WYKŁAD III

 

OSAD CZYNNY

1912 – metoda osadu czynnego. W Polsce pierwsze oczyszczalnie pracujące tą metodą–1928.

Anglia – pierwsza oczyszczalnia w 1916 r Warcaster (potem 1935 Madgtu w Londynie, 1937 – Kielce)

Nie było do końca wiadomo, co odpowiada za oczyszczanie ścieków. Rozpoczęto pracę nad mikroorganizmami (nad bakteriami zooplenarnymi – odpowiedzialnymi za powstawanie kłaczków)

O wyborze technologii decydują :

-         ilość ścieków przepływających w ciągu doby

-         rodzaj ścieków

-         zmienność substratów

-         stężenie substratu

 

Urządzenia do hodowli osadu czynnego :

-         komory lub reaktory

-         urządzenia do napowietrzania

-         osadniki różnych typów

 

KOMORA NAPOWIETRZAJĄCA

Ważne jest ustalenie wielkości i kształtu komory napowietrzającej.

-         komory prostokątne (używane na ogół sprzężone powietrze)

-         inne, mechaniczne napowietrzanie  (ruszt napowietrzający : stosowane wirniki lub szczotki)

Z punktu widzenia hydrauliki :

-         komory pełnego mieszania (homogeniczne)

-         komory o ograniczonym wymieszaniu (heterogeniczne)

 

Najprostsze urządzenie do hodowli : rów cyrkulacyjny (napowietrzany szczotką „Kessenlera(?)”)

 

Istnieją różne sposoby doprowadzania ścieków do komory – tak, by mikroorganizmy miały zapewniony kontakt ze ściekami.

Oczyszczanie ścieków zachodzi w 2 fazach

-         zatrzymanie zanieczyszczeń przez mikroorganizmy

-         bezpośrednie utlenienie zanieczyszczeń przez enzymy bakteryjne

(należy pamiętać jednak, że związki, które chcemy w ten sposób usunąć muszą być w postaci rozpuszczonej)

 

Do dziś nie wiemy w 100%, jak powstaje osad czynny. Trzy teorie, jak może dojść do jego powstania (czyli sposoby połączenia bakterii):

-         ładunki elektryczne na powierzchni bakterii i cząstek związków znajdujących się w ściekach

-         poprzez śluzowe otoczki bakterii

-         kwas poli–beta-hydroksymasłowy i tworzenie się jego poliestrowych połączeń.

Stosunek C i N w oczyszczanych ściekach:

C:N > 10:1 flokulacja (kłaczkowanie) (idealny stan)

C:N < 5 :1 brak 

W skład osadu czynnego wchodzą:

-         bakterie heterotroficzne (wymagające węgla do odżywiania, tlenowe), mogą być różnych kształtów i rodzaju

nitkowate : Sphaerotilus miteus, Leptotharix, inne : Pseudomonas, Eutrobacter, Vibris-aeromonas, Flauobacterium, Zooglea venigera

-         pierwotniaki (największa różnorodność w trakcie oczyszczania)

Rola pierwotniaków:

a)      zmniejszają ilość bakterii wolno[pływających (niezwiązanych w kłaczki)

b)      zmniejszenie ilości materii organicznej

c)      koagulacja substancji organicznej

d)      mieszanie i natlenianie ścieków

b,c, d – w mniejszym stopniu niż a.

 korzenionóżki (Amoeba, Arcella), Wiciowce (Euglena, Bodo), Orzęski : osiadłe, wolnopływające (Colpidium, Limotus, Chilodonella), pełzające (Aspidisca)

-         Grzyby (niekorzystne, mogą powodować spuchnięcie osadu)

a)      niskie pH

b)      niedobór tlenu

c)      deficyt azotu i fosforu

Geotriches, Oospora, Penicillum

-         inne organizmy : nicienie, glony, wrotki, pajęczaki, larwy muchówek

 

Czynniki wpływające na przebieg oczyszczania ścieków :

-         obciążenie substratowe i hydrauliczne (ile i jak szybko są podawane do oczyszczania mechanicznego)

-         skład ścieków (czy nie ma substancji toksycznych)

-         pH

-         temperatura

-         natlenienie

-         zasolenie (odpowiednia ilość substancji mineralnych)

-         obecność w ściekach azotu i fosforu (pierwiastków biogennych)

Aby proces oczyszczania przebiegał prawidłowo, należy ściśle przestrzegać powyższych punktów.

 

Czynniki fizyko – chemiczne wpływające na organizmy osadu czynnego :

-         temperatura środowiska (fizyczny)

-         pH (f)

-         potencjał oksydo – redukcyjny (f, aby nie powstały warunki beztlenowe!)

