Niezawodne dodatki dla oczyszczalni ścieków i stacji uzdatniania wody

Tło i typowe ładunki
Ścieki przemysłowe i komunalne często zawierają ortofosforany (PO₄-P), skondensowane fosforany i metale ciężkie, takie jak Zn, Cu, Ni, Pb, Cr. Celem jest osiągnięcie stabilnej zgodności z wartościami granicznymi pomimo wahań dopływu i czynników kompleksujących (np. EDTA, aminy).

Zasady chemiczne 

• Wytrącanie fosforu: Tworzenie trudno rozpuszczalnych fosforanów Fe/Al przy użyciu soli żelaza/aluminium (FeCl₃, Fe₂(SO₄)₃, Al₂(SO₄)₃).

• Wytrącanie metali ciężkich: Wytrącanie w postaci wodorotlenków (wzrost pH) lub siarczków (w przypadku metali skompleksowanych i ścisłych wartości resztkowych).

• Koagulacja/flokulacja: Neutralizacja ładunku + polimery (anionowe/kationowe) → makroskopowo rozdzielalne kłaczki do sedymentacji lub DAF/flotacji.

Optymalne okno pH (wartości praktyczne)

• Fe/Al-Phosphat: pH 6,0–7,2 (gute P-Restwerte < 1 mg/L möglich).

• Cu: pH 8-9, Zn: pH 9-10, Ni: pH 9,5-10,5 (wytrącanie wodorotlenków).

• Cr(VI): najpierw redukcja do Cr(III) (np. za pomocą FeSO₄/ wodorosiarczynu sodu), następnie wytrącenie pH 7,5-8,5.

• W przypadku silnych czynników kompleksujących: wytrącanie siarczków (np. ditiokarbaminiany/systemy tio) + polimery.

Rozwiązania dodatkowe (ALMA AQUA)

• Koagulanty Fe/Al o różnej zasadowości dla niskich wartości P resztkowego.

• Środek do rozbijania kompleksów EDTA/amina przed wytrąceniem.

• Specjalne odczynniki siarczkowe dla niskich wartości metali resztkowych.

• Wysokowydajne polimery (proszek/emulsja) dopasowane do wody surowej, temperatury, reżimu mieszania.

• Regulatory pH (NaOH, mleko wapienne, pasek CO₂) do dokładnej konserwacji okien.

Praktyczne korzyści

• Niezawodna zgodność z wartościami granicznymi nawet przy wahaniach wlotu.

• Niższe koszty chemikaliów dzięki zoptymalizowanemu pH i synergii polimerów.

• Solidna separacja w systemach flotacji ze strumieniami bogatymi w olej/tenzyd.

Definicja problemu
Osad z wytrącania/flokulacji i osad nadmierny mają wysoką zawartość wody. Koszty utylizacji są bezpośrednio skorelowane z objętością osadu i możliwą do uzyskania suchą substancją (DS). Cel: najlepsza możliwa odwadnialność przy minimalnym użyciu środków chemicznych.

Mechanizmy działania i dodatki

• Polimery kationowe (proszek/emulsja): Mostkowanie i neutralizacja ładunku → większe, twardsze płatki.

• Środki kondycjonujące (mineralne/organiczne): zmieniają ładunek powierzchniowy i powłokę hydratacyjną, zmniejszają CST (czas zasysania kapilarnego) i SRF (opór właściwy dla filtracji).

• Synergia: Koagulacja wstępna (np. FeCl₃) + polimer w niskiej dawce mogą znacznie zwiększyć TS.

• Dodatki: Wapno poprawiające strukturę (w zależności od ścieżki wykorzystania).

Urządzenia i system strzyżenia (ważne!)

• Komorowa prasa filtracyjna: wysoka zawartość suchej masy (często 35-45% w przypadku osadów chemiczno-fizycznych).

• Wirówka: elastyczna, sucha masa 20-30% (w zależności od rodzaju osadu/polimeru).

