Skólphreinsun

Skólphreinsun er það ferli að hreinsa sýkla, spilliefni og aðra mengun úr skólpi. 

Skólpi hefur í hundruð ára verið veitt óhreinsuðu út í sjó eða ár víða um heim. Það var ekki fyrr en upp úr aldamótunum 1900 að farið var að hreinsa skólp vegna þeirra skaðlegu áhrifa sem það hefur á vistkerfi þess umhverfis sem því var veitt í. Óhreinsað skólp hefur mjög óhagstæð vistfræðileg áhrif á það vatn sem það rennur í og í öðru lagi stofnar óhreinsað skólp heilsu manna í hættu þar sem það inniheldur verulegt magn af örverum sem geta verið sýkjandi.

Vistfræðileg áhrif 
Óhreinsað skólp sem rennur í á inniheldur mikið magn af bakteríum og lífrænum efnum. Ýmis lífræn spilliefni geta þjónað sem næringarefni fyrir ófrumbjarga bakteríur, sem síðan geta með loftháðri öndun fjarlægt uppleyst súrefni úr vatninu. Ef mikið magn er af lífrænu efnunum í skólpinu getur farið svo að bakteríuvöxturinn verður það mikill að allt súrefni er fjarlægt úr vatninu og verða þá til loftfirrðar aðstæður. Þessar loftfirrðu aðstæður eru banvænar fyrir fiska, gróður og aðrar lífverur sem eru háðar súrefni til að lifa.

Alvarleiki mengunarinnar er háður mörgum þáttum, til að mynda magni skólps sem rennur út í ána, magni og hitastigi vatnsins, straumhraða þess og fleiri þáttum. Ár hafa náttúrlega hæfileika til að endurnýja sig og geta endurnýjað súrefnið í vatninu á tvennan hátt: Annars vegar framleiða plöntur, þörungar og ljóstillífandi bakteríur súrefni með efnaskiptum sínum og skila því út í vatnið. Hins vegar tekur vatnið súrefni upp úr andrúmsloftinu, einkum þar sem iðustreymis gætir. Þegar bakteríurnar hafa gengið á lífrænu efnin sem koma frá skólpinu, minnkar magn þeirra í vatninu og með því fækkar bakteríunum en þetta gerist að jafnaði ekki fyrr en mörgum kílómetrum frá losunarstaðnum og getur þess vegna tekið einhverja daga.

Áhrif á heilsu manna 
Mengað vatn má ekki nota sem drykkjarvatn fyrir menn. Skólpmengað vatn má heldur ekki vera við strendur eða önnur tómstundar- og útivistarsvæði vegna hættu á bakteríum sem valda smitsjúkdómum sem berast með vatninu. Þessar sýkjandi bakteríur geta einnig lifað í skelfiski og öðru sem menn borða án þess þó að hafa áhrif á fiskinn sjálfan.

Skólphreinsun með örverum 
Þar sem úrangur dýra brotnar niður í náttúrunni með hjálp örvera fóru menn að nota överur við hreinsun á skólpi. Skólpinu er safnað saman með skólpleiðslum sem liggja að skólphreinsistöðvum sem eru staðsettar nærri sjó eða ám. Þar er skólpið hreinsað með þrem stigum hreinsunar, fyrsta, annars og þriðja stigs hreinsun.

Fyrsta stigs hreinsun 
Eins og nafnið gefur til kynna hefst fyrsta stigs hreinsun skólpsins hér með því að efni í sviflausn (e. suspension) setjast til og skiljast frá uppleystum efnum. Þegar skólpið kemur inn í hreinsistöðina er það síað til að fjarlægja spýtur, plastpoka og aðra stóra hluti sem gætu haft áhrif á hreinsunina. Skólpvatnið flæðir svo í svokallaðan fyrsta stigs tank sem virkar eins og setskál þar sem þyngri agnarefni setjast til botns. Olía sem flýtur á yfirborðinu er fjarlægð. Þessi fyrsta stigs hreinsun er fyrst og fremst aflfræðilegt ferli þar sem vökva hluti skólpvatnsins er aðskilið frá sökkvandi þurrefnum eða leðju ásamt fljótandi ögnum.

Annars stigs hreinsun 
Í tveggja þrepa skólphreinsun er síðara stigið ferli sem notast við örverur til hreinsunarinnar. Vökvinn frá fyrsta stigs tankinum er nú fluttur yfir í annan tank (annars stigs tank) og er þar loftaður. 

