Justyna Morawska-Płoskonka
Metody biotechnologiczne w
ochronie środowiska
Wykład 2
2
Fosfor
Fosfor
Polifosforany (w syntetycznych środkach piorących), rozpadają się w
Występuje w formie związków mineralnych i organicznych (w stanie
procesie hydrolizy do ortofosforanów. Szybkość tego procesu zależy
rozpuszczonym, koloidalnym) oraz w zawiesinach i w osadach dennych.
od pH, temperatury oraz stopnia rozwoju biocenozy w odbiorniku.
Poszczególne formy (tj. fosforany, fosfor organiczny,
W rzece na zawartość związków fosforu wpływa sedymentacja
fosforowodory) są w różnym stopniu przyswajalne przez organizmy;
zawiesiny. Małe prędkościach przepływu - opadanie cząsteczek
ulegają wzajemnej konwersji w reakcjach enzymatycznych
zawiesiny, zawierających frakcje fosforu nierozpuszczonego oraz
zaadsorbowanych powierzchniowo związków rozpuszczonych fosforu.
Najważniejsze są fosforany: ortofosforany, polifosforany i fosforany
organiczne.
Warstwa powierzchniowa osadów dennych, warunki tlenowe
proces mineralizacji związków fosforoorganicznych. Warstwy
Część fosforanów uwalnianych z organicznych związków
głębsze rozkład anaerobowy tych związków
fosforu jest reasymilowana w procesach biochemicznych.
Okres wegetacyjny fosforany są asymilowane przez glony, które w
Część tworzy z kationami Ca. Mg, Al lub Fe trudno rozpuszczalne
rzekach swobodnie płynących są zwykle transportowane aż do morza.
fosforany sedymentujące do osadów dennych. W warunkach
W spiętrzonych rzekach, po obumarciu glonów, zawarty w nich fosfor
beztlenowych fosforany mogą być z nich uwalniane w reakcjach
ponownie wraca do roztworu.
wymiany z siarczkami lub siarkowodorem.
3 4
1
Globalny obieg fosforu Uproszczony obieg fosforu w środowisku wodnym
Fosfor wprowadzony
do odbiornika nie ma
drogi wyjścia. Jego
postępująca
akumulacja prowadzi
do starzenia się
jezior. Obumierająca
masa zielona
recyrkuluje fosfor
do środowiska
wodnego poprzez
beztlenową hydrolizę
w osadach dennych
5 6
Fosfor - magazynowanie polifosforanów
Mechanizmy odpowiedzialne za
przez mikroorganizmy
gromadzenie się polifosforanów
Zawartość fosforu: 2-3% s.m. komórki bakterii, 0,4-4,5% s.m. pleśni oraz
- wzmożone pobieranie fosforanów w warunkach okresowego
0,8-2,6% s.m. drożdży.
ograniczania stężenia azotu lub siarki w podłożu;
Niektóre gatunki zdolność zwiększonego pobierania fosforanów i ich
wewnątrzkomórkowego magazynowania w jako polifosforany (poli-P).
- nadmierna kompensacja fosforanów występująca po okresie niedoboru
fosforanów, kiedy fosfor ponownie pojawia się w podłożu w dużym stężeniu.
Polifosforany kumulują się w różnych miejscach komórki bakterii, np. jako
ziarna wolutyny w cytoplazmie
Wody powierzchniowe, w których okresowo może dochodzić do niedoboru
Stanowią rezerwę fosforanów komórkowych, dzięki temu w komórce może fosforanów;
następować fosforylacja ADP do ATP, oraz mogą służyć jako zródło fosforu
do budowy struktur komórkowych.
- zwiększone biologiczne usuwanie fosforanów, które uzyskuje się w
warunkach beztlenowo-tlenowych. Mechanizm ten jest obecnie powszechnie
W komórkach mogą być gromadzone:
wykorzystywany w oczyszczalniach ścieków.
- cykliczne skondensowane metafosforany MenPnO3n (n wynosi 3 lub 4),
- liniowe skondensowane polifosforany Men+2PnO3n+1 (gdzie n = 104),
7 8
- usieciowane skondensowane polifosforany.
