Biologiczne oczyszczanie ścieków

Parametry technologiczne ścieków ChZT - chemiczne zapotrzebowanie na tlen Ilość tlenu potrzebna do całkowitego utlenienia próbki do CO2 i H2O metodami chemicznymi Oznaczenie: Próbka gotowane jest 2 h w roztworze zawierającym określoną ilość K2Cr2O7 w stężonym kwasie siarkowym, w obecności Ag2SO4 i HgSO4. Pozostały dichromian jest miareczkowany. BZT – biologiczne zapotrzebowanie na tlen Ilość tlenu zużywana do utleniania organicznych składników próbki przez drobnoustroje w niej zawarte. Oznaczenie wartości BZT5: Próbka inkubowana jest w zamkniętej szczelnie kolbie, w temperaturze 20 C, przez 5 dni. Następnie oznacza się ilość zużytego tlenu. Inne parametry: ogólny węgiel organiczny (OWO), azot ogólny (TKN), azot organiczny, fosfor ogólny, osad ogólny, osad zawieszony

Charakterystyka ścieków komunalnych Typowy skład ścieków komunalnych Parametr Wartość (mg/dm3) Osad ogólny Osad zawieszony OWO ChZT BZT5 Azot ogólny Azot organiczny Amoniak Azotany(III) Azotany(V) Fosfor ogólny 300 – 1200 100 – 350 80 – 290 250 – 1000 110 – 400 20 – 85 20 - 42 12 – 50 4 - 15

Etapy procesu oczyszczania ścieków

Stawy sedymentacyjne Typowy ciąg technologiczny dla ścieków o wysokiej wartości BZT5. I etap – staw anaerobowy przez 3 – 5 dni II etap – staw fakultatywny przez 20 – 40 dni III etap – staw dojrzewalnikowy przez 7 dni

Konstrukcja filtru zraszanego do oczyszczania ścieków

Oczyszczanie ścieków z użyciem osadu czynnego. Schemat procesu oczyszczania ścieków z zastosowaniem technologii osadu czynnego.

Mikroorganizmy w osadzie czynnym 1. Bakterie: od 5  109 komórek/ml do 1,5  1010 komórek/ml. Dominujące rodzaje: Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Alcaligenes, Moraxella, Flavobacterium; bakterie nitryfikacyjne – Nitrosomonas, Nitrobacter; Thiobacillus 2. Pierwotniaki – orzęski (osiadłe, pełzające, wiciowe, zarodziowe, wolnopływające), wrotki Cecha charakterystyczna: wzrost w postaci kłaczków (sflokulowany) Mikroskopowy obraz kłaczka osadu czynnego

Oczyszczanie ścieków z użyciem osadu czynnego reaktor przepływowy Zasada procesu: Ścieki przepływają wzdłuż bioreaktora zawierającego mieszaną populację drobnoustrojów, które wykorzystują związki organiczne zawarte w ściekach jako źródło węgla. materia organiczna + drobnoustroje + O2  przyrost biomasy + CO2 Odciek z bioreaktora przepływa do odstojnika, gdzie następuje oddzielenie biomasy i niezdegradowanego osadu. Około 20% biomasy jest zawracanej na początek bioreaktora. Parametry typowego bioreaktora: prostopadłościan o wymiarach 6 10 m  30 – 100 m  4 – 5 m (objętość około 5000 m3).

Oczyszczanie ścieków z użyciem osadu czynnego reaktor pracujący w trybie półciągłym Cykl pracy reaktora SBR (bioreaktor sekwencyjny)

Chemostat – hodowla ciągła drobnoustrojów, w której populacja mikroorganizmów jest utrzymywana na stałym poziomie poprzez ciągłe odbieranie części hodowli i zastępowanie jej świeżą pożywką. Klasyczny układ bioreaktora do oczyszczania ścieków z osadem czynnym jest przykładem chemostatu z zawracaniem części populacji komórek.

Q – natężenie przepływu ścieków X – gęstość komórek S – stężenie składników odżywczych g - współczynnik recyklingu C – współczynnik zatężenia biomasy zawracanej Bilans biomasy Biomasa akumulowana = biomasa dopływająca + przyrost biomasy – biomasa usuwana – komórki martwe - szybkość wzrostu  - szybkość obumierania Wprowadzając: D = Q/V – szybkość rozcieńczania, zakładając   0 I brak zasilania biomasą oraz uzyskanie stanu równowagi, czyli , otrzymujemy:  = D(1 +  - C)

Parametry technologiczne osadu czynnego Obciążenie komory osadu czynnego ładunkiem zanieczyszczeń S1  Q1 Bv = V Stężenia Bv i S1 wyrażone są w postaci parametrów BZT5 lub ChZT Obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń S1  Q1 X2 – zawartość zawiesin w osadzie czynnym Bx = V  X2

Napowietrzanie bioreaktorów z osadem czynnym

Reaktor ze złożem fluidalnym

Głębokoszybowy proces oczyszczania ścieków z zastosowaniem reaktora typu air-lift

Schemat reaktora membranowego do oczyszczania ścieków

Schemat dwustopniowego oczyszczania ścieków, umożliwiającego przeprowadzenie nitryfikacji i denitryfikacji

Nowe możliwości eliminacji amoniaku i azotanów Bakterie Planctomycetes przeprowadzają reakcję: NH4+ + NO2-  N2 + 2H2O Technologia Anammox (anaerobowe utlenianie amoniaku) Zasada metody: strumień ścieków zawierających związki amonowe dzieli się na dwa strumienie. Zawartość jednego ze strumieni jest poddawana nitryfikacji /utlenienie amonu do azotanów(III)/. Strumień ten jest kierowany do reaktora anaerobowego, gdzie w wyniku połączenia z drugim strumieniem i aktywności metabolicznej bakterii Planctomycetes zachodzi reakcja utleniania amoniaku. Zalety: znacznie mniejsze zapotrzebowanie na napowietrzanie, brak konieczności dodawania materii organicznej, redukcja osadu odpadowego

Porównanie parametrów różnych technologii biologicznego oczyszczania ścieków MBR – bioreaktor membranowy UASB – bioreaktor ze wstępującym przepływem kożucha osadu

Sposoby utylizacji osadów nadmiernych składowanie na wysypiskach spalanie kompostowanie wykorzystanie w rolnictwie fermentacja anaerobowa

Sposoby składowania osadów nadmiernych

Schemat spalarni osadów nadmiernych

Wykorzystanie odpadowego osadu czynnego w rolnictwie Obróbka wstępna pasteryzacja (ogrzewanie w 70 C przez 30 min) fermentacja anaerobowa w 35 C przez 12 dni fermentacja termofilna tlenowa w 55 C przez 7 dni kompostowanie stabilizacja alkaliczna (pH>12 przez 2 h) przechowywanie w formie wysuszonej przez 3 miesiące

Przekrój pryzmy kompostowej

Współzależność bakterii acetogennych i metanowych

Rodzaje reaktorów i techniki fermentacji anaerobowej