WYKŁAD IV

       

1.                                                                                Usuwanie związków azotowych (N) :

-          denitryfikacja azotu w warunkach beztlenowych

-          nitryfikacja (bakterie autotroficzne)

 

4CO2 + HCO3- + NH4+ + H2O è C5H2NO2 (podstawowy składnik biomasy) + 5O2

 

Jeśli stężenie azotu amonowego jest duże następuje zmiana pH (mała zasadowość – wówczas obserwujemy wzrost stężenia H+). Optymalny zakres to 7,5 – 8,5. Obniżenie pH doprowadza w konsekwencji do szybkości wzrostu bakterii nitryfikacyjnych

2. Usuwanie związków fosforu (P)

 Jedyną drogą usuwania jest droga biologiczna. Kumulacja przez mikroorganizmy w ich komórkach w postaci polifosforanów – metoda nadkompensacji (zwiększonego wchłaniania).

 

3.                                                                   Procesy samooczyszczania (w rzece, jeziorze)

 

Charakterystyka odbiornika, do którego odprowadzane są ścieki:

-          stawy, wody, przepływy

-          czy znajduje się szkodliwe zanieczyszczenia

-          zagniwalność ścieków : bakteriologia wody

-          warunki tlenowe

Wpływ ścieków na odbiornik :

-          stan sanitarny i estetyczny wygląd (brzegi)

-          na budowie

-          na procesy samooczyszczania

-          wykorzystywanie wody do celów konsumpcyjnych

Czynniki powodujące największe zagrożenie :

-          związki organiczne łatwo ulegające rozkładowi

-          substancje nieorganiczne ulegają szybkiemu utlenieniu

-          zawiesiny organiczne i/ lub nieorganiczne

-          związki toksyczne, kwasy, zasady, oleje, tłuszcze

-          nadmierne zasolenie

Rozkładanie się zanieczyszczeń w naturalnym środowisku przez mikroorganizmy znajdujące się tam :

-          miejsce, do którego wprowadzamy: rozcieńczenie, zawiesiny opadają a substancje rozpuszczone adsorbowane są przez mikroorganizmy.

-          Mineralizacja

Dwu fazowa : ]

1. hydrolityczny rozkład związków wielkocząsteczkowych oraz ich utlenienie z wydzieleniem (CO2, H2O)

2. procesy nitryfikujące z utlenieniem NH3è NO2 i NO3, czas minimalny : 20 dni

-          4 strefy zanieczyszczenia rzeki (saprobowośći)

§          pierwsza strefa : odprowadzanie polisaprobowe

§          2,3 – mezosaprobowe

§          oligosaprobowe czystej H2O

 

Pierwsza strefa

(2)α mezosaprobowe

(3)β mezosaprobowe

Czwarta strefa

Skład chemiczny wody

Białka, peptydy

Aminokwasy, amoniak

Pojawiają się subst. mineralne, amoniak, azotyny, azotany

azotyny

BZT, ChZT mg O2/l

wysokie

zmniejsza się

zmniejsza się

niskie BZT

CO2

b. dużo

Dużo

mniej

mało

H2S

dużo

dość dużo

mało

mało

warunki tlenowe

słabe

trochę więcej

b. dobre warunki tlenowe

dobre

źródło tlenu?

dyfuzja

 

dyfuzja, fotosynteza

dyfuzja, fotosynteza

liczba bakterii w 1 ml

miliony

setki tysięcy, sporo

dziesiątki tysięcy

setki

Biologiczne wskaźniki zanieczyszczeń

bakterie, promieniowce, grzyby

bakterie, , sinice

bakterie, glony, sinice, okrzemki, zielenice

bakterie, sinice, okrzemki, zielenice, bakterie autotroficzne

 

Wspomaganie procesów samooczyszczania :

1.                                                                               budowa zbiorników wodnych

-          regulacja rzek – rozcieńczanie ścieków (zbiorniki wyrównawcze)

-          płukanie koryta rzeki przez wypuszczenie wody

-          sztuczne kaskady, saletrowanie

2.                                                                               jeziora

-          cyrkulacja wody, dwa razy w roku (wiosenne, jesienne) mieszanie wód aż do dna

-          zakwity glonów (ruszenie pokładów azotu i fosforu z dna).

 

METODY OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW WWARUNKACH BEZTLENOWYCH

a)        metanogeneza

b)        denitryfikacja

c)        redukcja siarczanów

 

METANOGENEZA (potocznie fermentacja metanowa)

Wykorzystywana do oczyszczania:

-          organicznych ścieków przemysłowych np. przemysłu spożywczego, papierniczego, mleczarskiego, cukierniczego

-          osadów ściekowych

-          ścieków zawierających związki fenolu i związki ropopochodne.

