Kontakt

Ekotop
64-920 Piła, ul. Wawelska 25/1
tel. +48 67 215 36 89
fax +48 67 353 30 19
tel. kom. +48 603 363 469
ekotop@ekotop.eu

Forum Eksploatatora 4/2011 - Wykorzystanie makrofitów do przetwarzania osadów ściekowych na mursz

Wykorzystanie makrofitów do przetwarzania osadów ściekowych na mursz

dr inż. Roman Sobczyk
mgr inż. Małgorzata Sypuła
EKOTOP

Najprostsze sposoby pozbywania się osadów wytwarzanych na komunalnych oczyszczalniach ścieków, związane są z wykorzystaniem ich jako "nawozów" na gruntach rolnych, bądź jako “materiału organicznego” do odtworzenia warstwy urodzajnej na gruntach bezglebowych celem umożliwienia sukcesji roślinnej.
Ze względu na swoje właściwości nawozowe i rekultywacyjne osady w wielu regionach kraju powszechnie zagospodarowywane były takimi metodami. Nie wymagają one posiadania specjalistycznych instalacji, ani też ponoszenia wysokich kosztów eksploatacyjnych dla ich zrealizowania.

Inne znane technologie odzysku komunalnych osadów ściekowych stosowane na oczyszczalniach zakładają ich szybkie unieszkodliwienie z wykorzystaniem energii, substancji bądź procesów zmieniających właściwości fizykochemiczne czy biologiczne osadów. Są to jednak technologie wymagające zaangażowania specjalistycznych instalacji oraz wyposażenia technicznego. Najbardziej popularne z nich to wapnowanie, kompostowanie, oraz pojawiające się w ostatnich latach suszenie i spalanie.
W niniejszym artykule chciałbym zaprezentować mało popularną w Polsce technologię odzysku osadów ściekowych z wykorzystaniem makrofitów do przetwarzania osadów ściekowych na mursz nazywaną metodą hydrofitową.

Jest ona technologią jak najbardziej zbliżoną do naturalnych metod unieszkodliwiania komunalnych osadów ściekowych, polegającą na zaangażowaniu roślin wyższych - makrofitów (w dużym uproszczeniu takich, które posiadają korzenie, łodygi i liście) do sukcesywnego odwadniania i przetwarzania osadów na mursz roślinny (Mursz - brunatny lub czarny materiał organiczny, powstały z torfu, na skutek działalności organizmów żywych, w procesie murszenia zachodzącym w górnych poziomach gleb bagiennych. Źródło: Wikipedia). Zaangażowanie roślin do odwadniania osadów jest o tyle zasadne, że potrafią one odparować trzy razy więcej wody, niż następuje w wyniku normalnej transpiracji z wolnej powierzchni wody. Badania J. Królikowskiej wykazały, że 1 m2 liści trzciny może odparować 2,23 kg wody dziennie.


Fot. 1. Trzcina pospolita (Phragmites australis)

Technologia makrofitowa musi być prowadzona w odizolowanych od podłoża zbiornikach (basenach, zbiornikach ziemnych) obsadzonych trzciną, do których sukcesywnie doprowadzone są płynne osady.


Fot. 2. Instalacja do stabilizacji osadów w Niemczech. Źródło: EKO-PLANT. Eco-technology systems. Niemcy

Nie jest to jednak proces składowania, czy też magazynowania odpadów, tak jak określają to niektórzy specjaliści od gospodarowania odpadami.

Jest to biologiczny proces przekształcania - metoda stabilizacji i transformacji osadów ściekowych do postaci murszu z wykorzystaniem roślin. Zgodnie z ustawą o odpadach jest to proces odzysku określony w załączniku Nr 5 do ustawy symbolem R3 – Recykling lub regeneracja substancji organicznych, które nie są stosowane jako rozpuszczalniki (włączając kompostowanie i inne biologiczne procesy przekształcania).
Do procesu roślinnego przetwarzania osadów wykorzystuje się rośliny wyższe – Trzcinę pospolitą (Phragmites australis), Pałkę wodną (Typha latifolia), Wierzbę wiciową (Salix viminalis), które dzięki swojej „żarłoczności” pobierają wodę i składniki pokarmowe zawarte w osadach i wbudowywują w tkanki, a te z kolei obumierając po zakończonym sezonie wegetacyjnym stanowią strukturę murszu roślinno-osadowego. Pierwsze badania nad wykorzystaniem trzciny do oczyszczania ścieków prowadzili Seidel i Bittman już w 1968 oraz Kickuth w 1971.

