Kontrola peny pri čistení odpadových vôd: Prečo je výber správneho odpěňovača v prevádzke skutočne dôležitý

Po viac ako dvadsiatich rokoch práce s priemyselnými a komunálnymi čistiarňami odpadových vôd som zistil, že pena patrí medzi tie problémy, ktoré na papieri vyzerajú jednoducho, ale môžu nenápadne narušiť prevádzku, ak sa s ňou nesprávne narába. Hustá vrstva peny na aerácii alebo v sekundárnom usadzovači nevyzerá len neporiadne. Znižuje účinnosť prenosu kyslíka, zvyšuje riziko pretečenia počas búrok, vytvára klzké bezpečnostné riziká a môže dokonca vytlačiť tuhé častice cez prepadové hrádze do konečného výtoku. V mnohých prípadoch spočíva rozdiel medzi čistiarňou, ktorá pracuje stabilne, a tou, ktorá neustále bojuje s poruchami, práve vo výbere a použití správneho odpěňovača, ktorý je vhodný pre chemické a biologické procesy danej čistiarne odpadových vôd.

Pena pri čistení odpadových vôd sa zvyčajne tvorí vtedy, keď povrchovo aktívne látky stabilizujú vzduchové bubliny. Tieto zlúčeniny pochádzajú z čistiacich prostriedkov a povrchovo aktívnych látok v domových odpadových vodách, avšak v priemyselných odpadových vodách je ich koncentrácia často oveľa vyššia – ide o bielkoviny a tuky zo spracovania potravín, ligníny a živice z celulózových a papierenských závodov alebo oleje a mazivá z rafinérií a kovospracujúceho priemyslu. V systémoch s aktívnym kalom môže kombinácia jemných bublín vznikajúcich pri prevzdušňovaní a extracelulárnych polymérnych látok produkovaných biomasou vytvoriť veľmi stabilnú a perzistentnú penu, ktorá sa sama nerozpadá. Akonáhle sa táto penová vrstva zahustí, izoluje povrch kvapaliny, obmedzuje rozpúšťanie kyslíka a môže dokonca podporovať rast vlákien spôsobujúcich penenie, ako sú Nocardia alebo Microthrix.

Odpenovač pôsobí tak, že narúša povrchový film, ktorý drží bublinu pohromade. Kvalitné odpěňovače pre odpadové vody sú vyvinuté tak, aby sa rýchlo rozptýlili po rozhraní vzduch-kvapalina, vytlačili stabilizujúce povrchovo aktívne látky a spôsobili ztenčenie a prasknutie stien bublín. Keďže odpadová voda je málokedy čistá, odpěňovač musí fungovať aj v prítomnosti vysokého obsahu suspendovaných látok, kolísavého pH a niekedy aj vysokých teplôt alebo salinity. Musí to robiť bez toho, aby poškodil proces biologického čistenia alebo spôsobil nové problémy v ďalších fázach procesu.

Nie každý odpěňovač je vhodný pre biologické systémy čistenia odpadových vôd. Výrobky na báze silikónu pôsobia rýchlo a účinne už pri nízkych dávkach, niektoré z nich však pri predávkovaní môžu obaliť biomasu alebo obmedziť prenos kyslíka a môžu pretrvávať cez čistiareň až do prijímajúcej vody. Odpenovače na báze minerálnych olejov alebo uhľovodíkov sú lacnejšie a široko používané, môžu však zvýšiť chemickú spotrebu kyslíka v odpadovej vode a niekedy narúšajú odvodňovanie kalu. V posledných rokoch prešlo čoraz viac čistiarní na odpěňovače na báze mastných alkoholov, rastlinných olejov alebo polymérov, ktoré ponúkajú lepšie environmentálne vlastnosti a nižšiu toxicitu pre vodné organizmy. Tieto možnosti sú zvyčajne kompatibilnejšie s citlivými biologickými procesmi, hoci môžu vyžadovať o niečo vyššie dávky alebo starostlivejšie určenie miest aplikácie.