2
Synteza polifosforanów Wiązanie fosforu w procesie
oczyszczania ścieków
(Pi)n + ATP "! (Pi)n+1 + ADP ; Pi - stężenie ortofosforanów;
kinaza polifosforanowa, polifosfataz, reakcja odwracalna
Warunki beztlenowe:
Bakterie kumulujące polifosforany pobierają z otoczenia proste
niski stosunek ATP do ADP hydroliza polifosforanów i fosforylacja ADP
do ATP wzrost wykładniczy hamowanie aktywności kinaz duża związki organiczne i syntezują kwas poli--hydroksymasłowy
szybkość wzrostu brak akumulacji polifosforanów
(PHB). Energia pochodzi z hydrolizy wewnątrzkomórkowych
polifosforanów.
brak N lub S hamowanie wzrostu wzrost ATP:ADP kumulowanie
pobranych fosforanów w postaci polifosforanów dodanie brakującego
Warunki tlenowe:
składnika hydroliza polifosforanów biosynteza kwasów nukleinowych.
PHB jest zródłem energii i węgla. Energia uzyskana w wyniku
rozkładu PHB jest zatrzymywana w komórce dzięki
deficyt fosforanów hamowanie syntezy ATP zmniejszenie ilości
fosforanów przenoszonych przez błonę komórkową (transport aktywny)
wewnątrzkomórkowej kumulacji polifosforanów.
wprowadzenie fosforanów do podłoża wzmożone pobieranie i akumulacja
Fosforany są pobierane ze środowiska i gromadzone w komórkach
polifosforanów
bakterii jako poli-P.
9 10
Mikroorganizmy wiążące fosfor
Charakterystyka ścieków
Ścieki miejskie mieszanina wód zużytych w gospodarstwach domowych, w
drobnych zakładach przemysłowych, w zakładach usług komunalnych z
Rodzaj: Acinetobacter, min., Acinetobacter iwoffii
wodami infiltrującymi do kanalizacji przez nieszczelność sieci. Mogą
Inne: Aerobacter aerogenes, Pseudomonas vesicularis,
zawierać także wody opadowe.
Escherichia coli
- Ścieki bytowo-gospodarcze
Mikroorganizmy akumulują polifosforany niskocząsteczkowe i - Ścieki przemysłu miejskiego
wysokocząsteczkowe.
- Ścieki opadowe (deszczowe)
Wysokocząsteczkowe - rezerwa komórkowa,
Niskocząsteczkowe: - uwalnianie fosforu w fazie beztlenowej - Wody infiltracyjne, drenażowe (przypadkowe)
- Fekalia
- Nielegalne zrzuty ścieków
11 12
3
Zanieczyszczenia produkowane przez przemysł
Dzienna produkcja ścieków ze zródeł
nieprzemysłowych w przeliczeniu na osobę
Rodzaj przemysłu Substancje zanieczyszczające
Przemysł celulozowy sulfonian ligninowy (rozkład wymaga dużej ilości tlenu)
Miejsce produkcji Objętość ścieków
P. cukierniczy saponina buraczana (atakuje skrzela ryb, detergent?),
[l/osobę/dobę]
wytłoki buraczane (zużywają znaczną ilość tlenu)
Małe gospodarstwa domowe 120
P. chemiczny chlorofenole (silnie toksyczne, rakotwórcze).
Luksusowe gospodarstwa domowe 200
P. włókien syntetycznych sulfonian sodu (zużywa znaczną ilość tlenu)
Hotele z osobnymi łazienkami 150
Hutnictwo cynku arsen (wysoce toksyczny) i siarczany
Galwanizernie chromiany, kadm, cyjanki (toksyczne)
Restauracje (ścieki z toalet i kuchni na klienta) 30-40
P. potasowy ługi pokrystalizacyje
Kamping z ograniczonymi udogodnieniami sanitarnymi 80-120
Gazownie i koksownie fenole
Szkoły dzienne ze stołówkami 50-60
Górnictwo węgla kamiennego zasolone wody dołowe z dużą zawartością pyłu
węglowego
Internaty okres nauki 150-200
Pralnie mydła, detergenty, środki czyszczące
Biura czas pracy 40-50
P. spożywczy tłuszcze, cukry, serwatki i inne odpady organiczne
(zużywają znaczne ilości tlenu)
Fabryki w przeliczeniu na 8-godzinna zmianę 40-80
P. ciepłowniczy i elektrownie wody pochłodnicze o wysokiej temperaturze, odtlenione
13 14
Przykłady zużycia wody przez przemysł Klasyfikacja zanieczyszczeń w
ściekach miejskich I
Produkt Zużycie wody [l]
1 l przerobionego mleka 2-7
- Ciała stałe rozpuszczone, zawiesiny opadające i nieopadające; organiczne i
1 l przerobionego piwa 20-25
nieorganiczne
1 kg krochmalu 24-28
1 kg margaryny 40-60
- Substancje nieorganiczne, takie jak chlorki, azotany, fosforany,
1 kg cukru 12-60
siarczany, węglany czy metale
1 kg węgla 1-5
1 kg stali Około 10
- Materia organiczna określana ogólnymi oznaczeniami typu BZT, ChZT, OWO
1 kg papieru 100-1000 lub specyficznymi metodami analitycznymi, np. chromatografia gazowa
Objętość ścieków przemysłowych określa się iloczynem wielkości
- Drobnoustroje, zwłaszcza chorobotwórcze bakterie pierwotniaki i robaki
zakładu w określonym czasie i objętości ścieków odniesionej do
15 16
jednostki produktu lub surowca.
