Sekwencyjne reaktory biologiczne SBR

Wprowadzenie

Technologia oczyszczania ścieków osadem czynnym w systemach porcjowych znana już była na początku XX wieku. W roku 1912 Fowler zastosował do oczyszczania ścieków miejskich w Manchesterze napowietrzanie ścieków strumieniem pęcherzyków powietrza wytwarzanych w sposób pneumatyczny wraz z następującym po nim etapem sedymentacji. W roku  1914 studenci Fowlera Ardern i Lockett zaprezentowali oczyszczanie ścieków w systemie z napełnianiem i dekantacją bez pozbywania się biologicznych osadów nagromadzonych w czasie cyklicznego napowietrzania ścieków. Autorzy nazwali utworzony osad „osadem czynnym” a system sekwencyjnym biologicznym reaktorem(SBR) z ang. sequencing batch reaktor.

Także w Stanach Zjednoczonych  A.P. w tym czasie sposób oczyszczania ścieków osadem czynnym, realizowany w systemie "napełniania – dekantacji", po raz pierwszy zastosowanow Milwaukee. W późniejszym okresie systemy porcjowe nie były wykorzystywane w Stanach zjednoczonych A.P. aż do późnych lat czterdziestych,  a w Europie do 1959 roku. Wielozbiornikowe systemy SBR pojawiły się ponownie dzięki  znaczącemu postępowi techniki urządzeń napowietrzających i układów sterowania spowodowały.

Współczesny rozwój technologii oczyszczania ścieków osadem czynnym w systemach porcjowych dokonał się dzięki pracom Irvine’a i jego współpracowników w latach sześćdziesiątych ubiegłego stulecia. Irvine po raz pierwszy użył nazwy sekwencyjny reaktor biologiczny dla jednozbiornikowego reaktora, który zaprojektował w 1969 roku do oczyszczania na dużą skalę ścieków przemysłowych w Corpus Christi w Teksasie. Irvine posługiwał się zwrotem SBR w swoich pracach publikowanych w latach siedemdziesiątych, w których opisywał usuwanie organicznych i biogennych zanieczyszczeń ze ścieków oraz kontrolę wzrostu organizmów nitkowatych.

Jako systemy SBR  należy zatem rozumieć procesy biologiczne oczyszczania ścieków, których wspólną cechą jest:

  • zastosowanie procesu osadu czynnego do biologicznego oczyszczania ścieków,
  • przebieg procesów biologicznego oczyszczania i oddzielanie osadu czynnego od oczyszczonych ścieków następuje w jednym i tym samym zbiorniku,
  • zwierciadło wody w zbiorniku podnosi się na skutek doprowadzania przeznaczonych do oczyszczania ścieków,
  • oczyszczone ścieki odprowadzane są ze zbiornika porcjowo.

Proces SBR charakteryzuje się przebiegiem kolejnych  faz (przykładowo napełnianie, reakcja, osadzanie, dekantacja i oczekiwanie), z których każda trwa określony okres czasu. Odprowadzenie nadmiaru osadu następuje zazwyczaj po fazie sedymentacji, lecz może być również dokonywane przy końcu fazy reakcji. Faza oczekiwania może być pominięta jeśli w układzie znajduje się zbiornik retencyjny lub też inne urządzenie zdolne do przejmowania nadmiernego dopływu. W niektórych systemach z sekwencyjnym reaktorem biologicznym nie ma wyraźnie wyodrębnionej fazy reakcji,  a sedymentacja i dekantacja następuje również w czasie ciągłego dopływu ścieków surowych do reaktora.

Charakterystyka procesu

Oferowana technologia oczyszczania ścieków oparta jest o metodę niskoobciążonego osadu czynnego, realizowanego w sekwencyjnym reaktorze biologicznym SBR, działającym w sposób ciągły z mechanicznym napowietrzaniem ścieków wielofunkcyjną turbiną BSK. Procesy cząstkowe, właściwe dla osadu czynnego, rozdzielone są jako odrębne fazy cyklu. W pełnym cyklu występują dodatkowo fazy sedymentacji i dekantacji, pozwalające na eliminację osadnika wtórnego. Poniższy rysunek przedstawia kolejne fazy pracy reaktora SBR.

