Utylizacja osadów ściekowych

Transkrypt

1 Utylizacja osadów ściekowych Ćwiczenie nr 1 BADANIE PROCESU FERMENTACJI OSADÓW ŚCIEKOWYCH 1. CHARAKTERYSTYKA PROCESU Fermentacją nazywamy proces przemiany biomasy bez dostępu tlenu. Znalazł on zastosowanie w unieszkodliwianiu osadów ściekowych. Celem ostatecznego unieszkodliwienia osadów jest takie przetworzenie zawartych w nich związków organicznych aby osady nie były szkodliwe dla otoczenia. Produkcja biogazu zawierającego duże ilości metanu nie jest głównym celem prowadzenia fermentacji. Biogaz jest niejako efekt uboczny mający często szerokie zastosowanie. Zasadniczym produktem jest osad nadający się składowania lub wykorzystania rolniczego. Taka metoda unieszkodliwiania osadów ściekowych jest często stosowana w biologicznych oczyszczalniach ścieków. Procesowi fermentacji poddaje się osady z osadników wstępnych, nadmierny osad czynny W procesie fermentacji świeżego osadu ściekowego występują dwie fazy. I faza - fermentacja kwaśna - podczas której odczyn ph spada z poziomu 7 do 6 a nawet 5. Przemiana biomasy nie jest intensywna a osad cechuje nieprzyjemna kwaśna woń. Gaz wydzielający się zawiera głównie CO 2. W fazie tej zachodzi hydroliza związków organicznych. Najszybciej przebiega rozkład węglowodorów, najwolniej tłuszczów. II faza - fermentacja alkaliczna (metanowa) - następuje dalszy rozkład produktów powstałych w I fazie do postaci gazowej. W procesie fermentacji rozkładowi nie podlegają wyższe węglowodany (celuloza i pektyna). Odczyn ustala się na poziomie ph = 7. nie wydziela nieprzyjemnej woni. Korzystnie maleje uwodnienie osadu z około % do %. Zmienia się skład gazu fermentacyjnego zawiera 70 % metanu. Na szybkość fermentacji danego osadu mają wpływ: temperatura, ph, mieszanie całej masy osadu,

2 ilość doprowadzonej pożywki - substancje organiczne, korzystne jest także zaszczepienie świeżego osadu osadem przefermentowanym, co pozwala to na skrócenie czasu fermentacji kwaśnej. Ze względu na temperaturę w której przebiega proces wyróżnia się: fermentację psychrofilową - temperatura C fermentację mezofilową - temperatura C fermentację termofilową - temperatura C Fermentację osadów prowadzi się do momentu gdy osad nie wydziela nieprzyjemnych zapachów, nie zagniwa. Stan taki osiąga się przy rozkładzie około 50 % suchej substancji organicznej zawartej w osadzie. Czas fermentacji w zależności od wspomnianych wczećniej czynników waha się od 10 do kilkudziesięciu dni. 2. CEL I ZASADA BADANIA Celem badań laboratoryjnych nad procesem fermentacji niektórych typów osadów ściekowych jest określenie parametrów tj.: Czasu fermentacji w danych warunkach temperaturowych. Optymalnej ilości świeżego osadu doprowadzonego do układu. Właściwego odczynu ph niezbędnego do prawidłowego przebiegu procesu fermentacji. Własności przefermentowanego osadu (zdolności do odwadniania, oporu właściwego filtracji). Ilości i składu gazu powstałego z 1 g osadu. 3. Aparatura i sprzęt Do wykonania niniejszego ćwiczenia niezbędne będą następujące urządzenia i zestawy: 1. Cieplarka z termostatem. 2. Zestaw odczynników i szkła do oznaczania: ChZT, suchej pozostałości i strat po prażeniu, zasadowości. 3. ph- metr. 4. Dwa zestawy do fermentacji - przedstawione na rysunku. 5. Analizator gazu.

3 4. Wykonanie ćwiczenia W celu przyśpieszenia przebiegu procesu osad poddany fermentacji zostanie zaszczepiony osadem przefermentowanym w ilości 1/3 w stosunku do całej masy osadu poddanej fermentacji. 1. Przed przystąpieniem do badań dokładnie wymieszać zarówno osad surowy jak i przefermentowany. 2. Zarówno w osadzie świeżym jak i przefermentowanym dokonać następujących oznaczeń: barwy, zapachu, ph, zasadowość, ChZT, sucha pozostałość, straty po prażeniu, uwodnienie. 3. Do dwóch butli fermentacyjnych odmierzyć po 1 dm 3 osadu surowego i po 0,5 dm 3 osadu przefermentowanego 4. Przyjąć oznaczenia zestawów do fermentacji I i II Z zestawu I pobierane będą próbki w czasie fermentacji Z zestawu II pobierane będą próbki po procesie fermentacji 4. Włożyć zestawy do cieplarki i połączyć odpowiednio do nich wężyki odprowadzające gaz do cylindra. Zwrócić uwagę na zamknięcie wężyków odchodzących z butli fermentacyjnej i uszczelnienie korka zamykającego butlę. 5. Ustawić temperaturę na termostacie 35 0 C 6. Przez okres tygodnia obserwować codziennie ilość zgromadzonego gazu w poszczególnych cylindrach - wyniki i daty notować w tabeli 7. Wskazane jest wstrząsanie co kilka dni wstrząsanie butli z osadem

4 5 Opracowanie wyników Wyniki oznaczeń w czasie fermentacji Czas fermentacji [ d ] Ilość gazu [ cm 3 /dm 3 ] Zestaw I Odczyn ph Zasadowość [ mv/dm 3 ] Zestaw II Ilość gazu [ cm 3 /dm 3 ] Charakterystyka osadów przed i po 7 dniach fermentacji Oznaczenie Jednostka Badania przed fermentacją Badania po 7 dniach fermentacji świeży Barwa opisowo Zapach opisowo Odczyn [ ph ] ChZT [ mg O 2 /dm 3 ] Sucha [ mg/dm 3 ] pozostałość Pozostałość [ mg/dm 3 ] po prażeniu Straty po [ mg/dm 3 ] prażeniu Uwodnienie [ % ] przefermentowany Mieszanina osadów Ciecz fermentacyjna przefermentowany (zestaw II) Sprawozdanie z przeprowadzonych badań powinno zawierać:

5 krótkie omówienie celu i zasady fermentacji, opis metodyki, tabele wyników oznaczeń, omówienie i wnioski końcowe z obserwacji. Schemat zestawu laboratoryjnego do fermentacji osadów Opis do rysunku 1. Cieplarka z termostatem 2. Spust wody nadosadowej 3. Przewód do odprowadzania gazu 4. Cylinder do zbierania gazu 5. Butla z wodą naczynie wyrównawcze 6. Butla fermentacyjna 7. Spust osadu