężenia oraz odczynu ścieków. Kluczowe parametry obejmują między innymi pH, które odgrywa kluczową rolę w wielu reakcjach. Wpływa ono na rozpuszczalność związków metali, przebieg koagulacji oraz skuteczność strącania fosforu.
Neutralizacja służy do zmiany zbyt kwaśnego lub zbyt zasadowego odczynu. W zależności od potrzeb stosuje się kwasy, zasady albo inne substancje neutralizujące. Czasem możliwe jest również kontrolowane zmieszanie kwaśnych i zasadowych strumieni ścieków. Nie ma przy tym jednej wartości pH odpowiedniej dla wszystkich reakcji. Warunki procesu trzeba ustalić dla konkretnych jonów, reagentów i stężeń.
Koagulacja i flokulacja
Drobne zawiesiny i koloidy mogą utrzymywać się w wodzie, ponieważ mają niewielkie rozmiary oraz ładunek powierzchniowy utrudniający ich łączenie. Koagulacja prowadzi do destabilizacji tych cząstek. Używa się do tego koagulantów, np. związków żelaza albo glinu.
Flokulacja stanowi następny etap. Delikatne mieszanie umożliwia łączenie zdestabilizowanych cząstek w większe kłaczki, a flokulanty mogą wspomagać ten proces. Większe skupiska łatwiej opadają na dno osadnika albo zostają oddzielone podczas flotacji i filtracji. Koagulacja i flokulacja wspomagają więc usuwanie zawiesin, zmętnienia, części związków organicznych oraz fosforanów.
Większa ilość reagenta nie musi oznaczać lepszego wyniku. Zbyt mała dawka może nie wystarczyć do prawidłowego przebiegu reakcji, natomiast nadmiar zwiększa koszty, ilość osadu i stężenie pozostałych jonów w wodzie. Dlatego dawkowanie powinno być ustalone na podstawie badań i kontrolowane podczas działania instalacji.
Strącanie chemiczne fosforanów i metali ciężkich
Strącanie chemiczne przekształca rozpuszczone zanieczyszczenia w związki o małej rozpuszczalności. Proces ten wykorzystuje się między innymi do usuwania fosforu. Po dodaniu soli żelaza lub glinu zachodzi reakcja prowadząca do wytrącenia fosforanów. Powstałe cząstki trafiają następnie do osadu i muszą zostać oddzielone od wody.
Jednym z wykorzystywanych koagulantów może być siarczan żelaza. W prawidłowo zaprojektowanym i kontrolowanym procesie chemiczne oczyszczanie może obniżyć stężenie fosforu do poziomu rzędu 0,5-1,0 g P/m³, czyli 0,5-1,0 mg P/l. Nie jest to jednak wynik gwarantowany dla każdej instalacji. Efekt zależy między innymi od początkowego stężenia fosforu, dawki preparatu, pH, intensywności mieszania oraz sprawności oddzielania osadu.
Podobną zasadę wykorzystuje się przy usuwaniu metali ciężkich ze ścieków przemysłowych. Po ustawieniu odpowiedniego pH jony metali mogą zostać wytrącone, np. w postaci trudno rozpuszczalnych wodorotlenków. Następnie koagulacja, flokulacja i sedymentacja umożliwiają oddzielenie powstałego osadu. Chemiczne oczyszczanie obniża stężenie metali ciężkich, ale jego skuteczność zależy od rodzaju metalu i warunków reakcji.
Utlenianie i redukcja chemiczna
Utlenianie chemiczne stosuje się do przekształcania wybranych zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych. Odpowiednio zaprojektowany proces może prowadzić do rozkładu toksycznych związków organicznych do mniej szkodliwych substancji, ograniczenia barwy lub zapachu oraz dezaktywacji mikroorganizmów. Jako utleniacze wykorzystuje się między innymi ozon, chlor lub nadtlenek wodoru.
