BIOTECHNOLOGIA OGÓLNA

Transkrypt

1 BIOTECHNOLOGIA OGÓLNA Ogólne podstawy biologicznych metod oczyszczania ścieków. Ścieki i ich rodzaje. Stosowane metody analityczne. Substancje biogenne w ściekach. Tlenowe procesy przemiany materii. Organizmy. Bakterie. Pierwotniaki. Rośliny niższe. Czynniki fizykochemiczne wpływające na organizmy. Temperatura. Odczyn. Zasadowość. Dwutlenek węgla. Potencjał oksydacyjno-redukcyjny. Aeracja. Mieszanie. Substancje pokarmowe i przemiana materii. Substancje nieorganiczne i organiczne. Chemoorganotrofia. Fotolitotrofia. Chemolitotrofia. Kinetyka przemiany materii. Dyfuzja. Procesy sorpcji. Reakcje enzymatyczne. Kinetyka układów mikrobiologicznych Ścieki i analiza ścieków. Ścieki i ich skład. Ścieki jako roztwór substratu. Podstawy procesów oczyszczania ścieków. Metoda osadu czynnego. Kompleksowy model procesu. Parametry oczyszczania. Kłaczki osadu czynnego. Obciążenie osadu. Zapotrzebowanie na tlen. Recyrkulacja osadu. Typy reaktorów. Utylizacja osadów. Metody ze złożem stałym. Przebieg procesu oczyszczania. Złoża biologiczne i ich rodzaje. Metody oczyszczania gruntowego. System ekologiczny gleba, klimat, rośliny. Nawadnianie użytków rolnych. Oczyszczanie powierzchniowe. Irygacja. Pola filtracyjne. Oczyszczanie hydrobotaniczne. 6. Naturalne samooczyszczanie. Mechanizmy. Bilans masowy. Zakłócenia i następstwa. Systemy saprobowości. 12. Wykorzystanie wód stojących do unieszkodliwiania ścieków. Stawy ściekowe. Stawy rybne. Filtry z roślin wodnych. 1

2 ŚCIEKI woda, która w wyniku użycia uległa zmianom fizycznym, chemicznym czy biologicznym i z powodu tych zmian, nie może być już użyta do tego samego celu [Hartman, 1999] ŚCIEKI są to wody zużyte odprowadzane po wykorzystaniu w gospodarstwach domowych czy w procesie technologicznym lub wytworzone w procesie technologicznym, łącznie z wodami deszczowymi w wypadku kanalizacji ogólnospławnej oraz wodami infiltracyjnymi [PN-EN 1085, 2007] 2

3 Do ścieków zaliczamy: a) wody zużyte, w szczególności na cele bytowe lub gospodarcze b) ciekłe odchody zwierzęce z wyjątkiem gnojówki i gnojowicy, przeznaczonych do rolniczego wykorzystania c) wody opadowe lub roztopowe, ujęte w otwarte lub zamknięte systemy kanalizacyjne, d) wody odciekowe ze składowisk odpadów i miejsc ich magazynowania, wykorzystane solanki, wody lecznicze i termalne, e) wody pochodzące z odwodnienia zakładów górniczych, f) wody wykorzystane, odprowadzane z obiektów chowu lub hodowli ryb łososiowatych, g) wody wykorzystane, odprowadzane z obiektów chowu lub hodowli ryb innych niż łososiowate albo innych organizmów wodnych [Prawo Wodne; Dz. U. Nr 115 poz. 1229, 2001] 3

4 4

5 Podstawowe parametry charakteryzujące ścieki: 1. Fizyczne i fizykochemiczne: barwa, mętność, zapach, odczyn ph, temperatura, przewodność elektryczna, absorpcja promieniowania UV aniony: siarczany, chlorki, azotany, fosforany Kationy: żelazo, wapń, magnez, rtęć, kadm, amonowy 2. Parametry sumaryczne materii i jej przemian: substancje nierozpuszczalne opadające substancje nierozpuszczalne nie opadające substancje rozpuszczalne, nie podlegające sedymentacji 5

6 BZT 5 biochemiczne pięciodniowe zapotrzebowanie na tlen ilość tlenu jaką wymagają do utlenienia związków organicznych mikroorganizmy aerobowe w temp C 6

7 BZT 5 stanowi różnicę między zawartością tlenu rozpuszczonego na początku i po 5 dobach inkubacji. Zawartość tlenu rozpuszczonego w wodach silnie zanieczyszczonych, a zwłaszcza ściekach, zwykle nie wystarcza na pokrycie procesów bioutleniania. Dlatego bezpośrednio (bez rozcieńczania) można wykonać oznaczenie BZT tylko tych próbek, których utlenialność nie przekracza 10 mg O 2 /dm 3. W przypadku próbek o utlenialności powyżej 10 mg O 2 /dm 3 konieczne jest ich rozcieńczenie wodą specjalnie przygotowaną do rozcieńczeń, która nie stanowi źródła tlenu i substancji pokarmowych dla mikroorganizmów. W oznaczeniu BZT tą metodą mogą przeszkadzać chlor wolny i związany, odczyn o ph poniżej 6,5 lub powyżej 8,0, substancje toksyczne. 7

