Instrukcja_cw_3_Metody_biotechnologii.pdf

Ćwiczenie 3. Wyznaczenie parametrów technologicznych modelowego systemu

oczyszczania ścieków za pomocą „osadu czynnego”

1. Wprowadzenie

Na pracę osadu czynnego mają wpływ zarówno rodzaj, jak i stężenie zanieczyszczeń. Rodzaj

doprowadzanych zanieczyszczeń jest istotny ze względu na możliwość występowania

substancji wykazujących działanie toksyczne. Trudno rozkładalne związki organiczne

wymagają dłuższego czasu kontaktu z osadem, co uzyskiwane jest przez zmniejszenie

obciążenia, wydłużenie czasu zatrzymania czy recyrkulację ścieków oczyszczonych.

Również temperatura i odczyn wywierają istotny wpływ na oczyszczanie ścieków metodą

osadu czynnego.

Temperatura ścieków wpływa na:- lepkość cieczy,- wielkość napięcia powierzchniowego,-

stężenie tlenu rozpuszczonego,- rozpuszczalność substratów,- wymianę gazową między

organizmami a cieczą otaczającą, - szybkość reakcji biochemicznych, - opadalność zawiesin,

w tym kłaczków osadu czynnego.

Mikroorganizmy mające istotny wpływ na powstawanie i strukturę kłaczków osadu czynnego

- Zooglea ramigera , mają zakres swojego rozwoju w przedziale 10 - 40 0 C, zaś optimum

przypada w zakresie 28 - 30 0 C. Formy nitkowate bakterii np Sphaerotilus natans mają

zbliżony zakres rozwoju, jednakże mogą one już dominować w temperaturze 5 - 10 0 C, kiedy

organizmy zooglealne wykazują dopiero niewielką aktywność biochemiczną.

Temperatura w ścieków miejskich waha się w okresie letnim miedzy 15 a 25 0 C, natomiast w

okresie zimowym wynosi około 10 0 C. [1]

Odczyn ścieków bytowo - gospodarczych i komunalnych dopływających do komór osadu

czynnego mieści się w granicach pH = 7 + 0,5. Formy zooglealne organizmów osadu

czynnego wymagają optimum pH = 7 - 7,5, natomiast organizmy nitkowate rozwijają się przy

odczynie pH = 5-6. W ścieków bytowo-gospodarczych dopływających na oczyszczalnie pH

może się wahać w zakresie 6.6-8.0.

Czas napowietrzania. Parametr ten określa czas, w którym ścieki wraz z osadem czynnym są

napowietrzane, co z reguły jest równoznaczne z ich hydraulicznym czasem zatrzymania w

komorze napowietrzania. Czas zatrzymania można obliczyć ze wzoru:

Q [h]

gdzie:

V - objętość komory napowietrzania, [m 3 ],

Q - natężenie dopływu ścieków, [m 3 /h].

Czas, w którym organiczne zanieczyszczenia zostaną usunięte ze ścieków, zależy od:

T = V

rodzaju zanieczyszczeń, stężenia substancji zanieczyszczającej, ilości i aktywności osadu

czynnego, adaptacji osadu do rodzaju zanieczyszczeń, warunków środowiskowych (np.

temperatury, odczynu, proporcji substancji odżywczych, stopnia wymieszania).

Ścieki są zwykle mieszaniną substancji rozpuszczonych, z których każda usuwana jest

proporcjonalnie do upływającego czasu. Jednakże prędkość usuwania może być różna dla

każdej z rozpuszczonych substancji.

Zawartość zawiesin osadu czynnego w komorze napowietrzania . X v oznacza ile gramów

osadu (oznaczonego jako sucha masa lub sucha masa organiczna) znajduje się w 1 dm 3 (lub

m 3 ) komory napowietrzania.

X v [g s.m.o. /dm 3 ] lub [g s.m.o. /m 3 ]

Przeciętnie w komorze napowietrzania utrzymywane jest stężenie 3 - 3,5 kg s.m.o. /m 3 i dąży się

do większych wartości.

