Biološko čiščenje odpadne vode z razpršeno biomaso je proces, pri katerem se mikroorganizmi, odgovorni za razgradnjo organske materije in drugih primesi v odpadni vodi, nahajajo v suspenziji.

 

Bakterijska združba porablja za svojo rast organske nečistoče iz odpadne vode in kisik. Za intenzivni aerobni razkroj polutantov je potrebna velika količina kisika, ki mora biti vnesen na pravem mestu in v dovolj finih mehurčkih.

Neusedljiva, raztopljena organska materija se pretvarja v usedljivo in mineralizirano, odpadna voda pa se na tak način biološko očisti.

Konstrukcija in izvedba malih čistilnih naprav z aktivnim blatom

Primarni usedalnik

Primarni usedalnik predstavlja mehansko stopnjo čiščenja in mora zagotavljati dovolj dolg zadrževalni čas (od 1,5 do 3 ure), da se večji delci usedejo na dno usedalnika. Kot primarni usedalnik se lahko uporabljata tudi greznica ali dvoetažni usedalnik.

Aeracijski bazen

Aeracijski bazen služi intenzivnemu aerobnemu biološkemu čiščenju z metodo uvajanja zraka.

Za uvajanje zraka v vodo se lahko uporabljajo kompresorski ali površinski prezračevalniki. Če naprava nima posebne črpalke za mešanje odpadne vode in blata, mora to funkcijo ustrezno opravljati vgrajena prezračevalna naprava. Slednja mora biti čim enostavnejša za vzdrževanje, uporabno varna, enostavna za zamenjavo in urejena tako, da je preprečena morebitna zamašitev.

Aeracijski bazen mora zagotavljati dobro mešanje odpadne vode in povratnega blata. Pri konstrukciji je potrebno paziti na izogibanje mrtvim kotom, v katerih bi se lahko nalagalo neprezračevano blato. Upoštevajoč morebitno tvorbo pene na površini, mora rob bazena segati vsaj 30 cm nad najvišjo možno gladino vode.

Sekundarni (naknadni) usedalnik

Funkcija sekundarnega usedalnika je izločiti pridobljeno biološko blato iz aeracijskega bazena. Praviloma imajo krožno obliko z vzdolžnim odtokom. Dimenzionirani morajo biti tako, da še vedno zagotavljajo dobre pogoje usedanja glede na sedimentacijsko sposobnost biološkega blata. Volumen usedalnika mora biti dovolj velik, da je hidravlični čas zadrževanja vodne mase v usedalniku večji ali približno enak času usedanja biološkega blata, da se le to ne odplavlja iz usedalnika. (10)

Dimenzioniranje malih čistilnih naprav z aktivnim blatom

Aeracijski bazen

Tabela 9 Osnovne vrednosti za dimenzioniranje aeracijskega bazena naprave z aktivnim blatom

Poimenovanje

Oznaka

Enota

Vrednost

Prostorninska obremenitev z BPK5

BP

kg BPK5/(m3 . d)

0,2

Obremenitev z blatom – BB

BB

kg BPK5/(kg BB* . d)

0,05

Najmanjši koristni volumen

Vmin

m3

1

* BB – koncentracija aktivnega blata v kg/m 3 .

Pri napravah za ozračevanje je potrebno upoštevati še mejno vrednost koncentracije kisika v ozračevalnem bazenu C O ≥ 2 mg/l, ki mora biti zagotovljena tudi pri večjih obremenitvah.

Sekundarni usedalnik

Tabela 10 Osnovne vrednosti za dimenzioniranje sekundarnega usedalnika naprave z aktivnim blatom

Poimenovanje

Oznaka

Enota

Vrednost

Zadrževalni čas

tNU

H

3,5

Površinska obremenitev

qP

m3/(m2. h)

0,3

Površina

PNU

m2

0,7

Globina

hNU

M

0,1

 

Zbiralnik za blato

Vsaka naprava za čiščenje s pomočjo biomase mora imeti možnost odvoda in shranjevanja odvečnega primarnega in sekundarnega blata ter plavajoče skorje.

Skupni volumen ločenega zbiralnika za shranjevanja blata je omejen na 5000 l, najmanjši koristni volumen pa mora znašati vsaj 250 l/PE.

