Biologiczne oczyszczanie ścieków

Transkrypt

1 Biologiczne oczyszczanie ścieków

2 Ściek woda nie nadająca się do użycia do tego samego celu Rodzaje ścieków komunalne, przemysłowe, rolnicze Zużycie wody na jednego mieszkańca l/dobę cele przemysłowe 4700 cele rolnicze 1300 gospodarstwa domowe 150 razem 6150

3 Ścieki przemysłowe toksyczne (przemysł chemiczny + bakterie patogenne) odpowiednie strategie dla tych ścieków Do 1991 dwa parametry dla charakterystyki BZT 5 + zawiesiny Po 1991 pięć parametrów charakteryzujących ścieki komunalne i 14 dla ścieków przemysłowych: Temperatura ph ChZT BZT5

4 Biologiczne oczyszczanie ścieków

5 Biologiczne oczyszczanie ścieków

6

7 Schemat Centralnej Oczyszczalni Ścieków w Poznaniu składowisko osadów Ścieki komunalne stacja odwadniania osadu odciek skratki budynek krat zbiorniki uśredniające odciek piasek piaskowniki komory fermentacyjne osadniki wstępne zagęszczenie grawit. osad reaktory biologiczne odciek osadniki wtórne zagęszczenie mechaniczne odciek

8 Wskaźniki zanieczyszczenia ścieków dopływ * odpływ** ph około 7.0 ChZT (mgo 2 /dm 3 ) BZT 5 (mgo 2 /dm 3 ) OWO (mg/dm 3 ) N og (mg/dm 3 ) N + NH4 (mg/dm 3 ) 50 5 P org (mg/dm 3 ) zawiesina ogólna (mg/dm 3 ) * typowe wartości parametrów dla ścieków surowych w COŚ w Poznaniu, ** wartości parametrów ścieków oczyszczonych (poniżej dopuszczalnych limitów określonych przez odpowiednie przepisy).

9 Kontrola parametrów ścieków Miejsca poboru: ścieki dopływające do oczyszczalni, ścieki dopływające do reaktorów biologicznych, ścieki odpływające z osadnika wtórnego.

10 Oczyszczanie biologiczne Warunki: biodegradowalny substrat organiczny stosunek C:P 30:1 stosunek C:N 12:1 ph tlen rozpuszczony 1 5 mg/dm 3 temperatura zależna od pory roku V 37 = (2-3) x V 20

11 Metody oczyszczania ścieków Osad czynny zawiesina (3 g suchej masy/dm 3), kłaczki o wymiarach kilku mm, mikroorganizmy: bakterie, pierwotniaki, wrotki. Złoża biologiczne zanurzane, zraszane, fluidalne. Filtry biologiczne proces oczyszczania ścieków połączony jest z filtracją. Odwrócona osmoza 1 m 3 ścieku 800 dm 3 permeatu i 200 dm 3 retendatu.

12 Budowa kłaczka biologicznie aktywna strefa (mieszane kolonie bakterii) jądro mineralne część organiczna 67-70% w tym: N org 6-8% C org ok. 30% część nieorganiczna 30-33% w tym: 20-25% CaO, 17-20% Al 2 O 3, 6-7% Fe 2 O 3, 30-35% SiO 2, 12-15% P 2 O 5.

13 Obieg azotu

14 Nitryfikacja Konieczne jest oczyszczanie ścieków z jonów amonowych, ponieważ azot amonowy jest czynnikiem zużywającym tlen. W obecności mikroorganizmów jon amonowy jest utleniany do azotynów i azotanów, co może doprowadzić do krytycznego obniżenia stężenia tlenu rozpuszczonego w wodach i zakłócić biocenozę. Ponadto stosunek NH 4+ /NH 3 zależy od ph. Powyżej wartości ph=7 wzrasta w wodach gwałtownie ilość amoniaku, który jest trujący dla ryb.

15 NH O 2 Nitrosomonas NO H + + H 2 O + E (6e) NO - Nitrobacter O 2 NO E (2e) bakterie:autotrofy, tlenowce ph

16 Proces biosyntezy biomasy Energia wytwarzana podczas utleniania jonów amonowych i azotynowych jest zużywana przez nitryfikatory przede wszystkim do wytwarzania biomasy: 4 CO 2 + HCO 3 - +NH H 2 O C 5 H 7 NO 2 + O 2 1 mol NH mola biomasy czyli 1 g N-NH g biomasy

17 Denitryfikacja NO - 3 NO - 2 NO N 2 O N 2 Mikroorganizmy: heterotrofy, fakultatywne beztlenowce Pseudomonas, Paracoccus, Bacillus, Alcaligenes Substraty energetyczne: cukry, alkohole, kwasy organiczne, aminokwasy ph

18 W zależności od rodzaju źródła węgla i ph obserwuje się różny przebieg procesu denitryfikacji: azotany są redukowane do azotu cząsteczkowego bez gromadzenia się produktów pośrednich, zachodzi akumulacja azotynów, które następnie są redukowane do tlenków azotu i azotu cząsteczkowego, jednoczesne powstawanie azotynów, tlenków azotu i azotu cząsteczkowego.

19 Beztlenowy łańcuch oddechowy Paracoccus denitrificans Fp białko flawinowe UQ ubichinon Cyt - cytochrom

20 Reduktaza azotanowa zawiera molibden i jest enzymem błonowym, który uzyskuje elektrony bezpośrednio z puli ubichinonu. Synteza reduktazy azotanowej zachodzi najefektywniej w czasie wzrostu w warunkach beztlenowych, w obecności azotanów. Pozostałe reduktazy (azotynowa, tlenku azotu i podtlenku azotu) uzyskują elektrony z puli ubichinonu pośrednio, przez kompleks cytochromu bc 1. Jednocześnie, na skutek działania pompy protonowej, protony przemieszczają się z cytoplazmy do przestrzeni peryplazmatycznej, co powoduje wytworzenie się gradientu protonowego (różnicy potencjałów) po obu stronach błony. Reduktazy te są inhibitowane przez tlen. Obecność tlenu powoduje akumulację azotynów, które w dużym stężeniu hamują wzrost bakterii.

21 Defosfatacja Mikroorganizmy Poly P bakterie, Acinetobacter Proces dwuetapowy: w warunkach anaerobowych następuje magazynowanie lotnych kwasów tłuszczowych w postaci substancji zapasowych np. kwasu poli- hydroksymasłowego (PHB). Energia konieczna do tego procesu pochodzi z rozkładu polifosforanów (obserwuje się uwalnianie fosforanów do środowiska), w warunkach tlenowych lub anoksycznych (niedotlenionych) zachodzi rozkład PHB (które stanowią endogenne źródło węgla) i magazynowanie fosforanów.

22 Biologiczne usuwanie fosforu warunki anaerobowe warunki aerobowe lub anoksyczne

23 Schemat usuwania fosforu i azotu w głównym ciągu technologicznym biologicznego oczyszczania ścieków

24 Gospodarka osadowa Produkcja osadów: w Poznaniu około t /rok Osady poddaje się: odwadnianiu (70%), 56% substancji org., 6% N org chemicznej stabilizacji, higienizacji. Sposoby wykorzystania rolnictwo, budownictwo, produkcja biogazu (po etapie zagęszczenia, przed odwodnieniem).