(cz. III - ewolucja przetwarzania i metod badania ścieków  w XX w.)

 

 XX wiek to okres "rewolucji" w dziedzinie oczyszczania ścieków, nauki o środowisku i społecznych poglądów na jego zanieczyszczanie. Odkrycia i badania naukowe, debaty o priorytetach społecznych, rozwój gospodarczy ewaluowały przez stulecie, poczynając od stale rosnącego  korzystania i  zanieczyszczania środowiska a kończąc na wykorzystywaniu nauki, technik i technologii do zwiększania jakościowej kontroli  nad zanieczyszczaniem środowiska.

Początkiem historii kanalizacji sanitarnej, także problemu oczyszczania ścieków stał się prawdopodobnie wynalazek spłukiwanej toalety, zainstalowanej w Anglii w 1810 r. Kilka lat później (1815) Zarząd Miejski Londynu pozwolił na kierowanie ścieków z kanalizacji domowej (toalety) do deszczowej; takie rozwiązanie zastosowało wiele innych miast w Anglii.

W okresie kilkunastu następnych miasta stały się zdecydowanie czystsze, natomiast gwałtownie wzrosło  zanieczyszczenie rzek, do których  siecią kanalizacyjną z miast spływały ścieki bytowe (w połowie lat 50. XIX w. Tamiza na całej swej powierzchni pokryta była pływającymi fekaliami).

Konsekwencją "Wielkiego Smrodu" w Londynie (1858) było m.in. powołanie przez Parlament Angielski Królewskiej Komisji "do zbadania przyczyny i sposobu usunięcia stanu zanieczyszczenia rzek". Wynik  2. letniej pracy ówczesnych wybitnych naukowców, w oparciu o pierwsze badania chemiczne składu wód rzecznych, stanowiło orzeczenie o znaczeniu tlenu w wodach powierzchniowych oraz o zachodzących w nich procesach samooczyszczania. Wnioski członków Komisji stworzyły więc podstawy nauki o przetwarzaniu/technologii ścieków, ponieważ obok podania przyczyn zanieczyszczenia rzek, Komisja określiła ogólne sposoby oczyszczania ścieków.

Można przyjąć, iż był to początek ewolucji sposobów przetwarzania/obróbki ścieków; ewolucji której równolegle na przestrzeni lat towarzyszył rozwój analitycznych metod badania  jakościowych  parametrów ścieków.

Pierwsza (pierwotna) obróbka ścieków polegała na usuwaniu cięższych ciał stałych metodą sedymentacji, do której wykorzystywano rowy i doły. Szambo wg projektu L. Mouras ("Fosse Mouras"), komora fermentacyjna, także osadnik Imhoffa to pierwsze metody wstępnej obróbki ścieków. Na przełomie XIX/XX w. wykorzystuje się już pola irygacyjne, następnie pola filtracyjne jako metody   wtórnej obróbki ścieków.

 

 

Ewolucja metod  obróbki ścieków w XX w.

 

Lata

Obróbka pierwotna

 

Obróbka wtórna

Usuwanie składników pokarmowych

1868

Szambo wg projektu L.Mouras /beztlenowa fermentacja ścieków bytowych/

Pola irygacyjne, pola filtracyjne

 

1891,

1900

Komory fermentacyjne

 wg projektu i patentu Donalda Camerona (1895)

Pierwsze złoża biologiczne

 (Anglia, 1891)

 

1906,

 

1914

*K.  Imhoff  konstruuje osadnik (1906); do dziś jeden z podstawowych elementów oczyszczalni ścieków

Wynalezienie metody oczyszczania ścieków przy pomocy osadu czynnego (1914)

 

1933, 1937

 

1950-1970

 

 

*Konstrukcja złoża zraszanego

*Konstrukcja złoża spłukiwanego

 

*Sztuczne mokradła  -  redukcja ładunków azotu i fosforu

 

*Obrotowe  reaktory biologiczne (Niemcy, 1951)

 

*konstrukcja złoża tarczowego(1960)

Nitryfikacja tlenowa N i denitryfikacja beztlenowa D:

* podczas N organiczne związki azotu (mocznik, białko) przy współudziale tlenu przekształcane są w azot  azotanowy;

* w trakcie D w warunkach beztlenowych azot azotanowy przechodzi  w azot cząsteczkowy N2

1970 -  1990

 

 

 

