Usuwanie odorów z kanalizacji

Pojawienie się rozległych systemów tłocznych kanalizacji ściekowej, spowodowało problemy związane z emisją odorantów, z tych elementów kanalizacji, gdzie występuje retencjonowanie bądź rozprężanie ścieków. Są nimi:

1. zbiorniki przepompowni,
2. zawory odpowietrzająco-napowietrzające na rurociągach tłocznych,
3. studnie rozprężne.

Ścieki, szczególnie z obszarów wiejskich cechują się silnie redukcyjnym (niedotlenionym) charakterem, o czym świadczą wskaźniki zapotrzebowania na tlen:
– BZT5 od 700 do 900 mg O2 / l,
– ChZT od 1000 do 1200 mg O2 / l.

Związane jest to z malejącym zużyciem wody, którego następstwem jest wysoka koncentracja zanieczyszczeń organicznych w ściekach.
Przeciętna norma zużycia wody na terenach wiejskich, przyjmowana aktualnie dla celów projektowych na jednego mieszkańca w gospodarstwie domowym wynosi 100 dm³/ m x d.

Przyczynami malejącego zużycia wody z centralnych systemów zaopatrzenia są:
– coraz wyższe ceny wody,
– nowoczesne wodooszczędne urządzenia sanitarne i sprzęt AGD.

Co ciekawe, czynione oszczędności w zużyciu wody przez mieszkańców przekładają się na dalszy wzrost jej ceny, ponieważ przedsiębiorstwa zarządzające ujęciami muszą podnosić stawki w celu utrzymania rentowności. Jest to mechanizm jeszcze bardziej wzmacniający tendencje do oszczędzania wody, lecz niekorzystny w aspekcie przesyłu i technologii oczyszczania ścieków. Powoduje bowiem coraz większe jednostkowe stężenie zanieczyszczeń organicznych w ściekach.

Rozkład materii organicznej w biofilmie pokrywającym ściany rurociągów oraz w złogach zalegających między odcinkami wznoszącymi i opadającymi rurociągu tłocznego przy niewystarczających prędkościach przepływu (poniżej 0,8 m/s) powoduje emisję przykrych zapachów spowodowanych obecnością amoniaku, siarkowodoru, merkaptanów, toluenu i propanolu.
Ponieważ to właśnie siarkowodór ma szczególnie niski próg wyczuwalności zapachu (0,0005 ppm), jest dominującym odorantem emitowanym z kanalizacji ściekowej oraz oczyszczalni ścieków. O ile w komorach przepompowni stężenie siarkowodoru waha się zwykle w granicach 300÷500 ppm, to w studni rozprężnej może osiągnąć wartości zbliżone do 1000 ppm.

Uciążliwości zapachowe z tego tytułu, są bardzo dokuczliwe w okresie letnim, kiedy spada rozpuszczalność tlenu w ściekach, w trakcie ich transportu systemem kanalizacyjnym. Siarkowodór stwarza poważne zagrożenia dla zdrowia i życia ludzkiego.

Wpływ zmian stężenia siarkowodoru na reakcję człowieka:

Dotychczasowe poszukiwania rozwiązania problemu wykrystalizowały się w postaci następujących zasadniczych kierunków:

• dawkowania reagentów chemicznych o silnych właściwościach utleniających,
• okresowego hydro-mechanicznego czyszczenia rurociągu tłocznego,
• injekcji sprężonego powietrza i przedmuchu rurociągu.

Artykuł niniejszy przedstawia skrótowo najbardziej zaawansowane technologicznie metody, które są stosowane w praktyce do zwalczania odorów, reprezentatywne dla każdego z wymienionych kierunków.

METODY USUWANIA ODORÓW

1. Dawkowanie reagentów chemicznych

W celu powstrzymania procesu zagniwania ścieków w rurociągu tłocznym stosuje się dawkowanie reagentów chemicznych w postaci:

• mieszaniny chlorku żelaza III-wartościowego, azotanu magnezu i kwasu azotowego o nazwie handlowej FERROX,
• azotanu wapnia o nazwie handlowej NUTRIOX,
• nadtlenku wodoru H2O2 (wodny roztwór w stężeniu 35% – perhydrol).

Zespół dawkowania reagenta składa się z następujących elementów:

– pompa dozująca z instalacją ssawną i tłoczną,
– zbiornik reagenta o pojemności pokrywającej, co najmniej miesięczne zapotrzebowanie,
– taca ociekowa, wewnątrz której jest zainstalowany zbiornik reagenta.

