OCZYSZCZANIE INFILTRACYJNE ODCIEKÓW

17. OCZYSZCZANIE INFILTRACYJNE ODCIEKÓW

Odcieki ze składowiska odpadów, ujęte rowem opaskowym, odprowadzane są do oczyszczalni. Od zastosowanej metody oczyszczania zależy stopień oczyszczenia wody i sposób jej dalszego wykorzystania. Wody odciekowe stanowią jednak dodatkowe obciążenie dla oczyszczalni komunalnych, które oczyszczają ścieki bytowo-gospodarcze o odmiennym składzie jakościowym wody. Ponadto uruchomiony musi być dodatkowy tabor samochodowy wywożący odcieki składowiskowe do oczyszczalni. Rozwiązaniem może być budowa sieci kanalizacyjnej, którą odcieki spływają bezpośrednio do oczyszczalni, ale jest to możliwe tylko w przypadku niewielkich odległości pomiędzy obiektami.

Dla ściśle określonych warunków lokalnych najprostszą i najbardziej ekonomiczną metodą oczyszczania wód odciekowych może okazać się oczyszczalnia zlokalizowana na terenie składowiska odpadów. Wody oczyszczone przez własną oczyszczalnię wykorzystane

186 mogą być do zraszania zrekultywowanego składowiska lub odprowadzane do gruntu. W gruncie zachodzi dalszy, naturalny proces samooczyszczania (doczyszczania wody).

Oczyszczanie ścieków w środowisku glebowym, stanowiącym naturalny filtr, prowadzone jest od zarania dziejów samoczynnie, przez siły naturalne działające w środowisku przyrodniczym i jest naturalnym procesem uzdatniania wody. Naturalny proces wykorzystuje złożone środowisko glebowe, jako siedlisko różnorodnych mikroorganizmów tlenowych i beztlenowych oraz współwystępującej roślinności do wiązania zanieczyszczeń zawartych w wodzie.

Wykorzystując zjawisko samooczyszczania się wód w przyrodzie, proces ten może być prowadzony w sposób kontrolowany, poprzez zastosowanie metody oczyszczania odcieków w procesie infiltracji. Oczyszczanie odcieków metodą infiltracyjną w środowisku glebowym jest jedną z najbardziej naturalnych metod oczyszczania, możliwą do wykorzystania w miejscu zagospodarowywania odpadów, efektywną i odciążającą oczyszczalnie komunalne. Poszczególne procesy infiltracyjnego oczyszczania ilustruje rysunek 41.

Infiltracja jest naturalnym, bezreagentowym procesem oczyszczania wody, który prowadzony jest w naturalnym środowisku glebowym z warstwą wodonośną, lub w sztucznie utworzonym środowisku glebowym o podwyższonej wilgotności (złoże

WODA POWIERZCHNIOWA

wstępne oczyszczanie

infiltracja brzegowa

infiltracja sztuczna (baseny, rowy infiltr.)

infiltracja sztuczna (drenaże, studnie) infiltracja

podenna

oczyszczanie w układzie technologicznym oczyszczania wody podziemnej

lub powierzchniowej

Rysunek 41. Schemat oczyszczania wody powierzchniowej z wykorzystaniem infiltracji(A.L.Kowal, M.widerska-Bróż, 2000)

187 filtracyjne). Środowiska te noszą nazwę „oczyszczalni infiltracyjnych”, w których - w wyniku przesiąkania wody przez warstwę gleby - zachodzą jednostkowe procesy samooczyszczania. Współwystępują tutaj procesy fizyczne, chemiczne, biochemiczne, fizyczno–chemiczne i biologiczne, które współdecydują także o stopniu oczyszczenia wody.

Do podstawowych jednostkowych procesów infiltracji należą: wytrącanie (węglanów, metali ciężkich), wiązanie (związków azotu, fosforu), sedymentacja, samokoagulacja, hydroliza, nitryfikacja, denitryfikacja, wymiana jonowa, biosorpcja, fotoliza i uśrednianie składu wody, biochemiczny rozkład materii organicznej, wyrównywanie temperatury wody i inne. Procesy te prowadzone są przy współudziale mikroorganizmów licznie zasiedlających środowisko glebowe. Mikroorganizmy skoncentrowane na cząstkach gleby tworzą „błonę biologiczną”.

