Czwarty stopień oczyszczania ścieków może wkrótce stać się obowiązkowy!

Jednocześnie jednak pojawiają się kolejne zagrożenia i wynikające z nich wyzwania. Należy do nich między innymi obecność mikrozanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych i wodach. W związku z tym branża oczyszczania musi przejść kolejną rewolucję.

Czym są mikrozanieczyszczenia?

Lista szkodliwych substancji wykrywanych we wszystkich środowiskach wodnych, także w wodzie wodociągowej, jest otwarta i dopisywane są do niej kolejne pozycje. Ogólnie można powiedzieć, że mikrozanieczyszczenia to:

• farmaceutyki – leki, hormony, sterydy, np. Carbamazepine, Diclofenac itd.
• biocydy, czyli związki chemiczne służące do zwalczania szkodników w rolnictwie, np. pestycydy
• produkty higieniczne i codziennego użytku, takie jak środki zapachowe, dezynfekcyjne, filtry UV, środki na owady itp.
• chemikalia pochodzące z przemysłu, np. Bisphenol A itp.

Coraz większa liczba badań wskazuje na groźne skutki kontaktu z tymi substancjami, nawet pomimo ich niewielkich stężeń. Mogą wpływać one na gospodarkę hormonalną organizmu człowieka, wywoływać uczulenia, zwiększać ryzyko chorób nowotworowych i powodować inne długofalowe skutki, których jeszcze nie znamy. Niektóre substancje mogą przenikać przez łożysko do organizmu dziecka już w czasie ciąży! Konwencjonalne metody oczyszczania ścieków oparte na osadzie czynnym zatrzymują część mikrozanieczyszczeń, ale wobec większości z nich są bezradne.

Regulacje prawne i perspektywy.

Obecnie w Polsce i szerzej – w Unii Europejskiej – nie ma wymogu usuwania omawianych zanieczyszczeń. Jednak w Parlamencie Europejskim trwają prace nad dyrektywą wprowadzającą takie regulacje. Propozycja zmiany Dyrektywy dotyczącej oczyszczania ścieków komunalnych, COM (2022) 541, nakłada obowiązek usuwania mikrozanieczyszczeń na największe oczyszczalnie o RLM (Równoważona Liczba Mieszkańców) > 150 000 mk oraz RLM > 10 000 mk, które zrzucają ścieki oczyszczone do wód wrażliwych z datą końcową 12/2040. Dyrektywa ta zawiera także „mapę drogową” z wymogami pośrednimi.

Oznacza to, że także polskie oczyszczalnie stoją przed dość nieodległą perspektywą stawienia czoła nowym ogromnym wyzwaniom. Warto więc jak najszybciej rozpocząć działania w tym kierunku.

Czy istnieje technologia usuwania mikrozanieczyszczeń?

Zacznijmy od uporządkowania pojęć. Czym jest czwarty stopień oczyszczania? Wziął się on z podziału:

- I stopień – podczyszczanie mechaniczne;

- II stopień – oczyszczanie biologiczne

- III stopień – oczyszczanie (bądź wspomaganie oczyszczania) chemiczne

- IV stopień – usuwanie mikrozanieczyszczeń.

Technologie IV stopnia istnieją i są już stosowane w niektórych krajach. Na przykład w Niemczech wdrożyło je 50 obiektów, a w Szwajcarii – około 30. Jak widać, kraje zachodniej Europy podjęły już dość zaawansowane wysiłki, aby sprostać nowym wyzwaniom.

Technologie usuwania niepożądanych domieszek bazują na węglu aktywnym lub na utlenianiu ozonem. W artykule skupimy się na pierwszej z tych technologii. W tym przypadku zastosowanie znajdują węgiel pylisty (PAC) oraz granulowany (GAC). Można je dawkować bezpośrednio do komór osadu czynnego lub stworzyć dla nich oddzielny reaktor. Obie możliwości mają swoje wady i zalety. W obydwu przypadkach problematyczne jest zatrzymanie węgla w układzie. Osadnik wtórny nie jest wystarczający, gdyż zbyt duża część węgla odpływa do odbiornika. Istnieją dwa sposoby na rozwiązanie tego problemu. W pierwszej opcji zamiast osadnika wtórnego montuje się instalację membranową. Drugą możliwością jest umieszczenie za osadnikiem wtórnym filtru piaskowego, jednak opcja ta znajduje zastosowanie tylko w przypadku małych przepustowości.

Montaż membran ultrafiltracyjnych zapewnia ogromne dodatkowe korzyści, poza zatrzymaniem węgla aktywnego. Umożliwia usunięcie ze ścieków oczyszczonych bakterii, większości mikroplastiku i części nanoplastiku, dużej części wirusów oraz oczywiście 100 % zawiesin, nawet tych najdrobniejszych. Pozwala więc uzyskać bardzo dobrą i stabilną jakość ścieków oczyszczonych, nawet w momentach okresowego pogorszenia kondycji osadu czynnego. Co więcej, w reaktorze membranowym można bezpiecznie utrzymywać znacznie wyższe stężenia osadu, nawet 10 mg/m3, a więc możliwe jest oczyszczanie większych ładunków zanieczyszczeń w objętości komory.

Jak już wspomniano, węgiel aktywny można dozować wprost do komór osadu czynnego lub do wydzielonego reaktora usytuowanego za częścią biologiczną. Pierwsza opcja jest bardzo korzystna pod względem inwestycyjnym dla istniejących oczyszczalni, gdyż nie wymaga robót kubaturowych i nie zajmuje dodatkowego miejsca. Część komór nitryfikacji jest przekształcana na biologiczne reaktory membranowe (MBR). Filtry membranowe instalowane są bezpośrednio w komorach osadu czynnego (KOCZ). Węgiel aktywny i środki strącające są podawane do komór poprzez systemy dozujące. Mieszadła pompujące w recyrkulacji wewnętrznej zapewniają krążenie osadu czynnego i PAC (polichlorek glinu). Montaż membran w objętości KOCZ nie oznacza jednak zmniejszenia przepustowości reaktora, gdyż jak wspomniano, komory MBR mogą pracować na dwukrotnie wyższych stężeniach osadu niż tradycyjne reaktory. Węgiel aktywny jest zawracany wraz z osadem czynnym i krąży w układzie, a jego część jest codziennie usuwana wraz z osadem nadmiernym. To właśnie sprawia, że codzienna dawka PAC jest większa niż gdyby chodziło tylko o uzupełnianie naturalnego zużycia.

Alternatywą jest budowa osobnego reaktora węgla aktywnego. Oznacza to konieczność budowy dodatkowej kubatury, jednak w czasie eksploatacji koszty te zaczynają się zwracać, gdyż dawkowanie węgla aktywnego jest znacznie mniejsze i służy tylko uzupełnianiu naturalnego zużycia materiału.

Firma jest gotowa na nowe wyzwania i zaprasza do współpracy.

W artykule korzystano z prac:

• Pinnekamp, Johannes. Neue Schadstoffe – Neue Technologien. RWTH Aachen, 2018
• Edyta Łaskawiec : Mikrozanieczyszczenia w ściekach – niskie stężenia o wielkiej wadze. 2023
• https://micropoll.ch/
• materiały własne firmy Wilo

Autor: Krzysztof Miaśkiewicz, Specjalista ds. oczyszczalni ścieków Wilo Polska, krzysztof.miaskiewicz@wilo.com