Piotr  Romańczuk, Marek Pieczykolan

1.Wstęp

            Oczyszczalnia ścieków Tychy – Urbanowice zakończyła proces remontu i modernizacji części ściekowej oczyszczalni w grudniu 2005r. Modernizacja miała na celu m.in. dostosowanie istniejących ciągów technologicznych do wymagań nałożonych na oczyszczalnię przepisami prawa europejskiego i polskiego. Projekt wykonawczy zakładał zmianę istniejących komór napowietrzania na przepływowe komory biologiczne z wydzielonymi strefami predenitryfikacji, defosfatacji, denitryfikacji, naprzemiennego działania oraz nitryfikacji. Dodatkowo zakładał wykorzystanie kubatur istniejących zbiorników otwartych basenów fermentacyjnych wyłączonych z eksploatacji i zmianę ich funkcji na reaktory sekwencyjne z wykorzystaniem technologii C-Tech dostarczanej przez austriacką firmę SFCU Umwelttechnik.

Oczyszczalnia ścieków Tychy – Urbanowice o średnim przepływie 32000 m³/d przyjmuje ścieki komunalne z terenu miasta Tychy. W ściekach przemysłowych głównie ścieki pochodzą z Browaru Tyskiego po uprzednim ich podczyszczeniu na terenie browaru w procesie fermentacji metanowej. Przepustowość oczyszczalni Tychy Urbanowice wynosi 42000 m³/d.

Ścieki komunalne po procesie mechanicznego oczyszczania kierowane są na oba ciągi technologiczne w określonym reżimie pracy, tzn. do części C-Tech dopływa 16500 m³/d i nie więcej niż 1000 m³/h, natomiast reszta jest skierowana na komory osadu czynnego.

Przedmiotem niniejszego referatu jest porównanie wyników eksploatacji uzyskanych w trakcie rozruchu technologicznego oraz wstępnej eksploatacji przez okres 6 miesięcy obu technologii pracujących na tych samych ściekach surowych.

W referacie przedstawione zostały parametry technologiczne (np. reżim pracy, jakość oczyszczonych ścieków, warunki techniczno – technologiczne prowadzenia procesów), oraz wskaźniki ekonomiczne (porównanie kosztów inwestycyjnych, eksploatacyjnych, energochłonność) obu pracujących ciągów technologicznych.

2.Opis technologii oczyszczania ścieków i przeróbki osadów

Ścieki surowe dopływają do oczyszczalni czterema kolektorami: dwoma Południowymi, Północnym oraz Fiatowskim. Dodatkowo, z nieskanalizowanych dzielnic miasta Tychy, dowożone są na oczyszczalnię wozami asenizacyjnymi. Ścieki z kolektora Północnego dopływają bezpośrednio do komory rozdzielczej przed budynkiem krat, natomiast ścieki z kolektorów Południowych i Fiatowskiego dopływają do pompowni Południe, skąd są następnie tłoczone do komory rozdzielczej. Dalej całość ścieków przepływa grawitacyjnie do budynku krat i do piaskowników. Skratki zatrzymane na kratach hakowo – taśmowych transportowane są przenośnikiem spiralnym do płuczki skratek, a następnie są prasowane. W celu ograniczenia emisji odorów do środowiska skratki są automatycznie pakowane do rękawów foliowych. Piasek wydzielony na dnie piaskowników pompowany jest do separatorów piasku, a następnie do płuczki piasku, w której zachodzi wypłukanie części organicznych i zawrócenie ich na ciąg oczyszczania ścieków. Wysoka efektywność pracy płuczki piasku powoduje, że proces separacji piasku nie jest uciążliwy dla środowiska i zapewnia warunki higieniczne obsłudze oczyszczalni ścieków. Skratki i zawartość piaskowników wywożona jest na miejskie składowisko odpadów.

Po piaskownikach następuje rozdział na dwa strumienie – ściekowy i wód burzowych. W okresie bezdeszczowym oraz deszczowym, ale o niewielkiej intensywności opadów (Q≤2000m³/h), ścieki płyną przez osadnik wstępny do części biologicznej oczyszczalni. Przy dopływie wód burzowych, nadmiar ścieków (Q>2000m³/h), kierowany jest przelewem do zbiornika retencyjnego. Po całkowitym wypełnieniu się zbiornika, przejmuje on rolę osadnika wstępnego. Zawartość zbiornika zostaje odprowadzona do części biologicznej oczyszczalni w godzinach zmniejszonego dopływu ścieków. Każde koryto (ścieków i wód burzowych) wyposażone jest w pomiary natężenia przepływu, pozwalające na precyzyjne określenie obciążenia oczyszczalni, zarówno w okresach deszczowych jak i bezdeszczowych.