• Taśmowa prasa filtracyjna: TS 18-28%, ale niskie zapotrzebowanie na energię.

• Wrażliwość na ścinanie: Nie "rozbijać" polimeru po powolnej flokulacji (wyregulować wlot mieszadła/śruby).

Wydajność ALMA AQUA

• portfolio polimerów (gęstość ładunku/lepkość), aby dokładnie dopasować izotermiczne zachowanie Państwa osadu.

• Określenie czasu kontaktu wstępnego i starzenia w linii dla polimerów proszkowych.

• Pilotażowe odwadnianie (mobilne) do ustawiania punktu dozowania, ścinania i receptury.

Praktyczne korzyści

• Nawet dwucyfrowa poprawa TS: znaczna redukcja kosztów utylizacji.

• Stabilna praca maszyny (mniej oderwań/przepełnień).

• Zmniejszone zużycie polimeru dzięki odpowiednim ustawieniom wstępnym i szkoleniom.

Sytuacja początkowa
Wiele ścieków przemysłowych jest bogatych w węgiel (wysokie ChZT/CSB), ale ubogich w azot i fosfor. Ponadto często brakuje pierwiastków śladowych (np. Fe, Mg, Co, Ni, Zn), co ogranicza aktywność biomasy (nitryfikacja, denitryfikacja, pobór P).

Bariery ochronne i wartości docelowe (praktyczne zasady)

• Stosunek C:N:P (na podstawie BZT₅/CZT):

  • w przybliżeniu 100 : 5 : 1 (na podstawie BZT₅) lub 100 : 2,5 : 0,5 (na podstawie ChZT).

• Nitryfikacja: wymaga wystarczającej zasadowości (∼ 7,1 mg CaCO₃ na mg utlenionego NH₄-N) i DO ≥ 1,5-2,0 mg/l.

• Denitryfikacja: wymaga łatwo dostępnego źródła C (kontrola ładunku).

• Utrzymywać stosunek F/M i SVI w docelowym korytarzu (zapobiegać tworzeniu się osadu).

Rozwiązania dodatkowe (ALMA AQUA)

• Makroskładniki:

  • Azot jako NH₄⁺/NO₃- (może być dozowany w zależności od procesu),

  • Fosfor jako PO₄³- (dynamiczny, aby kontrolować resztkowe wartości P i ryzyko struwitów).

• Mieszanki pierwiastków śladowych: Fe, Mg, Co, Ni, Zn, Cu, Mn w formach biodostępnych (stabilne chelatowo, unikać przedawkowania).

• Kombinowane rozwiązania do rozruchu/skoków obciążenia (krótkoterminowa ochrona aktywności).

Monitorowanie i kontrola

• Online: NH₄-N, NO₃-N, PO₄-P, pH, DO, temperatura.

• Laboratorium: testy OUR/ATU (wydajność nitryfikacji), SVI, F/M, mikroskopia (monitorowanie włókien).

• Kontrola trendów: adaptacyjna dawka C:N:P połączona z ChZT i zapotrzebowaniem na tlen w dopływie.

Praktyczne korzyści

• Stałe wartości zrzutu (NH₄-N, NO₃-N, PO₄-P) pomimo wahań na wlocie.

• Solidna biologia z szybką regeneracją po wstrząsach (toksyny, temperatura).

• Redukcja zewnętrznych emisji dwutlenku węgla poprzez ukierunkowane zarządzanie mikro- i makroelementami.

Wyzwanie
Wiele ścieków przemysłowych - np. z przemysłu chemicznego, spożywczego lub tekstylnego - zawiera pozostałości organiczne, które są trudne do biodegradacji. Należą do nich długołańcuchowe węglowodory, związki aromatyczne, środki powierzchniowo czynne i barwniki. Prowadzi to do bardzo wysokich wartości ChZT (chemicznego zapotrzebowania na tlen) i przeciążenia etapów biologicznych, ponieważ mikroorganizmy mogą wykorzystywać te substancje tylko powoli lub wcale.