Beztlenowe i membranowe reaktory

 biologiczne; sekwencyjne reaktory z osadem czynnym (oczyszczanie odbywa się w jednym zbiorniku; proces polega na powtarzaniu kolejnych faz; oczyszczone ścieki odprowadzane są porcjami)

Metody usuwania fosforu ze ścieków:

1. chemiczne - wytrącanie fosforu, co może powodować wzrost objętości osadu o 40%

2. biologiczne -  przy udziale bakterii tlenowych

 

Współczesne pole filtracyjne (www.en.wikipedia.org)

 

Idea pól irygacyjnych przyczyniła się do powstania pól filtracyjnych, których utworzenie było możliwe na  piaszczystych gruntach. Pola filtracyjne stosunkowo szybko zostały zastąpione powolnymi filtrami piaskowymi, następnie filtrami pospiesznymi oraz złożami biologicznymi. W tym czasie posiadano już wiedzę o tym, że oczyszczanie ścieków na polach filtracyjnych związane jest z oddziaływaniem na nie drobnoustrojów, rozwijających się zależnie od ilości tlenu zawartego w powietrzu atmosferycznym.

 

"Fosse Mouras" ("Principles of Sewage Treatment", Dr. Dunbar, London 1908)

W 1860 r. Francuz Louis Mouras opracował konstrukcję szamba w postaci zamkniętego zbiornika  tak zlokalizowanego, że połączenie domu i rura wylotowa prowadząca do wpustu ulicznego znajdowały się pod powierzchnią ścieków w zbiorniku. Konstrukcja gwarantowała, że gazy powstające podczas gnilnego rozkładu ścieków w szambie nie uchodziły na zewnątrz. Ciała stałe gnijące w zbiorniku, w wyniku fermentacji beztlenowej przechodziły w stan ciekły tworząc lekko mętną ciecz.

Szamba tego typu zaczęto wprowadzać w Paryżu. Pomimo pierwszych niezadowalających rezultatów, zbiorniki na ścieki bytowe wg pomysłu Mouras budowano też w innych miastach; nazywano  je "Fosse Mouras". Jednak w Bordeaux ówczesny miejski inżynier zauważył, że zbiornik powinien być 2.komorowy i mieć rurę wyprowadzającą  powstające gazów. Wynalazca w swym rozwiązaniu nie przewidział, że gaz gromadzący się w zbiorniku nad rozkładającymi się ściekami wytwarza ciśnienie, pod wpływem którego poziom cieczy obniża się poniżej ujścia rury wlotowej, powodując wyrzucanie pływających (nie rozłożonych) ciał stałych. Francuscy "higieniści" stwierdzili, że zgodnie z ich spostrzeżeniami "Fosse Mouras" są "delikatnie mówiąc, bezużyteczne". Niemniej jednak, pod różnymi nazwami i po niewielkich modyfikacjach konstrukcję Mouras zaczęto  stosować szerzej traktując  ją jako nowe rozwiązanie (wynalazek).

W Niemczech zmodyfikowane szambo wprowadzano pod nazwą "oczyszczalni biologicznej z fekaliów"; często myląc je ze sztucznymi biologicznymi sposobami traktowania ścieków, które ówcześnie zaczęły pojawiać się  w praktyce obróbki ścieków.

Louis Mouras na "Fosse Mouras" otrzymał patent w 1881 r.

 

Sita  skrzydłowe  w olsztyńskiej oczyszczalni

 

 ("Principles Of Sewage Treatment" Dr Dunbar, London 1908)

 

Na początku  XX w. w funkcjonujących w Europie oczyszczalniach ścieków  do  usuwania osadu z osadników zaczęto wprowadzać  tzw. sita skrzydłowe (ang. the winged screen), które w 1903 r. zamontowano także w oczyszczalni w Olsztynie. Sita były ręcznie obsługiwane podczas załadunku osadu z osadników do wagoników, którymi osad przewożono na poletka filtracyjne (były usytuowane na skarpie nad Łyną).

Wynalezienie pierwszego skutecznego sposobu oczyszczania ścieków z zastosowaniem osadu czynnego (1914) skutkuje w następnych latach wieloma ulepszeniami i nowymi metodami w obróbce ścieków, jak np.  złoża zraszane, spłukiwane, sztuczne mokradła, później złoża tarczowe (lata 60. XX w.).