Nie każda reakcja utleniania prowadzi od razu do całkowitego rozkładu związku do wody i dwutlenku węgla. Przy utlenianiu mogą powstawać produkty pośrednie, dlatego trzeba kontrolować zarówno dawkę utleniacza, jak i skład ścieków po zakończeniu procesu. Redukcja chemiczna jest z kolei wykorzystywana do zmiany stopnia utlenienia niektórych zanieczyszczeń, np. określonych form chromu, aby ograniczyć ich toksyczność lub przygotować je do dalszego strącania.
Separacja i zagospodarowanie osadu
Dodanie reagenta zmienia formę zanieczyszczenia, ale samo w sobie nie usuwa go ze zbiornika. Powstały osad trzeba oddzielić w osadniku, filtrze albo urządzeniu do flotacji. Następnie może być on zagęszczany i odwadniany.
Sposób zagospodarowania osadu zależy od jego składu. Osad zawierający metale ciężkie lub inne niebezpieczne substancje nie może być traktowany tak samo jak typowy osad z oczyszczania ścieków bytowych. Konieczne są badania oraz postępowanie zgodne z przepisami dotyczącymi odpadów. Koszty odbioru i zagospodarowania osadu należą do istotnych kosztów operacyjnych całego procesu.
Czym różni się biologiczne i chemiczne oczyszczanie ścieków?
Chemiczne metody oczyszczania różnią się od metod mechanicznych i biologicznych swoim mechanizmem działania. Podstawowa różnica dotyczy mechanizmu działania. Biologiczne oczyszczanie wykorzystuje mikroorganizmy, natomiast chemiczne – reakcje wywołane przez dodane substancje. Nie są to metody konkurencyjne. W wielu oczyszczalniach pracują kolejno lub jednocześnie, ponieważ odpowiadają za usunięcie innych grup zanieczyszczeń.
| Kryterium | Oczyszczanie biologiczne | Oczyszczanie chemiczne |
|---|---|---|
| Podstawa procesu | Działanie bakterii i innych mikroorganizmów | Działanie odpowiednio dobranych reagentów |
| Główne zadanie | Rozkład biodegradowalnych związków organicznych i przemiany związków azotu | Neutralizacja, koagulacja, strącanie i utlenianie wybranych zanieczyszczeń |
| Warunki | Procesy tlenowe i beztlenowe | Warunki zależne od rodzaju reakcji, pH i zastosowanego preparatu |
| Tempo | Wymaga utrzymania aktywnej biomasy i odpowiedniego czasu reakcji | Same reakcje chemiczne zachodzą zazwyczaj szybko |
| Typowe zastosowanie | Ścieki bytowe i komunalne | Usuwanie fosforanów, metali, koloidów i korekta pH |
| Materiały eksploatacyjne | Utrzymanie warunków dla biomasy, czasem biopreparaty | Regularnie uzupełniane reagenty chemiczne |
| Osad | Osad biologiczny, w tym osad czynny | Osad zawierający produkty reakcji i wytrącone zanieczyszczenia |
| Ograniczenia | Wrażliwość mikroorganizmów na substancje toksyczne i nagłe zmiany warunków | Koszt reagentów, dodatkowy osad i konieczność precyzyjnego dozowania |
W oczyszczalni biologicznej bakterie rozkładają materię organiczną. W warunkach tlenowych, czyli w komorach napowietrzanych, zachodzi między innymi biologiczne utlenianie związków organicznych oraz nitryfikacja, podczas której azot amonowy jest przekształcany w azotany. Denitryfikacja przebiega natomiast w warunkach anoksycznych – bez tlenu cząsteczkowego, ale przy obecności azotanów – i prowadzi do powstania azotu gazowego. W osadnikach gnilnych część materii organicznej ulega rozkładowi podczas fermentacji beztlenowej.
Chemiczne strącanie jest natomiast szczególnie przydatne do usuwania fosforanów oraz metali. Oczyszczanie biologiczne może również usuwać fosfor, ale wymaga odpowiedniej konfiguracji procesu i stabilnych warunków. Połączenie obu metod zapewnia większe możliwości sterowania jakością odpływu, zwłaszcza gdy sama praca osadu czynnego nie wystarcza do uzyskania zakładanego stężenia fosforu.
