Osad czynny czy złoże biologiczne? Jak wybrać technologię przydomowej oczyszczalni ścieków

Wybierając biologiczną oczyszczalnię ścieków, można spotkać się z dwoma często powtarzanymi określeniami: osad czynny i złoże biologiczne. Producenci podkreślają zalety stosowanej przez siebie technologii, ale dla osoby, która nie zajmuje się oczyszczaniem ścieków zawodowo, trudno na tej podstawie ocenić, które rozwiązanie rzeczywiście będzie lepsze.

Czy oczyszczalnia ze złożem biologicznym jest bardziej odporna? Czy osad czynny zapewnia wyższą skuteczność? A może sama technologia ma mniejsze znaczenie niż konstrukcja konkretnego urządzenia?

Odpowiedź nie jest zero-jedynkowa.

Osad czynny i złoże biologiczne są sprawdzonymi metodami biologicznego oczyszczania ścieków. Podstawowa różnica polega na sposobie utrzymywania mikroorganizmów odpowiedzialnych za oczyszczanie. O jakości konkretnej oczyszczalni nie powinna jednak decydować sama nazwa technologii, lecz konstrukcja całego urządzenia, warunki prowadzenia procesu oraz wyniki jego badań.

Osad czynny czy złoże biologiczne – najważniejsza różnica

W obu technologiach pracę wykonują przede wszystkim mikroorganizmy wykorzystujące związki zawarte w ściekach.

Różnica dotyczy tego, gdzie znajduje się biomasa.

W oczyszczalniach wykorzystujących osad czynny mikroorganizmy występują przede wszystkim w cieczy w postaci zawieszonych kłaczków osadu.

W przypadku złoża biologicznego mikroorganizmy rozwijają się na powierzchni specjalnego materiału nośnego, tworząc biofilm.

Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska EPA opisuje tę różnicę następująco:

„These systems are known as attached-growth processes.”

W tym samym opracowaniu systemy, w których mikroorganizmy utrzymywane są w cieczy, określane są jako suspended-growth processes.

Podział na biomasę zawieszoną i przytwierdzoną jest również powszechnie stosowany w literaturze naukowej dotyczącej biologicznego oczyszczania ścieków.

Cecha	Osad czynny	Złoże biologiczne
Postać biomasy	zawieszona w cieczy	biofilm na materiale nośnym
Kontakt mikroorganizmów ze ściekiem	mieszanie i napowietrzanie	przepływ lub zraszanie złoża
Ważny element procesu	kondycja i sedymentacja osadu	stan biofilmu i hydraulika złoża
Recyrkulacja biomasy	często stosowana	zależy od konstrukcji
Kontrola biologii	m.in. próbka osadu i sedymentacja	m.in. kontrola biofilmu i pracy złoża

Jak działa osad czynny?

Technologia osadu czynnego jest jedną z najlepiej poznanych metod biologicznego oczyszczania ścieków.

W napowietrzanej części oczyszczalni rozwijają się mikroorganizmy tworzące charakterystyczne kłaczki osadu. W odpowiednich warunkach wykorzystują one związki organiczne znajdujące się w ściekach.

Napowietrzanie pełni przy tym dwa ważne zadania: dostarcza tlen potrzebny mikroorganizmom oraz utrzymuje odpowiednie warunki do kontaktu biomasy ze ściekami.

Po wykonaniu swojej pracy osad trzeba oddzielić od oczyszczonej cieczy. Dlatego jednym z istotnych parametrów procesu jest zdolność osadu do sedymentacji, czyli opadania.

W przeglądzie opublikowanym w czasopiśmie Water Research wskazano, że dobre właściwości sedymentacyjne biomasy są istotne dla efektywnej pracy systemów wykorzystujących osad czynny. Na sedymentację wpływają m.in. struktura kłaczków, skład mikroorganizmów i gęstość biomasy.

Ma to również praktyczne znaczenie podczas serwisu przydomowej oczyszczalni.

