Gospodarka ściekowa SM SPOMLEK – studium przypadku

Gospodarka ściekowa SM SPOMLEK

– studium przypadku

Dr inż. Katarzyna Umiejewska

Politechnika Warszawska, Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska, Zakład Zaopatrzenia w Wodę i Odprowadzania Ścieków

Inż. Ilona Niewęgłowska

Politechnika Warszawska, Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska, Zakład Zaopatrzenia w Wodę i Odprowadzania Ścieków

Inż. Aleksandra Bachanek

Politechnika Warszawska, Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska, Zakład Zaopatrzenia w Wodę i Odprowadzania Ścieków

Grzegorz Koczkodaj

Spółdzielcza Mleczarnia SPOMLEK

Przemysł mleczarski spełnia istotną rolą w rolnictwie, przemyśle spożywczym i gospodarce żywnościowej w Polsce. Według danych GUS produkcja mleka w 2013 roku wyniosła 12348 mln litrów [6]. Zakłady produkcyjne przemysłu mleczarskiego zajmuje się przerobem mleka na produkty takie jak: mleko spożywcze, masło, śmietana czy sery. Procesom tym towarzyszy wytwarzanie ścieków, które mogą stanowić zagrożenie dla środowiska naturalnego, oraz wód powierzchniowych. Przed odprowadzeniem ich do odbiornika należy usunąć zanieczyszczenia zgodnie z aktualnymi przepisami prawa.

Charakterystyka produkcji w SM SPOMLEK

Zakład Spółdzielczej Mleczarni SPOMLEK mieści się przy ulicy Gen. F. Kleeberga 12 w Radzyniu Podlaskim.

W zakładzie produkowane są: sery długodojrzewające, produkty sproszkowane oraz masło. Produkcja odbywa się przez 24 godziny w trybie 3-zmianowym.

SPOMLEK jest liderem w wytwarzaniu serów szlachetnych i długodojrzewających. Zakład produkuje sery typu szwajcarskiego i holenderskiego.

Zakład produkuje sery o różnej wielkości i kształcie. Do asortymentu należą [7]: •   kręgi: waga 3-8 kg, •   bloki: waga 1-4 kg, •   kawałki: waga 250 g, •   klinki: 190 g, •   plastry: 150 g.

Wytwarzane produkty proszkowane to: odłtuszczone mleko w proszku, pełne mleko w proszku, serwatka w proszku, maślanka w proszku, permeat serwatki w proszku, które pakowane są w worki papierowe (25 kg) lub kontenery BIG-BAG o pojemności maksymalnej 1000 kg, a także koncentrat białek serwatkowych – WPC 80 pakowany w worki papierowe 15 kg.

Zakład wytwarza jeden rodzaj masła, jest to Masło Extra o zawartości tłuszczu 82%, pakowane w blokach 25 kg.

Charakterystyka gospodarki ściekowej w zakładzie

Poprzez kanalizację kamionkową o średnicy 300 mm, ścieki poprodukcyjne dopływają do kraty koszowej. Zadaniem kraty jest usunięcie ze ścieków zanieczyszczeń stałych, których wielkość przekracza 20 mm. Powstałe skratki zbierane są w koszu i zsypywane do pojemnika.

Podczyszczone na kracie ścieki trafiają do pompowni skąd są kierowane do piaskownika. W celu usunięcia ze ścieków zanieczyszczeń mineralnych, takich jak piasek, popiół i węgiel, których wielkość jest większa niż 0,1÷0,2 mm zastosowano poziomy, podłużny, dwukomorowy piaskownik z ręcznym usuwaniem piasku.

Z piaskownika ścieki trafiają do komory biosorpcji (komory osadu czynnego), w której przebiega zasadnicza część procesu oczyszczania ścieków. W komorze następuje zmniejszenie stężenia nieopadających, rozpuszczonych i koloidalnych związków organicznych.

Komora jest wyposażona w punktowe doprowadzenie ścieków surowych oraz odprowadzenie mieszaniny ścieków i osadu czynnego. Pojemność użyteczna wynosi 3 000 m3. Za pomocą 2 aeratorów powierzchniowych typu ASP-3,5 oraz przy pomocy napowietrzania drobnopęcherzykowego do komory doprowadzany jest tlen atmosferyczny. Urządzenia mieszają również zawartość i utrzymują w zawieszeniu osad czynny. Pozwala to na przebieg niezbędnego procesu biologicznego oczyszczania [3].