Podejścia oparte na roztworach z dodatkami procesowymi
Chemiczne procesy utleniania są tutaj pierwszym wyborem. Szczególnie skuteczny okazał się proces Fentona, w którym nadtlenek wodoru tworzy wysoce reaktywne rodniki hydroksylowe w obecności żelaza jako katalizatora. Atakują one nawet stabilne cząsteczki organiczne i rozkładają je na mniejsze, biodegradowalne związki. Kwas nadoctowy lub ozon mogą być również stosowane w celu zwiększenia szybkości degradacji.

Często przydatna jest dodatkowa kombinacja ze środkami strącającymi i flokulantami. Produkty degradacji powstałe w wyniku utleniania są bezpośrednio wytrącane i oddzielane, co dodatkowo zmniejsza resztkowe wartości ChZT. Precyzyjne warunki pH (zwykle lekko kwaśne do neutralnych) i właściwa strategia dozowania mają kluczowe znaczenie dla skuteczności, ponieważ przedawkowanie lub niedostateczne dozowanie prowadzi do utraty skuteczności lub zwiększonego zużycia chemikaliów.

Praktyczne korzyści
Redukcja ChZT o 50-80% może być osiągnięta dzięki etapowi utleniania przed oczyszczalnią. Znacząco zmniejsza to obciążenie biologicznych etapów oczyszczania, redukuje energię wymaganą do napowietrzania i zapewnia zgodność z limitami zrzutu - nawet w przypadku silnie zanieczyszczonych ścieków przemysłowych.

Wyzwanie
Systemy membranowe, takie jak ultrafiltracja (UF), nanofiltracja (NF) lub odwrócona osmoza (RO) są kluczowymi elementami nowoczesnego uzdatniania wody. Są one jednak wrażliwe na osady. Osady spowodowane przez węglan wapnia, siarczan wapnia lub krzemiany, a także zanieczyszczenia spowodowane przez substancje organiczne, cząsteczki lub biofilm prowadzą do wzrostu ciśnienia, spadku wydajności i skrócenia żywotności membrany. Nawet niewielkie ilości opadów mogą pogorszyć wskaźnik gęstości osadów (SDI) i znacznie skrócić cykle czyszczenia.

Rozwiązania z dodatkami
Antyskalanty to specjalne inhibitory, które hamują krystalizację substancji tworzących twardość i utrzymują sole w roztworze. Są one skuteczne nawet przy niskich dawkach i umożliwiają znacznie wyższy stopień koncentracji w systemie. Dyspergatory uzupełniają to działanie poprzez stabilizację drobnych cząstek i koloidów oraz zapobieganie ich przyleganiu do powierzchni membrany.

Ukierunkowana kontrola pH zwiększa również rozpuszczalność krytycznych soli i pomaga chronić membranę. Ważna jest również wstępna obróbka wody surowej: flokulacja, sedymentacja lub filtracja zmniejszają stopień zmętnienia i minimalizują obciążenie membrany.

Praktyczne korzyści
Dzięki zindywidualizowanej strategii dodatków, okresy między czyszczeniami mogą zostać znacznie wydłużone, a żywotność membrany zwiększona o kilka lat. Jednocześnie jakość permeatu pozostaje niezmiennie wysoka, a koszty operacyjne energii i środków czyszczących są znacznie obniżone.

Wyzwanie
Oczyszczalnie ścieków wytwarzają liczne strumienie boczne - takie jak woda z płukania wstecznego filtrów piaskowych, strumienie odsalania z systemów chłodzenia lub regeneraty z wymienników jonitowych. Zawierają one wysoce skoncentrowane ładunki soli, metali ciężkich lub pozostałości organicznych. Jeśli są one wprowadzane do głównej linii w niekontrolowany sposób, mogą prowadzić do obciążeń szczytowych i zagrażać zgodności z limitami zrzutu.