Gdzie stosuje się chemiczne metody oczyszczania?
Chemiczne oczyszczanie jest ważnym elementem oczyszczalni przemysłowych. Skład takich ścieków zależy od profilu zakładu i może znacznie różnić się od składu ścieków bytowych. Przemysł metalowy i galwaniczny może wytwarzać ścieki zawierające jony metali ciężkich. W innych branżach problemem bywają barwniki, bardzo wysokie lub niskie pH, fosfor, trwałe emulsje albo związki organiczne, których mikroorganizmy nie potrafią skutecznie rozłożyć.
Chemiczne oczyszczanie ścieków przemysłowych może stanowić główny etap usuwania specyficznego zanieczyszczenia albo przygotowywać ścieki do dalszego procesu biologicznego. Neutralizacja i usunięcie toksycznych związków chronią mikroorganizmy tworzące osad czynny przed zahamowaniem ich aktywności.
W oczyszczalniach komunalnych chemia jest wykorzystywana przede wszystkim do strącania fosforu, poprawy sedymentacji osadu i doczyszczania odpływu. W przydomowych oczyszczalniach ścieków podstawę stanowią zazwyczaj procesy mechaniczne i biologiczne. Etap chemiczny może je uzupełniać, gdy instalacja ma zapewniać rozszerzone usuwanie fosforanów.
Zalety i ograniczenia chemicznego oczyszczania ścieków
Oczyszczanie chemiczne działa szybko w porównaniu z procesami biologicznymi i pozwala ukierunkować działanie na określone związki. Dzięki temu można usuwać zanieczyszczenia, których metody mechaniczne nie zatrzymują, a oczyszczalnie biologiczne nie rozkładają albo usuwają w niewystarczającym stopniu. Sam reaktor chemiczny może również wymagać mniej przestrzeni niż komora przeznaczona do długotrwałego procesu biologicznego.
Nie oznacza to jednak, że cała instalacja chemiczna zawsze zajmuje mniej miejsca. Trzeba uwzględnić zbiorniki na reagenty, układ dozowania, komory mieszania, osadniki oraz urządzenia do odwadniania osadu. Rzeczywiste zapotrzebowanie na powierzchnię zależy więc od skali i konstrukcji oczyszczalni.
Istotnym ograniczeniem są koszty operacyjne związane z zakupem reagentów, zużyciem energii oraz zagospodarowaniem powstającego osadu. Skuteczne oczyszczanie wymaga także monitorowania pH, stężenia zanieczyszczeń i jakości odpływu. Błędne dawkowanie może zwiększać ilości osadu, pogarszać wynik oraz powodować niepotrzebne zasolenie oczyszczonej wody.
Czy oczyszczalnia biologiczno-chemiczna sprawdzi się przy domu?
Nie każda przydomowa oczyszczalnia ścieków wymaga chemicznego wspomagania. Wybór technologii powinien zależeć od liczby użytkowników, ilości i rodzaju ścieków, warunków gruntowo-wodnych oraz sposobu odprowadzania oczyszczonej wody. Jeżeli potrzebna jest rozszerzona redukcja fosforanów, uzasadnione może być połączenie oczyszczania biologicznego ze strącaniem chemicznym.
W ofercie EKO-BIO znajduje się oczyszczalnia biologiczno-chemiczna EKO-BIOCH. Jest to rozszerzona technologia biologiczna wyposażona w dozownik środka PIX-112. Ten żelazowy koagulant wspomaga chemiczne usuwanie fosforu. Za przemiany związków azotu odpowiada przede wszystkim część biologiczna instalacji, w której mikroorganizmy uczestniczą w nitryfikacji i denitryfikacji.
