Specyfika oczyszczania ścieków w małych i średnich jednostkach osadniczych

2.1. Klasyfikacja wielkościowa jednostek osadniczych.

W dostępnej literaturze, w tym nawet w dokumentach oficjalnych oraz wydawnictwach specjalistycznych istnieje istotna rozbieżność w przyjmowanych wartościach granicznych definiujących wielkość jednostki osadniczej [4-13]. W opracowaniach urbanistycznych można spotkać się z określaniem jednostek osadniczych o zbliżonej liczbie ludności (1000-6000 Mk) raz jako „małych miast” innym jako „dużych wsi”, przy czym w opracowaniach specjalistycznych można spotkać podział jednostek osadniczych o zbliżonej liczbie ludności nawet na ponad dwadzieścia różnych podtypów [5]. Ta liczebność powoduję, że podziały te w pełni zasadne z punktu widzenia urbanistycznego mają ograniczone zastosowanie w przypadku gospodarki wodno-ściekowej. Dokumenty państwowe również nie definiują jednoznacznie co należy rozumieć przez jakościowe określenia „mała-, średnia-, duża-, jednostka osadnicza”. GUS różnicuje miasta ze względu na liczbę mieszkańców na: małe do 20 tys. (z subkategorią do 5 tys.), średnie 20-100 tys., duże powyżej 100 tys. dodatkowo wydzielając kategorię miast dużych powyżej 200 tys. mieszkańców[12].

W dokumencie tym jednakże, nie uwzględnia się w ogóle wsi, a rozbicie kategorii małych i dużych miast na subkategorie zwiększa niejednoznaczność stosowanej terminologii. Z punktu widzenia gospodarki ściekowej najistotniejsze informacje w tym zakresie wydaje się zawierać Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego.

Różnicuje ono wymogi co do jakości ścieków oczyszczonych odprowadzanych do środowiska na podstawie wielkości oczyszczalni wyrażonej w RLM, wiążąc szczegółowe wymogi z określonymi przedziałami liczbowymi RLM. W tym dokumencie nie użyto mało precyzyjnych kwantyfikatorów: „małe, średnie, duże” etc. , natomiast jedynym rozróżnieniem jest podzielenie obszarów obsługiwanych przez oczyszczalnie ścieków na obszary aglomeracyjne i nie-aglomeracyjne. Należy pamiętać, że wartość RLM nie jest tożsama z rzeczywistą liczbą mieszkańców, a zatem nie można bezpośrednio powiązać ze sobą podziałów stosowanych przez GUS i Ministerstwo Środowiska.

W związku z brakiem jednoznaczności stosowanej terminologii na potrzeby tego doktoratu zdecydowano się przyjąć następujące definicje wielkości jednostek osadniczych istniejących w Polsce:

⎯ mała: do 5 tys. mieszkańców

⎯ średnia 5-50 tys. mieszkańców

⎯ duża: pow. 50 tys. mieszkańców

Autor zdaje sobie sprawę z arbitralności takiego podziału, jednak konieczne było usystematyzowanie wiedzy w tym obszarze. W stosowanych w polskim prawodawstwie zakresach wielkości oczyszczalni określanych wskaźnikiem RLM ze względu na jego specyfikę, nie opierano się w ogóle na ładunkach zanieczyszczeń wytwarzanych w jednostce osadniczej o danej wielkości. Jest to szczególnie widoczne w przypadku oczyszczalni o projektowej RLM < 100 tys. Im mniejsze projektowe RLM tym większa niepewność co do rzeczywistej liczby mieszkańców danej jednostki osadniczej, gdyż znacząco rośnie wpływ lokalnych zakładów przemysłowych na wielkość RLM całej jednostki osadniczej. Należy tu zwrócić uwagę, iż przy wartościach poniżej 50 tys. RLM udział szeroko pojętego przemysłu może wynosić ponad połowę tej wartości. Przykładowo: w gminie zamieszkanej przez 5 tys. mieszkańców zlokalizowane są zakłady przemysłu spożywczego odprowadzające ścieki do publicznej kanalizacji o łącznym RLM = 40 tys., co po uwzględnieniu pozostałych czynników może generować projektowy RLM przekraczający 50 tys. Przykład ten obrazuje również specyfikę małych i średnich jednostek osadniczych z punktu widzenia gospodarki ściekowej, o ile w przypadku dużych miast czy aglomeracji o wspólnym systemie kanalizacyjnym obsługiwanym przez jedną lub kilka dużych (patrz rozdział 2.2) oczyszczalni zarówno skład ścieków jak i nierównomierność dobowa ścieków dopływających do oczyszczalni są zbliżone do siebie niezależnie od lokalizacji takiej jednostki osadniczej, o tyle im mniejsza jest jednostka

12 osadnicza tym istotniejszą rolę odgrywa lokalna specyfika i tym większa będzie nierównomierność dopływu.

