Wiele oczyszczalni ścieków zostanie objęte wymogiem wprowadzenia dodatkowego etapu oczyszczania ścieków w celu usunięcia mikrozanieczyszczeń zgodnie ze zmienioną dyrektywą UE dotyczącą oczyszczania ścieków komunalnych. W oparciu o najnowszą technologię
i praktyczne doświadczenie, ozonowanie podczas filtracji jest jednym z najskuteczniejszych metod usuwania zanieczyszczeń. Modułowy system ozonowania zapewnia elastyczną reakcję na silne wahania natężenia przepływu ścieków i ich składu. Oczyszczalnie ścieków mogą osiągać takie same lub lepsze wyniki oczyszczania przy mniejszym zużyciu zasobów i niższych kosztach eksploatacji w porównaniu z konwencjonalnymi systemami ozonowania.
W artykule opisano działania podjęte przez właścicieli oczyszczalni ścieków biorąc pod uwagę czterostopniowe oczyszczanie ścieków tj. usuwanie szerokiego spektrum mikrozanieczyszczeń. Zgodnie z fragmentem dyrektywy: “Do 2035 roku ścieki komunalne zostaną poddane wtórnemu oczyszczeniu przed wprowadzeniem ich do środowiska, we wszystkich aglomeracjach o wydajności co najmniej 1000 RLM. Do 2039 r. trzeci stopień oczyszczania (tj. usuwanie azotu i fosforu) będzie stosowany we wszystkich oczyszczalniach ścieków o RLM od 150 tys., a do 2045 r. w oczyszczalniach powyżej 10 tys. RLM. Dodatkowy, czwarty stopień oczyszczania mikrozanieczyszczeń będzie obowiązkowy dla wszystkich podmiotów o RLM powyżej 150 tys. (i ponad 10 000 RLM na podstawie oceny ryzyka) do 2045 r.“
Mikrozanieczyszczenia w ściekach
Mikrozanieczyszczenia antropogeniczne obejmują farmaceutyki, pestycydy, środki czyszczące, produkty kosmetyczne i chemikalia przemysłowe. Obecnie w większości oczyszczalni ścieków te substancje śladowe nie są jeszcze w pełni degradowane i zatrzymywane. Pomimo tego, że wpływ poszczególnych substancji na ludzi i ekotoksykologię został już zbadany, bardzo niewiele wiadomo na temat możliwych skutków występowania różnych substancji w wodzie. W zmienionej dyrektywie zdefiniowano 12 kluczowych substancji i określono ich wartości referencyjne. Co najmniej sześć z wymienionych substancji musi zostać zredukowanych o co najmniej 80% podczas oczyszczania ścieków. Przykłady obejmują środek przeciwbólowy diklofenak i inhibitor korozji benzotriazol.
Proces usuwania mikrozanieczyszczeń
Adsorpcja na węglu aktywnym i ozonowanie w połączeniu z następującym po nich etapem są stosowane od kilku lat. Inne procesy utleniania są nadal poddawane badaniom, ale nie są jeszcze opłacalne ekonomicznie dla oczyszczalni ścieków.
Ozonowanie w połączeniu z granulowanym węglem aktywnym (GAC-Granular activated carbon) oferuje kilka zalet: 80% skuteczności podczas eliminacji zanieczyszczeń osiągana jest nawet przy zmiennym składzie ścieków. Substancje utleniające się i częściowo adsorbowane są usuwane przed zastosowaniem węgla aktywnego. Prowadzi to do ulepszenia procesu eliminacji mikrozanieczyszczeń i sprawia, że węgiel aktywny działa znacznie dłużej.
Wyzwania związane z wyborem systemu
Najbardziej ekonomiczne rozwiązania zależą przede wszystkim od rodzaju ścieków i stężenia mikrozanieczyszczeń. Duże wahania zawartości mikrozanieczyszczeń w składzie wody i zmiany natężenia przepływu powodują zwiększenie zapotrzebowania ilości ozonu.
Każdy generator ozonu ma optymalny punkt pracy, w którym koszty eksploatacji są zminimalizowane. Ten optymalny punkt pracy zależy od wydajności i stężenia ozonu, a także kosztów energii elektrycznej, tlenu i wody chłodzącej. Optymalna wydajność w trybie nominalnym powinna być niższa niż 8 kWh/kg ozonu. Aktywna regulacja podaży zużycia tlenu i energii elektrycznej w zależności od lokalnych kosztów znacznie pomaga zminimalizować ogólne koszty operacyjne.