Pobranie próbki osadu i przeprowadzenie próby sedymentacyjnej pozwala zobaczyć, jak biomasa oddziela się od cieczy oraz jak wygląda woda znajdująca się nad warstwą osadu.

Jak działa złoże biologiczne?

W technologii złoża biologicznego mikroorganizmy rozwijają się na przygotowanej powierzchni.

Może to być złoże stałe, ruchome albo obrotowe. Kluczowe jest zapewnienie odpowiedniej powierzchni, na której może powstawać biofilm.

Ścieki przepływają przez złoże albo są na nie podawane, dzięki czemu zawarte w nich zanieczyszczenia kontaktują się z mikroorganizmami.

EPA opisuje klasyczne złoża biologiczne jako systemy, w których mikroorganizmy są przytwierdzone do materiału nośnego, a przepływające ścieki pozostają w kontakcie z biologiczną warstwą rozwijającą się na jego powierzchni.

Także współczesne przeglądy naukowe opisują reaktory biofilmowe jako rozwiązania utrzymujące komórki mikroorganizmów na nieruchomych lub ruchomych materiałach nośnych.

Czy złoże biologiczne jest bardziej odporne od osadu czynnego?

Takie stwierdzenie pojawia się czasem w materiałach marketingowych, ale nie powinno się go traktować jako uniwersalnej zasady dotyczącej wszystkich oczyszczalni.

Złoże biologiczne ma konkretne zalety. Dzięki powierzchni nośnej możliwe jest zatrzymywanie dużej ilości biomasy, a biofilm może zapewniać korzystne warunki dla określonych grup mikroorganizmów.

Nie oznacza to jednak, że każda oczyszczalnia ze złożem automatycznie będzie pracowała stabilniej albo oczyszczała ścieki skuteczniej od urządzenia wykorzystującego osad czynny.

Analogicznie – sama obecność osadu czynnego nie jest gwarancją wysokiej skuteczności.

Znaczenie mają m.in.:

• wielkość i konstrukcja reaktora,
• rzeczywista ilość biomasy,
• dostęp tlenu,
• hydraulika urządzenia,
• czas przebywania ścieków,
• obciążenie oczyszczalni,
• sposób recyrkulacji,
• temperatura,
• sposób sterowania procesem.

Badania dotyczące biologicznego oczyszczania ścieków wskazują właśnie takie czynniki jak hydrauliczny czas zatrzymania, wiek osadu, stężenie tlenu, temperatura, obciążenie i napowietrzanie jako parametry wpływające na efektywność procesu.

Istnieją nawet technologie łączące osad czynny i złoże biologiczne

Dobrym przykładem pokazującym, że nie warto tworzyć prostego podziału na „lepszą” i „gorszą” technologię, są systemy IFAS – Integrated Fixed-Film Activated Sludge.

Łączą one w jednym procesie:

• biomasę zawieszoną charakterystyczną dla osadu czynnego,
• biofilm rozwijający się na materiale nośnym.

Technologia IFAS została opracowana właśnie po to, aby wykorzystywać właściwości obu sposobów utrzymywania biomasy. W literaturze naukowej jest opisywana jako połączenie systemów attached growth i suspended growth.

Sam fakt rozwoju takich technologii pokazuje, że dyskusja „osad czynny albo złoże biologiczne” jest znacznie bardziej złożona niż marketingowe hasło.

A jak wyglądają rzeczywiste wyniki badań?

Teoria mówi nam, jak działa technologia. Przy wyborze konkretnej przydomowej oczyszczalni znacznie bardziej interesujące jest jednak to, jakie wyniki uzyskało gotowe urządzenie.

Dlatego zestawiliśmy wyniki trzech oczyszczalni wykorzystujących złoże biologiczne, które znajdują się w naszym zestawieniu technicznym dostępnych na rynku urządzeń.

Wybrana grupa obejmuje:

• dwa urządzenia wykorzystujące zraszane złoże biologiczne,
• jedno urządzenie wykorzystujące złoże obrotowe.