2.2. Definicja wielkości oczyszczalni.

Zwykle do klasyfikacji pod uwagę brana jest projektowa wielkość RLM lub dobowego przepływu przez oczyszczalnie. Podobnie jak w przypadku wielkości jednostki osadniczej, niezależnie czy brać pod uwagę nomenklaturę stosowaną tylko w Polsce, czy też w innych krajach również w nazewnictwie używanym do określania wielkości oczyszczalni istnieją rozbieżności. [14,15] Przykładowo w Austrii [14] obiekty o RLM < 50 nazwano „małymi” oczyszczalniami, podczas gdy w Polsce obiekty o wielkości poniżej 50 RLM raczej zostałyby określone terminem „mikro”. Termin „małe” najczęściej używany jest dla obiektów o projektowym RLM w zakresie 50-2000 RLM, choć może to być również 50-15 000. Część specjalistów w Polsce uważa obiekty o projektowym RLM 15 000-100 000 za „średnie”, lecz są badacze, którzy dzielą obiekty tylko na „małe” i „duże”. Jedyną wspólna dla wielu źródeł definicją dotyczącą jakościowego określenia wielkości oczyszczalni jest definicja oczyszczalni „dużej” czyli wszystkich obiektów powyżej 100 tys. RLM. W tej pracy zdecydowano się na następujące definicje wielkości oczyszczalni:

⎯ mikro: do 50 RLM (do ~6 m³/d)

⎯ małe: 50-15 000 RLM (~6-1 800 m³/d)

⎯ średnie: 15 000-100 000 RLM (~1 800-12 000 m³/d)

⎯ duże: powyżej 100 000 RLM (pow. ~12 000 m³/d)

2.3. Charakterystyka małych i średnich oczyszczalni ścieków

W oparciu o przyjęte w podrozdziale 2.2 definicje i dane GUS [16] (Tab. 4-1 i 4-2, rozdział 4.1), liczbę oczyszczalni małych i średnich w Polsce można szacować na ponad 3 000. Podanie dokładnej liczby nie jest możliwe, ze względu na rozbieżność w przyjętych przedziałach w tej pracy i przez GUS, co omówiono powyżej. Choć wykorzystujące te same technologie co obiekty duże, małe i średnie oczyszczalnie ścieków są przeważnie obiektami unikatowymi, nieseryjnymi, dostosowanymi do lokalnych warunków i potrzeb.

Podstawową cechą charakterystyczną małych i średnich oczyszczalni jest ich tzw. kompaktowość – mniejsza liczba modułów wynikająca z dwóch przyczyn, łączenia kilku modułów w jeden lub całkowitej rezygnacji z niektórych modułów oczyszczania. Dość często obiekty tej wielkości nie posiadają dedykowanego separatora tłuszczów, ze względu na ich niewielką dobową ilość (ładunek) trafiającą do oczyszczalni. Kolejną cechą charakterystyczną jest częsta rezygnacja z osadników wstępnych i wielostopniowego oczyszczania mechanicznego. Zależnie od lokalnych uwarunkowań może to oznaczać zastosowanie sitopiaskownika zamiast 2 zestawów krat i piaskownika, sita pionowego, ukośnego lub innego współpracującego z wydzielonym piaskownikiem[199]. Możliwych kombinacji jest bardzo dużo, ostateczna kompozycja danej oczyszczalni zależy przede wszystkim od lokalnej specyfiki i nie jest możliwe szczegółowe opisanie wszystkich możliwych konfiguracji w ramach tej pracy.