Dawkowanie reagenta jest realizowane pompą dozującą uruchamianą zazwyczaj przy każdym załączeniu pompy lub zdalnie sygnałem od czujnika siarkowodoru zainstalowanego w studni rozprężnej przy bezprzewodowej komunikacji on-line. Ostateczna dawka reagenta jest ustalona na podstawie prób eksploatacyjnych.
Zespół dawkowania reagenta chemicznego lokalizowany jest na terenie pompowni ścieków.

Sposoby dawkowania reagentów:

• FERROX dawkowany jest do rurociągu tłocznego z uwagi na dużą kwasowość pH 1÷2,
• NUTRIOX o pH 5÷7 jest bezpieczny dla materiałów, z których są wykonane pompownie oraz ich wyposażenie, dlatego może być dawkowany bezpośrednio do zbiornika przepompowni.

Wielokrotnie przeprowadzano próby stosowania nadtlenku wodoru, jednak z uwagi na jego nietrwałość, nie znalazł szerszego zastosowania. Nadtlenek wodoru zbyt szybko ulega rozkładowi z wydzieleniem gazowego tlenu, który jest usuwany przez odpowietrzniki zanim zostanie związany, dlatego też okazał się nieekonomiczny w praktycznym zastosowaniu.

Metoda dawkowania reagentów chemicznych jest skuteczna pod warunkiem ciągłego podawania preparatu do ścieków w okresach występowania dodatnich temperatur zewnętrznych. Przy czym występuje tu ścisła zależność między temperaturą, a niezbędną dawką preparatu.
Udowodniono, w bardzo wielu praktycznych zastosowaniach, że przy właściwie dobranych dawkach wymienionych reagentów możliwe jest skuteczne wyeliminowanie uciążliwości zapachowych.

Metoda jest stosunkowo łatwa w zastosowaniu na istniejących instalacjach. Najkorzystniejsze jest dawkowanie reagentów chemicznych, w punktach systemu tłocznego, najbardziej odległych od studni rozprężnej. Stosowanie reagentów do ścieków zagnitych, gdzie już występuje intensywna emisja siarkowodoru jest nieekonomiczne, ponieważ wymaga zastosowania bardzo wysokich dawek reagenta.

2. Pigging

Pigging to metoda pomocnicza do zwalczania przyczyn zagniwania ścieków w rurociągach, która polega na niskociśnieniowym czyszczeniu wewnętrznej powierzchni rurociągów, przy użyciu silikonowych tłoków czyszczących o średnicy nieznacznie większej od średnicy czyszczonej rury.

Dobór właściwego tłoka zależy od materiału rur i rodzaju zanieczyszczeń. Każdy taki silikonowy element potocznie nazywany jest „świnką”. Nazwa tłoka nawiązuje do charakterystycznego dźwięku, który wydaje podczas przemieszczania się w rurach. Budowa „świnki” pozwala na skuteczne czyszczenie rurociągu, nie uszkadzając przy tym powierzchni wewnętrznej rur. „Świnki” przystosowane są do pokonywania łuków o standardowym promieniu w tym kolan. Proces czyszczenia może być na bieżąco monitorowany przez przepływomierze i ciśnieniomierze, co pozwala śledzić i nadzorować postęp prac. Pigging z bardzo dużym powodzeniem jest stosowany przy czyszczeniu rurociągów o znacznych długościach i dużej gamie średnic. Po usunięciu przez „świnkę” zanieczyszczeń, rurociąg pozostaje czysty i wolny od wszelkich substancji. Medium wywierającym ciśnienie na tłok jest sprężone powietrze lub woda.

System składa się z następujących elementów:

• silikonowego tłoka czyszczącego „Pig”,
• stacji nadawczej tłoka,
• stacji odbiorczej tłoka.

Dla rurociągów tłocznych kanalizacji ciśnieniowej stacją odbiorczą tłoka jest studnia rozprężna.
Jest to bardzo dobrze rozpracowana metoda pod względem technicznym. Pierwsze udokumentowane użycie tej techniki datuje się na rok 1870 (do czyszczenia rurociągu ropy naftowej). Zastosowana do ścieków ma najwięcej aplikacji w USA, RFN oraz Wielkiej Brytanii.

Opisanej metody, nie można stosować, jeżeli rurociąg posiada zbyt wiele odgałęzień (trójników), oraz załamań co może być przyczyną ugrzęźnięcia tłoka. Problemem może być obecność dużej ilości piasku w ściekach. Rurociąg winien posiadać na całej długości jednakową średnicę oraz zawory (zasuwy), pozwalające na pełne otwarcie. Z powyższych względów rurociągi z założenia powinny być projektowane i wykonywane pod kątem zastosowania piggingu.