V primeru, da se odlaganje primarnega in sekundarnega blata ter plavajoče skorje vrši skupaj (mešano blato) v primarnem usedalniku, je potrebno h koristnemu volumnu primarnega usedalnika prišteti še 50 % vrednosti. Slednje ni priporočljivo v primeru, če se kot primarni usedalnik uporablja večprekatna greznica.

Postopek čiščenja v malih čistilnih napravah z aktivnim blatom

Postopek z aktivnim blatom pomeni umetno pospešeno samočiščenje, kot se odvija v naravnih vodah, s tem, da prevzame funkcijo čiščenja razpršena biološka masa. Razlika je le v tem, da so organizmi, ki opravljajo proces čiščenja v bazenih za poživljanje, koncentrirani v velikem številu na majhnem prostoru (v aeracijskem bazenu).

V primarnem usedalniku, ki je lahko tudi greznica ali dvoetažni usedalnik, se iz odpadne vode izločijo organske in anorganske usedljive snovi.

Iz primarnega usedalnika se voda preliva v bazen s poživljenim blatom ali t.i. aeracijski bazen, kjer se vodi s preostankom onesnaženja dodaja zrak, običajno s pomočjo kompresorja, vse dokler se na nastalih kosmih ne izvrši aerobni proces intenzivnega biološkega čiščenja. Aeracijski bazen navadno zagotavlja 6–24 urni zadrževalni čas. Pri tem se z mehaničnimi mešali in/ali z razpršenim zrakom zadržujejo mikroorganizmi v suspenziji od 4 do 48 ur. Njihova koncentracija se regulira z dotokom recirkuliranega povratnega blata iz sekundarnega usedalnika v aeracijski bazen ali primarni usedalnik.

Potek čiščenja z aktivnim blatom
Potek čiščenja z aktivnim blatom

Postopek z aktivnim blatom pomeni umetno pospešeno samočiščenje, kot se odvija v naravnih vodah, s tem, da prevzame funkcijo čiščenja razpršena biološka masa. Razlika je le v tem, da so organizmi, ki opravljajo proces čiščenja v bazenih za poživljanje, koncentrirani v velikem številu na majhnem prostoru (v aeracijskem bazenu). Ti organizmi so združeni v kosmih aktivnega blata, katerega sestavljata sluzasta snov z bakterijami in spremljajočo združbo. Aktivna površina teh organizmov je od 2000 do 10 000 m2 na 1 m3 prostornine bazena za poživljanje.

Z vpihavanjem zraka v odpadno vodo se ustvarijo ugodne okoliščine za razvoj ogromnega števila aerobnih bakterij in praživali v majhnem prostoru. V takšni sredini (veliko kisika in raztopljenih koloidnih organskih snovi) se ti mikroorganizmi hitro razmnožujejo in iz organskih raztopljenih delcev tvorijo kosme, ki se pozneje usedajo.

Ozračevalni del biološke naprave z aktivnim blatom ima več značilnih ekoloških niš, ki jih zasedajo različni mikroorganizmi. Osnovni del je kosem (flokula). Kosem je nepravilno kroglast ali razvejan, z aerobnimi populacijami mikroorganizmov na površini in fakultativnimi anaerobnimi v notranjosti. Velikost anaerobnega dela je odvisna od velikosti kosma in difuzije raztopljenega kisika v njegovo notranjost. Med kosmi je intersticijska tekočina, ki jo poseljujejo dispergirane bakterije, prosto plavajoči bičkarji, migetalkarji in nekateri mnogoceličarji.

Voda mora biti tudi v stalnem gibanju, s čimer zagotovimo boljši kontakt mikroorganizmov s hrano in kisikom ter preprečimo, da bi se kosmi usedli na dno, kjer bi zaradi pomanjkanja kisika odmrli.

Uporabne organske komponente, kot so ogljikovi hidrati, maščobe in beljakovine, mikroorganizmi hitro porabijo za rast in lastne presnovne procese. Pomemben pokazatelj poteka teh procesov je padec BPK5 in KPK. Popolna razgradnja je dosežena, ko vrednost preostale BPK5 pade na 20 mg/l O2.

Zaradi velike količine hranil se količina biomase povečuje do meje, pri kateri je doseženo ravnotežje z razpoložljivimi nutrienti. Mikroorganizmi se regenerirajo, pri tem pa se odmrli mikrobi kot suspendirane snovi ločijo od očiščene odpadne vode s sedimentacijo v sekundarnem usedalniku.

