ogrodnik / 29.11.2021

Przydomowa biologiczna oczyszczalnia ścieków SBR

 

Oczyszczalnia SBR (z ang. Sequencing Batch Reactor) jest to oczyszczalnia, której głównym elementem jest sekwencyjny reaktor porcjowy charakteryzujący się wysokim stopniem oczyszczania ścieków oraz pełną automatyzacją pracy oczyszczalni.

4.1 Jak jest zbudowana oraz jak działa przydomowa oczyszczalnia biologiczna SBR?

Przydomowa oczyszczalnia biologiczna SBR składa się ze zbiornika dwukomorowego, w którym pierwszą komorę stanowi osadnik wstępny (gnilny), natomiast druga komora to bioreaktor ze swobodnie pływającym osadem czynnym. Ze względu na wysoki stopień oczyszczania ścieków oczyszczalnia z bioreaktorem SBR może współpracować ze wszystkimi rozwiązaniami odprowadzania ścieków do środowiska naturalnego.

4.1.1 Jak jest zbudowana przydomowa oczyszczalnia biologiczna SBR?

Przydomowa oczyszczalnia biologiczna SBR – schemat

zasada_dzialania_biologicznej_oczyszczalni_sbr

Elementy składowe oczyszczalni SBR:

– deflektor wlotowy, element umieszczony na wlocie do osadnika wstępnego, który ma za zadanie wytrącić energię kinetyczną dopływających ścieków. Bez tego elementu dochodzi do wzburzenia zgromadzonych w osadniku osadów, co znacznie zmniejsza skuteczność oczyszczania osadnika.

– osadnik wstępny – pierwsza komora zbiornika oczyszczalni podczyszczająca ścieki oraz uśredniającą ich skład przed odprowadzaniem do bioreaktora. W przypadku oczyszczalni biologicznych w technologii SBR osadnik wstępny stanowi dodatkowo zbiornik retencyjny dla ścieków dopływających do czasu ich odprowadzenia do bioreaktora. Dodatkowo w osadniku wstępnym ulegają mineralizacji w warunkach beztlenowych osady surowe oraz recyrkulowane z bioreaktora.

– bioreaktor SBR– druga komora zbiornika oczyszczalni ze swobodnie pływającym osadem czynnym. W bioreaktorze następuje zasadniczy proces oczyszczania ścieków w powtarzalnych cyklach pracy nadzorowanych przez automatyczny sterownik mikroprocesorowy.

– pompa mamutowa dozowania, element służący do transportu ścieków z osadnika wstępnego do bioreaktora. Pompa mamutowa dozowania posiada filtr na wlocie, zabezpieczający przed przedostaniem się zanieczyszczeń mogących zatkać pompę mamutową lub zakłócić pracę bioreaktora  (nierozkładalne chusteczki higieniczne, tłuszcz itp.). 

– pompa mamutowa dekantacji, element służący do odprowadzania ścieków oczyszczonych z oczyszczalni do odbiornika. 

– pompa mamutowa recyrkulacji, element służący do recyrkulacji osadu nadmiernego z bioreaktora do osadnika wstępnego. 

– dyfuzor drobnopęcherzykowy, element wprowadzający do bioreaktora powietrze niezbędne dla mikroorganizmów osadu czynnego. Element ten posiada membranę tworzącą bardzo drobne pęcherzyki, co zwiększa sprawność dostarczania tlenu. Powietrze dostarczane do bioreaktora poprzez dyfuzor drobnopęcherzykowy zapewnia również odpowiednie wymieszanie ścieków w bioreaktorze.

– dmuchawa membranowa, element oczyszczalni stanowiący źródło powietrza dla dyfuzora drobnopęcherzykowego oraz pomp mamutowych. Dmuchawa umieszczona jest wraz ze sterownikiem i zaworami elektrycznymi w niezależnej obudowie zewnętrznej obok zbiornika oczyszczalni.

– automatyka oczyszczalni, elementem sterującym pracą poszczególnych elementów oczyszczalni przy pomocy zaworów elektrycznych jest mikroprocesorowy sterownik. Urządzenie to równocześnie nadzoruje stan pracy podzespołów oczyszczalni i wykrywa powstałą usterkę, co jest sygnalizowane jako komunikat na wyświetlaczu sterownika oraz poprzez układ alarmowy (wizualny oraz dźwiękowy). Istnieje możliwość wyposażenia sterownik w moduł GSM i informowanie użytkownika o występujących awariach oraz zbliżających się czynnościach serwisowych poprzez SMS.