Błona biologiczna jest to śluzowaty nalot, składający się z różnych gatunków bakterii, glonów, pierwotniaków, wirusów (celulolityczne, denitryfiktory, azotobakterie, bakterie amonifikujące i inne), które przyczepione są do porowatych cząstek fazy stałej, czyli cząstek gleby i korzeni roślin. Tak zróżnicowana biomasa mikroorganizmów prowadzi proces zatrzymywania, pochłaniania, utleniania i redukcji substancji organicznej. Szybkość zachodzących procesów zależy od ilości biomasy zgromadzonej w środowisku glebowym, wielkości powierzchni kontaktu „odcieki-gleba-mikroorganizmy”, szybkości wymiany masy pomiędzy biomasą, odciekami, glebą i przepływającym tlenem atmosferycznym. Błona biologiczna ma budowę warstwową, w której, w zależności od warunków środowiska, występuje strefa aerobowa, anaerobowa i endogenna. W każdej z tych stref rozwija się, optymalna dla panujących w niej warunków, kolonia drobnoustrojów.

Jakość oczyszczonej wody infiltrującej przez infiltracyjne złoże gruntowe zależy od jakości i ilości procesów zachodzących w objętości złoża gruntowego wypełnionego odciekami. Na jakość oczyszczanej wody mają także wpływ procesy zachodzące w osadzie dennym.

Osad denny stanowi obumarła materia organiczna roślinna i zwierzęca oraz wytrącone związki mineralne. Przebiegają w nim procesy biochemiczne utleniania, redukcji, sorpcji, hydrolizy, wymiany jonowej, filtracji, wytrącania i uśredniania składu wody. Procesy te prowadzone są zawsze przy współudziale beztlenowej mikroflory gnilnej, beztlenowców celulolitycznych, bakterii metanogennych, bakterii redukujących siarczany, purpurowych bakterii bezsiarkowych i wielu innych. Na całość zachodzących procesów wywiera wpływ temperatura otoczenia i wnętrza basenu infiltracyjnego, stopień nasłonecznienia odcieków, pH, potencjał oksydacyjnoredukcyjny, ilość i rodzaj mikroorganizmów. Optymalny czas przepływu pionowego odcieków przez złoże infiltracyjne wynosi od kilku godzin do

188 kilkudziesięciu dni. Okres zatrzymywania wody w stawie sprzyja procesom sedymentacji, samokoagulacji i uśredniania składu wody. Ograniczona wodoprzepuszczalność osadów dennych, stanowi specyficzną membranę, na której zatrzymywane są zasocjowane zanieczyszczenia.

Uśrednianie składu wody jest procesem samorzutnego mieszania się odcieków doprowadzonych do poziomów infiltacyjnych z wodą w nich zgromadzoną. Proces ten korzystnie wpływa na destabilizację koloidów i samokoagulację. Proces koagulacji jest pod bezpośrednim wpływem pH środowiska wodnego, które zmienia się w ciągu roku.

Powodem zmian stężenia jonów H⁺ są zakwity glonów zachodzące, miedzy innymi, pod wpływem zmian temperatury otoczenia.

Wielkość wskaźników, których przekroczenie wymaga infiltracyjnego oczyszczenia wody powierzchniowej ilustruje tabela 25.

Tabela 25. Wymagania stawiane wodzie powierzchniowej, których przekroczenie wymaga infiltracyjnego oczyszczenia ((A.L.Kowal, M.widerska-Bróż, 2000)

Ogólna liczba bakterii, liczba komórek/cm³

1000 – dla piasków o

189 Spośród wielu czynników wpływających na efekt „pracy” systemu infiltarcyjnego nie można pominąć podstawowego czynnika, jakim jest tlen. Tlen przenika z atmosfery do złoża filtracyjnego w procesie fizycznym, jakim jest dyfuzja. Proces dyfuzji tlenu uzależniony jest od rodzaju struktury i wilgotności gruntu. Istotnymi parametrami są także: wielkość i kształt ziarn złoża, porowatość i przepuszczalność, połączenie poszczególnych porów, czyli krętość.

