Nuotekų valymas

Aplinkos technologijos
Šis straipsnis yra serijos Aplinkos technologijos dalis
Tvarioji plėtra Atsinaujinantieji energijos ištekliai Energijos taupymas Energetikos plėtra Biokuras Biodegalai Vandenilio technologijos Vandens gerinimas Nuotekų valymas Remediacija (atstatymas) Atliekų tvarkymas Atliekų perdirbimas Kompostavimas Oro taršos kontrolė ir modeliavimas Poveikio aplinkai vertinimas Ekologinė miškininkystė Ekologinė statyba Natūralioji statyba Aplinkos dizainas
Aplinkotyra

Šį puslapį ar jo dalį reikia sutvarkyti pagal Vikipedijos standartus. Jei galite, sutvarkykite.

Nuotekų valymas – nuotekose esančių teršalų šalinimas. Procesą sudaro fiziniai, cheminiai ir biologiniai procesai. Jų metu iš nuotekų šalinami organiniai teršalai, skendinčiosios medžiagos bei biogeniniai teršalai.

Nuotekų valymo grandys:

1) Parengtinis valymas (valymo tarpsnis, kuriame iš nuotekų šalinami stambūs nešmenys, smėlis, žvyras arba plūdrenos. Įrenginiai – grotos, smėliagaudės).

2) Pirminis valymas (valymo tarpsnis, kuriame iš nuotekų šalinamos sėdančiosios medžiagos arba plūdrenos. Įrenginiai – pirminiai nusodintuvai).

3) Antrinis valymas (valymo tarpsnis, kuriame nuotekos apdorojamos arba biologiškai, arba kitais to paties veiksmingumo būdais. Įrenginiai – bioreaktoriai, biofiltrai).

4) Tretinis valymas (tolesnis nuotekų užterštumo mažinimas, nepasiekiamas pirminio ir antrinio valymo tarpsniuose. Įrenginiai – mikrofiltrai, smėlio filtrai...).

Biologinio nuotekų valymo metu metu mikroorganizmai suskaido ir maistui suvartoja nuotekose esančius organinius teršalus, taip išvalydami vandenį. Biologinio valymo metodai yra pagrįsti bakterijų gebėjimu maitintis įvairiomis organinėmis ir mineralinėmis medžiagomis, esančiomis nuotekose. Bakterijų fiziologinės galimybės maitinimo medžiagų ir aplinkos sąlygų atžvilgiu labai įvairiapusiškos, ir tai leidžia iš nuotekų pašalinti beveik visus organinius junginius.

Parengtinis valymas

Tipinė nuotekų valyklos schema

Šiaulių nuotekų valyklos technologinė schema

Vilniaus vandenvala

Kauno nuotekų valykla

Parengtinio valymo paskirtis – pašalinti iš nuotekų stambesnes nusėdančias medžiagas ir plūdrenas (smėlį, riebalus ir tepalus). Pagrindiniai buitinių ir komunalinių nuotekų parengtinio valymo įrenginiai:

• Grotos (angl. screens) – įtaisas stambesniems nešmenims (skudurai, popierius, plastikas, akmenys, medžio lapai, kietosios virtuvės atliekos ir pan.) iš nuotekų srauto nukošti.

Grotų protarpių dydis paprastai būna 3-10 mm.

Grotos gali būti komplektuojamos su nuogriebų praplovimo, sausinimo ir tankinimo įtaisais.

• Smėliagaudės (angl. grit chambers) – skirtos smulkių mineralinių dalelių (daugiausia smėlio ir žvyro) išskyrimui iš nuotekų. Smėliagaudėse šalinamų dalelių sėdimo greitis yra didesnis negu daugumos organinių medžiagų, todėl šios dalelės nusėda ant smėliagaudės dugno, o organinės medžiagos kartu su nuotekomis teka toliau.

Smėliagaudės išskiriamų dalelių minimalus dydis – 0,3 mm, o jų sėdimo greitis – 0,03 m/s.

