Pregled obrade otpadnih voda

Suvremeni sanitarni kanalizacijski sustavi za odvodnju odvode otpadnu vodu kroz splet cijevi iz stambenih zgrada, poduzeća i industrijskih objekata u postrojenje za obradu otpadnih voda na obradu i ispuštanje. Neki stariji sustavi, poznati kao kombinirani kanalizacijski sustavi, osim otpadnih voda iz stambenih i komercijalnih izvora prikupljaju i pritekle oborinske vode.

Otpadna voda teče kroz podzemnu kanalizaciju, najčešće gravitacijom, ali ponekad joj u tom pomažu crpke smještene na crpnim stanicama. Ovisno o topografiji pojedinog područja, ovaj se kanalizacijski sustav može protezati i do nekoliko kilometara. Interceptori su mjesta na kojima se susreću dvije cijevi i utječu u veću cijev, a mogu uključivati velike komore kojima se može pristupiti kroz šahtove.

1. Industrijska voda
2. Voda iz stambenih objekata
3. Oborinska voda

Preliminarna obrada obično je prvi postupak unutar postrojenja za obradu, a sastoji se od prosijavanja i odstranjivanja granulata (grita). Prosijavanje je postupak uklanjanja smeća, krpa i drugih otpadaka propuštanjem vode kroz mehaničku rešetku ili rotirajući bubanj. Granulat se uklanja smanjenjem brzine otpadne vode tako da se teže anorganske čestice poput šljunka i pijeska mogu staložiti na dnu i ukloniti gravitacijom. Granulat i prosijani otpaci peru se i zbijaju prije odlaganja u kontejner za smeće. Ovi preliminarni postupci vrlo su važni u suvremenim objektima za oporabu vodnih resursa, budući da granulat i otpaci mogu nepopravljivo naštetiti postupcima koji se odvijaju u nastavku, uključujući mehanizme primarnog taložnika, difuzore za aeraciju i membrane.

Tijekom primarne obrade, primarni taložnici omogućuju organskim krutim tvarima da se stalože putem gravitacije, a masnoće, ulja i masti mogu ostati plutati na površini. Staložene krute tvari nazivaju se primarnim muljem te se često zgušnjavaju u nastavku postupka prije odvođenja u uređaj za anaerobnu razgradnju. Plutajuća masnoća, ulje i mast skupljaju se s površine i obično se dodaju izravno u uređaj za anaerobnu razgradnju. Tipični primarni taložnik uklonit će približno 70 % krutih tvari i 45 % biokemijske potražnje za kisikom iz prosijane otpadne vode. Suvremeni objekti koji upogonjuju unaprijeđene postupke uklanjanja bioloških hranjivih tvari često ekstrahiraju ili fermentiraju ugljik u primarnom mulju i doziraju taj bočni tok u anaerobne ili anoksične postupke u nastavku kao prehrambeni izvor za odgovarajuće biološke organizme.

1. Prosijavanje otpadaka / odstranjivanje granulata
2. Primarni taložnik

Sekundarnom obradom uklanjaju se topljive organske tvari, hranjive tvari poput dušika i fosfora te većina suspendiranih krutih tvari koje su izbjegle primarnu obradu. Najčešće se primjenjuju biološki postupci u kojima mikrobi provode metabolizaciju organskih spojeva i hranjivih tvari radi rasta i reprodukcije. Dva najčešća postupka biološke sekundarne obrade jesu sustav za rast putem pričvršćivanja na podlogu i sustav za suspendirani rast. Postupak suspendiranog rasta potiče rast flokova suspendiranih mikroorganizama iz pojedinih organizama koji su već prisutni u otpadnoj vodi i povratnom aktivnom mulju. Flokovi sadrže organizme koji mogu ukloniti onečišćujuće tvari putem aerobnih, anoksičnih i anaerobnih okruženja. Kad se onečišćujuće tvari uklone, flokovi se šalju u postupak koji se odvija u sekundarnom taložniku u kojem se gravitacijom odvajaju od vode. Dio mulja na dnu sekundarnog taložnika potom se usmjerava natrag kako bi se pomiješao s primarnim efluentom (povratni aktivni mulj) te tako dobila njihova mješavina. Preostali dio mulja uklanja se iz postupka (otpadni aktivni mulj) kako bi se stvorili idealni ekološki uvjeti mikroorganizama. Sustavi za rast putem pričvršćivanja na podlogu oslanjaju se na to da se da će se mikroorganizmi pričvrstiti na podlogu i stvoriti biofilm. Staložena otpadna voda miješa se ili raspršuje preko podloge obložene biofilmom, gdje mikroorganizmi uklanjaju onečišćujuće tvari. Slično kao i u postupku suspendiranog rasta, fragmenti biofilma i suspendirani flokovi šalju se u sekundarni taložnik na odvajanje gdje se mulj reciklira i troši, a čista voda propušta u sljedeći postupak.

Kako bi biološka obrada učinkovito funkcionirala, organizmima su nužne hranjive tvari u uravnoteženom omjeru, uključujući ugljik, dušik i fosfor (koji se nazivaju C:N:P), kao i elementi u tragovima, uključujući željezo, bakar, cink, nikal, mangan, kalij, sumpor te drugi sastojci koji su obično prisutni u otpadnim vodama. Uobičajeno prihvaćeni omjer za C:N:P iznosi 100:5:1, iako neka postrojenja uspješno funkcioniraju izvan tih okvira, dok u drugima dolazi do formiranja polisaharidnog mulja ili rasta filamentnih bakterija koje nastanjuju biološke organizme i talože se u sekundarnom taložniku.

