Skuteczność oczyszczania ścieków w przydomowej oczyszczalni z wykorzystaniem zmodyfikowanego filtru żwirowo-piaskowego

Krzysztof Chmielowski

Abstract

Untreated domestic sewerage still poses a serious threat to the environment in rural areas. The lack of simultaneous construction of water supply and sewerage systems in rural areas contributed to the significant imbalance between water supply and sewage discharge. Raw sewage, entering the natural receiver, cause rapid degradation of life and contribute to the biological imbalance in the environment. Untreated sewage can cause the deterioration of water quality in private wells and may even lead to its total contamination. In areas, where it is impossible to implement collective sewerage systems, there is an alternative in the form of buildings septic tanks or household sewage treatment plants. The development o fhousehold sewage treatment plants in Poland has been observed for decades. There were 4000 household sewage treatment plants in Poland has been observed for decades. There were 4000 household sewage treatment plants registered in 1998, while in 1999 this number increased to 18054. A rapid increase was observed in subsequent years, i.e. in 2008 there were 51,943 registered household sewage treatment plants, in 2010 this number increased to about 81 thousand and in 2011 about 103 thousand treatment plants were registered. In the near future a dramatic increase in the number of newly built household sewage treatment plants is expected. The aim of this study was to analyze the efficiency of domestic sewage treatment in a household seawage treatment plant with a modified vertical flow sand and gravel filter. The aim was achieved by performing preliminary laboratory studies using a fragmentary “M1” model in a scale 1:1, and then by construction of a modified prototype of ‘F1’ filter in the field and determining its effectiveness under field conditions. on this basis, the author proposed an innovative solution – a modified vertical flow gravel and sand filter. Currently, the procedures related to the patent application of the prototype of the modified gravel and sand filter are being underway. the original solution in the vertical flow sand filter consisted in: - placement of a protective layer of small pebbles before the filtration (sand) layer, - -application of innovative sewage distribution system in the form of the proprietary solution, - reduction of the filter surface as compared to conventional solutions. The classic vertical flow sand filters occupy a significant surface (25-30 m2 for a five persons househols). This study attempts to reduce the dimensions of the filter on the plan. An important element of the bed`s modification is the design of a suitable sewage distribution system in order to utilize the filter layer as much as possible. The spacing of sewage distribution drains on the surface of the filter bed in conventional solutions is very large and range up to 200 cm. With thickness of the proper filtration layer from 60 to 100 cm the filter bed may be unevenly loaded. By increasing the use of the filter layer and introducing an additional protective layer (made of small pebbles) one can significantly reduce the dimensions of vertical flow sand filter while at the same time maintaining the acceptable level of the filtrate quality. The study included the determination of physical and chemical indicators of pollution in sewage flowing into and out of the filter: BOD5, CODCr, dissolved oxygen, total suspended solids, ph, total phosdphorus, anomnuium nitrogen NH4, organic nitrogen, total Kjeldahl nitrogen, nitrite nitrogen NO2, nitrate nitrogen NO3, and total nitrogen (the values of physical and chemical indicators of sewage collected from the following depths of the filter bed were determined: 10 cm, 30 cm, 50 cm, 90 cm). Moreover, the abundance of microbial indicators of sewage pollution 9coliform bacteria, Escherichia coli, Enterococus faecalis, Salmonella spp, Shigella spp, and