 

hydroliza è fermentacja è acetogeneza è metanogeneza

 

Archeony metanogenne – to grupa fizjologiczna beztlenowych chemolitoautotrofów produkujących CH4 jako produkt końcowy w procesie degradacji materii organicznej.

-          nie rozkładają węglowodanów i białek (lub innych związków wielkocząsteczkowych)

-          energię potrzebną do wzrostu uzyskują przez wytworzenie CH4 z utlenieniem H2 oraz redukcji CO2  lub kwasu mrówkowego

-          rozkładają kwas octowy, etanol, metyloaminę (przykładowo)

Gatunki te podzielono na trzy kategorie, ze względu na sposób odzywiania:

1.        (61 gatunków )8 H2 + CO2 è CH4 + 2H2O  (-135 kJ/ mol CH4)

                         2 HCOOH è CH4 + CO2

2.        (20 gatunków)  4 CH3NH2 + 2H2O è CO2 + 3 CH4+ 4NH4Cl (-75 kJ)

3.        (9 gatunków) CH3COO- + H+ è CO2 + CH4 (-31 kJ / mol CH4)

Skład biogazu:

CH4

50-80 %

CO2

20-40%

N2

0-5%

H2

< 1 %

H2S

0,1- 0,3 %

Biogaz – to gaz powstający w czasie tzw. fermentacji metanowej składającej się głównie z CH4 oraz CO2. Może być także N2, H2S , H2.

 

 

Na przebieg fermentacji mają wpływ :

-          obecność tlenu

-          temperatura

§          psychłofile (10 -20˚C)

§          mezofile (27 – 35 ˚)

§          termofile (50 – 60 ˚C)

-          pH

-          obecność czynników toksycznych ( fermentację hamują azotany, siarczany, metale ciężkie)

-          mieszanie

-          zaszczepienie zawartości komór

-          czas zatrzymania, obciążenie komór fermentacyjnych

 

Urządzenia, w których zachodzi metanogeneza :

-          osadniki gnilne – szamba (dopływ, sedymentacja, metanogeneza, odpływ)

-          komory fermentacyjne zespolone z osadnikami Imhoffa (temp. 8-12, nie podlega mieszaniu)

-          wydzielanie otwarte komory fermentacyjne WKP

§          to otwarte zbiorniki ziemne lub żelbetonowe

§          nie podgrzewane, niemieszane

-          wydzielane zamknięte komory fermentacyjne WKF

§          te same typy bioreaktorów jak w warunkach tlenowych

§          beztlenowy osad czynny

§          stały dopływ ścieków

§          zaopatrzenie ścieków w osadnik wtórny z recyrkulacją osadu służącego do zaszczepiana dopływających ścieków

-          UASB – reaktor

§          Mieszanie następuje przez wprowadzenie ścieków od spodu zbiorników

§          Wznoszące się ścieki utrzymują biomasę bakterii w zawieszeniu

§          Granulki osadu są zatrzymywane przez trójfazowy separator

§          W praktyce stosuje się ciągi urządzeń

-          Bioreaktor z wypełnieniem stałym

§          Reaktor z utwardzona biomasą (złoże zraszane) 60-90 %

§          Wypełnienie z materiału naturalnego lub tworzywa sztucznego, na którym rozwija się błona biologiczna

-          Złoże fluidalne

§          Mikroorganizmy są immobilizowane na nośnikach (naturalnych lub sztucznych)

§          Nośnik jest utrzymywany w stanie zawieszenia dzięki intensywnej recyrkulacji ścieków (tzw. napowietrzanie)

 

Dobór komory fermentacyjnej zależy od:

-          gęstości biomasy poddawanej biodegradacji

o         osady ściekowe

o         ciecze

o         odpady stałe

-          ilości biomasy

-          czasu, obciążenia bioreaktora

-          ekonomii i niezawodności procesu

Struktura biomasy

Beztlenowy osad czynny

USAB

Z wypełnieniem stałym

Złoże fluoidalne

Obciążenie substratowe

kłaczki

Granulki

biofilm?

biofolm?

Kg ChZT / m3 / dobę

2-5

5-15

5-20

20 (do 70)

Proces beztlenowego oczyszczania w porównaniu z metodami tlenowymi.

Zalety:

-          nie wymaga kosztownego napowietrzania

-          tylko 2-6 % usuwanego ChZT przekształca się w osad nadmierny ( a nie 30-60% ),

-          uzyskuje się od  200-1000 dm3 biogazu z 1 kg suchej masy odpadów

-          połowa substancji organicznej ulega rozkładowi

Wady:

-          większa wrażliwość na zmiany odczynu i temperatury

-          występowanie wahań obciążeń hydraulicznych i substratowych

-          częściowa biodegradacja zanieczyszczeń organicznych