Nuotekų valymo technologinė schema

Technologinėje schemoje pavaizduota, kaip slėgine linija atkeliaujančios nuotekos suteka į priėmimo kamerą, o iš jos teka į grotas, o po jų – į aeruojamą smėliagaudę – parengtinio valymo įrenginiai. Grotos sugaudo stambias nešmenis iš nuotekų, o aeruojama smėliagaudė sulaiko smėlį bei žvyrą. Iš parengtinio valymo kompleksinio įrenginio nešmenys nuo grotų ir smėlis, žvyras nuo smėliagaudės pašalinami. Nešmenys yra nuplaunami ir išvežami, o smėlis bei žvyras taip pat išvežami. Nuo nuotekų parengtinio valymo kompleksiniame įrenginyje yra pašalinamos plūdrenos.

Pirminis valymas

• Pirminiai nusodintuvai (angl. primary clarifiers)

Po parengtinio valymo yra pirminis valymas. Procesas, kurio metu už vandenį sunkesnės priemaišos atskiriamos svorio jėga, vadinamas nusodinimu. Pirminio nusodinimo tikslas – išskirti iš nuotekų sėdančiąsias priemaišas (nuosėdas). Pirminio nusodinimo metu gali būti atskirti nuotekose esantys riebalai, kietosios, organinės ir kitos neištirpusios dalelės. Iš jų susidaro pirminis dumblas, kuris pašalinamas.

Nuotekų išbuvimo trukmė pirminiame nusodintuve – 1,5-2,5 valandos.

Antrinis/pagrindinis valymas

Po pirminio valymo, nuotekos nukreipiamos į bioreaktorius – veikliojo dumblo reaktorius. Čia nuotekas valo mikroorganizmai.

• Veikliojo dumblo reaktorius (angl. activated sludge reactors)

Veikliojo dumblo reaktorius – tai nuotekų biologinio valymo metodas, kai veikliojo dumblo reaktoriuje sudarius palankią aplinką, vandenyje esant ištirpusiam deguoniui ir organinėms medžiagoms kontaktuojant tarpusavyje (maišant) sudaromos sąlygos intensyviam bakterijų maitinimuisi, organinių medžiagų, teršalų perėjimui iš vandens į bakterijų masę, todėl vanduo švarėja, t.y. mikroorganizmai, esantys reaktoriuje, suskaido ir maistui suvartoja nuotekose esančius teršalus (organines medžiagas, azoto, fosforo junginius), taip išvalydami nuotekas. Iš veikliojo dumbo reaktoriaus nuotekos patenka į antrinius nusodintuvus.

• Antriniai nusodintuvai (angl. secondary clarifiers)

Antrinio valymo antriniai nusodintuvai skirti veikliajam dumblui atskirti nuo biologiškai valytų nuotekų. Į šiuos įrenginius patekusios nuotekos atsiskiria nuo veikliojo dumblo, kuris, būdamas sunkesnis, nusėda. Veikliajam dumblui nusėdus iš antrinių nusodintuvų nuotekos išteka į atvirus telkinius arba nukreipiamos į tretinio valymo įrenginius, o dumblas iš antrinių nusodintuvų yra grąžinamas į bioreaktorius. Aktyvaus dumblo perteklius yra tiekiamas į dumblo apdorojimo įrenginius.

Nusodinimo trukmė – 2,5-3,0 h.

Antriniam valymui naudojant tinkamai suprojektuotus ir eksploatuojamus valymo įrenginius organinių medžiagų kiekį galima sumažinti daugiau nei 90 %.

Biologiniai procesai nuotekų valyme vykstantys antriniame valyme

Denitrifikacijos, nitrifikacijos, anaerobinė, aeracijos, anoksinė zonos gali būti skirtingai išdėstytos ar net kai kurių elementų gali nebūti (būti) priklausomai nuo to, kokia technologinė schema pasirinkta. Organinių medžiagų šalinimui reikia tik nitrifikacinės zonos, azoto šalinimui reikia papildomai denitrifikacinės zonos, o fosforo šalinimui prisideda dar anoksinės zonos dalis. AA/O schemos bioreaktoriaus seka: denitrifikacijos zona, anaerobinė zona, denitrifikacijos zona, aeracijos zona.

Organinių teršalų šalinimas

Organiniams teršalams šalinti biologinio valymo įrenginiuose veiklusis dumblas maišomas su valomomis nuotekomis ir mišinys aeruojamas. Veiklusis dumblas, kontaktuodamas su nuotekų teršalais, adsorbuoja juos, o po to mikroorganizmai naudoja teršalus maistui ir juos oksiduoja. Proceso metu sintezuojamos naujos mikroorganizmų ląstelės ir oksiduojamos nunykusios. Visuose procesuose dalyvauja fermentai.