W czasie mieszania ilość wprowadzanego  do ścieków powietrza jest kontrolowana i dostosowywana do aktualnego zapotrzebowania. Dzięki powtarzającym się w różnych odstępach  czasu cyklach włączania i wyłączania napowietrzania ścieków w reaktorze uzyskuje się warunki nie tylko do rozkładu substancji organicznych w kontrolowanych fazach nitryfikacji i denitryfikacji, lecz dzięki wytworzeniu licznych stref atoksycznych także do przebiegu daleko idących procesów biologicznej defosfatacji.

Zalety procesu

Istotne powody, które przemawiają za stosowaniem systemów SBR to zdolność tych systemów do:

  • umożliwiania jednoczesnej nitryfikacji i denitryfikacji w obrębie trwania jednego cyklu poprzez proste regulowanie intensywności napowietrzania,
  • dostosowywania konfiguracji systemu i sposobu działania do zarówno krótkoterminowych, dziennych jak i długookresowych, sezonowych zmian w składzie ścieków, stężeniu składników ścieków i obciążenia ładunkiem zanieczyszczeń,
  • polepszania usuwania fosforu poprzez bezpośrednie dodawanie środków strącających w czasie fazy napełniania lub reakcji,
  • dostosowywania się do obciążeń uderzeniowych wywołanych zmianami w obciążeniu organicznym i / lub hydraulicznym poprzez zmianę czasu trwania cyklu, długości poszczególnych faz procesu, czasu napowietrzania i współczynnika wymiany objętościowej do aktualnych potrzeb,
  • zagęszczania osadu w czasie fazy osadzania w celu zmniejszenia zawartości wody w  osadzie usuniętym z reaktora.

Zastosowanie

Podstawowym obszarem zastosowania reaktorów SBR są oczyszczalnie ścieków bytowo-gospodarczych i komunalnych. Dolna granica zastosowania znajduje się w pobliżu RLM – 400 zaś górna RLM – 50000. Nie oznacza to, że wyklucza się stosowanie SBR-ów poza tymi granicami przepustowości. W tym jednak obszarze technologia SBR ujawnia zdecydowanie swoją przewagę nad innymi rozwiązaniami.

System SBR jest również doskonałą alternatywą do oczyszczania ścieków przemysłowych, w szczególności przemysłu rolno-spożywczego. Do typowych zastosowań należą także niewielkie jednostki osadnicze, kompleksy rekreacyjne i sportowe, hotele, ośrodki turystyczne czy w końcu szpitale i sanatoria.

Zastosowanie oczyszczalni typu SBR jest szczególnie wskazane, gdy dopływające ścieki charakteryzują się zmiennym obciążeniem zarówno pod względem hydraulicznym jak i ładunku zanieczyszczeń.

Podsumowanie

Oczyszczalnie ścieków pracujące w systemie porcjowym stanowią wysoce niezawodny element infrastruktury technicznej w aspekcie ochrony środowiska wodnego oraz charakteryzują się minimalnymi skutkami oddziaływania na otaczające środowisko.

Istotne powody, które przemawiają za stosowaniem systemów SBR zamiast układów z przepływem ciągłym to zdolność tych systemów do:

  • umożliwiania jednoczesnej nitryfikacji i denitryfikacji w obrębie trwania jednego cyklu poprzez proste regulowanie intensywności napowietrzania,
  • dostosowywania konfiguracji systemu i sposobu działania do zarówno krótkoterminowych, dziennych jak i długookresowych, sezonowych zmian w składzie ścieków, stężeniu składników ścieków i obciążenia ładunkiem zanieczyszczeń,
  • polepszania usuwania fosforu poprzez bezpośrednie dodawanie środków strącających w czasie fazy napełniania lub reakcji,
  • dostosowywania się do obciążeń uderzeniowych wywołanych zmianami w obciążeniu organicznym i / lub hydraulicznym poprzez zmianę czasu trwania cyklu, długości poszczególnych faz procesu, czasu napowietrzania i współczynnika wymiany objętościowej do aktualnych potrzeb,
  • zagęszczania osadu w czasie fazy osadzania w celu zmniejszenia zawartości wody w osadzie usuniętym z reaktora.