Celowo nie podajemy nazw produktów ani ich producentów. Nie jest to ranking konkretnych marek. Chcemy sprawdzić, jak dane z trzech różnych konstrukcji wykorzystujących złoże wyglądają na tle oczyszczalni WaterFlow wykorzystującej osad czynny.

Dla parametrów dostępnych we wszystkich trzech urządzeniach obliczyliśmy prostą średnią arytmetyczną deklarowanej skuteczności oczyszczania.

Osad czynny a złoże biologiczne – porównanie wyników

Parametr	Średnia z 3 oczyszczalni ze złożem biologicznym	WaterFlow – osad czynny
BZT₅	94,1%	99,3%
ChZT	87,8%	97,4%
Zawiesina ogólna	95,0%	94,7%

W zestawionych danych WaterFlow osiągnął deklarowaną redukcję BZT₅ wyższą o 5,2 punktu procentowego od średniej trzech analizowanych urządzeń wykorzystujących złoże biologiczne.

W przypadku ChZT różnica wyniosła 9,6 punktu procentowego na korzyść WaterFlow.

Przy zawiesinie ogólnej wynik jest natomiast praktycznie identyczny – średnia dla trzech oczyszczalni ze złożem wyniosła 95,0%, a WaterFlow 94,7%.

Dla azotu ogólnego i fosforu ogólnego nie obliczaliśmy średniej, ponieważ w dwóch z trzech analizowanych urządzeń brakowało odpowiednich wartości w zestawieniu. Tworzenie średniej na podstawie niepełnych danych byłoby mylące.

WaterFlow ma natomiast w swojej dokumentacji deklarowane również:

• 91,6% redukcji azotu ogólnego,
• 93,7% redukcji fosforu ogólnego.

Metodologia porównania

Średnie zostały obliczone na podstawie deklarowanych wyników trzech konkretnych oczyszczalni wykorzystujących technologię złoża biologicznego ujętych w naszym zestawieniu technicznym.

Porównanie ma charakter informacyjny. Nie jest rankingiem technologii i nie oznacza, że każdy system oparty na osadzie czynnym uzyska lepsze wyniki od każdego systemu wykorzystującego złoże biologiczne.

Wyniki odnoszą się do konkretnych przebadanych urządzeń.

Co naprawdę wynika z tego porównania?

Najważniejszy wniosek nie brzmi:

„osad czynny jest lepszy od złoża biologicznego”.

Byłoby to zbyt daleko idące uproszczenie.

Dane pokazują natomiast coś innego:

sama nazwa zastosowanej technologii nie pozwala przewidzieć skuteczności konkretnej oczyszczalni.

Trzy urządzenia działające na podobnej zasadzie technologicznej uzyskują różne wyniki. Podobnie dwie oczyszczalnie wykorzystujące osad czynny mogą różnić się konstrukcją i efektywnością.

Dlatego zamiast pytać wyłącznie:

„osad czynny czy złoże biologiczne?”

warto zapytać:

„jakie wyniki badań uzyskała konkretna oczyszczalnia?”

To znacznie bardziej miarodajne kryterium.

Dlaczego należy patrzeć na całe urządzenie, a nie pojedynczy element?

Małe przydomowe oczyszczalnie są oceniane jako kompletne urządzenia.

Norma EN 12566-3 określa wymagania oraz metody badań dla małych oczyszczalni ścieków przeznaczonych do obsługi do 50 osób. Co szczególnie istotne, norma odnosi się do urządzeń, których prefabrykowane komponenty są składane przez jednego producenta i testowane jako całość.

To bardzo ważna zasada.

Sam dobry dyfuzor, duże złoże czy markowa dmuchawa nie określają jeszcze skuteczności całej oczyszczalni.

Liczy się współpraca wszystkich elementów:

zbiornika + hydrauliki + biologii + napowietrzania + recyrkulacji + separacji osadu + sposobu sterowania.

WaterFlow – przykład prostej oczyszczalni na osadzie czynnym

WaterFlow 2–6 RLM wykorzystuje technologię osadu czynnego i aktywną recyrkulację osadu.