Takie rozwiązanie łączy dwa mechanizmy: bakterie rozkładają biodegradowalne związki organiczne i uczestniczą w usuwaniu azotu, a koagulant wspomaga wytrącenie fosforanów. Powstały osad trafia do przeznaczonej do tego części instalacji, natomiast oczyszczona woda może zostać odprowadzona w sposób dopasowany do warunków działki i obowiązujących wymagań.
Zastanawiasz się, czy potrzebujesz oczyszczalni biologicznej, czy biologiczno-chemicznej? Skontaktuj się z EKO-BIO. Pomożemy dobrać przydomową oczyszczalnię ścieków do liczby użytkowników, parametrów działki i planowanego sposobu odprowadzania oczyszczonej wody.
Najczęściej zadawane pytania
Najczęściej nie, ponieważ obie metody mają inne zadania. Proces biologiczny służy przede wszystkim do rozkładu biodegradowalnych związków organicznych i przemian związków azotu. Chemiczne oczyszczanie stosuje się między innymi do regulacji pH oraz usuwania fosforanów, metali ciężkich i trudno opadających zawiesin. W wielu instalacjach najlepsze efekty zapewnia połączenie metod mechanicznych, biologicznych i chemicznych.
Koagulacja destabilizuje drobne cząstki i koloidy znajdujące się w ściekach. Flokulacja prowadzi następnie do ich łączenia w większe kłaczki. Dopiero sedymentacja, flotacja albo filtracja pozwala oddzielić te skupiska od wody. Oba procesy współpracują ze sobą, ale nie oznaczają tego samego działania.
Do ścieków dodaje się odpowiedni reagent, najczęściej związek żelaza lub glinu. Zachodzi reakcja, która prowadzi do wytrącenia fosforanów w postaci trudno rozpuszczalnych cząstek. Następnie cząstki są łączone w większe kłaczki i usuwane razem z osadem. Skuteczność zależy między innymi od pH, dawki preparatu, mieszania i działania osadnika.
Tak, strącanie chemiczne jest jedną z metod usuwania metali ciężkich ze ścieków. Najpierw dobiera się pH odpowiednie dla danego metalu, a następnie prowadzi reakcję wytrącania trudno rozpuszczalnego związku. Powstały osad trzeba oddzielić i właściwie zagospodarować. Nie istnieje jedna dawka ani jeden reagent odpowiedni dla wszystkich metali.
Tak, niektóre substancje oraz ich nadmierne stężenia mogą hamować albo niszczyć mikroorganizmy odpowiedzialne za proces biologiczny. Dotyczy to zarówno niewłaściwie dozowanych reagentów, jak i chemii trafiającej do kanalizacji z gospodarstwa domowego. Preparaty należy stosować wyłącznie zgodnie z projektem i instrukcją oczyszczalni.
Osad oddziela się od wody, a następnie może być zagęszczany i odwadniany. Dalsze postępowanie zależy od jego składu oraz rodzaju związanych w nim zanieczyszczeń. Osady zawierające metale ciężkie lub inne substancje niebezpieczne wymagają szczególnego sposobu zagospodarowania. Nie wolno odprowadzać ich bezpośrednio do gruntu ani wód.
Koszt zależy od rodzaju i ilości reagentów, stopnia automatyzacji, zużycia energii, częstotliwości badań oraz ilości powstającego osadu. Zakup substancji chemicznych może powodować wyższe koszty operacyjne niż w procesie opartym wyłącznie na biologii. Z drugiej strony chemia umożliwia szybkie usunięcie zanieczyszczeń, których nie da się skutecznie wyeliminować innymi metodami. Porównanie kosztów ma sens dopiero dla konkretnego składu ścieków i wymaganej jakości odpływu.
Najpierw zachodzą procesy mechaniczne i biologiczne. Mikroorganizmy rozkładają związki organiczne oraz uczestniczą w przemianach związków azotu, a osadniki oddzielają cząstki stałe od wody. Dodatkowe dozowanie koagulantu wspomaga strącanie fosforanów. Ostateczny sposób działania zależy od konstrukcji i ustawień konkretnego urządzenia.