Im mniejsza oczyszczalnia tym większej nierównomierności dobowej dopływu należy się spodziewać, między innymi z tego względu często w obiektach małych stosowane są reaktory sekwencyjne i/lub zbiorniki retencyjne. Oprócz nierównomiernego dopływu, częstą niedogodnością eksploatacyjną z którą muszą się zmierzyć operatorzy oczyszczalni małych i średnich, jest niepełne (niższe od przyjętego w projekcie oczyszczalni) objęcie siecią kanalizacyjną obszaru obsługiwanego przez dany obiekt. Oznacza to, że istotna część ścieków oczyszczanych przez oczyszczalnie jest dowożona wozami asenizacyjnymi ze zbiorników bezodpływowych. Ścieki te są zwykle bardziej stężone i w trakcie retencjonowania w zbiornikach bezodpływowych, wstępnie przetworzone przez mikroorganizmy naturalnie występujące w ściekach co oznacza mniejsze stężenia BZT5 i większe stężenia ChZT w ściekach dowożonych niż w ściekach dopływających. Konieczność oczyszczania ścieków o takiej charakterystyce jest istotnym wyzwaniem eksploatacyjnym dla wielu obiektów z grupy małych i średnich oczyszczalni – gwałtowne

13 zmiany stężeń zanieczyszczeń w ściekach trafiających do oczyszczalni utrudniają utrzymanie stabilności procesów oczyszczania. Jest to szczególnie istotne w przypadku związków biogennych, dla których utrzymanie odpowiedniego bilansu C:N:P oraz kompozycji mikrobiologicznej osadu czynnego jest warunkiem koniecznym ich efektywnego usuwania ze ścieków. Pozostałe parametry jakościowe ścieków dopływających zależą ściśle od specyfiki lokalnej, inny będzie skład ścieków odprowadzanych z samodzielnego osiedla mieszkaniowego, inny z małego miasteczka posiadającego kilka mniejszych zakładów przemysłowych, a jeszcze inny z obszarów rolniczych, intensywnie nawożonych.

Oczyszczalnie małe i średnie mają ograniczony potencjał generacyjny energii elektrycznej. Zwykle są to obiekty zlokalizowane na obszarach o powierzchni rzędu setek metrów kwadratowych, podczas gdy oczyszczalnie duże zajmują powierzchnie liczoną w hektarach. Mała powierzchnia działki oznacza, że w większości przypadków nie będzie możliwe przeznaczenie dostatecznie dużej powierzchni pod instalację infrastruktury generującej energię elektryczną w dostatecznej ilości w oparciu o technologie z grupy OZE. Potencjał produkcji biogazu na potrzeby kogeneracji przez obiekty tej wielkości również jest znikomy gdyż ilość oczyszczanych ścieków nie wytwarza dostatecznie dużej ilości osadu nadmiernego, który można poddać procesom fermentacji metanowej. Z punktu widzenia tej pracy istotne jest, że pomimo dużej różnorodności pod względem konstrukcyjnym i technicznym, małe i średnie oczyszczalnie realizują procesy technologiczne w oparciu o relatywnie nieduży zbiór urządzeń elektrycznych i rozwiązań technicznych, czego rezultatem jest zbliżona moc zainstalowana urządzeń i porównywalne zużycie energii elektrycznej na obiektach o podobnej wielkości.

2.4. Wymagania formalne oczyszczania ścieków dla małych i średnich jednostek osadniczych

Wymagania formalne stawiane ściekom oczyszczonym w Polsce reguluje Rozporządzenie Ministra Środowiska z 2014r. dostosowujące przepisy krajowe do wymagań UE. Rozporządzenie to w stawianych oczyszczalniom wymaganiach łączy ugruntowaną wiedzę na temat specyfiki oczyszczania ścieków w obiektach o różnej wielkości z koniecznością utrzymania odpowiednio wysokiego stopnia usuwania zanieczyszczeń ze ścieków, niezbędnego do ochrony krajowych zasobów wodnych i środowiska wodnego.

W dokumencie tym oczyszczalnie komunalne zostały podzielone na dwie główne grupy – obiekty obsługujące samodzielne jednostki osadnicze, oraz obiekty obsługujące jednostki osadnicze zlokalizowane na terenach aglomeracyjnych. Dalszy podział oczyszczalni został dokonany w oparciu o projektową wielkość RLM obiektu. Kolejnym istotnym kryterium uwzględnionym w rozporządzeniu jest rodzaj odbiornika, do którego będą odprowadzane ścieki oczyszczone. Zakres kryteriów uwzględnionych w rozporządzeniu pozwala na dopasowanie z dużą precyzją wymagań stawianych poszczególnym oczyszczalniom w ramach pozwoleń wodnoprawnych. Szczegółowy zakres kryteriów na określających wymagania formalne jakości ścieków oczyszczonych przedstawiono w tabelach 2-1 oraz 2-2.