Rozwiązania z dodatkami
Ukierunkowana neutralizacja i wytrącanie są stosowane do usuwania nadmiaru kwasów, zasad lub metali w przepływie obejściowym. Flokulanty wspomagają tworzenie się cząstek, które można oddzielić. W przypadku strumieni zanieczyszczonych organicznie można zastosować środki utleniające w celu rozbicia pozostałości ChZT i substancji toksycznych. W wielu przypadkach powrót do głównej linii jest możliwy, jeśli strumienie boczne zostaną wcześniej ustabilizowane. Alternatywnie można je uzdatnić, aby woda mogła być ponownie wykorzystana jako woda procesowa lub obiegowa.

Praktyczne korzyści
Środki te zmniejszają całkowity ładunek w głównym strumieniu, zwiększają stabilność procesu oczyszczalni ścieków i jednocześnie oszczędzają świeżą wodę. Operatorzy korzystają z niższych kosztów utylizacji i zrównoważonego wykorzystania wody jako zasobu.

Wyzwanie
Konwencjonalne etapy (strącanie/flokulacja, aktywacja) tylko w ograniczonym stopniu usuwają mikrozanieczyszczenia, takie jak pozostałości farmaceutyczne, pestycydy lub chemikalia przemysłowe. Szczególnym przypadkiem są PFAS: bardzo stabilne, rozpuszczalne w wodzie substancje, które trudno ulegają biodegradacji i mogą być przetwarzane tylko w niewystarczającym stopniu za pomocą standardowego utleniania.

Metody obróbki i dodatki

• Adsorpcja za pomocą węgla aktywnego: PAC (sproszkowany węgiel aktywny) jest dozowany i oddzielany po flokulacji/filtracji; GAC (granulat) w filtrach ze złożem stałym z okresową wymianą/regeneracją. Po stronie dodatków kontrolujemy zawiesinę PAC, dozowanie środków pomocniczych i precyzyjną regulację pH, aby redukcja DOC/UV254 pozostała stabilna.

• Ozonowanie + filtry aktywowane biologicznie (BAF): Ozon rozkłada wiele organicznych substancji śladowych na łatwiej degradowalne fragmenty; dalszy etap BAF rozkłada je dalej biologicznie. Towarzyszy temu zarządzanie pH/alkalicznością i precyzyjne dostrajanie koagulacji w celu zminimalizowania tworzenia się bromianów/produktów ubocznych.

• Strategie PFAS: Wymiennik anionowy (AIX) i/lub RO (odwrócona osmoza). Po stronie dodatków, antyskalanty/środki dyspergujące zapewniają warunki pracy, które są łagodne dla membran i żywic; koncepcje CIP są dostosowane do materiału. (Uwaga: konwencjonalne procesy AOP zazwyczaj nie są wystarczające dla PFAS - separacja mechaniczna/adsorpcyjna jest standardem).

Monitorowanie i wartości docelowe
Oprócz DOC/TOC i UV254 należy zaplanować ukierunkowane analizy (np. LC-MS dla substancji ołowiowych). SDI, przewodność i ciśnienie różnicowe są decydujące dla membrany/AIX.

Praktyczne korzyści
Linie kombinatoryczne (PAC/GAC, ozon+BAF, AIX/RO) zapewniają solidną redukcję substancji śladowych przy stabilnych kosztach operacyjnych - dzięki wspomaganej dodatkami kontroli pH, antyskalantu i flokulacji.

Wyzwanie
Amon ( NH₄⁺ ) , fosforan (PO₄³-) i magnez (Mg²⁺) łączą się w strumieniach koncentratu/filtratu (woda osadowa). Prowadzi to do powstawania osadów struwitu(fosforanu magnezowo-amonowego, MAP) w rurach, pompach i technologii odwadniania - lub otwiera możliwość ukierunkowanego odzysku N i P.

