Kontrola procesu osadu czynnego
Co to jest wiek osadu, osad nadmierny, recyrkulacja i po co je regulować?

Wiek osadu (WO) - czas potrzebny na namnożenie się bakterii. Jeżeli WO = l2d to oznacza, że bakteria przez 12 dni krąży w układzie. Nie mylić z czasem przepływu ścieków przez komory (który wynosi zwykle kilka godzin). Ścieki odpływają z układu, a bakterie, które "odwaliły robotę" ich oczyszczania zostają w układzie przez następne kilka dni, separowane od oczyszczonych ścieków w osadniku wtórnym i zawracane do komór poprzez system recyrkulacji zewnętrznej. Oczywiście trzeba regulować ilość bakterii w układzie, ponieważ jeżeli zawracalibyśmy całą masę bakterii to przy ciągłym dopływie świeżego pokarmu i ich szybkim rozmnażaniu zapełniłyby cały układ, dlatego część bakterii usuwa się z układu z osadem nadmiernym.

Wiek osadu jest niezwykle ważnym narzędziem w ręku operatora do kontroli procesu osadu czynnego, ponieważ daje on kontrolę nad wzrostem i możliwość selekcji różnych rodzajów mikroorganizmów. W osadzie czynnym funkcjonuje niezliczona masa bakterii, z których jedne utleniają nam amoniak do azotanów, inne redukują azotany do azotu gazowego, jeszcze inne mają zdolności kumulacyjne fosforu, są również takie, które powodują pienienie czy puchnięcie osadu. Wymagania różnych bakterii w zakresie rodzaju i ilości pożywienia, tlenu czy czasu na namnożenie (WO) są zgoła odmienne i zwykle występuje konflikt: długi wiek osadu jest korzystny dla rozwoju nitryfikantów, ale również bakterii nitkowatych, krótki WO jest z kolei korzystny dla b. fosforowych i denitryfikantów. Stąd prawidłowa kontrola biologicznych procesów oczyszczania ścieków i utrzymanie dobrej jakości odpływu jest nie lada sztuką w sytuacji gdy chcemy utrzymać w układzie różne rodzaje bakterii, wymaganą jakość odpływu, a dodatkowo jakość i ilość dopływających ścieków się zmienia.

W zależności od specyfiki i kinetyki jednostkowych procesów oczyszczania, rodzaju i stężenia zanieczyszczeń w ściekach, w różnych oczyszczalniach może być utrzymywany różny wiek osadu. Prof. J. Oleszkiewicz zaleca eksploatować układ z minimalnym WO, który jednak zapewni prowadzenie procesu nitryfikacji (najwrażliwszego w układzie). Należy pamiętać o tym, że bakterie utleniające amoniak stanowią zaledwie 10- 15% masy bakteryjnej, stąd łatwo mogą być wypłukane z układu, jeżeli czas dany im na namnożenie będzie za krótki. Kiedy to może nastąpić? Wówczas, gdy WO się skraca, czyli idąc po nici do kłębka, kiedy np. spuszczamy różną masę ON starając się kontrolować proces osadu czynnego poprzez utrzymanie stałej zawartości zawiesin w komorze - najbardziej popularna metoda w Polsce i na świecie.

Wspomniana metoda kontroli procesu polega na usuwaniu osadu nadmiernego w zależności od stężenia zawiesin w KOCZ, i jeśli staramy się utrzymać np. x = 3kg smo/m³ to w odpowiedzi na wzrost tego stężenia (np. dopływ zawiesiny organicznej w odcieku z zagęszczania osadu) spuszcza się więcej osadu nadmiernego czyli automatycznie skraca się wiek osadu.

Powyższy przykład obrazuje sytuację jakiej możemy się spodziewać, gdy staramy się utrzymać stałe stężenie osadu w komorze: usunęliśmy więcej osadu jako nadmiemy przy wzroście x w komorze, tym samym WO zmniejszył się do 7 dni i jeżeli w naszej komorze żyją nitryfikanty, które na namnożenie potrzebują (z uwzględnieniem różnych zakłóceń) np. 8d to nasza reakcja może spowodować ich wypłukanie z osadu czynnego. Po ustaleniu najkorzystniejszego wieku osadu dla swojej oczyszczalni, zadaniem operatora jest utrzymanie WO na stałym poziomie. Przykładowo, jeżeli WO = 10d to dziennie należy usuwać l /10 masy osadu czynnego w KOCZ wg (1), czyli dla x=3,5kg/m³, VKOCZ=500m³, ON = 175kg/d, co przy zagęszczeniu osadu w osadnik do 10kg/m³, daje ok. 17,5 m³/d

Ponieważ biologiczne procesy są wrażliwe na zmiany większe niż l 0 - 15% na dobę, stąd najkorzystniej dla układu jest ciągłe lub wielokrotne usuwanie osadu nadmiernego w ciągu doby. Nie należy stosować jednorazowego usuwania ON w dobie.

Z powyższego rozważania wynika, że najważniejszym zaworem na oczyszczalni jest zawór na odpływie osadu nadmiernego i pomiar jego przepływu. Niestety większość polskich oczyszczalni cierpi na brak opomiarowania tego właśnie odpływu, operatorzy często radzą sobie usuwając osad nadmierny proporcjonalnie do natężenia dopływu ścieków oraz żonglują czasem i wydajnością pomp. Metody te są jednak obarczone często dużym błędem. Umiejscowienie przepływomierza na odpływie ON powinno stać się kanonem w procesie projektowania. Podobnie jak pomiar ilości ścieków dopływających do oczyszczalni, a nie jak czyni się to od lat umiejscawiając pomiar na odpływie ścieków oczyszczonych.