4
Stan ścieków
Klasyfikacja zanieczyszczeń w
ściekach miejskich II
Ścieki świeże: do kilku mg O2 * l-1, ziemisty zapach, mały stopień
rozłożenia cząstek organicznych - po przesączeniu ścieki te wykazują
wysoki stopień przezroczystości.
- Fizyczne (zawiesina, mętność, barwa)
Zagniwalność: czas (w godzinach lub dobach), po upływie którego w
ściekach rozpoczynają się procesy beztlenowe (procesy gnicia),
- Chemiczne (związki organiczne i nieorganiczne rozpuszczone)
charakteryzujące się wydzielaniem siarkowodoru. Zagniwanie ścieków:
wysoka temperatura (lato), złe przewietrzanie (np. kanały o małym spadku).
- Biologiczne (drobnoustroje)
Ścieki świeże - zagniwanie po 2-8 godzinach;
Ścieki biologicznie oczyszczone - po około 5 dobach.
Ścieki dowożone do oczyszczalni taborem asenizacyjnym - z reguły
zagniłe. Wydzielają zapach siarkowodoru, czarnoszara barwa, po
przesączeniu mniej przezroczyste niż ścieki świeże.
17 18
Oznaczanie ilości związków
Uproszczony schemat oznaczania BZT5
organicznych - BZT
BZT (Biologiczne Zapotrzebowanie na Tlen) ilość
tlenu potrzebna bakteriom do utlenienia (biologicznie
rozkładalnych) związków organicznych w warunkach
tlenowych w temperaturze 20C.
Badane ścieki rozcieńcza się znaną ilością dobrze
natlenionej wody.
19 20
5
Oznaczanie ilości związków
Ogólny węgiel organiczny OWO
organicznych - ChZT
ChZT (Chemiczne Zapotrzebowanie na Tlen) - ilość utleniacza
potrzebna na utlenienie składników zawartych w ściekach w ściśle
Zawartość OWO oznacza się zwykle po spaleniu
określonych warunkach przeliczona na równoważną ilość tlenu
substancji organicznych do CO2, który następnie
wyrażona w mg O2l-1. Utleniaczami do oznaczania ChZT są:
nadmanganian potasu (utlenialność), dichromian potasu i jodan potasu.
oznacza się np. spektrofotometrycznie w
podczerwieni lub metodą miareczkowania
Wartość ChZT jest zawsze wyższa od BZT całkowitego (to znaczy
BZT20 mierzonego po 20 dniowej inkubacji) i najczęściej 1.4 raza
większe niż BZT5
21 22
Biogenne zanieczyszczenia chemiczne Biogenne zanieczyszczenia chemiczne
Azot: stopnie utlenienia - od III (azot amonowy) do +III w azotynach i
Fosfor: ortofosforany (około 50-70% fosforu ogólnego), polifosforany
+V w azotanach. Azot organiczny występuje w formie rozpuszczonej i
oraz związki organiczne - niskocząsteczkowe polifosforany i
nierozpuszczonej. Związki organiczne: białka i aminokwasy, mocznik, kwas
organicznie związane fosforany.
moczowy, pirydyna, aminy. Mocznik i łatwo rozkładalne organiczne związki
azotu ulegają hydrolizie i są przekształcane na drodze mikrobiologicznej
w azot amonowy.
Chemiczne formy fosforanów i polifosforanów zależą od składu
ścieków, a przede wszystkim od odczynu (pH) oraz obecności innych
kationów, w szczególności: Ca, Mg, Al, Zn.
Przy pH 7,5 dominują ortofosforany - H2PO4-, HPO42-, pirofosforany-
HP2O73- oraz politrifosforany - HP3O104- .
W środowisku obojętnym fosforany (PO43-) oraz wodoro- i di-
wodorofosforany (HPO43- i H2PO4-) wykazują małą rozpuszczalność.
Większą rozpuszczalnością charakteryzują się polifosforany, a
zwłaszcza jon trifosforanowy (P3O105-).