Komora biosorpcji pracuje przy następujących parametrach technologicznych [3]: •   stężenie osadu czynnego: 3,0 kg s.m./m3 , obciążenie objętości komory ładunkiem zanieczyszczeń organicznych: 1,5 kg BZT5/m3·d, obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń organicznych: 0,5 kg BZT5/kg s.m. ·d, OC/L: 1,2 kg O2/kg BZT5, czas zatrzymania ścieków: 16 h, redukcja ładunku BZT5: min. 80%.

Kierunek odpływu ścieków i powstałego osadu czynnego zależny jest od typu procesu technologicznego. Mieszanina może być odprowadzona do komory biostabilizacji lub do osadnika wtórnego.

Jeżeli zostanie zastosowana pierwsza opcja, mieszanina dostaje się do komory biostabilizacji, gdzie mieszanina osadu czynnego i ścieków zostaje napowietrzana. W podstawowym wariancie pracy komora redukuje ładunek związków

organicznych. Objętość czynna komory biostabilizacji wynosi 4654 m3 .

W komorze biostabilizacji doprowadzeniem tlenu, mieszaniem zawartości oraz utrzymywaniem turbulencji zajmują się trzy aeratory stacjonarne oraz cztery szczotki.

Procesy technologiczne przeprowadzane w komorze biostabilizacji wymagają utrzymywania takich parametrów technologicznych jak [3]: •   stężenie osadu czynnego: 3,0 kg s.m./m3 , obciążenie objętości komory ładunkiem zanieczyszczeń organicznych: 0,2 kg BZT5/m3·d, obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń organicznych: 0,065 kg BZT5/kg s.m.· d,

OC/L: 2,0 kg O2/kg BZT5, średni czas zatrzymania ścieków: 25 h.

Powstała mieszanina ścieków i osadów zostaje skierowana do osadnika wtórnego. W osadniku wtórnym następuje rozdzielenie mieszaniny osadu i ścieków oczyszczonych, które trafiają do odbiornika – rzeki Białki.

Osad z osadnika wtórnego trafia do komory regeneracji o pojemności czynnej 1345 m3, w której zachodzi proces stabilizacji tlenowej.

Czas regeneracji osadu jest zależny od stopnia recyrkulacji. Standardowo przy założeniu, że wynosi on 30÷50% regeneracja osadu trwa od 14 do 24 godzin. Według przyjętych założeń stężenie osadu w komorze regeneracji powinno mieć wartość ok. 15 kg/m3. Jest on napowietrzany przez dyfuzory drobnopecherzykowe (rurowe). Osad nadmierny po stabilizacji tlenowej z komory regeneracji kierowany jest na wirówkę dekantacyjną, gdzie odwadniany jest do zawartości suchej masy około 15 %. Odwodniony osad odbierany jest przez wyspecjalizowaną firmę.

Na rysunku 1 przedstawiono schemat blokowy oczyszczalni ścieków.

Założenia do projektu

Projekt oczyszczalni powstał dla następujących ilości i jakości ścieków [3]:

Ilość ścieków: •   przepływ dobowy maksymalny:

Qdmax = 3000 m3/d przepływ dobowy średni Qdśr = 2380 m3/d przepływ godzinowy maksymalny Qhmax = 280 m3/h przepływ godzinowy średni

Qhśr = 187,5 m3/h

Wskaźniki jakości ścieków: •   średnia wartość BZT5 = 1500 g

O2/m3

Rys. 1. Schemat blokowy oczyszczalni ścieków dla SM SPOMLEK średnie stężenie zawiesiny = 550 g/m3 maksymalny dzienny ładunek BZT5 = 4500 kg O2/d średni dzienny ładunek BZT5 = 3556 kg O2/d maksymalny dzienny ładunek zawiesiny Zmax = 1640 kg/d.