– włazy rewizyjne, elementy pozwalające dokonanie kontroli pracy osadnika oraz bioreaktora. Przez włazy przeprowadzane są czynności serwisowe. Zaleca się, aby minimalna średnica włazów rewizyjnych wynosiła DN600, ponieważ mniejsze włazy bardzo utrudniają lub wręcz uniemożliwiają wykonanie czynności eksploatacyjnych.

4.1.2 Przydomowa oczyszczalnia biologiczna SBR – zasada działania.

Osadnik wstępny stanowiący pierwszy etap oczyszczania podczyszcza dopływające ścieki oraz uśrednia ich skład przed odpływem do bioreaktora. W osadniku zanieczyszczenia lżejsze od wody gromadzone są na powierzchni w tzw. kożuchu, natomiast cięższe od wody opadają na dno zbiornika. Zgromadzone w osadniku zanieczyszczenia mineralizowane są przez mikroorganizmy beztlenowe.

Osadnik posiada na wlocie deflektor do wytrącania energii kinetycznej ścieków, jednak w odróżnieniu od typowego osadnika gnilnego nie posiada grawitacyjnego odpływu.

Odpływ ścieków z osadnika do bioreaktora odbywa się przy pomocy pompy mamutowej dozowania zasilanej powietrzem z dmuchawy membranowej, której praca jest regulowana sterownikiem oczyszczalni. Pompa mamutowa dozowania zabezpieczona jest przed napływem tłuszczu oraz przed zatkaniem przez większe zanieczyszczenia np. papier czy nierozkładalne chusteczki higieniczne poprzez specjalny filtr.

Praca oczyszczalni SBR w systemie porcjowego dozowania ścieków powoduje, że osadnik gnilny poza funkcją podczyszczającą pełni równocześnie funkcję buforową dla przetrzymania napływających ścieków do czasu ich dozowania do bioreaktora. Wymaga to uwzględnienia tej funkcji przy objętości osadnika.

Bioreaktor oczyszczalni SBR jest kluczowym elementem oczyszczającym ścieki. Cyklicznie dozowane ścieki z osadnika są oczyszczane przez swobodnie pływający osad czynny.

Powietrze do bioreaktora dostarczane jest przez dyfuzor drobnopęcherzykowy zasilany dmuchawą membranową. Taki system charakteryzuje się niskim zużyciem energii elektrycznej przy zachowaniu wymaganej sprawności napowietrzania. Sterownik oczyszczalni reguluje czas pracy dmuchawy, wywołując środowisko tlenowe lub niedotlenione umożliwiając zachodzenie procesów usuwania związków azotu w wyniku nitryfikacji i denitryfikacji oraz usuwanie związków fosforu w procesie defosfatacji biologicznej.

Oczyszczone ścieki usuwane są z oczyszczalni do odbiornika poprzez pompę mamutową dekantacji. Bardzo często na wylocie z oczyszczalni umieszczony jest specjalny zbiornik umożliwiający pobór próbek oczyszczonego ścieku do analizy laboratoryjnej.

Nadmierny osad czynny recyrkulowany jest do osadnika wstępnego poprzez pompę mamutową recyrkulacji w celu jego stabilizacji oraz mineralizacji w warunkach beztlenowych.

Bioreaktor SBR pracuje w powtarzających się cyklach składających się z następujących po sobie faz:

  • faza dozowania ścieków z osadnika do bioreaktora przy pomocy pompy mamutowej dozowania,
  • faza natleniania czyli oczyszczania ścieków przez osad czynny,
  • faza klarowania ścieku oczyszczonego czyli  sedymentacji osadu czynnego,
  • faza dekantacji czyli odprowadzania ścieku oczyszczonego do odbiornika przy pomocy pompy mamutowej dekantacji,
  • faza recyrkulacji osad nadmiernego do osadnika wstępnego przy pomocy pompy mamutowej recyrkulacji