23 24
6
Zanieczyszczenia refrakcyjne, toksyczne
Inne zanieczyszczenia chemiczne
- metale ciężkie
Refrakcyjne: nie podlegają bądz podlegają jedynie
- pestycydy
w minimalnym stopniu rozkładowi biologicznemu za
- wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (np.
pośrednictwem mikroorganizmów.
benzopiren)
- substancje mineralne takie jak metale ciężkie
- aminy aromatyczne (np. aminonaftalen, aminostilben)
- niektóre substancje powierzchniowo czynne (np.
- nitrozaminy (np. nitrozodimetyloamina NDMA)
alkiobenzenosulfonian ABS)
- polichlorowane dwufenyle (PCB)
- środki owadobójcze (insektycydy) głównie z grupy
- dioksyny
związków chloroorganicznych (DDT)
- trójchlorometany (np. chloroform)
- substancje promieniotwórcze
25 26
Zanieczyszczenia biologiczne
Wody opadowe
Deszcz, śnieg, grad, rosa itp. O ich składzie decyduje stan
Drobnoustroje - wirusy, bakterie i grzyby, a także
czystości atmosfery, do której trafiają zanieczyszczenia
jaja robaków pasożytniczych
naturalne i antropogeniczne
Zanieczyszczenia: węgla, tlenki azotu (NOx), węglowodory
(HxCy), tlenki siarki (SOx), sole wapnia i magnezu,
mikroorganizmy, pyły, sadze i pyłki roślinne, pyły i metale,
pestycydy, pierwiastki radioaktywne
27 28
7
Wody powierzchniowe Wody podziemne
Wody znajdujące się pod powierzchnią terenu tworzą tzw.
Rzeki, potoki, strumienie, jeziora, stawy, sztuczne
retencję podziemna, na którą składa się retencja glebowa,
zbiorniki itp.
gruntowa i podziemna głęboka.
Są najważniejszym odbiornikiem ścieków, a Wody powierzchniowe infiltrując przez warstwy powierzchniowe
gleby zasilają wody glebowe (wody strefy areacji) i wilgoć glebową.
równocześnie stanowią główne zródło zaopatrzenia w
wodę do picia wielu aglomeracji miejskich.
Główny problem - niewielka prędkość samooczyszczania, która nie
Są niezbędne w procesach technologicznych prawie
pozwala na odnowę zasobów w tempie choć w części podobnym np.
wszystkich gałęzi przemysłu oraz rolnictwie.
do odnowy płynących wód powierzchniowych
29 30
Odbiorniki ścieków Wody płynące
Środowisko wodne (wody morskie lub śródlądowe) lub gruntowe.
Najczęstszy, bezpośredni odbiornik ścieków
Śródlądowe wody powierzchniowe:
Ilościowe zasoby wód płynących powstają z opadów
- płynące (rzeki, strumienie, kanały, rowy itp)
- stojące (jeziora, stawy itp.).
atmosferycznych i zrzutów wód zużytych do zbiornika
Środowisko gruntowe: warstwa przypowierzchniowa użytków rolnych lub
Woda z opadów atmosferycznych do koryta rzecznego może trafić
leśnych wykorzystywana do tzw. rolniczego wykorzystania ścieków (RWŚ).
drogą powierzchniową lub podziemną
Odbiornikiem ścieków nie mogą być wody gruntowe. Niestety, przez pola
przeciążone RWŚ wody gruntowe są zasilane ściekami i zanieczyszczane.
31 32
8
Ścieki wprowadzane do środowiska
Klasy czystości wody
wodnego nie mogą w nim powodować:
Klasa I: przeznaczone do zaopatrzenia ludności w wodę do picia lub
zakładów wymagających wody o jakości wody do picia (przemysł spożywczy,
a) tworzenia się piany, widocznej warstwy (filmu) olejowej, złogów osadów,
farmaceutyczny itp.) i do bytowania w warunkach naturalnych ryb
łososiowatych.
b) zmian naturalnej barwy, mętności i zapachu,
Klasa II: wody nadające się: do bytowania w warunkach naturalnych
c) występowania odpadów stałych i ciał pływających,
innych ryb niż łososiowate, do chowu i hodowli zwierząt gospodarskich,
d) wzrostu zawartości węglowodorów chlorowanych (DDT, PCB, PCT i
do rekreacji, sportów wodnych i urządzania zorganizowanych kąpielisk.
produktów ich rozpadu),
Klasa III: wody nadające się do: zaopatrzenia zakładów
e) zmian w naturalnej biocenozie,
przemysłowych, nawodnień rolniczych i upraw ogrodniczych.
f) zwiększenia ilości patogennych drobnoustrojów pochodzących z obiektów
Obecnie - zarządzenie Ministra OŚZNiL z 5.11.1991 r., ustalające
lecznictwa chorób zakaznych.
najwyższe dopuszczalne wartości wskazników zanieczyszczeń w
33 34
ściekach wprowadzanych do wód i do ziemi.