Tvær mismunandi aðferðir hafa verið notaðar við loftunina. Eldri aðferðin er nefnd seytlandi síun (e. trickling filtration) og byggir á því að vökvanum er úðað yfir malarhrúgur vaxnar þekjumyndandi bakteríum. Skólpvatnið er loftað þegar það fer frá úðaranum og síast í gegnum mölina. Örverur mynda þekju (e. biofilm) á yfirborði malargrjótsins og brjóta niður lífrænu efnin sem eru í skólpvatninu. Þessar örverur sem þrífast í mölinni eru meðal annars frumdýr, þörungar, bakteríur og jafnvel veirur. Þær eru loftháðar, en undir mölinni er að finna loftfirrtar, gerjandi bakteríur. Hlutar af bakteríuþekjunni skiljast stöðugt frá grjótinu og eru fluttir í svokallaðan seinni hreinsunarbúnað með fljótandi skólpvatninu.

Hin aðferðin sem er notuð er kölluð „virkjuð leðja“ (e. activated sludge). Við þessa aðferð er frárennslið frá fyrsta stigs tankinum loftað með loftbólum sem er hleypt á þegar frárennslið rennur í annar stigs tankinn. Í seinni tanknum er svo leðja sem inniheldur mikið magn loftháðra örvera, aðallega baktería sem vaxa í þyrpingum eða hópum. Þessar bakteríur brjóta niður lífrænu efnin í skólpvatninu. Á meðal bakteríana sem eru notaðar við þetta ferli er tegundin Zoogloea sem er mjög mikilvæg því hún framleiðir hleypiefni sem kekkjast við lífræn efni og aðrar lífverur við vöxt. Eins og við seytlandi síun fer svo vatnið úr annars stigs tanknum í seinni hreinsunarbúnað. 

Áður en skólpvatninu er hleypt út í umhverfið er vatnið í báðum tilfellum klórað til sótthreinusnar. 

Leðjan úr annars stigs tankinum er að hluta endurnýtt í nýjan loftunartank til að endurtaka ferlið. Það sem eftir er af leðjunni er svo meðhöndlað og hreinsað ásamt leðjunni sem myndast við fyrsta stigs hreinsun. Þetta er gert í loftfirrtum leðjutanki. Þetta er stór tankur þar sem loftfirrtar örverur framkvæma lokastig á loftfirrtu niðurbroti lífrænna efna. Bakteríurnar sem eru í þessum tönkum eru gerjandi bakteríur sem framleiða lífrænar sýrur, koltvísýring og vetni. Metanmyndandi fyrnur vaxa svo af þessum efnum og framleiða metangas. Metangasið sem myndast er svo hægt að nota sem orku til að hita upp skólphreinsistöðina. Þetta ferli tekur langan tíma og ekki er hægt að breyta öllum úrgangnum í gas, því þarf að flytja hann í burtu og urða annars staðar. Stundum er þessi úrgangur notaður sem áburður á plöntur sem ekki eru notaðar til manneldis því hugsanlega gætu verið veirur og aðrar örverur í úrganginum sem lifðu af hreinsunina og geta valdið sjúkdómum.

Árangur annars stigs skólphreinsunar 
Sérstakt próf, „lífefnafræðileg súrefniseftirspurn“ (e. biochemical oxygen demand, BOD), er notað til að meta árangur skólphreinsunarinnar. BOD próf er notað til að mæla súrefnisþörfina við niðurbrot á lífrænum efnum  á fimm dögum við 20°C í skólpvatnssýni. Óhreinsað skólp hefur mjög háan BOD stuðul en ef hreinsun hefur verið árangursrík hefur þessi stuðull lækkað verulega. Sem dæmi ef seytlandi síun virkar fullkomnlega minnkar BOD hlutfallið um 75%, með leðjuaðferðinni minnkar það um 85%.

Þriðja stigs hreinsun 
Þriðja stigs hreinsun gengur út á það að fjarlægja ólífrænar aukaafurðir sem verða til við örveruferlið í annars stigs hreinsun. Efni eins og ammóníak og fosfat myndast þegar lífræn efni eru oxuð. 

Lífræn efni + O2 -> CO2 +NH3 + SO42- + PO43- + snefilefni

Ólífræn efni sem myndast við niðurbrot á lífrænum efnum eru hentug næringarefni fyrir þörunga. Losun þessara efna í ár eða sjó getur valdið þörungablómstrun. Óhóflegur þörungavöxtur getur leitt til vatnadauða eins og getur gerst þegar óhreinsuðu skólpi er hleypt í ár og sjó. Aðal næringarefninin eru fosfat og ammóníak, með þriðja stigs hreinsun er hægt að fjarlæga þessi efni. Þetta er hægt að gera með bæði efnafræðilegum aðferðum og með örverum. Efnafræðilega aðferðin er mjög dýr og því yfirleitt ekki notuð. 

Þegar ammóníak er fjarlægt, gerist það líffræðilega í gegnum tveggja þrepa ferli. Fyrsta þrepið er nítratmyndun, með loftháðri oxun er ammoniakinu breytt í nítrat með örverum. Næst þarf að eyða nítratinu með loftfirrtri breytingu á N2O og N2 í lofttegundir. Með þessu fara loftegundirnar út í andrúmsloftið og eyðast þar í stað þess að fara út í vatnið sem ólífræn efni. 