Równoważna liczba mieszkańców:

Jakość ścieków oczyszczonych

Jakość ścieków oczyszczonych musi być zgodna z decyzją Starosty Radzyńskiego, który wydał 3 stycznia 2007 r. pozwolenie wodnoprawne na wprowadzanie oczyszczonych ścieków przemysłowych do wód rzeki Białki w km 8+230 z mechaniczno-biologicznej oczyszczalni ścieków. Decyzja odnosi się do [4]: •   •  

Ilości ścieków: Qdr = 2600 m3/d

Składu ścieków wprowadzanych do wód – najwyższych dopuszczalnych wartości wskaźników zanieczyszczeń dla oczyszczonych ścieków przemysłowych wprowadzanych do wód: –––––

BZT5 = 25 mg O2/l

ChZT = 125 mg O2/l

Zawiesina ogólna = 35 mg/l

Azot ogólny = 30 mg N/l

Azot amonowy = 10 mg

NNH4/l

Fosfor ogólny = 2 mg P/l

Analiza rzeczywistej ilości i jakości ścieków

W tabeli 1 zaprezentowano rzeczywistą ilość ścieków w roku 2014. Wartość założona do projektu wynosi 2320 m3/d.

Miesiąc Styczeń Luty Marzec Kwiecień Maj Czerwiec Lipiec Sierpień Wrzesień Październik Listopad Grudzień Rok 2014 Minimalny 1135 1256 930 1156 1094 565 796 592 757 440 614 754 440 Przepływ m3/d

Średni 1618 1696 1696 1651 1623 1395 1194 1186 1099 1218 1422 1355 1428

Tab. 1. Rzeczywista ilości ścieków w roku 2014 Maksymalny 2207 2203 2296 2147 2320 2071 1665 1695 1683 1612 1776 1800 2320

W roku 2014 maksymalną wartość przepływu dobo wego zanotowano w maju – 2320 m3/d, a minimalną w październiku – 440 m3/d. Różnica pomiędzy obiema wartościami to 1880 m3/d. Żadnego dnia przepływ nie przekroczył 2380 m3/d, czyli wartości założonej do projektu. Średni przepływ roczny wynosi 1428 m3/d, co stanowi 60% ilości, którą założono w projekcie. W roku 2014 stwierdzono, że 51% wszystkich pomiarów jest wyższych od średniej rocznej, a 179 wartości jej nie przekracza. Analizując wyniki z tabeli 1 można zauważyć, że średnie miesięczne wartości przepływu od stycznia do mają są na zbliżonym poziomie ok. 1600 m3/d, zaś w drugiej części roku średnie rzeczywiste są znacznie niższe.

Do projektu założono jedynie wartość BZT5 (1500 mg O2/l) i stężenie zawiesiny ogólnej (550 mg/l). Średnia wartość BZT5 dla ścieków surowych wynosi 2077 mg O2/l. Została ona przekroczona dziewięciokrotnie, co stanowi 60% analizowanych wyników. W 2014r. średnia wartość roczna BZT5 kształtuje się powyżej wartości założonej (1500 mg O2/l). Na piętnaście rzeczywistych wartości BZT5, tylko dwa spełniają kryterium projektowe. Średnia wartość chemicznego zapotrzebowania tlenu dla ścieków surowych wyniosła 3212 mg O2/l. Siedem na piętnaście wyników ma wartość większą od średniej rocznej. Średnie stężenie zawiesiny ogólnej dla ścieków surowych wynosi 422 mg/l. W roku 2014 wartość średnią przekroczyło osiem na piętnaście pojedynczych prób badawczych analizowanego wskaźnika. Porównując wartość założoną ze średnią w danym roku odnotowano, że średnia stanowi 77% wartości założonej do projektu. Średnie stężenie azotu ogólnego w ściekach surowych wyniosło 177 mg Nog/l i zostało przekroczone sześć raz przez pojedyncze wyniki analizy. Zgodnie z literaturą [1] średnie stężenie azotu ogólnego dla ścieków mleczarskich mieści się w przedziale 30-150 mg Nog/l. Średnie stężenie fosforu dla ścieków surowych wyniosło 38 mg Pog/l. W danym roku odnotowano pięć wyników powyżej średniej. Surowe ścieki charakteryzują się zmiennym stężeniem fosforu ogólnego w zakresie 16-107 mg/l.

