Oczyszczanie ścieków

Oczyszczalnie ścieków

Większość ścieków poddawana jest obecnie przeróbce w oczyszczalniach, tak aby mogła powrócić do rzek, nie stwarzając zagrożenia dla środowiska naturalnego. Jednak ilość zanieczyszczeń trafiających do mórz jest wciąż duża.

W ciągu ostatnich dwóch stuleci gwałtowny wzrost populacji oraz rozwój przemysłu sprawiły, że znacznie wzrosła ilość ścieków produkowanych przez ludzi. Ścieki spływają do kanałów nie tylko z naszych łazienek i zlewów lecz również z linii technologicznych w fabrykach. A gdy spada deszcz, do kanalizacji trafiają duże ilości wody deszczowej z ulic i dachów domów. Ścieki należy neutralizować przed odprowadzeniem do rzeki, aby jej po prostu nie zatruć. Woda deszczowa nie jest niebezpieczna i nie wymaga stosowania żadnych procesów oczyszczających. Stąd w niektórych miastach istnieją zupełnie oddzielone od siebie systemy kanalizacyjne odprowadzające ścieki i wodę deszczową. Tę ostatnią spuszcza się do rzek, a do oczyszczalni trafiają tylko ścieki. Zmniejsza to ogromnie objętość wody, którą trzeba poddać procesowi oczyszczania. Obecnie preferowany jest jednak sposób, w którym oba systemy są oddzielone tylko częściowo. To znaczy, woda deszczowa z ulic jest odprowadzana osobnym systemem deszczowym, a woda z dachów jest mieszana ze ściekami z gospodarstw domowych i trafia do oczyszczalni. Zaletą tego rozwiązania jest to, że deszczówka z dachów rozcieńcza ścieki poddawane przeróbce i płucze rury kanalizacyjne, nie dopuszczając do ich rozpuszczania. System kanalizacji ogólnospławnej, w którym woda deszczowa i ścieki wędrują tymi samymi kanałami, także jest regularnie czyszczony podczas deszczów. Lecz podczas gwałtownych burz przepływ wody staje się zbyt duży, aby mogły sobie z nim poradzić oczyszczalnie i system kanalizacyjny. Dlatego w takich warunkach nadmiar wody wymieszanej ze ściekami jest odprowadzany bezpośrednio do rzeki. Przy takim przepływie wody deszczowej ścieki są na tyle rozcieńczone, że nie stanowią poważnego zagrożenia dla środowiska. Wiele miast nadmorskich odprowadza swe nieoczyszczone ścieki bezpośrednio do morza. Niekiedy wyławia się wcześniej zanieczyszczenia stałe, aby zwiększyć prędkość rozpraszania się ścieków. W idealnych warunkach woda morska błyskawicznie rozcieńcza ścieki na tyle, że organizmy żyjące w morzu są w stanie przerobić je na substancje zupełnie nieszkodliwe. Lecz niesprzyjające wiatry bądź pływy są w stanie spowolnić rozcieńczanie i pognać surowe ścieki z powrotem na plaże. Powolne rozpraszanie się ścieków wpływa też na ekologię dna morskiego, niszcząc jego mieszkańców i przyczyniając się do spadku populacji ryb i innych organizmów morskich.

Oczyszczanie ścieków

Należy jednak oczyszczać możliwie dużą ilość ścieków, by nie skazić wód. Oczyszczanie składa się zwykle z dwóch procesów, zwanych oczyszczaniem wstępnym i zasadniczym. Oczyszczanie wstępne polega na oddzieleniu od cieczy części stałych. W procesie oczyszczania zasadniczego pozostałe w cieczy zanieczyszczenia są usuwane poprzez przyśpieszenie naturalnych procesów rozkładu biologicznego. Większe kawałki stałe, są oddzielone, gdy ścieki przepływają przez specjalne kraty lub sita, w których przekątna oczek wynosi około 2,5 cm. Zawarty w ściekach żwir i piasek osadza się, Gdy przepływają one przez otwarte kanały zwane piaskownikami. Oleje i tłuszcze usuwa się w odtłuszczaczu. Ścieki wpływają do zbiornika od dołu, a obracające się po powierzchni ramię zgarnia tłuszcze i drobne elementy. Ścieki odtłuszczone odpływają górą zbiornika do kanału zbiorczego.