Podobne procesy zachodzą na brzegach naturalnych zbiorników wodnych porośniętych trzciną i innymi roślinami wodnymi. W wyniku przerastania osadów dennych kłączami, pobierania z nich składników pokarmowych, mieszania z obumarłymi częściami roślin i mineralizacji powstaje mursz wówczas osadowo-roślinny.
Dzięki silnie rozwiniętym kłączom, trzcina przez cały czas swojego życia intensywnie pobiera i odparowuje wodę z osadów oraz przerasta i napowietrza złoże osadowe.


Fot. 3. Kłącza trzciny wypełniające doniczkę

Stworzenie warunków tlenowych w osadach prowadzi do intensywnych przemian biologicznych, zbliżonych do naturalnych procesów biologicznych prowadzących do murszenia (Murszenie - proces biochemiczny polegający na przetwarzaniu materii organicznej, zachodzący w torfach i wywołany ich osuszaniem. Źródło: Wikipedia).

Technologia odzysku osadów ściekowych metodą hydrofitową opracowana została przez firmę EKOTOP dla oczyszczalni ścieków w Skarżysku-Kamiennej. Oczyszczalnia posiada w swoim układzie technologicznym laguny osadowe, w których prowadzone będzie odwadnianie osadów z wykorzystaniem roślin wyższych.
Laguny stanowią zbiorniki ziemne o średniej wysokości obwałowań (wałów ziemnych) ok. 3 m. Powierzchnia lagun w osiach wałów wynosi 7,38 ha, a projektowana pojemność czynna V = 170 704 m3. Laguny podzielone są na cztery kwatery o powierzchni czynnej - łącznie 6,15 ha. Dno kwater dla zabezpieczenia przed przenikaniem zanieczyszczeń do gruntu i wód gruntowych uszczelnione jest podwójną warstwą folii polietylenowej o grubości 0,2 mm. Na dnie każdej kwatery ułożony jest drenaż przykryty warstwą filtracyjną z piasku gruboziarnistego.
Osady (o uwodnieniu 98%) z oczyszczalni ścieków transportowane będą na laguny osadowe za pomocą przewodu tłocznego, a do poszczególnych kwater doprowadzane będą w trzech punktach. Odcieki z lagun odprowadzane będą do przepompowni wód drenażowych, skąd dalej przetłaczane zostaną do oczyszczalni ścieków.
Realizacja technologii wymagała będzie nasadzeń trzciny i odpowiedniego sposobu napełniania basenów płynnymi osadami. Jednorazowo wprowadzana warstwa osadu na powierzchnie laguny nie powinna przekraczać grubości 20 -30cm.
Laguna po zalaniu warstwą osadu pozostawiana będzie bez ingerencji obsługi na okres kilku-kilkunastu dni do czasu, aż nadmiar wody zawartej w osadzie zostanie odprowadzony systemem drenażowym, jak również odparowany przez rośliny zasiedlające laguny.
Przekrój przez lagunę ze złożem trzcinowym pokazano na Rys. 1.


Rys. 1. Schemat złoża trzcinowego do utylizacji osadów ściekowych, wg Obarskiej-Pempkowiak i Zwary (1996)

Dzięki nasadzeniom trzciny w warstwie osadów wytwarzają się warunki tlenowe. Naturalny proces przerastania kłączy i korzeni trzciny przez złoże osadowe powoduje ich spulchnienie i napowietrzanie. W procesie fotosyntezy trzcina wydziela do atmosfery i warstwy przerastających osadów tlen, a pochłania dwutlenek węgla. Wokół korzeni i kłączy wytwarzają się strefy tlenowe pozwalające zachować roślinom zdolność wegetacji w trudnym środowisku, stwarzając im warunki umożliwiające intensywny rozwój kłączy i korzeni oraz ich penetrację w głąb złoża od 0,3 do 0,9 m.
W miarę zalewania kolejnymi warstwami osadu powstawać będą następne warstwy systemu korzeniowego trzciny. Nie tracą one jednak kontaktu z warstwami wytworzonymi w latach poprzednich, dzięki czemu zapewniona jest stała, dobra przepuszczalność złoża umożliwiająca również funkcjonowanie drenażu odwadniającego, w odróżnieniu od tradycyjnego składowania osadów na poletkach, gdzie dochodzi do wysuszenia górnej warstwy, pod którą znajduje się gnijąca czarna maź, niemożliwa do dalszego odwodnienia.