Średnią wartość ładunku BZT5 założona do projektu wynosi 3556 kg/d a maksymalna 4500 kg O2/d. Średni ładunek BZT5 dla ścieków surowych to 2917 kg/d. Średnia wartość w danym roku została przekroczona pięć razy, co stanowi 1/3 analizowanych wyników. W 2014 r. średnia wartość roczna kształtuje poniżej wartości średniej założonej (3556 kg/d) oraz wartości maksymalnej (4500 kg/d). Na piętnaście

Stężenie mg/l

Wskaźnik ChZT BZT5

Zawiesina ogólna Azot ogólny Fosfor ogólny Założone do projektu

1500 550 Rzeczywiste 1883-6555 1120-2890 221-557 89-321 16-107

Tab. 2 . Rzeczywiste stężenia i ładunki w ściekach surowych w roku 2014 Ładunek kg/d Założony do projektu

3556 1309 Rzeczywisty 2413-7761 1869-5421 305-966 143-438 23-136

ChZT/BZT5

<2

<2,5

>2,5 Podatność na rozkład biochemiczny

łatwo rozkładalny

średnio rozkładalny

wolno rozkładalny

>5

nierozkładalny Tab. 3. Ocena biologicznego rozkładu związków chemicznych

analizowanych wyników, tylko dwa iloczyny są większe od wartości maksymalnej założonej do projektu. W roku 2014 średni ładunek ChZT w ściekach surowych wyniósł 4452 kg/d. Siedem na piętnaście wyników ma wartość większą od średniej rocznej. Średni ładunek zawiesiny ogólnej dla ścieków surowych wyniósł 597 kg/d. W roku 2014 wartość średnią przekroczyło osiem na piętnaście prób. Porównując wartość założoną (1309 kg/d) ze średnią w danym roku stwierdzono, że średni ładunek zawiesiny stanowi 46% wartości założonej do projektu. W roku 2014 nie zaobserwowano przekroczenia ładunku zawiesiny założonego do projektu. Średni ładunek azotu ogólnego w ścieków uplasował się na poziomie 246 kg/d i zostały przekroczony przez pięć pojedynczych wyników. Średni ładunek fosforu w ściekach surowych był równy 50 kg/d. W danym roku odnotowano cztery na 15 wyników powyżej średniej. Ładunek maksymalny jest o 170% większy od średniego.

Stosunek ChZT do BZT5 w ściekach surowych

Stosunek ChZT do BZT5 jest to wskaźnik opisujący podatność, bądź oporność związków organicznych znajdujących się w ściekach na rozkład biologiczny. Ocenę biologicznego rozkładu związków chemicznych przedstawiono w tabeli 3. Rys. 2. Stosunek ChZT/BZT5 w ściekach surowych dla 2014 r.

Wykres – rys. 2. zawiera 15. rzeczywistych ilorazów ChZT/ BZT5 dla roku 2014. Najwyższa wartość ilorazu ChZT i BZT5 została odnotowana 4 lipca - 3,05. Wartość minimalną odnotowano dwa razy: 19 września i 28 listopada - 1,18. Wartość średnia w 2014 roku wynosiła 1,57 i tylko 5 wyników jest od niej wyższych. 26,67% prób klasyfikuje ścieki jako łatwo rozkładalne. 66,67% ilorazów ChZT/BZT5 nie przekracza wartości średniej i również te wyniki świadczą o tym, że związki organiczne w ściekach były łatwo rozkładalne. Z wykresu – rys. 2 wynika, że w czternastu przypadkach na piętnaście związki organiczne w ściekach są łatwo rozkładalne, a w jednym- wolno rozkładalne.

Analiza rzeczywistej ilości i jakości ścieków oczyszczonych

Rzeczywiste wskaźniki jakości w ściekach oczyszczonych zawarto w tabeli 4.

Wielkości poszczególnych wskaźników zanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych były niższe od wielkości dopuszczalnych z pozwolenia wodno - prawnego, czyli skuteczność usuwania wszystkich związków jest wysoka, a w odpływie ścieków oczyszczonych nie ma przekroczeń wartości określonych w decyzji.

Rzeczywiste parametry technologiczne reaktora biologicznego

Parametry technologiczne reaktora biologicznego to wartości liczbowe, wpływające na przebieg oczyszczania metodą osadu czynnego. Sposoby wyrażania i obliczania istotnych parametrów osadu czynnego powinny się mieścić w ustalonym zakresie. Praca urządzeń osadu czynnego jest związana z utrzymaniem parametrów na odpowiednim poziomie, ponieważ ma to decydujący wpływ na przebieg oczyszczania ścieków.