Grupy wskazników jakości wód
Do ziemi mogą być wprowadzane ścieki o
odpowiednim składzie ale pod warunkiem, że:
1) podstawowe,
2) eutroficzne,
a) zwierciadło wód podziemnych znajduje się co najmniej
1,5 m poniżej poziomu wprowadzania ścieków do ziemi;
3) nieorganiczne,
b) nie zagrażają jakości wód podziemnych.
4) nieorganiczne niebezpieczne,
5) organiczne niebezpieczne.
35 36
9
Wskazniki podstawowe
Wskazniki nieorganiczne
Temperatura
Odczyn pH
Twardość wody
Zawiesiny
Zanieczyszczenia organiczne
Chlorki
Siarczany
Sód, potas
Wskazniki eutroficzne
Substancje rozpuszczone
Związki biogenne: azot amonowy, azot azotanowy, azot ogólny
Żelazo
i fosfor ogólny.
37 38
Wskazniki niebezpieczne - organiczne
Wskazniki niebezpieczne - nieorganiczne
Aldehyd mrówkowy
Arsen
Rtęć
Kadm Cyjanki
Fenole lotne
Bar
Srebro
Miedz Pestycydy
Fluorki
Bor
Substancje powierzchniowo
Nikiel
Wanad
Cynk
czynne
Siarczki i
Chrom Ołów
siarkowodór Substancje ekstrahujące się eterem naftowym
Rodanki
Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne WWA
39 40
10
Oczyszczanie ścieków
Procesy biochemiczne - mineralizacja
Stopnie
Mineralizacja - rozkład związków organicznych przez
mikroorganizmy do prostych związków nieorganicznych.
1. Mechaniczne (cedzenie, rozdrabnianie, sedymentacja, flotacja)
2. Fizyczno-chemiczne (flotacja, sorpcja, neutralizacja, procesy redoks)
I faza: biodegradacja związków wielkocząsteczkowych (węglowodanów,
tłuszczów, białek) do aminokwasów, kwasów tłuszczowych, cukrów
3. Biologiczne
prostych i innych, oraz wydzielenie dwutlenku węgla, wody, amoniaku,
fosforanów, siarczków itp.
Cztery stopnie oczyszczania:
I stopnia - wstępne (najczęściej fizyczne)
II faza, proces tlenowy: utlenianie produktów nieorganicznych, np.
amoniaku do azotanów w procesie nitryfikacji.
II stopnia - biologiczne lub równorzędne chemiczne usuwanie
zanieczyszczeń rozpuszczonych
II faza, proces beztlenowy: produkcja gazów (dwutlenek węgla i metan)
oraz związków amoniaku i siarki.
III stopnia - doczyszczanie ścieków z usuwaniem substancji biogennych
(zw. azotu, fosforu)
Kompletna mineralizacja wymaga następstwa procesu tlenowego, który
utlenia produkty fermentacji do tlenków azotu, siarki i węgla.
IV stopnia - odnowa wody (usuwanie resztkowych zanieczyszczeń).
41 42
Rodzaje oczyszczalni
Oczyszczanie ścieków
- wstępne mechaniczne oczyszczanie ścieków z zagospodarowaniem
osadów,
1) Oczyszczanie 2) Osadniki 3) Procesy 4) Osadniki
- pełne mechaniczne (lub mech.-chem.) i przeróbka osadów
wstępne wstępne biologiczne wtórne
pościekowych,
- pełne mechaniczne (lub mech.-chem.) i biologiczne oraz przeróbka
osadów pościekowych,
- pełne mechaniczne i biologiczne oczyszczanie, usuwanie
5) Osad do dalszej
azotanów i fosforanów, przeróbka osadów pościekowych.