Następnie ścieki dopływają do części biologicznej oczyszczalni: reaktorów C-Tech i komór osadu czynnego KOCz. Przepustowość ciągu technologicznego C-Tech została określona na 16500 m³/d, co stanowi około 46% całości dopływających ścieków w okresie bezdeszczowym do oczyszczalni. Reszta ścieków kierowana jest do komór osadu czynnego. Maksymalny dopływ do części biologicznej ustalono na 2000 m³/h (po 1000 m³/h na każdą komorę), co umożliwia przyjęcie wszystkich ścieków w okresie bezdeszczowym oraz dodatkowo część ścieków opadowych. Rozdział ścieków mechanicznie podczyszczonych realizowany jest przez pompownię C-Tech wyposażoną w pompy z falownikami i współpracującą z urządzeniem pomiarowym zainstalowanym na rurociągu tłocznym.

2.1. Opis technologii komór osadu czynnego KOCz

Komory KOCz oparte są na technologii osadu czynnego w systemie przepływowym. Ścieki mechanicznie podczyszczone w ilości 400 – 1000 m³/h dopływają do dwóch komór osadu czynnego. W komorach, za pomocą dodatkowych ścian wewnętrznych wydzielono komory o zróżnicowanych warunkach tlenowych, tj. w kolejności: komorę beztlenową (defosfatacji), dwie komory niedotlenione (predenitryfikacji i denitryfikacji), komorę naprzemiennego działania, która w zależności od potrzeb może pracować jako komora denitryfikacji lub nitryfikacji oraz komorę tlenową (nitryfikacji). W skrajnym przypadku strefę denitryfikacji można powiększyć o początkową część nitryfikacji. Dla zintensyfikowania procesu denitryfikacji wprowadzono wysoką recyrkulację wewnętrzną ścieków z komory tlenowej do niedotlenionej. Do napowietrzania ścieków zastosowano dyfuzory membranowe (zasilane sprężonym powietrzem ze stacji dmuchaw), do mieszania zawartości komór mieszadła wolno- lub średnioobrotowe, a do recyrkulacji wewnętrznej mieszadła pompujące. Z komór osadu czynnego ścieki płyną do osadnika wtórnego i dalej zbiorczym korytem odpływowym, razem z oczyszczonymi ściekami z reaktorów C-Tech odprowadzane są do odbiornika. W celu utrzymania w komorach właściwego stężenia osadu czynnego, do komór beztlenowych recyrkulowany jest osad z osadnika wtórnego. Osad recyrkulowany może być dostarczany do komory defosfatacji i/lub predenitryfikacji. Ze względu na wysokie stężenie zanieczyszczeń w ściekach surowych, obok biologicznej defosfatacji, dodatkowo istnieje możliwość chemicznego strącania fosforu. Zainstalowana stacja pozwala na prowadzenie procesu w sposób symultaniczny, wstępny i mieszany.

2.2. Opis technologii reaktorów C-Tech

Oczyszczanie ścieków w reaktorach C-Tech oparte jest na technologii osadu czynnego w systemie SBR doposażonym w beztlenowy selektor kontaktowy. Ścieki mechaniczne podczyszczone, w ilości 300 – 1000 m³/h, dopływają rurociągiem do pompowni C-Tech, skąd następnie są tłoczone do wyniesionego selektora. Rurociąg tłoczny wyposażony jest w pomiar natężenia przepływu. Do selektora doprowadzany jest również osad recyrkulowany z reaktorów C-Tech. Selektor składa się z dwóch identycznych komór. Każda komora współpracuje z parą reaktorów C-Tech, do których mieszanina ścieków i osadu recyrkulowanego dopływa z selektora. W reaktorach, pracujących w układzie cyklicznym, zachodzą procesy biologicznej defosfatacji, denitryfikacji, nitryfikacji i końcowej sedymentacji. Do napowietrzania ścieków zastosowano dyfuzory membranowe rurowe, zasilane sprężonym powietrzem z hali dmuchaw. Z reaktorów sklarowane ścieki odprowadzane są do zbiorczego koryta odpływowego z oczyszczalni i dalej razem ze ściekami oczyszczonymi w komorach osadu czynnego odpływają do odbiornika. Istnieje także możliwość chemicznego strącania fosforu: koagulant żelazowy dawkowany jest do selektora.