-         aeracja (f)

-         mieszanie (f)

-         turbulencja (f, utrzymanie odpowiedniej wielkości banieczek powietrza)

powyższe trzy : służą odpowiedniemu napowietrzeniu osadu.

-         substancje pokarmowe (chemiczny)

-         substancje szkodliwe i toksyczne (ch)

 

Parametry technologiczne w procesie oczyszczania ścieków :

-         czas oczyszczania czyli objętość komory napowietrzającej do natężenia przepływu

-         zawartość osadu czynnego (sucha masa, indeks)

-         obciążenia hydrauliczne (ile związków przepływa)

-         obciążenie substratowe (ile związków, które chcemy użyć)

-         procent osadu (osad PRZYRASTA – należy usunąć nadmiar)

-         osad reculkylowany (zwracany do komory : cały czas bierze udział w oczyszczaniu)

-         bieg osadu ( stan osadu : by był jak najbardziej wydajny)

ciągły przyrost osadu è w którymś momencie przestałby on oczyszczać ścieki è powstanie tak zwanego STAREGO osadu. Dlatego dziennie usuwa się około ¼ zawartości komory napowietrzania (aby utrzymać młody osad – taki koło 4 dniowy)

Przy ciągłym oczyszczaniu powstaje ogromna ilość osadu. Należy usunąć ten NADMIAR (jest to WAŻNY problem na oczyszczalni) :

-         metoda suszenia (wypuszczany na „laguny”, wysuszany)

-         autoksydacja (pilnowanie, by osad nie przyrastał : dajemy takie obciążenie ścieków, by po ich rozłożeniu osad sam się zjadał i w ten sposób usuwał nadmiar. Pociąga to za sobą : - niskie obciążenie ścieku i ogromny reżim co do pilnowania warunków, ciężka i mało opłacalna)

-         spalanie (osad zawierający zbyt wiele np. węglowodorów pochodzący z „petrochemicznych” gałęzi.)

Metoda osadu czynnego jest powszechnie znana i stosowana. (często ścieki po takim oczyszczeniu są oczyszczane dodatkowo metodami beztlenowymi – poprzez fermentację – którymi także można usunąć nadmiar osadu czynnego). Może być także wykorzystywany jako nawóz organiczny (jeśli osad nie zawierał metali ciężkich np. ze ścieków komunalnych)

W 1 ml. Osadu czynnego – 10^8 – 10^9 mikroorganizmów

 (objętość, dzięki której ścieki są porządnie oczyszczone)

1 m3 osadu – powierzchnia około 1750 m2

Metoda skuteczna w usuwaniu bakterii chorobotwórczych

1h

52%

2 h

81%

3 h

92%

4 h

95%

5 h

98%

 

Podsumowując : osad czynny jest to tlenowa metoda oczyszczania ścieków przy udziale mikroorganizmów normalnie znajdujących się w wodzie w sztucznie stworzonych „zbiornikach”

 

ZŁOŻE BIOLOGICZNE

Materiał wypełniający złoże : koks, treranzyt, żużel (aby był zapewniony jak największy kontakt błony biologicznej ze ściekami)

 

Metoda wykorzystująca naturalną zdolność przesączania – ścieki przepływają przez materiał wypełniający złoże , związki są rozkładane w procesach fizjologicznych bakterii.

W zależności od kontaktu z błoną biologiczną wyróżniamy :

-         złoża zraszane (ścieki dozowane z góry na materiał wypełniający)

a)      nisko obciążone

b)      wysoko obciążone

-         złoża zanurzone (cały materiał wypełniający zanurzony w ściekach)

a)      płytowo – zanurzeniowe (raz zanurzone, raz na powierzchni)

b)      walcowe

-         stałe złoża zanurzone

 

 

Złoże zraszane : napowietrzane w sposób naturalny : naturalny ciąg kominowy na podstawie różnicy ciśnień. Wystarcza tlen będący na powierzchni.

Złoża płytowo – zanurzeniowe : tarcze obracając się w ścieku powodują ich „przemieszanie” i napowietrzenie. Mogą być zbudowane z różnych materiałów è jeśli błona biologiczna za bardzo narośnie, będzie odpadać z tarcz è usuwana w osadniku.

 

 

 

 

Ścieki przesączając się powinny być dobrze adsorbowane przez błony biologiczne. Należy za wszelką cenę uniknąć zapychania się złóż, zamulania : złoża przestają się  wtedy napowietrzać (jeśli nie ma rusztu ), kończy się ciąg kominowy.