Należy przewidzieć sposób utylizacji usuwanych z rurociągu zanieczyszczeń oraz wyeksploatowanych tłoków.

Nieznane są próby zastosowania tej metody do celów komunalnych w Polsce.

3. Metoda BTS Bezemisyjnego Transportu Ścieków SZUSTERsystem

BTS Bezemisyjny Transport Ścieków to innowacyjna metoda do napowietrzania i przedmuchu przewodu tłocznego sprężonym powietrzem. Pozwala ona na efektywną i bezpieczną współpracę pompy ze sprężarką. Sprężarka ze zbiornikiem powietrza zlokalizowana jest na terenie przepompowni, natomiast powietrze jest wprowadzane do rurociągu tłocznego na początku układu w odległości bezpiecznej dla pomp w trakcie ich startu.

Urządzenie przeznaczone jest dla systemów tłocznych w przedziale średnic od DN80 do DN200, czyli dla zdecydowanej większości spotykanych w praktyce realizacji.

Każdą aplikację metody BTS poprzedza szczegółowa analiza systemu tłocznego (pompa + rurociąg). Wykorzystanie oryginalnego, stworzonego dla tej metody programu obliczeniowego symulującego ruch korków sprężonego powietrza w rurociągu tłocznym, pozwala z dużym prawdopodobieństwem przewidzieć rezultaty kontrolowanej dystrybucji powietrza. Zaimplementowany w sterowniku optymalizator bierze pod uwagę m.in. następujące aspekty pracy całego układu:

– chwilowy wydatek pompy,
– obroty sprężarki,
– czas przedmuchu,
– liczbę przedmuchów w cyklu,
– prędkość przepływu medium w trakcie tłoczenia lub napowietrzania,
– zadany czas przebywania ścieków w przewodzie,
– jednostkowe zużycie energii.

Dzięki zastosowaniu optymalizatora cały proces injekcji powietrza jest bezpieczny i nie powoduje negatywnej pracy pompy poza charakterystyką. W wyniku zastosowania metody BTS Użytkownik odnosi następujące korzyści:

1. kontrolę nad procesem zagniwania ścieków;
2. ograniczenie zużycia energii elektrycznej;
3. likwidację zanieczyszczeń sedymentujących w objętości rurociągu tłocznego łącznie z zerwaniem biofilmu pokrywającego jego ścianki;
4. całkowitą eliminację potrzeby stosowania reagentów chemicznych;
5. całkowitą lub częściową eliminację potrzeby stosowania zaworów N-O;
6. w wielu przypadkach istnieje możliwość korekty wydajności układu hydraulicznego bez zmiany wielkości pomp;
7. brak negatywnego oddziaływania na instalację tłoczną oraz środowisko;
8. obniżenie kosztów eksploatacji w stosunku do dotychczas stosowanych metod walki z odorami;
9. możliwość zastosowania metody w istniejących systemach tłocznych;
10. wysokie bezpieczeństwo w obsłudze instalacji.

Przedstawiony powyżej wykres pochodzi z rzeczywistej instalacji wykonanej w miejscowości Giezkowo, gm. Świeszyno. Zwraca uwagę fakt, że w czasie 24-godzinnej rejestracji wynik stężenia siarkowodoru w studni rozprężnej utrzymywał się na bardzo niskim poziomie nieprzekraczającym 2 ppm, co pokazano w oknie między godzinami 16:00-18:00.

Podsumowanie

Aktualnie na rynku  funkcjonuje kilka metod zwalczania odorów. Są one bardzo kosztowne bądź nie gwarantują przewidywalności końcowego rezultatu. W metodach chemicznych barierą trudną do pokonania jest zmiana składu chemicznego ścieków oraz sezonowa zmiana ich temperatury, co prowadzi do przedawkowania drogich reagentów. Dla zastosowania tlenu zawartego w powietrzu w celu redukcji związków siarki, barierą jest konieczność instalowania zaworów N-O do likwidacji korków blokujących proces transportu ścieków. Znane w technice rozwiązanie polegające na wielopunktowej injekcji powietrza na trasie rurociągu tłocznego wymaga uwzględnienia instalacji powietrznej wzdłuż rurociągu ściekowego, na etapie projektu i jest mało efektywne.

Metoda BTS sprawia, że dotychczasowe bariery są do pokonania, a proces likwidacji odorów poddaje się inteligentnemu zarządzaniu i kontroli przy stosunkowo niskich kosztach eksploatacji.