obróbki i składowania
5) Osad do dalszej
obróbki i składowania
43 44
11
Dopływ
Oczyszczona woda
Usuwanie ze ścieków substancji
Oczyszczalnia ścieków w Gliwicach Kraty
stałych, o stosunkowo dużych
rozmiarach
1
2
3
4
5
22
6
16
8
12
13
21 20 11
15
9
7
14
10
17
19
18
45 46
Odtłuszczanie
Piaskowniki
Usuwanie żużlu, piasku, drobnych kamieni,
pestek, zmielonej kawy itp. (tzw. piasku)
Zachodzi w wyniku procesu flotacji
porywania przez pęcherzyki powietrza
(lub innego gazu) cząstek lżejszych od
cieczy na powierzchnię, gdzie tworzą
pływającą błonę lub kożuch
47 48
12
Osadniki wstępne
Osadniki wstępne
Usunięcie zawiesin łatwo opadających poprzez zapewnienie wystarczająco
powolnego przepływu laminarnego ścieków, pozwalającego opaść zawiesinom,
które mają masę rzędu 1,1 g*cm-3
Usuwają do 60 - 70% całkowitej zawiesiny organicznej oraz ok. 30% BZT5
Produkują osad wstępny, który po fermentacji kwaśnej (uzyskanie prostych
kwasów lotnych) pozwala wspomagać biologiczne procesy usuwania N i P
Usuwają tłuszcze i oleje;
Częściowo wyrównują nierównomierność przepływu i ładunku ścieków
dopływających do części biologicznej;
Przyczyniają się do zmniejszenia ilości nadmiernego osadu czynnego
49 50
Parametry istotne w oczyszczalni
Biologiczne
oczyszczanie ścieków
1. Hydrauliczny czas zatrzymania ścieków, th, (h)
V
th =
Q natężenie dopływu,
Q
V objętość czynna reaktora,
Biomasa zawieszona Osad Czynny
" Bakterie są utrzymywane w zawieszeniu dzięki procesowi
V * X V
2. Czas zatrzymania biomasy,
2
mieszania
Q = =
w przypadku osadu czynnego wiek osadu, Q, (d)
" Stężenie bakterii w osadzie jest kontrolowane przez objętość Q * X Q
2
reaktora albo przez recyrkulację biomasy poprzedzaną X2 stężenie osadu czynnego w odpływie
sedymentacją (wiek osadu)
Przy założeniu, że X1 (stężenie osadu w dopływie) jest bliskie 0,
szybkość wzrostu mikroorganizmów jest równa szybkości, z jaką
Biomasa przyczepiona - Złoża Biologiczne
biomasa jest odprowadzana z reaktora (D - szybkość rozcieńczania):
" Bakterie są przyczepione do podłoża w postaci błony biologicznej
" Dobra metoda do używania wolno rosnących lub też
Q
dX Q
D =
zaaklimatyzowanych bakterii = - * X = -D * X
2 2
V dt V
51 52
13
Osad czynny Osad czynny
1
1914 reaktor sekwencyjny napełniany porcjowo (SBR)
2
W wyniku procesu oczyszczania następuje produkcja aktywnej masy
3
mikroorganizmów, które są zdolne rozkładać w sposób biologiczny
4
5
22 materię organiczną.
16 Doprowadzanie ścieków do reaktora, w którym znajduje się w stanie
8
6
12
13
zawieszenia tlenowa kultura bakteryjna.
21 20 11
15
9
7
Rozdzielenie oczyszczonych juz ścieków od bakterii i ich
14
10
odprowadzenie z układu.
17
Materia organiczna + Tlen + Substancje pożywkowe +
19
18
Mikroorganizmy = Nowe mikroorganizmy + Dwutlenek węgla +
Woda + Energia do życia
53 54
Zasada działania
Procesy metaboliczne w osadzie czynnym
osadu czynnego
Respiracja i synteza respiracja i produkcja
C = R+P
Mikroorganizmy
Mechaniczne napowietrzanie lub wprowadzanie sprężonego powietrza
również w celu utrzymania całej zawartości komory w stanie zawieszenia
Mieszanina starych i nowo powstałych mikroorganizmów przepływa wraz z
ściekami do osadnika wtórnego, gdzie następuje oddzielenie osadu od
oczyszczonych ścieków
Rozpuszczona i koloidalna materia organiczna
Osad recyrkulowany (OR): zawracana do komory osadu czynnego w celu
zapewnienia stałej stężenia biomasy w komorze osadu czynnego (KOCz)
Osad nadmierny (ON): przyrosły w wyniku rozmnażania się organizmów,
Osad nadmierny
+ =
usuwany z układu
55 56
14
Siła ciążenia
Reaktory i osadniki
Ogólna zasada działania
reaktorów z osadem
Reaktor biologiczny
Zagęszczanie osadu pierwotnego
Oczyszczanie Osadniki Procesy Osadniki
wstępne wstępne biologiczne wtórne
Zbiornik osadu nadmiernego
Osad
Osad
nadmierny
Osad
nadmierny
recyrkulowany
Mikroorganizmy
" Utleniają organiczną część ścieków do CO2, azotanów i wody
Osad nadmierny
" Asymilują większość pozostałej materii organicznej zawieszonej i koloidalnej. Zagęszczacz osadu nadmiernego
57 58
Mikroorganizmy w osadzie czynnym
Bakterie osadu czynnego
Bakterie, grzyby, pierwotniaki i wrotki; glony
Związki organiczne: bakterie heterotroficzne, głównie z rodzaju
Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Alcaligenes, Moraxella
Rozwój i utrzymanie przy życiu organizmów, które usuwają i
i Flavobacterium.