Ponieważ do komory napowietrzania doprowadzane są ścieki surowe, a odprowadzane

ścieki wraz z osadem, to dla utrzymania odpowiedniej ilości zawiesin w komorze stosuje się

zawracanie osadu z osadników wtórnych do komór napowietrzania, czyli recyrkulację .

Stopień recyrkulacji osadu -n- wyraża w procentach stosunek recyrkulowanego osadu do

ilości dopływających ścieków:

n = Q

[%]

Obciążenie komór napowietrzania ładunkiem zanieczyszczeń – A V - określa ile gramów

lub kilogramów związków organicznych (oznaczonych przez stężenie BZT 5 ) jest

doprowadzanych do jednego m 3 komory napowietrzania w ciągu doby.

A V [gBZT 5 /m 3 d] lub [kgBZT 5 /m 3 d]

A V

gdzie:

Q - natężenie przepływu ścieków, [m 3 /d],

C 0 - stężenie związków organicznych w ściekach dopływających wyrażone jako BZT 5 ,

[gBZT 5 /m 3 ],

V - objętość komory napowietrzania, [m 3 ].

Samo obciążenie komory napowietrzania nie jest czynnikiem ograniczającym efektywność

oczyszczania ścieków. W przypadku jednakowego obciążenia czasy zatrzymania ścieków w

komorze będą się wahać w zależności od ich stężenia. Stężone ścieki można przy

jednakowym obciążeniu objętościowym oczyścić w wyższym stopniu niż ścieki

„rozcieńczone”. W praktyce spotyka się obciążenia komór w zakresie 100 - 25000

gBZT 5 /m 3 d.

Q r

Obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń - A X - określa ile gramów względnie

kilogramów związków organicznych (oznaczonych przez ładunek BZT 5 ) przypada na 1 gram

suchej masy osadu czynnego w ciągu doby.

A X [gBZT 5 /g s.m.o. d] lub [kgBZT 5 /g s.m.o. d]

Pomiędzy obciążeniem komory napowietrzania A V i obciążeniem osadu A X istnieje

zależność:

A X =

[gBZT 5 /g s.m.o. d]

gdzie:

X v -zawartość zawiesin osadu w komorze napowietrzania, [g s.m.o. /m 3 ].

Obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń należy traktować jako czynnik

ograniczający działanie oczyszczające osadu, gdyż wraz z obciążeniem osadu zmienia się też

naturalnie aktywność biocenozy bakteryjnej. Dany układ osadu czynnego powinien być

obciążony ładunkiem zanieczyszczeń w takim stopniu, aby mikroorganizmy były w stanie

zużyć większość materii organicznej dopływającej wraz ze ściekami. W praktyce stosuje się

obciążenia w granicach 0,05 - 5,0 g BZT 5 /g s.m.o. d. Z przeprowadzonych szczegółowych badań

wynika, iż dla całkowitego biologicznego oczyszczania ścieków odpowiednie jest obciążenie

osadu ładunkiem BZT 5 mniejsze od 0,4 gBZT 5 /g s.m.o. d, natomiast w przypadku nitryfikacji

obciążenie to nie przekracza 0,15 gBZT 5 /g s.m.o. d.

Wiek osadu określa się jako czas, po którym cały osad zgromadzony w całym systemie

ulegnie wymianie; jest to przeciętny czas, w którym kłaczek osadu czynnego znajduje się

w systemie oczyszczania:

W =

V X

q X Q X

[doba]

+ ´

gdzie:

V - objętość komory napowietrzania, [m 3 ],

X v - zawartość zawiesin osadu w komorze napowietrzania, [g/m 3 ],

q - dobowy nadmiar osadu czynnego odprowadzany z osadników wtórnych, [m 3 /d],

X r - zawartość zawiesin w osadzie nadmiernym, [g/m 3 ],

Q - średnio dobowy przepływ ścieków, [m 3 /d],

X e - zawartość zawiesiny w ściekach oczyszczonych, [g/m 3 ],

Parametr ten jest zależny od przyjętego sposobu oczyszczania oraz od specyficznej

szybkości wzrostu mikroorganizmów. Dla procesu osadu czynnego można przyjąć, że

odwrotność szybkości wzrostu mikroorganizmów jest równa wiekowi osadu

WO ,

- specyficzna szybkość wzrostu mikroorganizmów, [1/d].