Cykl pracy reaktorów C-Tech

W celu wizualizacji, sterowania i optymalizacji procesu oczyszczania, obiekty i urządzenia wyposażone są w aparaturę kontrolno – pomiarową (tlenomierze, pehametry, mierniki potencjału redox, przepływomierze, stację on-line ścieków oczyszczonych) przesyłającą wyniki pomiarów do centralnej dyspozytorni.

Aktualnie, aż do końca 2008r. na oczyszczalni ścieków Tychy Urbanowice trwa modernizacja ciągu przeróbki osadów ściekowych. W chwili obecnej gospodarka osadowa przedstawia się następująco. Osad wstępny kierowany jest poprzez wymiennik ciepła do komór fermentacyjnych. Osad nadmierny z osadnika wtórnego poprzez pompownię osadu recyrkulowanego i nadmiernego kierowany jest do stacji zagęszczania mechanicznego, a następnie do komór fermentacyjnych. Osad nadmierny z C-Tech odpompowywany jest pod koniec fazy dekantacji do jednego z zagęszczaczy grawitacyjnych pełniącego funkcję zbiornika buforowego, a następnie poprzez stację mechanicznego zagęszczania kierowany jest do WKF_z. Osady nadmierne z obu technologii mieszane są ze sobą dopiero w komorze fermentacyjnej. Osad przefermentowany kierowany jest do drugiego z zagęszczaczy grawitacyjnych pełniącego funkcję zbiornika buforowego, skąd następnie podawany jest do stacji odwadniania osadów: wirówki i prasy taśmowej. Ustabilizowany i odwodniony osad gromadzony jest na tymczasowym składowisku osadów odwodnionych, a następnie wykorzystywany do rekultywacji terenów.

3. Analiza ilościowo – jakościowa ścieków dopływających

Ścieki komunalne doprowadzane są do oczyszczalni z terenu miasta Tychy za pomocą sieci ogólnospławnej. Dopływające ścieki przemysłowe pochodzą głównie z Browaru Tyskiego, gdzie zostają wstępnie podczyszczone w procesie fermentacji metanowej ścieków.

W rozpatrywanym okresie czasu natężenie przepływu ścieków kształtowało się w przedziale:

Q_{śr.d.ogólem} = 28081 - 43840 m³/d

Q_śr.d.C-Tech = 14032 – 19477 m³/d

Q_śr.d.KOCz = 14049 – 24363 m³/d

przy jednoczesnym stężeniu dopływających ścieków w przedziale:

S_ChZT = 421 – 1251,1 mg/dm³

S_BZT5 = 232 - 612 mg/dm³

S_zaw.og. = 176 - 581 mg/dm³

S_Nog = 36,1 – 53,6 mg/dm³

S_Pog = 7,1 – 12,6 mg/dm³

oraz stężeniu ścieków po części mechanicznej oczyszczalni przedstawionych w poniższej tabeli.

Zestawienie ilości i jakości ścieków po mechanicznym oczyszczaniu w okresie VII 2005  V 2006

4. Rozruch technologiczny oczyszczalni ścieków

Harmonogram wykonania robót modernizacyjnych zakładał w pierwszej kolejności wykonanie robót budowlanych, montażowych i rozruch technologiczny reaktorów C-Tech, przy równoczesnej dalszej modernizacji komór osadu czynnego KOCz. Rozruch nitki technologicznej C-Tech rozpoczął się w VII 2005r i trwał do X 2005r, natomiast ciągu komór osadu czynnego rozpoczął się w IX 2005 i trwał do XII 2005r. Od I 2006r. do chwili obecnej realizowane jest pełne mechaniczno – biologiczne oczyszczanie dopływających ścieków.