zużywają substancje obecne w ściekach
Nieorganiczne związki azotu są utleniane do azotynów i azotanów
Utworzenie kłaczków osadu, które będą dobrze
przez bakterie nitryfikacyjne Nitrosomonas i Nitrobacter.
sedymentować w osadniku wtórnym tworząc na jego dnie
dobrze zagęszczony osad do recyrkulacji
W warunkach tlenowych - utlenianie zredukowanych związków
siarki do siarczanów z udziałem bakterii z rodzaju Thiobacillus.
Produkcja klarownych, oczyszczonych ścieków
59 60
15
Dopływ
Oczyszczona woda
Bakterie chemoheterotroficzne
Bakterie chemoheterotroficzne
Magazynujące fosfor
Denitrifikacja: Pseudomonas, Bacillus, Alcaligenes, Achromobacter,
Rodzaje: Acinetobacter, min., Acinetobacter iwoffii; Aerobacter
Arthrobacter, Flavobacterium, Moraxella, Chromobacterium i Hyphomicrobium
aerogenes, Pseudomonas vesicularis, Escherichia coli
Acinetobacter
Bacillus
Akumulacja PHB
Pseudomonas
Escherichia coli
Inkluzje Poli-P
61 62
Alcalicens
Bakterie autotroficzne Kłaczki
Kłaczki
Nitrobacter
Nitrosomonas
Woda
63 64
16
Reaktory z przepływem ciągłym
Azot i fosfor w osadzie czynnym
1
4
3
dopływ
odpływ
2
O.wt.
KOCz
C1, X1, Q1 C4, X4, (Q1-Q6)
V, X2
Nitryfikacja azotu amonowego, który powstał w wyniku
Os.n
hydrolizy białek. Zawartość azotu: około 5-10% Os.rz 5 6
C5, X5, O5
C6, X6, Q6
Fosfor głównie w postaci ortofosforanów.
KOCz - komora osadu czynnego, O.wt. - osadnik wtórny;
Zawartość fosforu: około 1-2%
linia czarna - przepływ ścieków, linia czerwona - przepływ osadu czynnego
recyrkulowanego (Os.rz) oraz nadmiernego (Os.n.).
C - zawartość zanieczyszczeń, X -zawartość osadu czynnego, Q - natężenie
przepływu ścieków, V - objętość komory osadu czynnego;
65 66
indeksy przy symbolach numery kolejnych obiektów oczyszczalni
Poprawa efektywności procesu oczyszczania Poprawa efektywności procesu oczyszczania
Zasada stabilizacji kontaktowej Oczyszczalnia ze strefą kontaktu
dopływ dopływ
odpływ odpływ
O.wt. O.wt.
S
KOCz KOCz
Os.rz Os.n. Os.rz Os.n.
KS
KOCz - komora osadu czynnego, KS - komora stabilizacji, O.wt. - osadnik wtórny;
KOCz - komora osadu czynnego, S - selektor, O.wt. - osadnik wtórny;
linia czarna - przepływ ścieków, linia czerwona - przepływ osadu czynnego
linia czarna - przepływ ścieków, linia czerwona - przepływ osadu czynnego
recyrkulowanego (Os.rz) oraz nadmiernego (Os.n.)
recyrkulowanego (Os.rz) oraz nadmiernego (Os.n.)
67 68
17
Parametry osadu czynnego Biocenoza osadu czynnego
C1 *Q1 (kg BZT5*m-3*d-1)
Obciążenie komory osadu czynnego
Bv =
V
ładunkiem zanieczyszczeń:
Destruenci (bakterie, grzyby, pierwotniaki) stanowią ok. 95%
ogólnej liczebności organizmów oraz ok. 50% masy kłaczków osadu.
Bv - obciążenie komory osadu czynnego ładunkiem zanieczyszczeń (kg*m-3* d-l)
(BZT5, ChZT),
C1 - stężenie zanieczyszczeń (BZT5, ChZT) w ściekach dopływających (g*m-3)
Konsumenci I rzędu (bakteriożercy);
V objętość reaktora,
bakteriożerne wiciowce, korzenionóżki, orzęski, wrotki, nicienie
Q1 natężenie dopływu
.