V praxi sa najlepších výsledkov dosahuje prispôsobením odpěňovača zdroju peny a fáze úpravy. V provzdušňovacích nádržiach sa často osvedčuje kontinuálne dávkovanie v malých množstvách viac ako jednorazové dávkovanie. Mnohé zariadenia dávkujú odpenovač priamo do aerácie alebo tesne pred ňou pomocou dávkovacieho čerpadla napojeného na senzory hladiny peny alebo jednoduché časovače. Pri spracovaní kalu alebo v anaeróbnych fermentoroch môže byť potrebný iný produkt alebo vyššia dávka, pretože chemické zloženie peny je odlišné. Videl som prípady, keď jeden odpenovač fungoval dobre v aeráciách, ale spôsobil problémy v konečných usadzovacích nádržiach, pretože ovplyvnil vlastnosti usadzovania. Preto sú pred rozhodnutím o plnohodnotnom použití nevyhnutné skúšky v skúmavkách a malorozmerné pokusy so skutočnou vodou zo zariadenia.

Dávkovanie sa zvyčajne pohybuje v rozmedzí od 5 do 50 mg/l v závislosti od intenzity penenia a koncentrácie prípravku, kľúčové je však skôr konzistentné dávkovanie ako snaha o dosiahnutie maximálnych hodnôt veľkými dávkami. Predávkovanie je bežnou chybou – vedie k plytvaniu peniazmi a niekedy môže penu ešte zhoršiť alebo spôsobiť ďalšie prevádzkové problémy, ako je zvýšený objem kalu alebo problémy s následnou dezinfekciou. Nedostatočné dávkovanie rieši problém s penou len čiastočne. Dobrí prevádzkovatelia venujú pozornosť aj tomu, ako odpenovač určený na čistenie odpadových vôd ovplyvňuje ostatné časti zariadenia. Niektoré produkty môžu znížiť účinnosť UV dezinfekcie alebo spôsobiť prenášanie látok do vypúšťanej vody, čím dôjde k porušeniu miestnych limitov pre vypúšťanie olejov alebo povrchovo aktívnych látok.

Zo skúseností vyplýva, že najlepších výsledkov dosahujú závody, ktoré výber odpěňovačov považujú za súčasť celkovej regulácie procesu, a nie za niečo, čo sa rieši až dodatočne. Sledujú hladiny peny spolu s obsahom rozpusteného kyslíka, indexom objemu kalu a kvalitou odpadovej vody pred a po zmenách. Spolupracujú tiež s dodávateľmi, ktorí rozumejú nielen chémii, ale aj biológii čistenia odpadových vôd, a nie len s tými, ktorí predávajú bežné priemyselné odpěňovače. V jednej komunálnej čističke, s ktorou som spolupracoval, prechod zo štandardnej silikónovej emulzie na špecifickejší produkt na báze mastných kyselín znížil poruchy súvisiace s penou o viac ako polovicu a zlepšil prenos kyslíka natoľko, že sa výrazne znížila spotreba energie na prevzdušňovanie.

Samozrejme, existujú určité obmedzenia. Žiadny prostriedok proti peneniu nevyrieši základné problémy, ako je nedostatočná kontrola veku kalu alebo nadmerné zaťaženie povrchovo aktívnymi látkami z predchádzajúcich priemyselných odvetví. Mechanické odpeňovače, rozprašovacie systémy alebo zmeny v konštrukcii difúzorov na prevzdušňovanie môžu niekedy znížiť závislosť od chemikálií. Tlak zo strany regulátorov tiež tlačí čistiarne k voľbe menej toxických a biologicky rozložiteľnejších alternatív, čo znamená, že staršie produkty na báze minerálnych olejov sa v mnohých regiónoch postupne vyraďujú z používania.

V konečnom dôsledku spočíva účinná kontrola peny pri čistení odpadových vôd v pochopení špecifického chemického zloženia peny, vo výbere odpenovačov, ktoré spolupracujú s biologickým procesom, a nie proti nemu, a v ich dôslednom používaní na správnych miestach. Keď je táto kombinácia správna, prevádzka zariadenia prebieha plynulejšie, zvyšuje sa bezpečnosť a vyhnete sa neustálemu haseniu požiarov, ktoré problémy s penou zvyčajne spôsobujú. Ak sa potýkate s perzistentnou penou, prvý krok je stále ten istý, ktorý odporúčam už roky: venujte čas charakterizácii peny a vykonaniu riadnych testov kompatibility, než sa rozhodnete pre konkrétny produkt. Táto počiatočná námaha sa takmer vždy vyplatí v podobe stabilnejšej každodennej prevádzky.