OPIS TECHNOLOGII STÄHLERMATIC® (STM)

Technologia Stählermatic® (STM) powstała przed około 30 laty w Niemczech. Proces oczyszczania następuje zarówno dzięki swobodnie unoszącemu się osadowi czynnemu (biomasa w formie zawiesiny) jak i poprzez osiadłe mikroorganizmy znajdujące się na powierzchni rotujących tarcz (złoża biologicznego). Dzięki takiemu rozwiązaniu system posiada zalety oczyszczalni ścieków pracujących na bazie osadu czynnego i złoża biologicznego w jednym procesie technologicznym.
Technologia Stählermatic® (STM) nie ma nic wspólnego z popularnymi przed kilkunastoma laty w Polsce złożami tarczowymi.

Rotor (STM Aerotor) koszykowy

Przed oczyszczaniem biologicznym ścieki oczyszczane są mechanicznie z większych zanieczyszczeń i piasku. Część biologiczną oczyszczalni stanowi zbiornik, w którym zamocowane są rotory STM-AEROTOR® obracające się w mieszaninie osadu czynnego i ścieków. Podczas ruchu obrotowego rotorów powietrze atmosferyczne zamykane jest w specjalnie zaprojektowanych nasadkach na ich obwodzie i wprowadzane jest do mieszaniny osadu czynnego i ścieków. Nasadki stanowią także powierzchnię obrastania biomasy (złoże biologiczne), która także w ten sposób jest natleniania. Prędkość obrotu rotorów regulowana jest jako funkcja stężenia tlenu (sonda tlenowa). Za komorą biologiczną umiejscawia się osadnik wtórny.

Schemat budowy oczyszczalni systemu STM®

Sam rotor stanowi nie tylko urządzenie napowietrzające, ale służy również jako ruchome złoże biologiczne podnosząc efektywność rozkładu zanieczyszczeń. We wnętrzu zbiornika, w którym zanurzony jest rotor, tworzą się specyficzne strefy o różnym stężeniu tlenu. Strefy te umożliwiają symultaniczne procesy nitryfikacji, denitryfikacji oraz biologicznej eliminacji fosforu.

Rotor (STM Aerotor) rurowy

System STM doskonale spełniał i spełnia te wymogi i jest stosowany z powodzeniem na całym świecie: w Irlandii, Niemczech, w Kanadzie, Rosji, Chile, USA, Brazylii.
System STM znajduje zastosowanie w oczyszczalniach od 60 do tysięcy RLM - największa oczyszczalnia z systemem STM® to papiernia w Tajlandii o przepustowości analogicznej dla 260 000 RLM.

System napowietrzania ścieków

Napowietrzanie złoża odbywa się na dwóch drogach: poprzez jego wynurzenie i czasowe przebywanie w otoczeniu atmosferycznym (samoczynna dyfuzja tlenu do błony biologicznej) oraz poprzez wnikanie i mieszanie się powietrza zamkniętego w nasadkach w trakcie obrotu.

Napowietrzanie STM-AEROTOR® w nasadkach rurowych

FAZA 1 - złoże wynurzone
Złoże wynurzone otrzymuje dostateczną ilość tlenu z powietrza atmosferycznego. Powietrze dostaje się do wnętrza nasadek poprzez specjalną szczelinę. Każda z nasadek podczas obrotu przebywa drogę nad powierzchnią cieczy i ma kontakt z powietrzem atmosferycznym. W ten sposób tlen samoczynnie nasyca błonę biologiczną na złożu na zasadzie dyfuzji. Powietrze wypełnia puste przestrzenie pomiędzy dyskami na nasadkach (nasadki rurowe) bądź zamykane jest w koszykach (nasadki koszykowe). Równocześnie zebrana wcześniej w nasadkach woda wypływa z dużą burzliwością z poruszających się nad lustrem cieczy nasadek tworząc kaskady, które również pochłaniają powietrze atmosferyczne i wprowadzają je do mieszaniny osadu czynnego i ścieków.