Fosforo šalinimas

Išskiriami du fosforo biologinio šalinimo būdai:

1.     Biologinis;

2.     Kombinuotasis (biologinis + cheminis).

Biologinio fosforo šalinimo atveju fosforas šalinamas iš nuotekų valyklos su pertekliniu veikliuoju dumblu, o kombinuotu fosforo šalinimo metu fosforas nusodinamas cheminiu būdu, cheminio reagento pagalba. Dažniausiai cheminis nusodinimas taikomas drauge su biologiniu valymu, bet gali būti vykdomas ir kaip atskiras valymo procesas.

Fosforo biologinio šalinimo proceso metu nuotekos tiekiamos į anaerobinę zoną, iš kurios patenka į aeracinę zoną. Galiausiai nusodintuve atskiriamas dumblas ir dalis jo grąžinama į anaerobinę zoną. Vykstant šiam procesui susidaro palanki terpė tam tikrai grupei bakterijų, bendrai vadinamų polifosfatus kaupiančiais (PK) organizmais, kurios gali aerobinėmis sąlygomis sukaupti daugiau polifosfatų, negu jų reikia medžiagų apykaitai bei ląstelių sintezei. Anaerobinėmis sąlygomis (nėra ištirpusio deguonies ir nitratų) polifosfatus kaupiantys organizmai iš nuotekų pasisavina anglį. Energija, būtina angliai įsisavinti bei kaupti, gaunama iš anksčiau (ne anaerobinėmis sąlygomis) PK organizmuose sukauptų polifosfatų. Aerobinėmis sąlygomis (yra ištirpusio deguonies) PK organizmai saugomus organinius polimerus metabolizuoja (jie būtini augimui) pasisavindami ortofosfatus. Mikroorganizmams augant veikliojo dumblo daugėja. Siekiant palaikyti pastovų jo kiekį, dumblo perteklius šalinamas. Jis šalinamas, kai fosforo kiekis PK organizmuose yra didžiausias, t. y. po aeracinės zonos. Taigi fosforas iš sistemos pašalinamas kartu su pertekliniu veikliuoju dumblu. Sausųjų medžiagų kiekio atžvilgiu jame susikaupia 2–8 % fosforo.

Azoto šalinimas

Praktikoje naudojamas biologinis azoto šalinimas. Biologinis azoto šalinimo metodas pagrįstas nitrifikacijos ir denitrifikacijos procesais. Nitrifikacijos procesas vyksta dviem etapais: pirmiausiai nuotekose esantis amonis oksiduojamas iki nitritų, o vėliau nitritai oksiduojami iki nitratų. Siekiant užtikrinti reikiamą azoto šalinimą iš nuotekų, aeracijos kameroje susidarę nitratai kartu su nuotekų ir dumblo mišiniu yra grąžinami į anoksinę kamerą (nitrifikuotas dumblo mišinys, kurioje jie denitrifikuojami iki azoto dujų). Taip azotas pašalinamas iš nuotekų.

Pagrindinės fosforo ir azoto biologinio šalinimo technologinės schemos yra A/O, AA/O, Phoredox, UCT, JHB, Biodenipho.

Elementariausia technologinė schema, kai drauge vykdomas fosforo ir azoto biologinis šalinimas yra AA/O schema

Veikliojo dumblo reaktoriaus AA/O technologinė schema

AA/O technologinė schema

AN – anaerobinė zona, DN – denitrifikacijos zona, N – nitrifikacijos zona, AS – antrinis nusodintuvas, DS – dumblo siurblinė, VD – veiklusis dumblas, GVD – grąžinamas veiklusis dumblas, NDM – nitrifikuoto dumblo mišinys, PVD – perteklinis veiklusis dumblas,  – maišymas,  – aeracija

AA/O technologinėje schemoje valomos nuotekos tiekiamos į bioreaktoriaus anaerobinę zoną, į kurią iš antrinių nusodintuvų taip pat tiekiamas grąžinamas veiklusis dumblas. Dumblo mišinys iš anaerobinės zonos tiekiamas į denitrifikacijos zoną, į kurios pradžią grąžinamas nitrifikuotas dumblo mišinys iš nitrifikacijos (aeracijos) zonos galo. Šioje zonoje nitratai, patekę su dumblo mišiniu, skaidomi iki azoto dujų (denitrifikacija), nes denitrifikuojančių bakterijų medžiagų apykaitoje vietoje ištirpusio deguonies naudojamas nitratų deguonis. Taip sumažinamas su GVD į anaerobinę kamerą patenkančių nitratų kiekis, o tuo pačiu ir neigiama jų įtaka fosforo šalinimui. Iš denitrifikacijos zonos dumblo mišinys patenka į nitrifikacijos zoną, kurioje baigiami oksiduoti organiniai teršalai ir amonio azotas oksiduojamas iki nitratų. Dalis nitrifikuoto dumblo mišinio grąžinama į denitrifikacijos zoną, o likusi dalis tiekiama į antrinius nusodintuvus.

Tretinis valymas

• Mechaninis filtravimas (angl. mechanical filtration)

Gali būti naudojamas, jei pirminio ir antrinio valymo tarpsniuose nepasiekiamas reikiamas nuotekų išvalymas.

Tretinio valymo įrenginiuose baigiamas vandens valymo procesas, tačiau mažiau kaip 50 proc. nuotekų valoma tretinio valymo įrenginiuose. Tretinio nuotekų valymo įrenginiuose nuotekos dar švarinamos, naudojami savaime prasiplaunantys smėlio filtrai, mikrofiltrai, diskiniai mikrosieto filtrai ir panašiai. Pagal „Nuotekų tvarkymo reglamento“ reikalavimus išvalytas vanduo išleidžiamas į upę. Išleidžiamo vandens kokybę kontroliuoja paskirta nuotekų laboratorija. Nuotekos išleidžiamos į atvirus telkinius yra matuojamos. Matuojamas nuotekų debitas ir periodiškai imami nuotekų mėginiai.

Dumblo apdorojimas

Dumblo apdorojimo įrenginių paskirtis – sumažinti dumblo kiekius. Didesnėse nuotekų valyklose statomi įrenginiai, kurie šalina organinius teršalus.

Mažose nuotekų valyklose, kurios neturi dumblo apdorojimo įrenginių, dumblas išvežamas į rajono centro valymo įrenginius.

Šaltiniai

• Rimeika M.; Kirjanova A. 2011. Mažų nuotekų valymo įrenginių projektavimas: mokomoji knyga. Vilnius: Technika. 124 p.
• STR 2.02.05:2004 Nuotekų valyklos. Pagrindinės nuostatos. Vilnius, 2004.
• Kas vyksta Kaune [interaktyvus] 2013. [žiūrėta 2016 m. kovo 2 d.]. Prieiga per internetą: http://kaunas.kasvyksta.lt/2013/05/03/miestas/bendroveje-kauno-vandenys-organizuojama-atviru-duru-diena/ Archyvuota kopija 2016-03-07 iš Wayback Machine projekto.
• Nuotekų valymo įrenginiai [interaktyvus]. 2016. UAB „Šiaulių vandenys” [žiūrėta 2016 m. kovo 2 d.]. Prieiga per internetą: http://www.siauliuvandenys.lt/Veikla/Nuoteku-tvarkymas/Nuoteku-valymo-irenginiai Archyvuota kopija 2016-03-10 iš Wayback Machine projekto.
• Dauknys, R. (2011). Nuotekų valymas: mokomoji knyga (p. 50–60). Vilniaus Gedimino technikos universitetas.
• Vilniaus Vandenys (2025). Nuotekų valymo procesas. https://www.vv.lt/vilniaus-nuoteku-valyklos-rekonstrukcija/?_gl=1*12iojgt*_up*MQ..*_ga*MTM1MDgyNTY5NC4xNzM5ODg0MDY2*_ga_1M0VTBGK2Z*MTczOTg4NDA2NC4xLjEuMTczOTg4NDEyOC4wLjAuNDg0MzE3NTI4
• Lietuvos Respublikos aplinkos ministras (2022). Nuotekų tvarkymo reglamentas. https://e-seimas.lrs.lt/portal/legalAct/lt/TAD/TAIS.276576/asr