W okresie trwania rozruchu technologicznego oczyszczalnię ścieków obowiązywało pozwolenie wodnoprawne z dnia 06.05.2005r na wprowadzanie ścieków oczyszczonych do rzeki Gostyni o następujących wymaganiach:

- BZT5             45,0 min % redukcji
- ChZT                        37,5 min % redukcji
- zawiesina ogólna        45,0 min % redukcji
- azot ogólny                42,5 min % redukcji
- fosfor ogólny 45,0 min % redukcji

4.1.  Rozruch technologiczny reaktorów C-Tech

Rozruch technologiczny reaktorów C-Tech składał się z trzech etapów, tj: rozruchu mechanicznego, hydraulicznego i biologicznego. Proces adaptacyjno - hodowlany rozpoczęto od zaszczepienia mieszaniną osadu czynnego reaktorów C-Tech, a następnie kontynuowano jego hodowlę, aż do wymaganego stężenia osadu czynnego w reaktorach. Obserwowano sukcesywny przyrost osadu czynnego w reaktorach, koniecznego do odprowadzenia z układu jako osad nadmierny. Dla uzyskania wymaganego stężenia fosforu ogólnego w ściekach oczyszczonych konieczne było dozowanie koagulantu żelazowego w ilości ca. 10,0 l/h.

Jakość ścieków oczyszczonych w trakcie rozruchu reaktorów C-Tech

4.2. Rozruch technologiczny komór osadu czynnego KOCz

Rozruch technologiczny KOCz składał się również z trzech etapów, tj. rozruchu mechanicznego, hydraulicznego i biologicznego. W pierwszej fazie rozruchu biologicznego, proces adaptacyjno – hodowlany rozpoczęto w jednej komorze osadu czynnego przez zaszczepienie osadem nitryfikująco – denitryfikującym z reaktorów   C-Tech. Po uzyskaniu wymaganej jakości ścieków oczyszczonych proces rozruchu rozpoczęto na drugiej komorze. Wymaganą jakość ścieków oczyszczonych z komór osadu czynnego uzyskano w grudniu 2005r. Redukcja fosforu w komorach osadu czynnego zachodzi tylko na drodze biologicznej.

Jakość ścieków oczyszczonych w trakcie rozruchu komór osadu czynnego.

4.3. Wnioski z okresu rozruchu technologicznego

Rozruch dwóch, niezależnych ciągów technologicznych eksploatowanych na oczyszczalni ścieków Tychy Urbanowice przebiegał bez większych problemów technicznych i technologicznych. Uzyskana jakość ścieków oczyszczonych świadczy o wysokim stopniu redukcji zanieczyszczeń w ściekach. Redukcja związków węgla wyrażonych w postaci ChZT i BZT₅ w przypadku obu technologii, tj. reaktorów porcjowych SBR oraz komór biologicznych przepływowych KOCz kształtuje się na poziomie wynoszącym odpowiednio 90% dla ChZT i 98,2% dla BZT₅. Wyniki zawiesiny ogólnej potwierdzają wysoką skuteczność i efektywność zastosowanego, o specjalnej konstrukcji, dekantera do odprowadzania ścieków oczyszczonych z reaktorów C-Tech. Nawet nieznaczne zwiększenie obciążenia hydraulicznego osadnika wtórnego może powodować wynoszenie osadu czynnego przez przelewy i wtórne zanieczyszczenie ścieku oczyszczonego. Uzyskana redukcja azotu ogólnego na poziomie 86,5% dla reaktorów C-Tech i 79,2% dla KOCz zdecydowanie pokazuje w tym przypadku wyższą skuteczność procesu denitryfikacji w reaktorach SBR. Usuwanie związków fosforu w przypadku KOCz zachodzi tylko i wyłącznie na drodze biologicznej (istnieje także możliwość dozowania soli żelaza), podczas gdy w reaktorach C-Tech proces defosfatacji musi być wspomagany chemicznym strącaniem.

5. Wstępna eksploatacja oczyszczalni ścieków Tychy Urbanowice

Po poprawnie przeprowadzonym rozruchu technologicznym i uzyskaniu efektu ekologicznego oraz spełnieniu warunków, jakim muszą odpowiadać ścieki oczyszczone wprowadzane do wód, oczyszczalnia ścieków uzyskała w dniu 27.12.2005r. pozwolenie wodnoprawne na okres 10 lat nakładające na oczyszczalnię obowiązek oczyszczania ścieków do następujących wartości:

- ChZT                        125 mg/dm³
- BZT₅                         15 mg/dm³
- zawiesina ogólna        35 mg/dm³
- azot ogólny                10 mg/dm³
- fosfor ogólny 1 mg/dm³

Jakość ścieków oczyszczonych w okresie III  V 2006r.