Skład błony biologicznej :

-         bakterie : takie jak w osadzie czynnym, więcej form nitkowatych (powodują, że błona będzie się lepiej trzymała)

-         pierwotniaki – jak w osadzie

-         grzyby : tu nie przeszkadzają, ułatwiają utrzymanie się na materiale wypełniającym

-         glony : na powierzchni (Cyanophycea - Phormodium, Chlorophycea)

-         pożądane są także inne organizmy wyższe : regulują ilość grzybów i błony biologicznej (nicienie, pajęczaki, larwy muchówek , wrotki)

 

Parametry wpływające na efekt oczyszczania ścieków na złożach :

-         odpowiednie obciążenie ładunkiem zanieczyszczeń (ChZT, BZT5)

-         obciążenie hydrauliczne (zbyt szybki przepływ ścieków może powodować odrywanie się błony biologicznej)

-         temperatura

-         stężenie i rodzaj ścieków

-         natlenienie złoża (stale zanurzone : musi być ruszt!!)

-         budowa złoża

 

 

 

(przyrost błony, procesy tlenowego rozkładu materii organicznej)

 

środek, można tu przeprowadzać takie procesy jak : denitryfikacja, procesy fermentacyjne

 

te same procesy co na górze + utlenianie związków nie wykorzystanych przez górę.

 

ZŁOŻE FLUIDALNE

Podobne do filtrów piaskowych, stosowane od niedawna. Jest tu wykorzystywany zbiornik z piaskiem do którego dozujemy ścieki (ziarnka porastają błoną biologiczną , są lżejsze è zostają wyniesione do góry : gdy będzie ich dość dużo : zbiornik jest oczyszczany ). Bardzo wydajna metoda.

 

Często sama oczyszczalnia biologiczna nie wystarcza do pełnego oczyszczenia ścieków.  Wtedy kierujemy ścieki do dalszego oczyszczania (tą sama lub tez inną metodą) – np. dwustopniowe oczyszczanie metodą osadu czynnego. Często drugi stopień może traktować w innych warunkach np. do oczyszczania azotu i fosforu.

Technologia oczyszczania zależy od ilości i rodzaju substratów które trzeba oczyścić.

Osad czynny : praca zależy od napowietrzania

Złoże biologiczne : -„- kontaktu ścieku z błona biologiczną.

FILTRY GRUNTOWE (inaczej oczyszczalnie hydrofitowe czy ekosystemy biologiczne)

Metoda polegająca na wykorzystywaniu roślin (+ mikroorganizmy z systemów korzeniowych) do oczyszczania ścieków.

Różne sposoby w zależności od wykorzystania (symulujące prace naturalnych ekosystemów):

-         oczyszczalnie korzeniowe (bagienne, hydrobotaniczne, trzcinowe)

-         złoże trzcinowe

-         filtry gruntowo – roślinne

-         oczyszczalnie glebowo – roślinne

Mogą być wykorzystane do oczyszczania różnych rodzajów ścieków : np. komunalnych, spożywczych, rafineryjnych (metoda często stosowana jako końcowy etap oczyszczania – tuż przed wypuszczeniem do wód)

-         biosorpcja

-         biokumulacja

-         immobilizacja

Zastosowanie systemów hydrofitowych:

-         podczyszczanie wód opadowych

-         podczyszczanie małych cieków rolnych

-         ochrona ujęć wodnych i cieków specyficznych

Metody oczyszczania przez oczyszczalnię hydrofitową:

-         sedymentacja, filtracja, sorpcja zanieczyszczeń mechanicznych i patogenów

-         rozkład materii organicznej

-         mikrobiologiczne przemiany związków azotowych

-         sorpcja i strącanie fosforu

-         pobieranie związków biogennych i metali ciężkich przez rośliny

-         spulchnienie podłoża i tworzenie obszarów siedliskowych dla mikroorganizmów przez korzenie i kłącza roślin.

-         Niszczenie patogenów przez antagonistyczne oddziaływanie mikroflory bagiennej i wydzieliny korzeni niektórych roślin

-         Pobór znacznych ilości wody, intensyfikacja parowania i zmniejszenie objętości cieków.

Rodzaje oczyszczalni glebowo-roślinnych:

-         baseny z roślinnością  wodna pływającą

-         baseny zanurzone

-         baseny ziemno – wodne z roślinnością

 

ciekawostki :

-         uprawy wierzby na polach filtracyjnych

-         trzcina (intensywny wzrost trzciny przy dozowaniu ścieków : wykorzystywana np. do produkcji dachów)