Osad nadmierny (ON) - część osadu czynnego oddzielonego od ścieków w osadniku wtórnym, tworzy go masa bakteryjna, którą trzeba usunąć z układu i przerobić. Ponieważ osad wtórny składa się z kłaczków osadu, czyli ma dużą powierzchnię, jest poszarpany dlatego wolniej niż osad wstępny opada w osadniku wtórnym, stąd wymaga dłuższego czasu na opadnięcie pod wpływem swego ciężaru tj. ok. 4h, dlatego osadniki wtórne charakteryzują się większą wymaganą pojemnością czynną. Osad zgromadzony na dnie czy w leju osadnika wtórnego odprowadzamy w dwóch strumieniach: jako osad nadmiemy w ilości odpowiadającej naszemu WO z jakim oczyszczalnia jest eksploatowana oraz jako osad recyrkulowany zasilający komory zaaklimatyzowanym osadem czynnym w celu utrzymania bakterii w układzie i danie im czasu na namnożenie się. Od czego więc zależy ilość recyrkulowanego osadu? Czy powinniśmy się sztywno trzymać zaleceń projektowych: "przyjęto recyrkulację zewnętrzną 50 - 100%Q". To ile osadu recyrkulujemy zależy od jego zdolności sedymentacyjnych (oznaczanej jako indeks osadu).

Jeżeli osad dobrze sedymentuje i zagęszcza się to mniej objętościowo będziemy recyrkulować, ponieważ zależy na recyrkulacji masy osadu, a objętością przepompowywanej mieszaniny wody i osadu będzie mniejsza objętościowo jeżeli w l m³ będzie 10kg osadu, a większa dla zawartości w l m³ osadu rzędu 5 czy 7 kg. Mała gęstość osadu i zła jego sedymentacja w osadniku wtórnym to oznaki, że nasz osad jest spuchnięty i wydaje nam się słusznie zresztą, że musimy recyrkulować większą objętość mieszaninv wody co w konsekwencji obciąży osadnik wtórny, bo zwiększy się przepływ ścieków przez niego, co z kolei zmniejszy czas przebywania osadu w osadniku niezbędny do opadnięcia zawiesiny na dno i koło się zamyka.

Jeżeli do osadnika, który normalnie pracuje pod obciążeniem np. 2m³/m²h, a zawiesina opada z prędkością 3m/h zwiększymy dwukrotnie przepływ (bo recyrkulujemy 100%Q ze względu na spuchnięty osad), to wzrasta obciążenie hydrauliczne, a maleje prędkość opadania zawiesin i następuje ich wypłukiwanie do odpływu . Wniosek: zwiększenie recyrkulacji zewnętrznej przy spuchniętym osadzie nie rozwiąże problemu. Ratowanie procesu to zwiększamy spust osadu nadmiernego, co zmniejszy nam WO i ryzykujemy wówczas wypłukanie z osadu niektórych bakterii autotroficznych, ale tak drastyczny krok pozwoli na przywrócenie równowagi w układzie: KOCZ-osadnik wtórny a przede wszystkim należv szybko rozpoznać przyczynę złej sedymentacji osadu i starać się ją wyeliminować. Bardzo często przyczyną puchnięcia naszego osadu ( czy piany na komorach) są masowo występujące w osadzie czynnym bakterie nitkowate, które pojawiają się i rozmnażają, gdy warunki w komorze są ku temu sprzyjające, najczęściej, gdy nasz WO, jest za długi - czyli jest małe obciążenie osadu ładunkiem - za mało pożywienia w komorze, ścieki są przetlenione lub niedotlenione, do układu wprowadza się zagniłe ścieki z szamb. Bardzo często pojawiają się przy zmianie sezonu jesień-zima, czy zima - wiosna, gdy następuje zmiana temperatury ścieków. Jest to zaledwie kilka przyczyn pojawienia się b. nitkowatych w układzie, te które powodują puchnięcie osadu czy pienienie w Waszych oczyszczalniach mogą być zupełnie inne i do sprawy trzeba podejść jak detektyw. Nie jest kanonem, że tylko jeden rodzaj bakterii nitkowatej, które akurat zidentyfikowaliśmy jest przyczyną puchnięcia nam osadu kilka razy w roku, mogą powodować to różne bakterie pojawiające się sukcesywnie w osadzie w czasie roku.

Na zakończenie jedna uwaga, często pojawiająca się przy okazji różnych spotkań czy szkoleń z eksploatatorami, którzy słusznie zresztą narzekają na brak osprzętowienia w ich obiektach (do kontroli procesu), które np. w przypadku recyrkulacji zapewniałoby synchronizację pomiędzy pomiarem gęstości osadu w osadniku wtórnym, a objętością recyrkulowanego osadu za pomocą pompy sterowanej automatycznie. Tymczasem bardzo często jedynym osprzętowieniem do recyrkulacji jest pompa o wydajności np. 100%Q lub większej i wówczas regulacja ilości recyrkulowanego osadu jest ograniczona, a niekiedy niemożliwa, co skutecznie utrudnia kontrolę i prawidłową eksploatacją obiektu. Oszczędności na sprzęcie (z przekonania projektanta czy inwestora) bardzo często przyczyniają się do tego, że inwestycja, która pochłonęła miliony ma problemy z utrzymaniem jakości odpływu, bo eksploatatorom nie za pewniono podstawowych narzędzi do sterowania procesem w tak kiedy zmiennych warunkach. Na ilość i rodzaj osprzętowienia należy zwrócić uwagę zwłaszcza przy okazji opracowywania planów projektowych czy modernizacyjnych.

Źródło: Forum eksploatatora wrzesień 2000