4.2 Przydomowa oczyszczalnia biologiczna SBR – dobór.

Przydomową oczyszczalnię ścieków w technologii SBR powinno się dobierać na podstawie dwóch parametrów tj:

  • dobowy ładunek zanieczyszczeń organicznych określonych jako BZT5 jaki może zostać doprowadzony do oczyszczalni. Jednostkowa wartość tego parametru przypadająca na jednego użytkownika wynosi 60 mg O2/d. Parametr ten odpowiada wartości 1 RLM (równoważnej liczby mieszkańców).
  • dobowy przepływ nominalny oczyszczalni, czyli dobowe obciążenie hydrauliczne dopływającymi ściekami. Parametr ten należy określić na podstawie zużycia wody na cele wyłącznie bytowo-gospodarcze np. na podstawie wodomierza lub wytycznych określających dzienne normy zużycia wody (Dz.U.2002 nr 8 poz. 70)  Dla typowego budownictwa mieszkalnego wartość zużycia wody wynosi ok. 100 litrów/osobę dziennie.

UWAGA! W przypadku doboru oczyszczalni ścieków w technologii SBR dla budownictwa mieszkalnego parametrem nadrzędnym jest dobowy ładunek zanieczyszczeń organicznych. Dobowy przepływ nominalny ma istotne znaczenie dopiero po przekroczeniu dziennego zużycia wody w ilości 150 l przez jedną osobę. 

PRZYKŁAD DOBORU OCZYSZCZALNI BIOLOGICZNEJ SBR

UWAGA! Oczyszczalnie w technologii SBR odprowadzają osad nadmierny do osadnika wstępnego w celu jego mineralizacji w warunkach beztlenowych. Dodatkowo cykliczny system pracy bioreaktora wymaga przetrzymania dopływających ścieków do osadnika, aż do czasu uruchomienia fazy dozowania ścieków. Powyższe dwie cechy związane z pracą bioreaktora SBR wymagają uwzględnienia dodatkowej objętości osadnika wstępnego przeznaczonej do zmagazynowania osadu nadmiernego oraz retencji dopływających ścieków. Niestety niektórzy producenci w ramach cięcie kosztów pomijają powyższe założenia technologiczne.

  • oczyszczalnia dla 4 osobowej rodziny:

– dobowe obciążenie hydrauliczne = 4 os. * 100 l/dobę = 400 l/d = 0,4 m3/d

– dobowy ładunek zanieczyszczeń organicznych (BZT5) = 4 os. * 60 mg O2/d = 240 mg O2/d = 0,24 kg O2/d

– wymagana pojemność osadnika wstępnego uwzględniająca dopływające osady surowe, recyrkulowane z bioreaktora osady nadmierne, kożuch tłuszczowy, przestrzeń niezbędną do retencji oraz oczyszczania ścieków z zawiesiny wynosi ok. 240 litrów/osobę (przy uwzględnieniu wywozu osadów przez tabor asenizacyjny co 6 m-cy). Przy 4 osobach wymagana całkowita pojemność robocza komory osadnika wstępnego wynosi 960 litrów. Ponieważ komora bioreaktora powinna stanowić 80-100% pojemności osadnika wstępnego, więc minimalna, całkowita pojemność robocza biologicznej oczyszczalni przydomowej SBR dla 4 osób powinna wynosić 1,7 – 1,9 m3.

Poprawnie dobranym modelem oczyszczalni biologicznej SBR będzie model charakteryzujący się dobowym ładunkiem zanieczyszczeń organicznych równym 0,24 kg O2/d, dobowym obciążeniem hydraulicznym równym 600 l/d oraz całkowitą pojemnością roboczą wynoszącą 2m3. Oczyszczalnia dla 4 osób o mniejszej całkowitej pojemności roboczej będzie pracowała z przeciążonym osadnikiem wstępnym, co wywołuje również przeciążenie bioreaktora i spadek skuteczności oczyszczania, mogący w krótkim czasie doprowadzić do zamulenia (kolmatacji) systemu odprowadzającego ścieki do gruntu.