 

Sztuczne mokradła w Haavisto, Finlandia (fot.S.Pietrzak www.cdr.gov.pl)

Sztuczne mokradła służyły do usuwania składników pokarmowych (azotu, fosforu) oraz innych spływających zanieczyszczeń po uprzedniej sedymentacji i przemianach biologicznych obrabianych ścieków. Druga połowa XX w. to okres dynamicznego rozwoju technologii przetwarzania ścieków z wykorzystaniem specjalistycznych reaktorów biologicznych, etapy modyfikowania procesów nitryfikacji i denitryfikacji oraz metod usuwania ze ścieków fosforu (defosfatacji). Technologiom unieszkodliwiania ścieków towarzyszy systematyczny rozwój analitycznych metod badawczych ścieków z wykorzystaniem specjalistycznej aparatury laboratoryjnej.

Ewolucja analitycznych metod badania ścieków w XX w.

1900 - 1 podstawowy parametr - usuwanie ciał stałych

1910- określenie poziomu biologicznego zapotrzebowania tlenu (BZT), stężenia rozpuszczonego tlenu i fenolu (poziom do 100mg/l)

1920 - 1930: ulepszenie metod oznaczania BZT, stężenia rozpuszczonego tlenu, chemicznego zapotrzebowania tlenu (CHZT); oznaczanie węglowodorów, fenolu (poziom do 10 mg/l

1940 - pierwsze metody analityczne z wykorzystaniem podczerwieni (IR), fotometrii (UV) do oznaczania substancji organicznych - poziom do 500 mg/l; benzenu - poziom do 100 mg/l; sumy węglowodorów; rozpuszczonego tlenu z wykorzystaniem elektrody rtęciowej*; 

1950 - rozwój  analitycznych metod badania ścieków z wykorzystaniem spektrometrii masowej, spektrofotometrii  absorpcji atomowej, chromatografii kolumnowej

1960 - wykorzystanie chromatografii gazowej, spektroskopii fluorescencyjnej do analiz ścieków; PCB i DDT oznaczane są z zastosowaniem chromatografii gazowej

1970 - udoskonalenie metod separacji PCB Aroclor**; zastosowanie magnetycznego rezonansu jądrowego w analityce ściekowej; pierwszy podręcznik do analiz związków organicznych i śladowych ilości metali w ściekach opracowany przez EPA (Agencja Ochrony Środowiska, USA)

1980 - pierwszy podręcznik do analiz odpadów niebezpiecznych opracowany przez EPA

1990 - oznaczanie 20 podstawowych parametrów, w tym  dioksyn - poziom do 1 części na kwadrylion ( w krajach anglojęzycznych kwadrylion = 10 15)  

* - twórcą polarografii, elektrochemicznej metody analitycznej z wykorzystaniem elektrody rtęciowej był czeski uczony Jaroslav Heyrowsky (1890-1967), który za swoje osiągnięcia w 1959 r. został uhonorowany nagrodą Nobla;

** - Aroclor - mieszanina polichlorowanych bifenyli, była produkowana w USA od 1933 do 1970 r. ub. wieku przez koncern Monsato z nazwą handlową "Aroclor", z czterocyfrowym oznaczeniem (np. seria 1200 lub 1100). Dwie pierwsze cyfry odnoszą się do serii produktów Monsato, natomiast dwie drugie wskazują procentowy udział chloru w mieszance, zatem Aroclor "1260" jest produktem z serii 1200 i zawiera 60% chloru. Mieszaniny Aroclor zostały wycofane z produkcji i stosowania w USA w 1971 r. 

Współcześnie nie znane są jeszcze sposoby oczyszczenia ścieków w 100% - zawsze pewna ilość zanieczyszczeń będzie odprowadzana do rzek z uwagi na rozwój przemysłu, także rozwój miejskiej kanalizacji, służącej poprawie jakości życia w zurbanizowanym świecie. Obowiązujące obecnie w kraju i w Europie jakościowe standardy oczyszczania  ścieków są utrzymywane w zdecydowanej liczbie obiektów, do których należy również Miejska Oczyszczalnia Ścieków ŁYNA w Olsztynie (cz. IV). B. Olszewska, TMO

 

 

 

NASZA KRONIKA

NASZA KRONIKA

Przez 50 lat naszej działalności zebrało się wiele ciekawych dokumentów. Chcesz zajrzeć w naszą przeszłość? Zapraszamy ! ;)

Adres
10-532 Olsztyn, Plac Konsulatu Polskiego 5
Telefon
600 980 952
Mail
zarzad@tmo.olsztyn.pl
Strona
http://tmo.olsztyn.pl