Dwa cele operacyjne - dwie strategie

• Zapobieganie osadom: wiązanie fosforanów w łańcuchu upstream za pomocą koagulantów żelazowo-aluminiowych; stosowanie antyskalantów w celu zapobiegania zarodkowaniu MAP; utrzymywanie umiarkowanego pH (zazwyczaj 6,5-7,2 w linii krytycznej) w celu zwiększenia rozpuszczalności MAP.

• Ukierunkowany odzysk: Celowo podnieść pH do ~8,0-8,5 w reaktorze krystalizacji i dozować sól Mg (np. MgCl₂). Środki zarodkujące/materiał siewny poprawiają wielkość ziarna i rozładowanie. Po stronie dodatków kontrolujemy pH / zasadowość (NaOH / NaHCO₃) i drobną flokulację w celu oddzielenia ciała stałego od cieczy.

Szczegóły procesu i rola dodatków
Tworzenie się struwitu zależy od aktywności jonów - pH, temperatura, siła jonów i czas retencji hydraulicznej są zatem kluczowymi czynnikami. Nasze pakiety dodatków (koagulant/antyskalant/regulator pH) są projektowane pasmo po paśmie, aby uniknąć osadów w wąskich gardłach i stworzyć stabilne warunki krystalizacji.

Praktyczne korzyści

• Strategia powlekania: mniej przestojów, niższe koszty czyszczenia i części zamiennych.

• Strategia odzysku: wykorzystanie materiałów (nawóz MAP), odciążenie głównej linii (ładunek PO₄, NH₄) i planowany OPEX.

Wyzwanie
Wahające się pasze i mieszane ładunki sprawiają, że sztywne schematy dozowania są nieefektywne. Bez danych w czasie rzeczywistym istnieje ryzyko przedawkowania (koszty/osady) lub niedostatecznego dozowania (ryzyko wartości granicznej).

Mierzone zmienne i filozofia kontroli

• Naprzód (proporcjonalnie do obciążenia): Dawka podąża za Q-C (np. natężenie przepływu × online PO₄-P, NH₄-N, UV254/TOC). W ten sposób system sterowania reaguje na trendy zasilania przed procesem.

• Sprzężenie zwrotne (wskazanie pozostałości): Precyzyjna regulacja zgodnie z wartościami resztkowymi (np. PO₄ ścieków, zmętnienie czystej wody/NTU, prąd strumieniowy/potencjał Zeta dla koagulacji, SDI dla ochrony membrany).

• Specyficzne dla procesu:

  • Utlenianie/Fenton poprzez pH/ORP/pozostałości nadtlenków;

  • Biologia poprzez NH₄-N/NO₃-N/PO₄-P/DO (w tym zasadowość);

  • Membrana przez Δp , przewodność permeatu, SDI;

  • Linie struwitu poprzez pH, PO₄, NH₄-N, Mg²⁺.

Integracja dodatków i bezpieczeństwo
Punkty dozowania są ustawione tak, aby intensywność mieszania i czas kontaktu były odpowiednie (mieszalnik szybkoobrotowy → flokulacja → separacja). Skidy są wyposażone w zawory zwrotne, monitorowanie wycieków, limity regulatorów i - w przypadku mediów krytycznych - armaturę zgodną z materiałem. Nasze niestandardowe mieszanki (wyprodukowane w Niemczech) umożliwiają podłączenie do SCADA i dostosowanie do czujników specyficznych dla danego miejsca (np. dawka jako funkcja PO₄ i pH online).

Praktyczne korzyści
Dzięki czystemu monitorowaniu online i dwustopniowemu sterowaniu, chemiczne koszty operacyjne i objętość osadu są zmniejszone, podczas gdy wartości graniczne, ochrona membrany i stabilność procesu są wymiernie zwiększone.