Tab. 2-1 Najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń albo minimalny procent redukcji zanieczyszczeń dla ścieków bytowych lub komunalnych wprowadzanych do wód lub do ziemi¹⁾[13]

Objaśnienia:

1) Określone w załączniku najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń albo minimalny procent redukcji zanieczyszczeń:

– pięciodobowego biochemicznego zapotrzebowania tlenu (BZT5), chemicznego zapotrzebowania tlenu oznaczanego metodą dwuchromianową (ChZTCr) oraz zawiesin ogólnych – dotyczą wartości tych wskaźników w próbkach średnich dobowych, z tym że w przypadku oczyszczalni ścieków komunalnych o okresowym w ciągu doby odprowadzaniu ścieków dopuszcza się uproszczony sposób pobierania próbek ścieków, jeżeli można wykazać, że wyniki oznaczeń będą reprezentatywne dla ilości odprowadzanych zanieczyszczeń, – azotu ogólnego – dotyczą średniej rocznej wartości tego wskaźnika w ściekach, obliczonej dla próbek średnich dobowych pobranych w danym roku. Dopuszcza się określanie wymogów dotyczących usuwania związków azotu na podstawie prób średnich dobowych, jeżeli można wykazać, że osiągnięty został ten sam poziom ochrony. W takim przypadku stężenie azotu ogólnego w żadnej ze średnich dobowych próbek ścieków pobranych z odpływu z reaktora biologicznego, gdy temperatura tych ścieków jest równa lub wyższa od 12°C, nie może przekroczyć 20 mg N/l. Kryterium oparte na określeniu temperatury granicznej może być zastąpione odpowiednim limitem czasowym, uwzględniającym lokalne warunki klimatyczne,

– fosforu ogólnego – dotyczą średniej rocznej wartości tego wskaźnika w ściekach,

– minimalny procent redukcji zanieczyszczeń określany jest w stosunku do ładunku zanieczyszczeń w ściekach dopływających do oczyszczalni w aglomeracji. Najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń albo minimalny procent redukcji zanieczyszczeń stosuje się od dnia 1 stycznia 2016 r.

2) W czasie rozruchu oczyszczalni nowo wybudowanych, rozbudowanych lub przebudowanych oraz w przypadku awarii urządzeń istotnych dla realizacji pozwolenia wodnoprawnego najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń podwyższa się maksymalnie do 50%, a wymaganą redukcję zanieczyszczeń obniża się nie więcej niż do 50% w stosunku do wartości podanych w załączniku.

3) Analiz dokonuje się z próbek homogenizowanych, niezdekantowanych i nieprzefiltrowanych, z wyjątkiem odpływów ze stawów biologicznych, w których oznaczenia BZT5, ChZTCr, azotu ogólnego oraz fosforu ogólnego należy wykonać z próbek przefiltrowanych. Próbki pobrane z odpływu ze stawów biologicznych należy uprzednio przefiltrować, jednakże zawartość zawiesiny ogólnej w próbkach niefiltrowanych nie powinna przekraczać 150 mg/l niezależnie od wielkości oczyszczalni.

4) Wartości wymagane wyłącznie w ściekach wprowadzanych do jezior i ich dopływów oraz bezpośrednio do sztucznych zbiorników wodnych usytuowanych na wodach płynących.

5) Minimalny procent redukcji nie ma zastosowania do ścieków wprowadzanych do jezior i ich dopływów, bezpośrednio do sztucznych zbiorników wodnych usytuowanych na wodach płynących oraz do ziemi.

6) Najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń albo minimalny procent redukcji zanieczyszczeń stosuje się do dnia 31 grudnia 2015 r.

7) Najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń albo minimalny procent redukcji zanieczyszczeń stosuje się od dnia 1 stycznia 2016 r

15 Tab. 2-2 Najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń albo minimalny procent redukcji zanieczyszczeń dla ścieków wprowadzanych do wód lub do ziemi z oczyszczalni ścieków w aglomeracji1) [13]

Objaśnienia:

1) Określone w załączniku najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń albo minimalny procent redukcji zanieczyszczeń:

– fosforu ogólnego – dotyczą średniej rocznej wartości tego wskaźnika w ściekach,

4) Wartości wymagane wyłącznie w ściekach wprowadzanych do jezior i ich dopływów oraz bezpośrednio do sztucznych zbiorników wodnych usytuowanych na wodach płynących.

Podstawową różnicą pomiędzy wymaganiami stawianymi oczyszczalniom zwykłym i aglomeracyjnym jest zawarta w tabeli 2-1 dodatkowa kategoria obiektów o projektowym RLM nieprzekraczającym 2000 MR.

Wymagania co do wartości liczbowych wskaźników zanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych dla obiektów tej wielkości są zdecydowanie łagodniejsze niż dla pozostałych, jednakże w przeciwieństwie do obiektów większych ustawodawca nie przewidział tutaj możliwości złagodzenia wymagań poprzez

16 dopuszczenie wymiennego stosowania wymagań względnych wyrażanych jako procent redukcji ładunku zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni w ściekach surowych. Oczyszczalnie w przedziale 2000-9999 RLM są drugą kategorią obiektów w przypadku, których istnieje wymóg przestrzegania maksymalnych limitów stężeń zanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych, limity te są jednak bardziej rygorystyczne. Obiekty w przedziale 2 000-99 999 RLM muszą spełniać te same wymagania w przypadku dopuszczalnych limitów stężeń zanieczyszczeń wyrażanych w mg/l, ustawodawca przewidział jednak szereg wyjątków pozwalających dostosować wymagania do warunków lokalnych. Szczególnie istotna jest tutaj możliwość dostosowania wymagań stawianych oczyszczalni ze względu na rodzaj odbiornika do którego będą trafiać ścieki oczyszczone. Dla obiektów powyżej 10 000 RLM (niezależnie czy zlokalizowanych w obszarze aglomeracyjnym czy poza tymi obszarami) Ustawodawca przewidział możliwość stosowania limitów opartych o wartości stężeń w mg/l lub wartości względne (procent redukcji zanieczyszczeń dopływających) istotnym czynnikiem jest tu rodzaj odbiornika, gdzie szczególnie chronione są zbiorniki wodne, lub obszary podlegające szczególnej ochronie przyrodniczej. Dla obiektów powyżej 100 000 RLM Ustawodawca przewidział najostrzejsze wartości graniczne stężeń zanieczyszczeń w mg/l w ściekach oczyszczonych, lecz identyczny wymagany względny stopień oczyszczenia ścieków – jest to decyzja uzasadniona, przy tej skali oczyszczalni usunięcie minimum 80% dopływającego ładunku zanieczyszczeń oznacza istotnie większą ilość usuniętego ładunku zanieczyszczeń niż w przypadku obiektów mniejszych. Dokładne wymagania stawiane pojedynczym oczyszczalniom ustalane są dla każdego przypadku indywidualnie podczas tworzenia pozwolenia wodnoprawnego dla danego obiektu.

Podczas tworzenia tego typu dokumentu lokalna administracja w oparciu o odpowiednie rozporządzenia i przepisy wykonawcze, ze szczególnym uwzględnieniem Rozporządzenia z 2014r. ustala dokładne warunki jakie będzie musiała spełnić dana placówka w trakcie obowiązywania pozwolenia. Wymagania te są tym ostrzejsze im cenniejszy z punktu widzenia przyrodniczego jest obszar w jakim będzie funkcjonować obiekt, kolejnym czynnikiem decydującym o zastosowaniu ostrzejszych wymogów jest przyjęta zdolność do samooczyszczania się odbiornika ścieków oczyszczonych, dlatego w przypadku zbiorników bezodpływowych (stawy, mokradła) stosuje się ostrzejsze normy niż w przypadku wód płynących (rzeki, jeziora o dużym przepływie etc.)

W dokumencie POLITECHNIKA KRAKOWSKA. im. Tadeusza Kościuszki. Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki. Katedra Technologii Środowiskowych ROZPRAWA DOKTORSKA (Stron 11-16)