Przy dużej wilgotności złoża, a małej porowatości gazowej, występuje mała liczba wolnych porów powietrznych. Z powodu zaniku ciągłości kanalików powietrznych, wolne pory izolowane są korkami wodnymi. Tlen stopniowo jest zużywany w procesach oddychania tlenowego mikroorganizmów, aż do całkowitego zaniku. Zjawisko to jest bardzo niekorzystne z uwagi na aktywność biologiczną złoża, które w takim przypadku nie nadaje się do procesu oczyszczania odcieków.

Z uwagi na specyficzny charakter odcieków składowiskowych do ich oczyszczania zalecane jest zastosowanie sztucznego środowiska glebowego, czyli basenów infiltracyjnych, w których możliwa jest wymiana złoża filtracyjnego.

17.1. Basen infiltracyjny

Basen infiltracyjny jest obiektem budowlanym z uszczelnionym podłożem gruntowym i bokami. Uszczelnienie może być naturalne lub sztuczne, podobnie jak przy uszczelnianiu składowisk odpadów. Na warstwie uszczelnienia kładzie się podsypkę, na której układa się drenaż do spływu wody oczyszczonej. Drenaż zabezpieczony jest przed kolmatacją zasypką żwirową lub piaskową. Powierzchnia basenu wypełniona jest złożem, który stanowi żwir i piasek o określonym uziarnieniu, odpowiednio dobranym współczynniku filtracji, porowatości, wysokości i długości warstwy filtracyjnej. Baseny infiltracyjne do oczyszczania odcieków składowiskowych mają zazwyczaj długość 15÷20 m oraz wysokość wypełnienia basenu odciekami od 1,5 m do 2,0 m. W zależności od położenia geograficznego i panujących warunków klimatycznych, dla zapewnienia właściwej prędkości filtracji odcieków przez złoże, głębokość ta może dochodzić do 3 m.

Dla wykorzystania właściwości uśredniających, stosunek długości do szerokości basenu powinien wynosić minimum 4:1.

Cykl pracy oczyszczalni infiltracyjnych rozpoczyna etap zalewania basenu odciekami.

Z upływem czasu zalewania zmniejszeniu ulega prędkość wsiąkania odcieków w złoże w wyniku uszczelnienia dna usuwanymi zanieczyszczeniami, zmiany wilgotności złoża oraz pojawienia się błony biologiczno – mechanicznej. Intensywność zalewania złoża odciekami wpływa na proces przesiąkania odcieku w złoże. Tutaj zalecane jest prowadzenie

190 intensywności zalewania większej od intensywności początkowego przesiąkania odcieków.

Ogranicza to zasięg kolmatacji dna basenu.

Po napełnieniu basenu odciekami do wymaganego poziomu rozpoczyna się etap eksploatacji basenu. Czas przepływu odcieków przez złoże powinien wynosić od 3 do 10 dni. W tym czasie intensywność infiltracji zmienia się, z powodu uszczelnienia dna maleje jej prędkość, a po osiągnięciu wartości mniejszej od minimalnej basen zostaje wyłączony z pracy w celu jego oczyszczenia. Oczyszczanie basenu polega na jego odwodnieniu, osuszeniu, a następnie mechanicznym lub ręcznym usunięciu złoża zakolmatowanego osadem. Usunięte złoże może być ponownie użyte po procesie oczyszczania przy pomocy płuczek wodnych.

Powstające podczas infiltracji osady stanowią mieszaninę substancji organicznych i nieorganicznych, a także mikroorganizmów, które również biorą udział w procesach oczyszczania (sorpcji, wymiany jonowej, hydrolizy i innych).

Metody infiltracyjne stosuje się również do oczyszczania zanieczyszczonych wód powierzchniowych.