Porównanie modułowych i konwencjonalnych systemów ozonowania
Poziomy DOC po konwencjonalnym oczyszczaniu zwykle mieszczą się w zakresie od 5 do 15 mg/l. Wymagana szybkość dozowania ozonu wynosi od 0,3 do 0,8 g ozonu/g DOC, co stanowi kluczowe parametry do obliczenia potrzebnej ilości ozonu. Typowy czas kontaktu czynników wynosi od 20 do 30 minut. Szczególną uwagę należy zwrócić na tworzenie się bromianów, co zostało omówione w dalszej części artykułu.
Systemy ozonowania są zwykle projektowane w oparciu o maksymalne natężenie przepływu ścieków i najwyższą oczekiwaną zawartość DOC, aby zapewnić utrzymanie wydajności redukcji nawet w godzinach szczytu. Jednak takie obciążenia szczytowe rzadko występują. Badania przeprowadzone w kilku projektach pilotażowych przez firmę ProMinent GmbH z Heidelbergu w Niemczech wykazały, że wymagana wydajność ozonu wynosi mniej niż 50% maksymalnej wydajności ozonu przez ponad 75% czasu pracy konwencjonalnych systemów. Maksymalna wydajność jest wymagana tylko przez 12% całkowitego czasu pracy. Rozmowy z pracownikami oczyszczalni ścieków potwierdzają te wyniki. Sprawność generatora ozonu zależy od zapotrzebowania ozonu na wyjściu, tradycyjne systemy
Dla porównania, system modułowy działa znacznie wydajniej. W jednej instalacji możliwe jest uruchomienie do 16 niezależnie działających modułów generujących ozon, w zależności od rzeczywistego zapotrzebowania na ozon. System modułowy znacznie zmniejsza zużycie energii, zwłaszcza podczas pracy w średnim i niższym zakresie wydajności.
Znaczne skrócenie czasu kontaktu
Do tej pory standardem skutecznej eliminacji mikrozanieczyszczeń przy maksymalnych przepływach czas kontaktu czynników wynosił od 20 do 30 minut. Wymaga to dużych zbiorników procesowych wykonanych z betonu i stali, które są kosztowne w budowie i zajmują dużo miejsca. Z drugiej strony projekt pilotażowy w oczyszczalni ścieków w Luksemburgu z systemem modułowym przyniósł pozytywne wyniki pomimo znacznie krótszych czasów kontaktu. Skład ścieków jest ogromnym wyzwaniem, ponieważ pochodzą one z różnych źródeł (prywatnych i przemysłowych). Masa organiczna jest stosunkowo wysoka, a dodatkowo mamy podwyższony poziom bromku. Połączenie wydajnego układu wprowadzania i generowania ozonu, ma decydujące znaczenie dla skutecznej eliminacji mikrozanieczyszczeń i równocześnie pozwala na skrócenie czasu kontaktu do zaledwie pięciu minut bez uszczerbku dla wydajności tego procesu.
Pozytywne wyniki z modułowym systemem ozonowania
Analizy bieżących projektów pilotażowych dowodzą skuteczności modułowych systemów ozonowania jako ulepszonego sposobu usuwania mikrozanieczyszczeń w oczyszczalniach ścieków. Systemy łączące ozonowanie i węgiel aktywny usuwają mikrozanieczyszczenia ponad 80%. System ozonowania firmy ProMinent w połączeniu z wydajnym mieszaniem, umożliwia znaczne skrócenie czasu kontaktu ze ściekami. Oznacza to znaczne zmniejszenie konstrukcyjnych instalacji.
W zależności od rodzaju ścieków i wymagań dotyczących wydajności oczyszczania, system oczyszczania można elastycznie dostosować do warunków poprzez automatyczne włączanie i wyłączanie modułów ozonatora. Dzięki modułowej koncepcji istniejące systemy można łatwo rozbudowywać, wymieniać lub modernizować. Udowodniono, że kompaktowa konstrukcja wymaga o 70% mniej miejsca. Wymienione zalety minimalizują zatem w znacznym stopniu koszty inwestycji i eksploatacji.