Oczyszczalnia ma:

• trzykomorowy zbiornik o pojemności 3,6 m³,
• przepustowość do 0,9 m³/dobę,
• dmuchawę Hiblow XP60,
• dyfuzor napowietrzający,
• aktywną recyrkulację osadu,
• brak rozbudowanego sterownika procesowego.

WaterFlow został przebadany zgodnie z EN 12566-3:2005+A2:2013, a w dokumentacji podano redukcję BZT₅ na poziomie 99,3%, ChZT 97,4%, zawiesiny 94,7%, azotu ogólnego 91,6% i fosforu ogólnego 93,7%.

Nie oznacza to, że WaterFlow osiąga takie wyniki dlatego, że wykorzystuje osad czynny.

Wynik jest efektem całej konstrukcji i warunków prowadzenia procesu.

I właśnie tak powinno się czytać dane techniczne oczyszczalni.

Osad czynny daje możliwość bezpośredniej kontroli kondycji biomasy

Jedną z praktycznych cech systemów wykorzystujących osad czynny jest możliwość pobrania próbki biomasy i obserwowania jej zachowania.

Podczas serwisu można sprawdzić m.in.:

• wygląd osadu,
• jego ilość,
• zdolność do sedymentacji,
• klarowność cieczy nadosadowej,
• pracę napowietrzania,
• działanie recyrkulacji.

Ma to znaczenie diagnostyczne.

Jeżeli osad dobrze się oddziela, a ciecz nad jego warstwą pozostaje klarowna, jest to jeden z sygnałów pozwalających ocenić kondycję procesu biologicznego.

Nie jest to oczywiście jedyny parametr pracy oczyszczalni, ale dla serwisanta stanowi wartościowe źródło informacji.

Czy mniej elementów mechanicznych oznacza lepszą oczyszczalnię?

Nie zawsze.

Prosta konstrukcja może być dużą zaletą, ponieważ ogranicza liczbę elementów wymagających późniejszej kontroli i potencjalnej wymiany.

Nie należy jednak sprowadzać oceny oczyszczalni do liczenia pomp, zaworów czy dyfuzorów.

Każdy element powinien mieć konkretne zadanie technologiczne.

Ważniejsze pytanie brzmi:

czy konstrukcja urządzenia pozwala uzyskać wymagany efekt oczyszczania i czy można ją później prawidłowo kontrolować oraz serwisować?

Ostatecznie użytkownika interesuje nie tylko liczba podzespołów, ale przede wszystkim jakość ścieku opuszczającego oczyszczalnię oraz stabilność procesu.

Co sprawdzić przed wyborem oczyszczalni biologicznej?

Zamiast wybierać urządzenie wyłącznie na podstawie hasła „osad czynny” albo „złoże biologiczne”, warto porównać kilka konkretnych rzeczy.

1. Deklarację Właściwości Użytkowych

Sprawdź, czy producent udostępnia dokumentację urządzenia i według jakiej normy zostało ono przebadane.

2. Wyniki BZT₅, ChZT i zawiesiny

Są to podstawowe wskaźniki pozwalające ocenić skuteczność oczyszczania.

Jeżeli producent deklaruje również wyniki dla azotu i fosforu, warto je sprawdzić oddzielnie.

3. Konstrukcję urządzenia

Zwróć uwagę na:

• liczbę komór,
• obecność osadnika wstępnego,
• sposób napowietrzania,
• sposób separacji osadu,
• recyrkulację,
• sposób odprowadzenia oczyszczonego ścieku.

4. Podzespoły i ich dostępność

Dmuchawa, pompa czy sterownik po latach mogą wymagać serwisu albo wymiany.

Warto wiedzieć, kto jest producentem tych elementów i czy części są dostępne.

5. Możliwość kontroli procesu

Dobra oczyszczalnia powinna pozwalać serwisantowi nie tylko sprawdzić, czy urządzenia elektryczne działają, ale również ocenić sam proces biologiczny.