FAZA 2 - złoże zanurza się
Uwięzione podczas fazy wynurzenia powietrze zamknięte w przestrzeniach na nasadkach sprężając się jest prowadzone w sposób wymuszony na dno komory. Sprężenie powietrza intensyfikuje dyfuzję tlenu do głębszych warstw błony biologicznej porastającej elementy nasadek. Równocześnie następuje napływ ścieków do wnętrza nasadek. Tworzy się tam mieszanina powietrza i ścieków, które są dzięki temu natleniane (natlenianie osadu czynnego) a także, która dzięki dobrym właściwościom ścierającym, zapewnia ciągłe usuwanie nadmiaru tworzącej się błony biologicznej, tak, że zawsze na powierzchni złoża pozostaje tylko najbardziej żywotna i aktywna frakcja biomasy o niewielkiej grubości (do 0,1 mm); złoże nie zarasta. Dalej powietrze uwalnia się stopniowo do obszaru wewnątrz rotora (zawiesiny) natleniając zawiesinę osadu czynnego. Dobre wymieszanie i wysoka hydrodynamika procesu wymieszania powietrza ze ściekami zachodzące wewnątrz nasadek powodują, że rozmiary unoszących się pęcherzyków powietrza są niewielkie - bliskie osiągalnym w napowietrzaniu drobnopęcherzykowym - co zwiększa skuteczność wymiany tlenu. Obrotowy ruch rotora powoduje, że ciecz zawarta wewnątrz jego porusza się w przeciwnym kierunku, a więc drobne pęcherzyki na swej drodze ku górze cyrkulują wraz z nią i zwiększa się ich czas przebywania w komorze.

FAZA 3 - złoże wynurza się
W miarę ciągłego obrotu nasadki osiągają najniższy punkt komory, gdzie służą jako zgrzebło poruszające znajdujący się na dnie osad. Szczelina, przez którą wydostaje się powietrze, przesuwa się podczas wynurzania się nasadek tak, że następuje całkowite usunięcie resztek powietrza z wnętrza nasadek przed fazą ich wynurzenia.

Nasadki

Zasadniczym elementem rotora są zlokalizowane na jego obwodzie i równolegle do jego osi nasadki z wytrzymałego tworzywa sztucznego o specjalnej konstrukcji. Nasadki stanowią pakiety ułożonych w odstępach ok. 20 mm dysków bądź tarcz i służą zarówno do napowietrzania osadu czynnego jak i stanowią powierzchnię wzrostu błony biologicznej (złoże). W zależności od stopnia wymaganego oczyszczania dobierane są 2 typy nasadek: koszykowe bądź rurowe. Pomiędzy wyprofilowanymi tarczami lub dyskami znajdują się puste przestrzenie, w których zbiera się mieszanina powietrza i ścieków. Ruch rotora w mieszaninie ścieków i osadu czynnego powoduje cykliczne wynurzanie i zanurzanie się nasadek. Uzyskane jest dzięki temu całkowite wymieszanie zawartości komory, a także napowietrzanie obu czynników biologicznego rozkładu ścieków tj. osadu czynnego i złoża biologicznego.

Nitryfikacja, denitryfikacja i symultaniczna eliminacja fosforu

Obecność błony biologicznej na złożu wiążąca się z podwyższeniem wieku osadu umożliwia zachodzenie nitryfikacji w oczyszczalni STM w obszarze tlenowym. Równocześnie neutralizowany jest wpływ temperatury na nitryfikację - zależność pracy biomasy osiadłej od temperatury jest słabsza niż biomasy zawieszonej (osadu czynnego). Denitryfikacja zachodzi w dolnej części komory, gdzie strumień ścieków poddawany jest cyklicznie warunkom anoksycznym i anaerobowym. Dzięki występowaniu krótkich cykli anoksycznych i anaerobowych zachodzi tam także symultaniczne usuwanie fosforu. Nie ma, więc konieczności budowy dodatkowych zbiorników w celu usuwania biogenów ze ścieków.

Wpływ temperatury na rozkład ścieków, izolacja cieplna

Oczyszczalnie STM® pracują w różnych warunkach klimatycznych (Chile, Rosja, Egipt). Można, zatem potwierdzić ich prawidłowe funkcjonowanie nawet w skrajnych warunkach klimatycznych (np. niezawodna praca przy wielu tygodniach temperatury poniżej -20 st. C w północnej Kanadzie). Dobrej izolacji wymaga przede wszystkim osadnik wtórny, dlatego, że jest to obszar charakteryzujący się niska burzliwością. Wpływ temperatury na jakość oczyszczania przez błonę biologiczną osiadłą na złożu jest niewielki wobec klasycznego osadu czynnego, jest prawie zupełnie niezależne od temperatury.