Clostridium perfingens) was determined in sewage flowing into the filter, at the outflow from the gravel layer and at the outflow the sand layer. Based out the results of the analyzes it is recommended to use a protective layer made of small pebbles with a normal grain size of d10= 1.66 mm and thickness of 50 cm. Under this layer there should be a proper filtration layer made of rinsed sand with normal diameter of d10= 0,40 mm and thickness of at least 60 cm. An important advantage of the modified vertical flow gravel and sand filter it its small surface (1.15 m2•M-1)while in the classical solution it is even up to 7 m2•M-1. Taking into consideration that the removal of pollutants is most intense at the initial depth of the protective layer, it is very important to evenly distribute the pre-treated sewage over the surface of the protective layer made of small pebbles. The use of innovative sewage distribution system allowed the optimal use of the filter bed`s surface during the study period. Due to the large amounts of biogenic compounds in treated sewage, the use of the modified vertical flow gravel and sand filter is not recommended when discharging treated sewage into stagnant water bodies and lakes.
Book typeMonograph
Other categories ROZPRAWA_HABILITACYJNA
Author Krzysztof Chmielowski (FoEEaLS / DoSEaWM)
Krzysztof Chmielowski,,
- Department of Sanitary Engineering and Water Management
Publisher name (outside publisher list) Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi PAN w Krakowie
Publishing place (Publisher address)Kraków
Issue year2013
Book series /Journal (in case of Journal special issue)Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich - Infrastructure and Ecology of Rural Areas, ISSN 1732-5587, (B 10 pkt)
Pages226
Publication size in sheets11.3
Keywords in Polishścieki bytowe, oczyszczalnia ścieków, zmodyfikowany filtr żwirowo-piaskowy, redukcja zanieczyszczeń
Keywords in English domestic sewage, sewage treatment plant, modified gravel and Sand filter, pollutants removal efficiency
Abstract in PolishNieoczyszczone ścieki bytowe na terenach wiejskich stanowią nadal poważne zagrożenie dla środowiska naturalnego. Brak jednoznacznej budowy systemów wodociągowych i kanalizacyjnych na terenach wiejskich przyczynił się do powstania znacznych dysproporcji pomiędzy zaopatrzeniem w wodę, a odprowadzeniem ścieków. Ścieki surowe wprowadzone do naturalnego odbiornika powodują szybką degradację życia w odbiorniku i przyczyniają się do zachwiania równowagi biologicznej w środowisku. Ścieki nieoczyszczone mogą doprowadzić do pogorszenia jakości wody w studniach indywidualnych, a nawet doprowadzić do całkowitego jej skażenia. na terenach gdzie nie można zastosować kanalizacji zbiorczej alternatywa pozostaje budowa dołów asenizacyjnych lub przydomowych oczyszczalni ścieków. Rozwój przydomowych oczyszczalni ścieków w Polsce obserwuje się od kilkudziesięciu lat. W roku 1998 zarejestrowanych przydomowych oczyszczalni było 4000, podczas gdy w 1999 roku liczba ta wzrosła do 18054 szt. Intensywny wzrost obserwowano w latach kolejnych, gdzie w 2008 roku zarejestrowanych było 51 943 szt. w 2010 roku liczba ta wzrosła do około 81 tysięcy szt., a w 2011 roku zarejestrowanych było 51 943 szt., w 2010 roku liczba ta wzrosła do około 81 tysięcy szt. a w 2011 roku zarejestrowano około 103 tysiace szt. W najbliższych latach przewiduje się gwałtowny wzrost nowo budowanych przydomowych oczyszczalni ścieków. celem pracy była analiza skuteczności oczyszczania ścieków bytowych w przydomowej oczyszczalni z wykorzystaniem zmodyfikowanego filtru żwirowo-piaskowego o przepływie pionowym. Cel pracy został zrealizowany poprzez wykonanie wstępnych badan laboratoryjnych z wykorzystaniem modelu wycinkowego „M1” w skali 1:1, a następnie wykonanie prototypu zmodyfikowanego filtru „F1” w terenie i określenie skuteczności działania w warunkach terenowych. Na tej podstawie autor zaproponował nowatorskie rozwiązanie, zmodyfikowany filtr żwirowo-piaskowy o przepływie