Fosfat er fjarlægt með örverum sem upptaka fosfatið í frumurnar sínar. Eðlismassi þessara övera verður því meiri og þær setjast til botns í tankinum og þar með hægt að fjarlæga þær ásamt fosfatinu sem þær innihalda.

Þriggja stiga hreinsun er ekki mikið notuð enn, þó er líklegt að breyting verði á því þegar gerðar verða meiri kröfur á verndun vatnsins sem skólpið rennur út í.

Skólphreinsun á Íslandi 

Í skýrslu fráveitunefndar frá 1993 kom í ljós að víða  væri úrbóta þörf í fráveitumálum. Á flestum stöðum fer fráveituvatn óhreinsað í sjó og oft um margar útrásir sem opnuðust í fjöruborðinu. Mikilvægt er að taka á uppsöfnuðum vanda í fráveitumálum sveitarfélaga, svo sem að sameina lagnir, koma á viðeigandi hreinsun skólps og leiða fráveitulagnir út í viðtaka með sem hagstæðustum hætti fyrir umhverfið. Tryggja þarf að þessar lausnir hefðu umhverfisbætandi áhrif.

þrjár gerðir skólphreinsunar eru fyrir þéttbýli; tveggja þrepa hreinsun, eins þreps hreinsun og viðunandi hreinsun. 

Í tveggja þrepa hreinsun felst: Fyrsta þrep, sem er forhreinsun með botnfellingu eða síun, og annað þrep, sem er frekari hreinsun skólps og felur oftast í sér líffræðilegar aðferðir, þ.e. örverur eru notaðar til þess að eyða lífrænum efnum í skólpinu. Oftast er einnig eftirhreinsun með botnfellingu.

Viðunandi hreinsun er hreinsun skólps með viðurkenndum hreinsibúnaði svo ásættanlegt sé fyrir viðtakann.

Tveggja þrepa hreinsun er meginreglan, samkvæmt reglugerð, nota skal tveggja þrepa hreinsun við losun skólps frá þéttbýli þar sem gerðar eru meiri kröfur en til viðunandi eða eins þrepa hreinsunar. Frekari hreinsun en tveggja þrepa getur falið í sér frekari lækkun næringarsalta eða annarra efna eða eyðingu saurgerla.

Öll þéttbýlissvæði eiga að vera komin með skólphreinsun í lok árs 2005. Í dreifbýli og þar sem ekki er sameiginleg fráveita er gert ráð fyrir rotþró og siturlögn eða öðrum sambærilegum hreinsibúnaði. Enginn frestur er á þessum framkvæmdum, enda er þessi tilhögun í samræmi við eldri reglur á Íslandi.

Í lok árs 2000 voru tæplega 40% íbúa tengd fráveitum með skólphreinsun. Í lok árs 2002 voru rétt liðlega 60% íbúa tengd skólphreinsun og þessi tala verður væntanlega komin í um 70% í lok árs 2004. Þessar framfarir byggjast þó að mestu á aðgerðum fárra sveitarfélaga.

Í dreifbýli er aðallega um að ræða fráveitur einstaklinga og minni þéttbýlissvæða. Á þessum stöðum er nánast eingöngu gert ráð fyrir að nota rotþróarkerfi með innrennsli í jarðveg um siturlögn. Miðað við að sveitabýli í landinu séu um 4000 og sumarhús um 10.000 til 12.000 má áætla að rotþrær í dreifbýli séu á bilinu 15.000 til 20.000.

Helsta markmið með siturlögnum hér á landi er að eyða örverum af sauruppruna. Rotþró ein og sér er því ekki fullnægjandi ef tryggja á heilnæmi umhverfisins. Frá rotþró án eftirhreinsunar stafar óviðunandi saurmengun og brýnt er að gera úrbætur þar sem málum er þannig háttað.

Heimildir/Tilvísanir

Tenglar 
 Aerated Lagoons for Wastewater Treatment - Maine Lagoons Task Force
 "Anaerobic Industrial Wastewater Treatment: Perspectives for Closing Water and Resource Cycles."  Jules B. van Lier, Wageningen University, The Netherlands
 Boston Sewage Tour  - MIT Sea Grant
 Interactive Diagram of Wastewater Treatment - "Go with the Flow" - Water Environment Federation
 Phosphorus Recovery - Technische Universität Darmstadt & CEEP
 Sewer History 
 The Straight Dope - What happens to all the stuff that goes down the toilet?  - Syndicated column by Cecil Adams
 Tour of a Washington state sewage plant written by an employee 

Sorpstjórnun
 
Líffræði
Hagnýtt vísindi