Za dovršavanje sekundarne obrade može se primijeniti više bioloških postupaka, uključujući aeracijske bazene s klipnim strujanjem, spremnike za aeraciju s potpunim miješanjem, sekvencijalne šaržne reaktore, oksidacijske jarke, prokapnike, biološke reaktore s pokretnim ležištem, aktivni mulj s integriranim fiksnim filmom i druge.

Biološkim uklanjanjem hranjivih tvari (BNR) mijenja se okolina mikroorganizama radi uklanjanja dušika i fosfora iz vode. Postupak BNR sastoji se od anaerobne (bez kisika ili nitrata), anoksične (bez kisika, nitrat je prisutan) i aerobne (prisutan je kisik) etape, tijekom kojih se voda pomiče kroz niz komora za potrebe obavljanja različitih bioloških funkcija.

Također se mogu primijeniti postupci kemijske obrade, poput kemijskog uklanjanja fosfora. Uvođenjem kemijskog precipitanta u aeracijski bazen i taložnike, fosfor se odstranjuje flokulacijom, vezanjem u netopljive spojeve koji se talože i mogu se ukloniti kao mulj.

1. Aeracija
2. Sekundarni taložnik

Pri tercijarnoj obradi primjenjuju se tehnike kao što su filtriranje, dezinfekcija, apsorpcija ugljika i drugi postupci za uklanjanje preostalih organskih sadržaja, suspendiranih ili otopljenih krutih tvari, patogena i teških metala koji su izbjegli druge postupke obrade. Tercijarna obrada naziva se i poliranje efluenta te podiže kvalitetu efluenta na razinu pogodnu za njegovu namjeravanu uporabu, bilo za ispuštanje u jezera, rijeke ili oceane, ponovnu uporabu pri navodnjavanju površina koje nisu pod usjevima (parkovi, golf tereni, rekreacijske staze itd.), prihranjivanje podzemnih voda ili u određenim slučajevima, kao influent za postrojenja za pitku vodu. Efluent iz postrojenja za otpadnu vodu treba nadzirati kako bi se osiguralo pridržavanje graničnih vrijednosti iz dozvole za efluente, koje se razlikuju ovisno o nadležnosti i državi.

1. Filtracija
2. Dezinfekcija

Metoda obrade mulja uklonjenog iz postupka ovisi o volumenu krutih tvari, kao i o drugim uvjetima na lokaciji. Aerobno razgrađivanje često se primjenjuje u postrojenjima s dotokom manjim od osam milijuna galona po danu. Otpadni aktivni mulj i, ako je prisutan, primarni mulj, dodaju se u aerirani reaktor u kojem se mikroorganizmi prehranjuju organskim tvarima i mikroorganizmima prisutnima u mulju radi smanjenja sadržaja hlapivih krutih tvari i ukupne mase mulja. Anaerobno razgrađivanje obično se primjenjuje u postrojenjima s dotokom većim od osam milijuna galona po danu, a uključuje uporabu zatvorenih reaktora radi stvaranja anaerobnog okruženja za različite organizme koji se potom prehranjuju organskim tvarima i mikroorganizmima u mulju putem procesa acidogeneze i metanogeneze. Metan koji nastaje anaerobnim razgrađivanjem može se rabiti za pogon kotlova za zagrijavanje uređaja za razgrađivanje, biti spaljen ili pročišćen i prenamijenjen u izvor zelene energije.

Zgušnjavanje podrazumijeva koncentriranje mulja uklanjanjem postotka tekućeg dijela dodavanjem polimernih spojeva, a često se primjenjuje prije anaerobnog razgrađivanja. Uklanjanjem vode tračnim prešama, centrifugama ili drugim sredstvima mulj se dodatno koncentrira u kolač. Kolač se može dalje sušiti ili jednostavno odložiti putem gnojidbe tla ili na odlagališta otpada.

1. Zgušnjavanje i razgrađivanje
2. Uklanjanje vode iz mulja i obrada biokrutina

Inteligentnim sustavima za obradu vode pridaje se sve veća stručna pažnja unutar industrije obrade otpadnih voda, s tim da sustavi upotrebljavaju digitalne tehnologije, napredne senzore, upravljačke uređaje i algoritme kako bi rukovateljima postrojenja omogućili povećanje učinkovitosti te time i uštede na ukupnim troškovima vođenja postrojenja.

Inteligentni sustav za obradu vode Claros tvrtke Hach integrira sve izvore podataka postrojenja, uključujući podatke o sustavima i uređajima te ručno prikupljene podatke, čime potiče donošenje odluka s ciljem povećanja učinkovitosti i ostvarivanja ušteda.

Ti sustavi olakšavaju praćenje i provjeravanje podataka o brzini protoka, sastavu vode, otopljenom kisiku, razinama hranjivih tvari i ostalim čimbenicima. Rezultat toga jesu mogućnosti obrade bržeg odziva, sposobnosti automatizacije i vizualizacije podataka te generiranja izvješća.

Zahvaljujući uvidu u kvalitetu vode putem podataka, brzini protoka i ostalim čimbenicima, rukovatelji mogu smanjiti pretjeranu obradu (kemikalije kao i vrijeme rada aeracijskog puhala), pritom znajući da će njihova postrojenja ostati u granicama sukladnosti.

Budući da propisi postaju sve stroži te da postrojenja trebaju pronaći način da ostvare uštedu, inteligentni sustavi za obradu vode poput sustava Claros postajat će sve važniji i prihvaćeniji. Sve brojniji asortiman senzora, upravljačkih uređaja, drugih uređaja, sustava za upravljanje postupkom i laboratorijske opreme tvrtke Hach na kojima je omogućen sustav Claros rukovateljima omogućava da konfiguriraju sustav koji će zadovoljiti jedinstvene zahtjeve svakog postrojenja.