8 8

9 ChZT chemiczne zapotrzebowanie na tlen ilość tlenu pobranego z utleniaczy (dichromianów) na utlenienie związków organicznych i niektórych nieorganicznych do najwyższego w danych warunkach stopnia utlenienia Oznaczanie ChZT metodą dwuchromianową polega na utlenieniu obecnych w zanieczyszczonych wodach i ściekach, związków organicznych i niektórych nieorganicznych, za pomocą dwuchromianu potasowego, w środowisku silnie kwaśnym, w temperaturze C i w obecności katalizatorów. Nadmiar niezredukowanego dwuchromianu potasu określa się miareczkowo siarczanem żelazowo-amonowym (sól Mohra) wobec ferroiny jako wskaźnika. Ogólny przebieg procesu przedstawiają następujące reakcje: Utlenianie związków organicznych (np. glukozy): Odmiareczkowanie nadmiaru dwuchromianu potasowego: 9

10 10

11 11

12 Azot : azot związany organicznie i azot amonowy oznaczany jest sumarycznie jako azot Kjeldahla azotyny i azotany azot utleniony azot całkowity suma azotu Kjeldahla i azotu utlenionego 12

13 Fosfor: ortofosforany - H n PO 4 n-3 polifosforany fosfor organiczny stężenie fosforu w ściekach 6-10 mg/l 13

14 MR mieszkańcy równoważni sumaryczny jednostkowy ładunek ścieków przypadający na jednego człowieka RLM równoważna liczba mieszkańców liczba wyrażająca wielokrotność ładunku zanieczyszczeń w ściekach odprowadzanych z obiektów przemysłowych i usługowych w stosunku do jednostkowego ładunku zanieczyszczeń w ściekach z gospodarstw domowych, odprowadzanych od jednego mieszkańca w ciągu doby (w Polsce przyjęto ładunek BZT 5 pochodzący od jednego mieszkańca równy 60 g O 2 /dobę) 14

15 przemysł działalność RLM spożywczy produkcja drożdży nabiał przetwórstwo owoców cytrusowych rzeźnictwo hodowla zwierząt drób alkoholowy gorzelnia 4000 napoje browarnictwo wino garbarstwo garbowanie skóry celulozowo-papierniczy papier chemiczny farby rafineria hutniczy odlewnictwo

16 16

17 17

18 W składzie organizmów heterotroficznych C: N = 4: 1 Optymalny pokarm powinien zawierać C: N = 8: 1 Idealny roztwór odżywczy dla bakterii heterotroficznych: C: N = 12: 1 C: P = 30: 1 18

19 Ścieki komunalne mają w praktyce stosunek C: N < 12: 1 (nie jest możliwe w prostym procesie biologicznym całkowite oczyszczenie ścieków z azotu) Ścieki komunalne mają w przybliżeniu stosunek C: P = 30: 1 (mimo to fosfor nie jest eliminowany całkowicie, gdyż występuje w postaci polifosforanów, które nie są dostępne do bezpośredniego wykorzystania przez heterotrofy) 19

20 20

21 Wzrost przyrost biomasy mikroorganizmów: jednostkowy przyrost osadu nadmiernego zależy od obciążenia ścieków Oddychanie zapotrzebowanie na tlen, uzysk energii : odwrotność fotosyntezy w jednym stopniu oczyszczania można uzyskać bardzo niskie wartości BZT 5 21

22 22

23 Beztlenowe procesy przemiany materii: niewielka sprawność oczyszczania w procesach beztlenowych wieloetapowość procesów beztlenowych 23

24 LITERATURA Hartmann L. Biologiczne oczyszczanie ścieków. Instalator Polski, Bever J., Stein A., Teichman H.. Zaawansowane metody oczyszczania ścieków. Projprzem- EKO, Obarska-Pempkowiak H., Gajewska M., Wojciechowska E.. Hydrofitowe oczyszczanie wód i ścieków. PWN, Klimiuk E., Łebkowska M.. Biotechnologia w ochronie środowiska. PWN, 2003 Bratkiewicz P.. Oczyszczanie ścieków przemysłowych. PWN, Grabińska-Łoniewska A., Siński E.. Mikroorganizmy chorobotwórcze i potencjalnie chorobotwórcze w ekosystemach wodnych i sieciach wodociągowych. Wyd. Seidel-Przywecki, Warszawa Anielak A.M.. Chemiczne i fizykochemiczne oczyszczanie ścieków. PWN,