Jakość ścieków oczyszczonych odpływających z oczyszczalni ścieków spełnia wymagania określone w polskim prawie. Ścieki oczyszczone odprowadzane są do odbiornika jednym wspólnym kanałem odpływowym, w którym mieszają się ścieki z KOCz i C-Tech. Następuje również uśrednienie stężeń ścieków odpływających.

6. Zestawienie kosztów inwestycyjnych i wskaźników energochłonności

Jednym z głównych celów modernizacji części biologicznej było wykorzystanie kubatur istniejących zbiorników i zmiana ich funkcji na wysokoefektywne reaktory biologiczne. Powodem były trudne warunki hydrogeologiczne terenów przyległych do oczyszczalni, tj. wysoki stan wód gruntowych, torfowiska. Rozbudowa oczyszczalni ścieków Tychy – Urbanowice o ciąg technologiczny C-Tech wymagała wprowadzenia następujących zmian w stosunku do stanu istniejącego:

- zmianę funkcji istniejących basenów fermentacyjnych na reaktory C-Tech,

- zmianę funkcji istniejącego budynku na stację dmuchaw dla reaktorów C-Tech,

- wybudowanie pompowni C-Tech, selektora oraz komory pomiarowej ścieków.

Modernizacja ciągu biologicznego KOCz polegała na:

- zmianie funkcji komór napowietrzania na komory osadu czynnego KOCz z wydzielonymi strefami biologicznymi komory,

- wymianie wyposażenia technologicznego w osadnikach wtórnych,

- wymianie dmuchaw dla komór KOCz,

- wymianie pomp osadu recyrkulowanego i nadmiernego,

- wybudowaniu komory pomiarowej osadu recyrkulowanego.

Dla całości zadania zabudowano aparaturę kontrolno – pomiarową z przesyłaniem wyników pomiarów do centralnej dyspozytorni.

Zestawienie kosztów inwestycyjnych

Zestawienie wskaźników energochłonności technologii C-Tech i KOCz

W wyniku przeprowadzonej modernizacji uzyskano oprócz poprawy jakości ścieków oczyszczonych także niską energochłonność procesów, która w przypadku obu technologii jest porównywalna.

7. Podsumowanie

Jednym z głównych celów modernizacji było zastosowanie takich technologii oczyszczania ścieków, które pozwolą na wykorzystanie istniejących kubatur zbiorników. Jednocześnie wykonanie modernizacji miało zagwarantować spełnienie warunków, jakim muszą odpowiadać ścieki oczyszczone wprowadzane do wód, zarówno dla aktualnej ilości dopływających ścieków jak i okresu perspektywicznego. Biorąc pod uwagę czynniki technologiczne, inwestycyjne i eksploatacyjne zdecydowano się na wybór przepływowych komór osadu czynnego oraz reaktorów porcjowych SBR wg austriackiej technologii C-Tech. Wyniki uzyskane podczas rozruchu oraz wstępnej eksploatacji świadczą o wysokim stopniu redukcji zanieczyszczeń. Eksploatowana oczyszczalnia ścieków spełniała i realizuje ciągle wymagania nałożone na nią posiadanymi pozwoleniami wodnoprawnymi.

Duża elastyczność prowadzenia procesów technologicznych pozwala na oczyszczanie ścieków w stopniu wymaganym prawem, nawet w sytuacjach występujących w ściekach surowych pików przepływów i ładunków. Ponadto, ciągła optymalizacja pracy oczyszczalni ścieków obniża koszty eksploatacyjne. Obie eksploatowane technologie charakteryzują się niskimi wskaźnikami energochłonności procesu.

Dalsza eksploatacja biologicznych ciągów technologicznych na oczyszczalni ścieków Tychy Urbanowice pozwoli, oprócz realizacji oczyszczania ścieków, na pełną analizę porównawczą zdecydowanie dwóch różnych technologii osadu czynnego.