gdzie:

- specyficznej szybkości wzrostu

mikroorganizmów, tym wyższy musi być utrzymany wiek osadu, aby nie dochodziło do

ucieczki (wymywania) mikroorganizmów z układu. Przykładowo jeżeli w bioreaktorze będzie

utrzymywany wiek osadu na poziomie WO = 8 dób, to zostaną zatrzymane w nim te

mikroorganizmy dla których

wynosi 1/8 czyli 0,12 [1/d] i więcej. Drobnoustroje

charakteryzujące się mniejszą wartością

opuszczą bioreaktor, gdyż nie zdążą się w nim

namnożyć.

Indeks Mohlmana wyraża objętość w cm 3 , którą zajmuje 1 g osadu po półgodzinnym czasie

zagęszczania w leju Imhoffa. Można określić go wzorem:

I 0 =

X v

[cm 3 /g]

Indeks Mohlmana określa własności sedymentacyjne osadu oraz jego uwodnienie i jest

podstawową wielkością określającą pracę osadników wtórnych. Indeks ten waha się

w zakresie 40 - 300 cm 3 /g. Przy napowietrzaniu sprężonym powietrzem osad powinien mieć

indeks poniżej 150 cm 3 /g, natomiast przy napowietrzaniu sposobami mechanicznymi

w granicach 100 - 300 cm 3 /g.

Nadmierne uwodnienie osadu, czyli powstanie tzw. osadu spuchniętego, powoduje

niekorzystny wzrost indeksu, czyli nadmierny wzrost objętości w stosunku do masy. Wysoki

indeks nie musi być oznaką pogorszenia się aktywności biochemicznej osadu, gdyż pomimo

złych własności sedymentacyjnych może on dobrze oczyszczać ścieki. Duży wzrost wartości

indeksu objętościowego osadu może spowodować rozpad osadu: kłaczki będą ciągle mniejsze

i przez to źle sedymentujące. Przy konwencjonalnych czasach zatrzymania w osadniku

wtórnym będą one wynoszone poza układ powodując zanieczyszczenie odbiornika.

Pod względem mikrobiologicznym w osadzie spuchniętym rozwijają się bakterie

nitkowate np. Sphaerotilus, Thiotrix, Beggiatoa, które charakteryzują się luźną strukturą

i w związku z tym cząstki wody przyczepiają się do nich na dość dużej powierzchni i wskutek

tego ciężar właściwy układu woda - kłaczek jest zbliżony do ciężaru właściwego wody.

Przyczynami powstawania osadu spęczniałego mogą być:

- charakter dopływających ścieków: zmiany odczynu, wahania temperatury i BZT 5 ,

naruszenie równowagi pomiędzy pierwiastkami biogennymi C, N i P.,

- przeciążenie osadu,

- nadmierne napowietrzanie osadu.

Natlenianie komór osadu czynnego. Aby zapewnić odpowiedni przebieg procesów w

komorze napowietrzania konieczne jest doprowadzenie odpowiedniej ilości tlenu.

Zapotrzebowanie na tlen w komorze napowietrzania jest sumą zapotrzebowania na:

- oddychanie substratowe - w wyniku którego część organicznych zanieczyszczeń podlega

utlenieniu, dostarczając energię niezbędną do budowy komórek.

W celu zagwarantowania mikroorganizmom warunków tlenowych, stężenie tlenu w komorze

napowietrzania powinno wynosić minimum 0,5 mg/dm 3 . Zazwyczaj stężenie tlenu utrzymuje

się w na poziomie 2-3 mg/dm 3 we wszystkich miejscach komory.

W praktyce oznacza to, iż im mniejsza wartość

2. Cel

Wyznaczenie podstawowych parametrów technologicznych modelowego systemu

oczyszczani „osadu czynnego” wpływających na efektywność oczyszczania ścieków.

3.Wykonanie ćwiczenia

Komora

napowietrzania

StĘŻenie biomasy

x= ? (g/l)

Osadnik

Doplyw Q=?

(l/ d)

Odplyw

Stopien recrkulacji osadu r =? (%)

Rys.1 Schemat systemu osadu czynnego

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: