Odory w sieci kanalizacyjnej: wyzwania i metody eliminacji

Nieprzyjemne zapachy wydostające się ze studzienek kanalizacyjnych to powszechny problem eksploatacyjny, z którym zmagają się przedsiębiorstwa wodociągowo-kanalizacyjne. Główny sprawca gazowej uciążliwości to siarkowodór, wyczuwalny przez ludzki nos już przy stężeniu wynoszącym zaledwie 0,0005 ppm w powietrzu. Poza wywoływaniem dyskomfortu gaz ten charakteryzuje się silną kwasowością po utlenieniu i niszczy betonowe rury, pompy i studnie przesyłowe. Prawidłowo zaplanowane zwalczanie odorów zmniejsza wydatki na wczesne remonty i odbudowę kanalizacji. Zrozumienie przemian biochemicznych zachodzących w płynących ściekach daje możliwość precyzyjnego doboru preparatów bez niepotrzebnego wydawania budżetu.

Dlaczego w sieciach przesyłowych dochodzi do gnicia ścieków?

Długie rurociągi tłoczne, w których pompy przesuwają ścieki pod ciśnieniem, i niewielkie spadki kanałów grawitacyjnych wydłużają czas przebywania cieczy w podziemnych przewodach. Gdy w zamkniętej rurze brakuje dostępu świeżego powietrza, rozpuszczony w wodzie tlen szybko się wyczerpuje. W takich warunkach mikroorganizmy przechodzą na metabolizm beztlenowy, czyli sposób odżywiania i pozyskiwania energii bez udziału tlenu cząsteczkowego. Jest to główna przyczyna rozkładu gnilnego substancji organicznych.

Jak przebiega biochemiczny mechanizm powstawania siarkowodoru?

W środowisku pozbawionym tlenu rozwijają się specyficzne mikroorganizmy, głównie bakterie redukujące siarczany z rodzaju Desulfovibrio. Organizmy te potrzebują pożywienia i tlenu do życia, a w zastępstwie tlenu cząsteczkowego wykorzystują siarczany rozpuszczone w wodzie jako tak zwane akceptory elektronów. Oznacza to, że pobierają tlen z cząsteczek siarczanów, aby spalać materię organiczną. Produktem ubocznym tej reakcji biochemicznej jest gazowy siarkowodór (H2S), który początkowo rozpuszcza się w płynącej cieczy.

Wielkość emisji gazu do przestrzeni nad ściekami wynika bezpośrednio z odczynu pH, który określa stopień kwasowości lub zasadowości roztworu. Gdy pH ścieków spada poniżej 7, roztwór staje się kwasowy, a siarkowodór przyjmuje postać cząsteczkową H2S. Zgodnie z prawem Henry’ego, mówiącym o tym, że ilość gazu rozpuszczonego w cieczy jest proporcjonalna do jego ciśnienia nad tą cieczą, gaz zaczyna się szybko uwalniać ze ścieków do powietrza. Jeśli odczyn cieczy przekracza pH 8, czyli staje się zasadowy, siarkowodór przekształca się w bezwonny jon wodorosiarczkowy (HS-). Jon ten pozostaje bezpiecznie związany w wodzie i nie wydostaje się do atmosfery.

Czym jest korozja biogeniczna i jak niszczy betonowe rury?

Uwolniony ze ścieków siarkowodór unosi się w górę i osiada na wilgotnych, górnych ścianach betonowych przewodów. W tym miejscu tworzą się idealne warunki dla tlenowych bakterii z rodzaju Thiobacillus. Mikroorganizmy te żywią się siarkowodorem i utleniają go, produkując stężony kwas siarkowy (H2SO4). Proces ten nosi nazwę korozji biogenicznej, ponieważ niszczenie materiału budowlanego wywołują żywe organizmy. Wyprodukowany kwas obniża pH na powierzchni betonu nawet do wartości równej 1, która odpowiada kwasowości akumulatora samochodowego.

Kwas siarkowy reaguje z wodorotlenkiem wapnia zawartym w cemencie, tworząc gips (CaSO4·2H2O), a następnie ettringit. Jest to minerał powstający w reakcji siarczanów z glinianami wapniowymi w środowisku betonowym. Związki te charakteryzują się tym, że podczas powstawania krystalizują i zwiększają swoją objętość kilkukrotnie w stosunku do pierwotnych składników betonu. W rezultacie beton się napręża, przez co pęka od środka. Gdy już się pokruszy i odpadnie, odsłonięta zostaje otulina betonowa, czyli warstwa chroniącą stalowe zbrojenie. Odkryte pręty szybko rdzewieją, prowadząc do zapadania się kanałów pod ziemią.

Jakie metody służą do zatrzymywania uciążliwych zapachów?

Przeciwdziałanie gazom gnilnym odbywa się poprzez dawkowanie preparatów do cieczy lub poprzez oczyszczanie wyciąganego z sieci powietrza. Przed doborem odpowiedniej metody przeprowadza się dokładną analizę miejsca powstawania problemu i budowy danej sieci.

W jaki sposób preparaty azotanowe blokują powstawanie gazów gnilnych?

Wprowadzenie azotanów do płynących ścieków powoduje natychmiastową zmianę sposobu oddychania obecnych tam bakterii. Podawany do instalacji preparat nitrox dostarcza łatwo dostępny tlen azotanowy. Dzięki temu eliminacja odorów w kanalizacji zachodzi poprzez proces denitryfikacji – anoksydycznego rozkładu związków azotu bez użycia wolnego tlenu. Bakterie denitryfikacyjne zużywają azotany w pierwszej kolejności, ponieważ taka reakcja daje im więcej energii niż redukcja siarczanów.

Wprowadzenie azotanów podnosi tak zwany potencjał oksydoredukcyjny (redox) ścieków, to znaczy wskaźnik określający zdolność środowiska do oddawania lub przyjmowania elektronów. Ujemny potencjał redox oznacza głębokie warunki beztlenowe sprzyjające gniciu, natomiast wartość powyżej -100 mV utrzymuje bakterie redukujące siarczany w stanie uśpienia. Wykorzystując środek nitrox, długofalowa eliminacja odorów ściekowych chroni betonowe obiekty przed niszczeniem kwasowym.

Jakie inne środki chemiczne dawkuje się bezpośrednio do ścieków?

Poza azotanami w stacjach dozujących stosuje się inne substancje chemiczne o odmiennym działaniu:

• Sole żelaza dwuwartościowego i trójwartościowego – wchodzą w reakcję chemiczną z rozpuszczonym siarkowodorem, doprowadzając do reakcji strącania, czyli powstawania nierozpuszczalnego osadu siarczku żelaza (FeS), który opada na dno i nie paruje.
• Utleniacze chemiczne np. nadtlenek wodoru lub podchloryn sodu – gwałtownie oddają tlen, niszcząc cząsteczki siarkowodoru na drodze bezpośredniego utleniania do bezwonnych siarczanów lub czystej siarki.
• Wodorotlenek sodu – silna zasada, która podnosi odczyn ścieków powyżej pH 9, paraliżując proces parowania gazów do atmosfery poprzez zamianę H2S w rozpuszczalne w wodzie jony.
• Preparaty biologiczne i enzymatyczne – zawierają wyselekcjonowane szczepy żywych bakterii i enzymy, inaczej białkowe katalizatory przyspieszające rozkład tłuszczów i osadów organicznych zgromadzonych na dnie rur.

Kiedy zastosować biofiltry, a kiedy filtry z węglem aktywnym?

W miejscach, gdzie gazy już wydostały się ze ścieków i zebrały w obiekcie, stosuje się stacjonarne systemy oczyszczania powietrza. Wybór odpowiedniego urządzenia opiera się na analizie stabilności przepływu gazów i wilgotności.

Sposoby oczyszczania powietrza z gazów odorowych:

Cecha / Metoda	Biofiltry	Filtry z węglem aktywnym
Główny mechanizm	Biologiczny rozkład zanieczyszczeń przez żywe mikroorganizmy	Adsorpcja, czyli fizyczne i chemiczne wiązanie cząsteczek na powierzchni węgla
Wymagane warunki pracy	Wysoka wilgotność powietrza (powyżej 95%) i dodatnia temperatura	Suche powietrze, brak pyłów i zanieczyszczeń mechanicznych
Główne zastosowanie	Duże przepompownie i oczyszczalnie o stałym strumieniu powietrza	Studzienki pośrednie, punkty o zmiennym natężeniu gazów
Koszty eksploatacji	Niskie wydatki po wytworzeniu stabilnej błony biologicznej	Wyższe wydatki związane z wymianą zużytego węgla

W biofiltrach powietrze przechodzi przez złoże organiczne, tworzone przez korę, kompost lub torf, na którym żyją bakterie utleniające zanieczyszczenia do dwutlenku węgla i wody. W filtrach węglowych wykorzystuje się proces adsorpcji, co oznacza zjawisko gromadzenia się cząsteczek gazu na powierzchni ciała stałego posiadającego ogromną ilość mikroskopijnych porów.

W jaki sposób zaprojektować monitoring i kontrolę sieci?

Ochrona infrastruktury odnosi się do bieżącego śledzenia parametrów fizykochemicznych ścieków i powietrza. W podziemnych studzienkach montuje się czujniki elektrochemiczne mierzące stężenie gazów oraz sondy pomiarowe zanurzone bezpośrednio w płynącej cieczy. Sondy te mierzą temperaturę, odczyn pH i potencjał redox.

Wszystkie odczyty trafiają w czasie rzeczywistym do systemu SCADA, czyli komputerowego systemu nadzoru i zbierania danych (z angielskiego Supervisory Control and Data Acquisition). System ten automatycznie steruje pracą pomp dozujących. Gdy czujniki zarejestrują spadek potencjału redox lub wzrost temperatury sprzyjający gniciu, komputer zwiększa dawkę podawanego odczynnika. Zapobiega to marnowaniu chemii i chroni otoczenie przed nagłymi wyrzutami gazów.

Nowoczesne zasady ochrony powietrza i infrastruktury

Zapobieganie uciążliwościom zapachowym w podziemnych ciągach przesyłowych polega na kontrolowaniu procesów biologicznych i chemicznych wewnątrz rurociągów. Zamiast maskować brzydkie zapachy po wyjściu na zewnątrz, nowo projektowane systemy zatrzymują powstawanie siarkowodoru bezpośrednio w cieczy. Użycie azotanów w połączeniu ze stałym monitoringiem ogranicza korozję kwasową betonu i przedłuża sprawność urządzeń przesyłowych. Przemyślana strategia kontroli parametru redox czyni eksploatację sieci kanalizacyjnej bezpieczną dla zdrowia ludzi i opłacalną pod względem ekonomicznym.

FAQ

1. Dlaczego siarkowodór w kanalizacji stwarza duże zagrożenie?

Siarkowodór jest silnie trującym gazem, który w stężeniach powyżej 100 ppm wywołuje paraliż układu oddechowego i utratę przytomności. Po przekształceniu w kwas siarkowy wywołuje też korozję biogeniczną, niszcząc betonowe rury i prowadząc do katastrof budowlanych.

2. W jaki sposób preparat nitrox zapobiega powstawaniu nieprzyjemnych zapachów?

Dostarcza bakteriom tlen azotanowy, powodując zachodzenie procesu denitryfikacji zamiast redukcji siarczanów. Reakcja ta podnosi potencjał redox ścieków i blokuje powstawanie siarkowodoru w płynącej cieczy.

3. Czym różnią się biofiltry od filtrów z węglem aktywnym?

Biofiltry rozkładają zanieczyszczenia biologicznie za pomocą bakterii żyjących na organicznym złożu z kory lub torfu. Filtry węglowe działają na zasadzie adsorpcji, czyli fizycznego i chemicznego wiązania cząsteczek gazu w porach węgla aktywnego.

4. Czy filtrowanie powietrza na przepompowniach chroni rury przed korozją?

Filtry montowane na obiektach oczyszczają jedynie powietrze opuszczające budynki i studnie, chroniąc otoczenie przed zapachami. Nie chronią jednak betonowych ścian rurociągu tłocznego przed działaniem kwasu siarkowego na wcześniejszych odcinkach sieci.

5. Jakie parametry ścieków należy mierzyć przy walce z odorami?

Najważniejsze parametry to potencjał oksydoredukcyjny redox, odczyn pH, temperatura cieczy i stężenie siarkowodoru w powietrzu pod włazem. Pomiary te dają automatycznym systemom SCADA dane do precyzyjnego ustalania dawek chemii.