6. Rzeczywiste doświadczenia z eksploatacji

Wyniki badań są bardzo ważne, ale warto również sprawdzić:

• realizacje instalatorów,
• przeglądy kilkuletnich urządzeń,
• stan oczyszczalni podczas serwisu,
• rzeczywiste opinie użytkowników.

Osad czynny czy złoże biologiczne – co ostatecznie wybrać?

Nie warto wybierać przydomowej oczyszczalni wyłącznie na podstawie rodzaju biomasy.

Osad czynny i złoże biologiczne są uznanymi technologiami oczyszczania ścieków, ale w obu przypadkach o końcowym efekcie decyduje sposób zaprojektowania całego urządzenia.

Złoże biologiczne wykorzystuje biofilm rozwijający się na materiale nośnym. W osadzie czynnym biomasa pracuje przede wszystkim w postaci zawieszonych kłaczków osadu.

Każde z tych rozwiązań ma własną specyfikę.

Analiza wyników trzech konkretnych oczyszczalni ze złożem biologicznym pokazuje jednak, dlaczego nie warto oceniać produktu wyłącznie po nazwie technologii. W badanych danych WaterFlow wykorzystujący osad czynny uzyskał wyższą deklarowaną redukcję BZT₅ i ChZT niż średnia analizowanych urządzeń ze złożem, natomiast w przypadku zawiesiny wyniki były niemal identyczne.

Nie jest to dowód na wyższość jednej technologii nad drugą.

Jest natomiast dobrym dowodem na coś innego:

przed zakupem warto sprawdzić wyniki badań konkretnego urządzenia, a nie ograniczać się do marketingowego opisu zastosowanej technologii.

FAQ – osad czynny i złoże biologiczne

Co jest lepsze – osad czynny czy złoże biologiczne?

Nie ma technologii, która będzie najlepsza w każdym przypadku. Oba rozwiązania wykorzystują biologiczne procesy oczyszczania. O skuteczności konkretnej oczyszczalni decydują m.in. konstrukcja urządzenia, napowietrzanie, ilość biomasy, hydraulika i warunki prowadzenia procesu.

Czym różni się osad czynny od złoża biologicznego?

W osadzie czynnym mikroorganizmy funkcjonują przede wszystkim jako biomasa zawieszona w cieczy. Na złożu biologicznym rozwijają się natomiast jako biofilm przytwierdzony do materiału nośnego.

Czy złoże biologiczne jest bardziej odporne na zmiany obciążenia?

Systemy biofilmowe mogą mieć określone zalety wynikające z zatrzymywania biomasy na materiale nośnym. Nie można jednak na tej podstawie stwierdzić, że każda oczyszczalnia ze złożem będzie bardziej odporna od każdej oczyszczalni wykorzystującej osad czynny.

Czy WaterFlow wykorzystuje osad czynny?

Tak. WaterFlow 2–6 RLM jest trzykomorową oczyszczalnią biologiczną wykorzystującą osad czynny, napowietrzanie i aktywną recyrkulację osadu.

Jak porównać skuteczność dwóch oczyszczalni?

Najlepiej sprawdzić dokumentację konkretnych urządzeń i porównać deklarowane wartości m.in. BZT₅, ChZT i zawiesiny, a jeśli są dostępne – również azotu i fosforu. Należy też uwzględnić konstrukcję, sposób prowadzenia procesu i późniejsze wymagania serwisowe.

Czy wysoki procent redukcji oznacza, że oczyszczalnia zawsze osiągnie identyczny wynik?

Nie. Wyniki badań określają właściwości urządzenia w warunkach przewidzianych procedurą badawczą. Rzeczywista praca oczyszczalni zależy również od prawidłowego doboru, montażu, obciążenia i sposobu eksploatacji.

Źródła i literatura

• EPA – opracowanie o attached-growth / suspended-growth,
• publikacja Water Research dotycząca sedymentacji osadu czynnego,
• przegląd naukowy dotyczący biofilmu,
• publikacja dotycząca IFAS,
• EN 12566-3.