Sedymentacja i osad

Drobne części stałe zawieszone w cieczy można odcedzić za pomocą sit. Jednak znacznie częściej stosuje się do tego celu proces zwany sedymentacją. Poddawane temu procesowi ścieki pozostawia się w zbiorniku sedymentacyjnym, czyli osadniku, na okres około trzech godzin. W tym czasie zawarta w nich zawiesina zdąży opaść na dno. Czasem równolegle prowadzi się proces zwany strącaniem. Do cieczy dodawany jest związek chemiczny, np. siarczek żelaza, rozpoczynający kondensację drobnych cząsteczek zawiesiny, które sklejają się ze sobą i następnie spadają na dno. Powstały w ten sposób osad można suszyć lub poddawać procesom chemicznym, lecz najczęściej jest on poddawany obróbce biologicznej. Surowy osad jest mieszany z osadem już przerobionym, który zawiera odpowiednie mikroorganizmy. Dobiera się je tak, by żyły na osadzie i żywiły się nim, rozbijając skomplikowane struktury groźnych związków organicznych na prostsze substancje. W procesie tym, zwanym fermentacją, wydziela się metan i inne palne gazy. Można je zbierać i napełniać nimi butle, można też spalić je, celem ogrzania osadu i przyśpieszenia fermentacji. Czasami gazów tych używa się jako paliwa do niewielkiej elektrowni, działającej przy oczyszczalni. Po oczyszczeniu, osad może być stosowany jako nawóz. Osad nadwyżkowy bywa w niektórych krajach wywożony w morze i zatapiany, by służył jako pożywka dla glonów, które są pierwszym ogniwem morskiego łańcucha pokarmowego. Jednak zdarza się, i to nierzadko, że osady zawierają dużo trujących metali ciężkich jak rtęć czy kadm, pochodzących ze ścieków przemysłowych. Gdy wchodzą w skład nawozu dla glonów, zatruwają cały łańcuch pokarmowy, więc coraz częściej praktyki takie są głośno krytykowane.

Oczyszczanie zasadnicze

Po usunięciu osadu pozostałą ciecz poddaje się procesom biologicznym, podobnie jak w przypadku osadu. Bakterie powodują, że większość masy organicznej reaguje z tlenem, produkując związki nieszkodliwe dla środowiska. Przeprowadza się to na dwa sposoby. W pierwszym, zwanym filtracją, ścieki reagują ze składającą się z mikroorganizmów warstwą aktywną pokrywającą porowaty materiał, tak jak na przykład węgiel aktywny. Materiał taki ma stosunkowo dużą powierzchnię czynną, na której może się wytworzyć warstwa aktywna, a większa powierzchnia oznacza większą prędkość i efektywność procesu oczyszczania. Warstwa węgla o grubości około 2 metrów jest zwykle ustawicznie spryskiwana ściekami, choć stosuje się także czasowe jej zatapianie w zanieczyszczeniach. Znacznie szerzej stosowana jest jednak druga metoda, w której do dobrze napowietrzonych ścieków wprowadza się odpowiednie mikroorganizmy. Powietrze wdmuchuje się do komory fermentacyjnej przez setki otworów w jej ścianach. Można też napowietrzać ścieki mieszając je nieustannie, tak aby powietrze znad powierzchni miało możliwość przedostania się do objętości cieczy. Proces trwa zwykle od 4 do 10 godzin.

Odprowadzanie oczyszczonych ścieków

W trakcie tego procesu powstaje osad, któremu pozwala się osiąść w osadniku końcowym. Ciecz otrzymana po odpływie jest dostatecznie czysta, by bez ryzyka zanieczyszczenia środowiska można było spuścić ją do rzeki.