Wskaźnik ChZT BZT5 Zawiesina ogólna Azot ogólny Fosfor ogólny Rzeczywiste 19-122 5-23 14,8-27 1,6-8,8 0,5-1,9 Stężenie mg/l

Wg pozwolenia wodno-prawnego 125 25 35 30 2

Tab. 4. Wskaźniki jakości w ściekach oczyszczonych w roku 2014

Wymagany okres oczyszczania

Oczyszczanie częściowe Utlenianie związków węgla Nitryfikacja Nitryfikacja i denitryfikacja Tlenowa stabilizacja osadu

Typ procesu Wysoko lub bardzo wysoko obciążony Konwencjonalny lub średnio obciążony Nisko obciążony

Usuwanie azotu

Przedłużone napowietrzanie Obciążenie osadu czynnego kg/kg•d

≥ 1

0,25 ÷ 0,5 0,10 ÷ 0,15

0,07 ÷ 0,09

0,04 ÷ 0,07

Stężenie osadu czynnego kg/m3

1,5 ÷ 2,0

2,0 ÷ 3,0 3,0 ÷ 5,0

3,0 ÷ 5,0

3,0 ÷ 5,0 Wiek osadu d

≤ 1

2 ÷ 4 7 ÷ 12

12 ÷ 15

15 ÷ 30

Tab. 5. Typowe wartości parametrów przyjmowane do projektowania komór osadu czynnego wg normy PN-EN 12255-6 [5]

W tabeli 5 przedstawiono zakresy, w których poszczególne parametry technologiczne powinny się mieścić w zależności od typu procesu i wymaganego okresu oczyszczania.

Na wykresie – rys. 3 przedstawiono rzeczywiste obciążenie osadu czynnego ładunkiem zanieczyszczeń organicznych dla roku 2014 oraz zaznaczono wartość założoną do projektu, która wynosi 0,5 kg BZT5/ kg s.m. · d.

Maksymalna wartość obciążenia w tym okresie wynosiła 0,57 kg BZT5/ kg s.m. · d, a minimalna 0,20 kg BZT5/ kg s.m. · d. W ciągu pierwszych trzech kwartałów analizowany parametr był dość stały i oscylował w okolicach 0,3 kg BZT5/ kg s.m. · d, w ostatnim kwartale (w listopadzie) miał miejsce nagły wzrost obciążenia. Zarejestrowano dwa przekroczenia wartości założonej do projektu.

Porównując otrzymane wyniki z wartościami podanymi w tabeli 5 można stwierdzić, że komora osadu czynnego jest średnio obciążona. Według literatury [2] przy takich obciążeniach zmniejszenie wartości BZT5 mieści się w granicach 90-80%.

Warto zapamiętać

Na podstawie przeprowadzonej analizy działania oczyszczalni ścieków przemysłowych w SM SPOMLEK, sformułowano następujące wnioski i stwierdzenia:

Średnia dobowa ilość dopływających ścieków była mniejsza od zakładanego w projekcie dopływu, który wynosi 2380 m3/d. Nie zaobserwowano znacznych wahań sezonowych dopływu ścieków przemysłowych.

Rys. 3. Obciążenie osadu czynnego ładunkiem zanieczyszczeń organicznych dla roku 2014

Skład ścieków surowych dopływających do oczyszczalni pod względem średniej zawartości poszczególnych wskaźników zanieczyszczeń dla całego badanego okresu nie odbiega od jakości typowych ścieków mleczarskich podawanych w literaturze.

Wielkości poszczególnych wskaźników zanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych były niższe od wielkości dopuszczalnych z pozwolenia wodno prawnego.

Na podstawie określonych parametrów technologicznych komory osadu czynnego stwierdzono, że komora pracuje jako średnio obciążona.

Bibliografia

[1] Bartkiewicz B., Umiejewska K., „Oczyszczanie ścieków przemysłowych”, Wydawnictwo

Naukowe PWN, Warszawa 2010 [2] Heidrich Z., Witkowski A., „Urządzenia do oczyszczania ścieków : projektowanie, przykłady obliczeń”, Wydawnictwo „Seidel-Przywecki”, Warszawa 2005 [3] Instrukcja eksploatacji oczyszczalni ścieków w Spółdzielczej Mleczarni SPOMLEK w Radzyniu Podlaskim [4] Pozwolenie wodno-prawne wydane przez

Starostę Radzyńskiego dnia 3 stycznia 2007r. [OW.6223-20/06/07] [5] Polska Norma PN-EN 12255-6, „Oczyszczanie ścieków. Część 6: Proces osadu czynnego”, Warszawa 2005 [6] Portal informacyjny Głównego Urzędu

Statystycznego: stat.gov.pl [7] Źródło internetowe: spomlek.pl