Innowacyjna, efektywna technologia biologicznego oczyszczania ścieków pod lupą naukowców z Politechniki Białostockiej

Technologia oczyszczania ścieków z wykorzystaniem tlenowego granulowanego osadu czynnego polega na wykorzystaniu konsorcjum mikroorganizmów do biodegradacji szeroko rozumianych związków węgla, form azotu i fosforu. W porównaniu do metod stosowanych do tej pory, tlenowe granule osadu czynnego pozwalają na uzyskanie stabilniejszych i lepszych efektów oczyszczania ścieków – podkreśla dr inż. Piotr Ofman.

Technologia biologicznego oczyszczania ścieków oparta o granulowany osad czynny jest metodą innowacyjną. Polega na wykorzystaniu i kontrolowaniu warunków, w których biomasa formuje się w postaci granul, a nie kłaczków. Niweluje w ten sposób problem efektywnego oddzielania zawiesin osadu od oczyszczonej cieczy, który często występuje w przypadku konwencjonalnego, kłaczkowatego osadu czynnego. Granulowana masa osadza się bowiem znacznie szybciej niż biomasa kłaczkowata, co redukuje potrzebę stosowania wielokomorowych reaktorów oraz recyrkulacji.

Wynaleziona i wdrożona blisko dekadę temu technologia, została dotąd zastosowana tylko w kilkunastu przemysłowych i miejskich oczyszczalniach na świecie. W Polsce taka oczyszczalnia ścieków od 2015 roku obsługuje miejscowość Ryki (oczyszczalnia ścieków „Fregata”). Wciąż trwają badania podstawowe nad granulowanym osadem czynnym.

Przeprowadzone w Katedrze Technologii w Inżynierii Środowiska badania miały na celu weryfikację występowania relacji pomiędzy intensywnością, z jaką zachodzą przemiany form azotu i stopniem zgranulowania kłaczkowatego osadu czynnego.

Badania prowadzono w warunkach laboratoryjnych w sekwencyjnym reaktorze biologicznym typu SBR autorskiego projektu dr. inż. Piotra Ofmana.

Skrót SBR może wydawać się nieco enigmatyczny. Z języka angielskiego oznacza on Sequencing Batch Reactor, czyli sekwencyjny lub porcjowy reaktor biologiczny. Z założenia w pojedynczym cyklu pracy tego reaktora można wydzielić tak zwane fazy procesowe, na które składają się między innymi napełnianie, oczyszczanie ścieków w warunkach beztlenowych i tlenowych, fazę sedymentacji oraz dekantacji. Dzięki temu w pojedynczym urządzeniu można przeprowadzić wszystkie biologiczne procesy oczyszczania ścieków – wyjaśnia naukowiec z Politechniki Białostockiej.

Takie właściwości reaktora porcjowego, które umożliwiły dowolne sterowanie długościami poszczególnych faz, były istotne ze względu na prowadzone badania w ramach projektu dofinansowanego przez Narodowe Centrum Badań.

Szczególnie istotna w tym przypadku była długość fazy sedymentacji. Poprzez jej skracanie w pierwszej kolejności uzyskiwaliśmy selekcję grawimetryczną kłaczków osadu czynnego. Powodowało to pozostawienie w reaktorze kłaczków o większym ciężarze właściwym, które wykazują lepsze właściwości sedymentacyjne. To z kolei przyczyniało się do wzrostu oddziaływania hydrodynamicznych sił ścinających i przyspieszenia procesu formowania tlenowych granul osadu czynnego. Dodatkowo możliwość przeprowadzenia procesów beztlenowego i tlenowego oczyszczania ścieków w tym samym reaktorze, pozwalała na obserwację przemian związków azotu – podkreśla dr inż. Piotr Ofman.

Przedmiotem analiz było przede wszystkim zaobserwowanie przemian dwóch form azotu: azotu amonowego i azotu azotanowego (V). Z punktu technologii oczyszczania ścieków, te formy azotu pozwalają na określenie kinetyki procesów amonifikacji, denitryfikacji i nitryfikacji. Dodatkowo w projekcie kontrolowano najważniejsze parametry technologiczne procesu oczyszczania ścieków. Precyzyjny obraz przemian poszczególnych form azotu, które przebiegają w trakcie formowania się tlenowych granul osadu czynnego, uzyskano dzięki wykorzystaniu sond wieloparametrowych. Pomiar był wykonywany w sposób ciągły. Okresowo wskazania sondy były kontrolowane za pomocą metod analitycznych opartych o spektroskopię UV-VIS. Poszczególne stężenia dwóch form azotu, które rozpatrywano w projekcie, były mierzone co 5 minut przez 24 godziny przez 11 miesięcy. W ten sposób powstała obszerna baza danych, licząca blisko milion pomiarów, która posłużyła do dokładnego opisu zaobserwowanych przemian.

W ramach przeprowadzonych badań zespół pod kierownictwem dr. inż. Piotra Ofmana wykazał, że intensywność z jaką zachodzą przemiany form azotu zwiększa się wraz ze stopniem zgranulowania osadu czynnego.

Wyniki przeprowadzonych przez nas badań w pierwszej kolejności posłużą do opracowania publikacji naukowej. Natomiast w szerszej perspektywie i przy kontynuacji badań, które tak na dobrą sprawę cały czas są prowadzone, będą one mogły znaleźć zastosowanie również w gałęzi przemysłowej. Mianowicie posłużą nam do lepszego wdrożenia tych wyników na obiektach rzeczywistych. Metodę granulacji kłaczkowatego osadu czynnego zgłosiliśmy też do Urzędu Patentowego – podsumowuje dr inż. Piotr Ofman.

Zespół naukowców z Katedry Technologii w Inżynierii Środowiska na Wydziale Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej specjalizuje się w badaniach nad technologią oczyszczania wody i ścieków. Z tego zakresu realizuje granty naukowe oraz prace zlecone przez instytucje zewnętrze. Opisy ich prac związanych z przeprowadzonymi badaniami nad mechanizmem i kinetyką usuwania wybranych zanieczyszczeń i mikrozanieczyszczeń w systemach oczyszczania wody i ścieków zostały udokumentowane w pięciu artykułach naukowych opublikowanych w czasopismach uwzględnionych w wykazie czasopism z listy JCR.

Naukowcy rozwijają swoje badania o zagadnienia związane z procesami jednostkowymi oczyszczania ścieków z wykorzystaniem tlenowych granul osadu czynnego. W ostatnim czasie rozpoczęli projekt na temat biosorpcji wybranych metali ciężkich na tlenowych granulach osadu czynnego.

Dr inż. Piotr Ofman jest absolwentem Politechniki Białostockiej, na której w 2018 roku obronił rozprawę doktorską z zakresu usuwania wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych ze ścieków ze szczelinowania hydraulicznego w reaktorach SBR. Obecnie jest pracownikiem Katedry Technologii w Inżynierii Środowiska na Wydziale Budownictwa i Nauk o Środowisku oraz opiekunem Studenckiego Koła Naukowego Inżynierii Środowiska. Jest autorem ponad 40 publikacji. Zakres badań prowadzonych przez dr. inż. Piotra Ofmana obejmuje zagadnienia związane w formowaniem tlenowych granul osadu czynnego oraz analizą usuwania wybranych ksenobiotyków ze ścieków z ich wykorzystaniem.

(mr)