  • oczyszczalnia dla 4 osobowej rodziny (większe zużycie wody):

– dobowe obciążenie hydrauliczne = 4 os. * 200 l/dobę = 800 l/d = 0,8 m3/d

– dobowy ładunek zanieczyszczeń organicznych (BZT5) = 4 os. * 60 mg O2/d = 240 mg O2/d = 0,24 kg O2/d

Ze względu na większe zużycie wody przypadającego na jednego mieszkańca (ponad 150 l/dobę), parametrem decydującym przy doborze wielkości oczyszczalni jest dobowe obciążenie hydrauliczne. Oczyszczalnia dobrana na podstawie tego paramentu, będzie miała wystarczające pojemności osadnika i bioreaktora z punktu widzenia ilości osadów. Poprawnie dobranym modelem oczyszczalni biologicznej SBR będzie model charakteryzujący się dobowym ładunkiem zanieczyszczeń organicznych równym 0,36 kg O2/d oraz dobowym obciążeniem hydraulicznym równym 900 l/d.

  • oczyszczalnia dla 6 osobowej rodziny:

– dobowe obciążenie hydrauliczne = 6 os. * 100 l/dobę = 600 l/d = 0,6 m3/d

– dobowy ładunek zanieczyszczeń organicznych (BZT5) = 6 os. * 60 mg O2/d = 360 mg O2/d = 0,36 kg O2/d

– wymagana pojemność robocza osadnika wstępnego = 6 * 240 l = 1440 litrów (wywóz osadów co 6 miesięcy). Analogicznie jak przy 4 osobach, wymagana pojemność komory bioreaktora 1152-1440 litrów. Więc przy 6 osobach minimalna, całkowita pojemność robocza biologicznej oczyszczalni przydomowej SBR powinna wynosić 2,6 – 2,9 m3.

Poprawnie dobranym modelem oczyszczalni biologicznej SBR będzie model charakteryzujący się dobowym ładunkiem zanieczyszczeń organicznych równym 0,36 kg O2/d, dobowym obciążeniem hydraulicznym równym 900 l/d oraz całkowitą pojemnością roboczą wynoszącą 3m3.

4.3 Przydomowa oczyszczalnia biologiczna SBR – wady i zalety.

Przydomowa oczyszczalnia biologiczna SBR ma następujące ZALETY:

  • Bardzo wysoka skuteczność oczyszczania wynosząca ponad 90% dla zawiesiny ogólnej i zanieczyszczeń organicznych określonych jako BZT5 i ChZT, jak również ponad 80% dla związków azotu.
  • Odporność na nierównomierności dopływu (stężeniowe oraz ilościowe) w wyniku posiadania uśredniającego zbiornika buforowego oraz cyklicznego dawkowania ścieków do bioreaktora.
  • Wysoki stopień bezobsługowości w wyniku automatyzacji procesu. Zastosowanie mikroprocesorowego sterownika regulującego pracą wszystkich podzespołów i monitorującego ich stan pracy pozwala odciążyć użytkownika od czynności serwisowych polegających np. na okresowym regulowaniu zaworów ręcznych, jak również umożliwia szybkie poinformowanie użytkownika o wystąpieniu ewentualnej awarii lub konieczności wywozu osadów z osadnika.
  • Możliwość rozbudowy o stację dozowania koagulantu. Technologia SBR umożliwia rozbudowanie systemu o elementy dozujące do ścieków koagulant w celu zmniejszenia zawartości biogenów w ściekach oczyszczanych (związki azotu i fosforu). Usuwanie biogenów zgodnie z obowiązującym prawem jest wymagane w przypadku stosowania oczyszczalni ścieków na terenie aglomeracji lub odprowadzania ścieków do wód.

Przydomowa oczyszczalnia biologiczna SBR ma następujące WADY:

  • Ryzyko wystąpienia awarii podzespołów. Automatyzacja procesu oczyszczania wymaga szeregu urządzeń sterujących pracą oczyszczalni. Nawet najlepszej jakości podzespoły z czasem mogą ulec awarii i wymagana jest ich naprawa lub wymiana, co niewątpliwie zwiększa koszty eksploatacyjne oczyszczalni .

4.4 Zestawienie cech oczyszczalni biologicznej SBR.

przydomowa_oczyszczalnia_sbr_wady_zalety

Przykładem certyfikowanej przydomowej oczyszczalni biologicznej w technologii SBR jest oczyszczalnia.