C1 *Q1 (kg BZT5*kg-1 s.m.*d-1)
Obciążenie osadu
Bx =
ładunkiem zanieczyszczeń:
V * X2
Konsumenci II rzędu (drapieżniki): orzęski drapieżne
Bx - obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń (g*g-l s.m*d-1) (BZT5, ChZT),
X2 - zawartość zawiesin w osadzie czynnym (kg s.m.*m-3)
69 70
Organizmy wskaznikowe - pierwotniaki Organizmy wskaznikowe - pierwotniaki
Sarcodina (formy amebowe) Mastigophora (Flagellates)
Entamoeba histolytica
Peranema
Amoeba proteus
Euglena
Actinosphaerium
71 72
18
Organizmy wskaznikowe - pierwotniaki Organizmy wskaznikowe - pierwotniaki
Ciliata osiadłe Ciliata wolnożyjące
Bursaria
Opercularia sp.
Carchesium sp.
Vorticella convallaria
Paramecium
Didinium zjadające Paramecium
73 74
Rotifera - Wrotki Nicienie
Lecane sp
Euchlanis
75 76
19
Puchnięcie osadu czynnego Puchnięcie osadu czynnego
Nadmierny wzrost bakterii nitkowatych uniemożliwiając tworzenie kłaczków
Szkielet
Osad prawidłowy
z nitek
Sphaerotilus natans
Osad nieprawidłowy bakterie nitkowate
dominują
Beggiatoa spp Gordona amarae
77 78
Puchnięcie osadu Spienianie się osadu czynnego
Moraxella parvicella
Nocardia limicola
Spowodowane przez nierozkładalne związki powierzchniowo czynne i
obecność niektórych bakterii nitkowatych
Piana z osadem pływa po powierzchni reaktora, trudna do
mechanicznego zniszczenia, może przepływać do osadnika wtórnego
79 80
20
Zapobieganie rozwojowi bakterii nitkowatych
Powody pojawiania się bakterii nitkowatych
chlorowanie
niskie stężenie rozpuszczonego tlenu
zwiększenie intensywności napowietrzania
niskie obciążenie układu, szczególnie w układach
o pełnym wymieszaniu,
wapnowanie - wapno palone lub wodorotlenek wapnia dodawany do osadu
recyrkulowanego w ilości powodującej krótkotrwały wzrost pH (10,5 - 11,0)
dopływ zagniłych ścieków z zawartością siarczków
neutralizacja odczynu ścieków dopływających do komory napowietrzania
deficyt substancji pożywkowych (N,P)
dla zahamowania rozwoju bakterii wykorzystujących zredukowane
niskie pH (poniżej 6,5),
związki siarki jako donora elektronów można zastosować wstępne
strącanie lub napowietrzanie ścieków zasilającej komorę
zmiany w obciążeniu osadu ładunkiem BZT5
napowietrzania w celu zmniejszenia zawartości H2S w dopływie
81 82
Kontrola procesu osadu czynnego Recyrkulacja osadu
Osad nadmierny
Utrzymanie:
Celem usuwania ON jest utrzymanie równowagi w KOCz.
stałego wieku osadu
Dodatkowo, wpływ na: jakość odpływu; prędkość wzrostu mikroorganizmów
i rodzaj organizmów w osadzie; zużycie tlenu; zdolność do opadania osadu w
obciążenia osadu ładunkiem BZT
osadniku; występowanie pienienia i kożucha; możliwość nitryfikacji.
Metody ustalania ilości osadu do usunięcia:
stałej zawartości biomasy w komorze KOCz
Utrzymanie stałego stężenia suchej masy
dobrze sedymentującego osadu bez bakterii nitkowatych
Utrzymanie stałego obciążenia ładunkiem
właściwej prędkości poboru tlenu
Utrzymanie stałego wieku osadu
Utrzymanie stałej jakości osadu
83 84
21
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Sieci komputerowe wyklady dr FurtakWykład 05 Opadanie i fluidyzacjaWYKŁAD 1 Wprowadzenie do biotechnologii farmaceutycznejmo3 wykladyJJZARZĄDZANIE WARTOŚCIĄ PRZEDSIĘBIORSTWA Z DNIA 26 MARZEC 2011 WYKŁAD NR 3Wyklad 2 PNOP 08 9 zaoczneWyklad studport 8Kryptografia wykladBudownictwo Ogolne II zaoczne wyklad 13 ppozwyklad09Sporzadzanie rachunku przepływów pienieżnych wykład 1 i 2fcs wyklad 5Wyklad08 Zaopatrz wWodeWyklad3więcej podobnych podstron