Da je postopek čiščenja učinkovit, je potrebno zagotoviti veliko površino, hkrati pa dobro usedljivost kosmov.

Proces biološkega čiščenja odpadne vode je mogoče opisati v dveh stopnjah:

  1. stopnja: organske primesi se oksidirajo, hkrati pa se tvori nova celična substanca. V procesu oksidacije nastaja energija.
  2. stopnja: aktivni organizmi se združijo v kosme, kar je pogoj, da pride do učinkovitega usedanja. Biološko kosmičenje postane možno šele, ko intenzivnost rasti bakterij prične upadati in ko se izločajo naravni polimeri, katerih dolžina zadošča za premostitev razdalj med bakterijami. Druga faza je po trajanju daljša od prve faze.

V postopku čiščenja se odvijajo naslednji procesi:

  • adsorpcija organskega onesnaženja na kosme poživljenega blata,
  • prevzemanje organskih snovi in produktov presnove,
  • sprememba teh snovi v novo celično substanco, CO 2 in vodo.

Odpadna voda se tako čisti na dva načina. Del snovi se pri porabi kisika razgradi iz visoko- v nizkoenergetske substance (H2O, CO2, nitrat, sulfat...), ki so praviloma v odpadni vodi raztopljene. Drugi del snovi se ob porabi energije spremeni v biomaso ter odstrani kot odvečno blato.

Iz aeracijskega bazena, kjer se na relativno majhnem prostoru vršita intenzivno aerobno biološko čiščenje odpadne vode in tvorba kosmov, se pridobljeno biološko blato izloči v sekundarnem usedalniku. Slednji zagotavlja ustrezne »mirne« pogoje za sedimentacijo oz. učinkovito ločevanje trdnih, usedljivih delcev od tekočine. V tej sekundarni fazi se aktivno blato, ki vsebuje iz odpadne vode odstranjen organski material, useda in zgoščuje.

Da preprečimo izpiranje aktivnih mikroorganizmov, se sedimentirana biomasa vedno znova vodi kot povratno blato v ozračevalni bazen.

Ker iz aeracijske komore odhaja več biološkega blata, kot je potrebno za nemoten proces, se del tega vrača v aeracijsko fazo, kjer učinkuje kot cepivo in tako omogoča kontinuirano čiščenje dotekajoče odpadne vode. Količina blata se tako še vedno povečuje in grozi preobremenitev. Iz tega razloga se odvečni mulj odlaga v zgoščevalnik in nato v gnilišče, kjer zgnije skupaj s primarnim blatom.

Skica male čistilne naprave z aktivnim blatom

Skica male čistilne naprave z aktivnim blatom
 

Recirkulacija povratnega biološkega blata je bistvenega pomena za sam potek biokemičnega procesa v reaktorju. Ohranja in povečuje koncentracijo mikroorganizmov v aeracijskem bazenu, kar pa je ključni faktor za zmanjševanje BPK5 v odpadni vodi.

Efluent – odvodnik smatramo kot odvod prečiščene odpadne vode iz sekundarnega usedalnika. Efluent odteka bodisi na nadaljnje čiščenje ali pa neposredno v recipient – prejemnik, ki je lahko reka, morje ali tudi ponikovalnica. Kvaliteta efluenta je odvisna predvsem od dobrega usedanja biološkega blata v sekundarnem usedalniku in razgradnje substrata v reaktorju.

V večini primerov čiščenja z aktivnim blatom se 90–98% organske obremenitve pretvori v novo maso aktivnega blata.

Odstranjevanje, sušenje in odlaganje odvečnega blata predstavlja velik problem pri vzdrževanju teh čistilnih naprav.

Vzdrževanje male čistilne naprave z aktivnim blatom

Vzdrževanje naprav z aktivnim blatom, tehnološkega procesa in naprave obsega enkrat tedensko preverjanje količine mulja, delovanje naprave za transport viška blata in potapljanje skorje v primarnem usedalniku. Vzdrževanje kompresorja (mazanje, menjava olja) se vrši po navodilih proizvajalca, enako velja tudi za vzdrževanje električne opreme (varnostna in preklopna stikala, vklopne ure itd.).