Dolne warstwy osadów ulegają ciągłej mineralizacji i sprasowaniu. W wyniku takiej eksploatacji komunalne osady ściekowe wraz z obumarłymi częściami roślin podlegają naturalnemu procesowi murszenia, w wyniku czego po kilku (zazwyczaj 8 - 10) latach eksploatacji powstawała będzie warstwa murszu pozbawiona cech osadów ściekowych i nieprzyjemnych zapachów.
Podczas całego kilkuletniego cyklu technologicznego rosnąca w osadach trzcina nie będzie podlegała żadnej ingerencji z zewnątrz (nie będzie dodatkowo nawożona, nawadniania czy też koszona). Rosnąca trzcina stanowi warstwę ochronną kłączy (kłącza trzciny osiągają w osadzie średnicę 20 ÷ 30 mm i wypełniają znaczną część objętości złoża), a dodatkowo dostarcza do złoża osadowego tlen. Nie należy jej formować ani ścinać i wywozić poza obręb lagun.
Wg doświadczeń z innych podobnych instalacji w okresie pierwszych dwóch - trzech lat eksploatacji następuje tzw. wpracowywanie złóż roślinnych. Po tym czasie baseny poddawane są systematycznym nawadnianiom. Odpowiednio planowane są kolejne okresy zasileń osadem i odpowiednio długich przerw w nawadnianiu.
W wyniku przerastania osadów dennych kłączami, pobierania z nich składników pokarmowych, mieszania z obumarłymi częściami roślin i mineralizacji powstaje mursz osadowo-roślinny.
Zazwyczaj po 10-15 latach eksploatacji można rozpocząć proces opróżniania kolejnych basenów. Przetworzone osady mają postać murszu (humusu).
Wówczas to z basenów za pomocą ładowarki wybierana jest ich zawartość i ładowana na samochodowe środki transportowe. Mursz po przebadaniu i określeniu składu jakościowego wywożony jest bezpośrednio do miejsc docelowego zagospodarowania.

Metoda odwadniania osadów ściekowych z wykorzystaniem hydrofitów znalazła uznanie w bogatych krajach Unii europejskiej jak Dania, Francja Niemcy oraz w Stanach Zjednoczonych. Według Obarskiej - Pempkowiak (2005) w samej Danii pracuje obecnie 105 złóż trzcinowych.

Odwadnianie osadów metodą hydrofitową posiada szereg zalet dzięki, którym chętnie wprowadzane jest na terenach, na których inne metody z różnych względów nie mogą znaleźć zastosowania.
Podstawową zaletą przemawiającą za jej przyjęciem jest przede wszystkim łatwa i prosta obsługa oraz niskie koszty eksploatacyjne.
Technologia ta jest bardzo elastyczna co stwarza możliwość dostosowania jej do lokalnych warunków terenowych, a naturalne walory umożliwiają łatwe wkomponowanie w istniejący krajobraz. Sztucznie wytworzone trzcinowiska z czasem przekształcają się w tętniące życiem ekosystemy będące często ostoją rzadkich gatunków ptaków, płazów i innych zwierząt.
Osady ściekowe po przetworzeniu stanowią cenny humus, który jeśli spełni określone wymogi może być wykorzystywany w celach nawozowych. Wprowadzenie przetworzonych roślinnie osadów do gleby jest jedną z poprawniejszych ścieżek ich wykorzystania, ponieważ powoduje zamknięcie obiegu materii organicznej w przyrodzie.
Zastanawiające jest jednak dlaczego w Polsce, pomimo tak dużej popularności na zachodzie Europy, funkcjonuje tak niewiele tego typu instalacji.
Pliki do pobrania



Informacja o nowych zasadach dotyczących cookies

ZAMKNIJ

Na naszej stronie stosujemy pliki cookies w celu zapewnienia jej prawidłowej funkcjonalności. Informujemy, że te pliki są przechowywane w Twoim urządzeniu, z którego ta strona jest wyświetlana. Więcej informacji na ten temat można znaleźć tutaj. W każdej chwili możesz dokonać zmian dotyczących tych plików w swoim urządzeniu.