pionowym. Obecnie trwają procedury związane ze zgłoszeniem patentowym prototypu zmodyfikowanego filtru żwirowo-piaskowego. Autorskie rozwiązanie filtru piaskowego o przepływie pionowym polegało na: - wprowadzeniu przed właściwą warstwą filtracyjną (piaskową) warstwy zabezpieczającej z drobnego żwiru, - zastosowaniu innowacyjnego układu rozprowadzającego ścieki w postaci autorskiego rozwiązania, -zmniejszeniu powierzchni filtru w stosunku do rozwiązań klasycznych. Klasyczne filtry piaskowe o przepływie pionowym zajmują znaczą powierzchnię (25-30 m2 dla pięcioosobowego gospodarstwa). W pracy podjęto próbę zmniejszenia wymiarów filtru w planie. Ważny elementem modyfikacji złoża jest zaprojektowanie odpowiedniego systemu rozprowadzania ścieków tak, aby wykorzystać warstwę filtracyjną w jak najwyższym stopniu. Rozstawa drenów rozprowadzających ścieki po powierzchni złoża filtracyjnego w konwencjonalnych rozwiązaniach jest bardzo duża i wynosi nawet 200 cm. Przy miąższości właściwej warstwy filtracyjnej wynoszącej od 60 do 100 cm może dochodzić do nierównomiernego obciążenia złoża filtracyjnego. Poprzez zwiększenie wykorzystania warstwy filtracyjnej oraz wprowadzenie dodatkowej warstwy zabezpieczającej (z drobnego żwiru) można znacznie zmniejszyć wymiary filtru piaskowego o przepływie pionowym, przy równoczesnym zachowaniu jakości filtratu na dopuszczalnym poziomie. Badania obejmowały między innymi określenie wartości wskaźników fizykochemicznych zanieczyszczenia w ściekach dopływających oraz odpływających z filtru: BZT5, ChZTCr, tlen rozpuszczony, zawiesina ogólna, odczyn pH, fosfor ogólny, azot amonowy N-NH4, azot organiczny, azot całkowity kjeldahla, azot azotynowy N-NO2, azot azotanowy N-NO3 oraz azot ogólny, (dodatkowo określono wartości wskaźników fizykochemicznych ścieków pobranych z następujących głębokości złoża filtracyjnego:10 cm, 30 cm, 50 cm, 90 cm). Ponadto określono wartości wskaźników mikrobiologicznych zanieczyszczeń ścieków: bakterie, grupy coli, Escherichica coli, Enterokoki, Salmonella sp.; Shigella sp. oraz Clostridium perfingens) w ściekach dopływających do filtru na odpływie z warstwy żwirowej oraz na odpływie z warstwy piaskowej. Na podstawie przeprowadzonych analiz wyników badań zaleca się stosowanie warstwy zabezpieczającej, wykonanej z drobnego żwiru o średnicy miarodajnej d10= 1,66 mm i miąższości 50 cm. Pod tą warstwą powinna być ułożona właściwa warstwa filtracyjna wykonana z piasku płukanego o średnicy miarodajnej d10= 0,40 mm i miąższości co najmniej 60 cm. Niewątpliwą zaletą zmodyfikowanego filtru żwirowo – piaskowego o przepływie pionowym jest niewielka powierzchnia jaką zajmuje (1,15 m2•M-1) podczas gdy w klasycznych rozwiązaniach jest to nawet 7 m2•M-1. Biorąc pod uwagę, że usuwanie zanieczyszczeń następuje najintensywniej w początkowej głębokości warstwy zabezpieczającej, bardzo ważną sprawą jest równomierne rozprowadzenie ścieków wstępnie oczyszczonych po powierzchni warstwy zabezpieczającej wykonanej z drobnego żwiru. Zastosowanie innowacyjnego układu rozprowadzającego ścieki pozwoliło w badanym okresie optymalne wykorzystać powierzchnię złoża filtracyjnego. Ze względu na znaczne wartości związków biogennych w ściekach oczyszczonych nie zaleca się stosowania zmodyfikowanego filtru żwirowo- piaskowego przy odprowadzaniu ścieków oczyszczonych do wód stojących i jezior.
Internal identifierWIŚIG/2013/180
Languagepl polski
Score (nominal)25
ScoreMinisterial score = 25.0, 27-07-2017, BookNotMainLanguagesAuthor
Citation count*5 (2020-04-08)
Additional fields
FinansowanieW pracy wykorzystano wyniki badań prowadzonych w ramach projektu badawczego własnego, finansowanego z Narodowego Centrum Nauki (Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego), N N523 411838, realizowanego w latach 2010-2013.
Cite
Share Share

Get link to the record


* presented citation count is obtained through Internet information analysis and it is close to the number calculated by the Publish or Perish system.
Back
Confirmation
Are you sure?