POLITECHNIKA WARSZAWSKA

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA

Złoże biologiczne

Grupa ISIW1:

Zespół 4

Aneta Stefankowska

Marta Tomuń

Bartłomiej Gniewecki

Piotr Kalicki

Kamil Lipiński

WSTĘP

Złoże biologiczne jest to urządzenie do biologicznego oczyszczania ścieków w środowisku powietrznym, pracujące na zasadzie przekraplania ścieków przez materiał wypełniający złoże. Wypełnienie po rozruchu zaczyna się pokrywać mikroorganizmami, w górnej warstwie, gdzie przenika najwięcej tlenu, powstaje śluzowata błona biologiczna. Osiąga ona grubość 2-3 mm.

Organizmy na powierzchni materiału wypełniającego obecności tlenu adsorbują substancje organiczne obecne w ściekach, zużywając je do procesów życiowych lub do budowy nowych mikroorganizmów.

Złoża biologiczne definiuję się trzema parametrami:

1. Obciążenie wypełnienia złoża ładunkiem zanieczyszczeń organicznych

V

2. Obciążenie Hydrauliczne

3. Stopień recyrkulacji ścieków

Rozróżnia się dwa podstawowe rodzaje złóż: niskoobciążone i wysoko obciążone. Poza wymienionymi dwoma podstawowymi rodzajami złóż istnieją jeszcze złoża średnio obciążone i złoża bardzo wysoko obciążone. Wielkości wymienionych parametrów technologicznych, charakterystycznych dla poszczególnych rodzajów złóż zestawiono w poniższej tabeli.

H=132cm=1,32m

d=88mm=0,008m

C=0,136 mg O₂/dm³

Q=15,10 ml / min= 0,0126 m³/d

Parametry pracy złóż biologicznych wg Romana

Lp.	Parametr	Jednostki	Wartość dla złoża
						nisko obciążone	średnio obciążone	wysoko obciążone	bardzo wysoko obciążone
1	Obciążenie objętości		0,05-0,25	0,1-0,5	0,5-1,5	3-5
2	Obciążenie Hydrauliczne		175-225	300-400	400-1000	3000-3800
3	Wysokość złoża	[m]	1,5-2,5	1,5-2,5	2-4	>8

ANALIZA ĆWICZENIA

Procesy, które zaszły podczas wykonywania ćwiczenia laboratoryjnego:

1. Amonifikacja

Amonifikacja jest procesem, w którym azot zawarty w związkach organicznych (azot organiczny)jest przekształcany do azotu amonowego przy udziale bakterii heterotroficznych.

Amonifikacja może przebiegać w warunkach tlenowych, beztlenowych i anoskycznych.

2. Nitryfikacja

Biologiczna nitryfikacja przebiega dwufazowo. Najpierw azot amonowy utleniany jest do azotynów a następnie do azotanów. Najważniejsze bakterie odpowiedzialne za nitryfikację to Nitrosomonas i Nitrobacter . Są one chemoautotrofami co oznacza, że nie potrzebują węgla organicznego do uzyskania energii. Ich jedynym źródłem węgla jest rozpuszczony dwutlenek węgla. Bakterie te są tlenowcami - nitryfikacja zachodzi tylko w warunkach tlenowych.

3. Asymilacja związków azotu

Wszystkie organizmy uczestniczące w procesach biologicznego oczyszczania ścieków do swojego rozwoju i wzrostu potrzebują azotu. Wykorzystują azot w postaci azotu organicznego i amonowego, a przy jego braku korzystają z azotanów. Asymilacji amoniaku towarzyszy spadek zasadowości ze względu na pojawiające się jony H⁺. Azot azotanowy wykorzystywany jest przez mikroorganizmy na potrzeby metabolizmu a proces jego przyswajania może przebiegać w warunkach tlenowych lub beztlenowych. Polega on na redukcji azotanów do amoniaku, który dalej wbudowywany jest w biomasę.

W trakcie asymilacji azotanów w wyniku reakcji z dwutlenkiem węgla powstają jony OH^- i wzrasta zasadowość środowiska.

4. Denitryfikacja

Denitryfikacja jest procesem bardzo podobnym do asymilacji azotanów. Fakultatywne bakterie heterotroficzne osadu czynnego(Bacillus, Clostridium, Nocardia) wykorzystują organiczne źródło węgla jako źródło energii a różnica polega na tym, że azotany redukowane są do wolnego azotu atmosferycznego (a nie do amoniaku) który jest na trwałe usuwany.

NO₃^- → NO₂^- → NO → NOH → N₂

Denitryfikacja zachodzi w warunkach niedotlenienia i pozwala więc na zmniejszenie stężenia azotu w ściekach.

Wydajność amonifikacji

Wydajność nitryfikacji

Wydajność denitryfikacji

OBLICZENIA I ZESTAWIENIE WYNIKÓW

Oznaczenia	Jednostki	surowe ścieki	ścieki oczyszczone
Azot organiczny	mg/l	10	5
Azot amonowy	mgNH^+4/dm^3	84	53
Azot azotynowy	mgNO2/dm^3	1,49	17,72
azot azotanowy	mgNO3/dm^3	0.07	0,031
ChZT	mgO2/dm^3	336	37,6
pH	-	7,91	6,77
zasadowość	mV/ dm^3	7,6	2,1

1.Bilans Azotu

• Wydajności poszczególnych etapów:

Wydajność amonifikacji

Wydajność nitryfikacji

Wydajność denitryfikacji

Stopień redukcji Azotu ogólnego

2. Parametry złoża biologicznego

• Obciążenie Hydrauliczne

• Obciążenie objętości wypełnienia ładunkiem zanieczyszczeń organicznych

WNIOSKI

Złoże biologiczne wykorzystywane do oczyszczania ścieków w laboratorium ze względu na swoje parametry „pracy złóż” odpowiada najbardziej złożu nisko obciążonemu. Jedynie parametr Obciążenia hydraulicznego jest w zakresie pracy złoża średnio obciążonego. Złoża takie charakteryzują się niską wrażliwością na zmiany składu i ilości ścieków

Analizując wyniki poczynając od CHZT, które mówi nam o zawartości związków organicznych. ChZT zmniejszył się ze 336 na 37,6 mgO₂/dm³ czyli prawie dziewięciokrotnie, co oznacza ze na tym złożu błona biologiczna wykorzystywała związki organiczne i utleniała je do dwutlenku węgla i wody.

Rozpatrując azot mamy, azot organiczny, który z 10 mg/l zmniejszył się do 5 mg/l, zatem zaszła amonifikacja. Widzimy także ubytek azotu amonowego wiec na pewno zaszła nitryfikacja, ale nie widać równowartościowego wzrostu azotynów czy azotanów tak wiec zaszedł również proces Denitryfikacji.

Zasadowość przy takim pH charakteryzuje nam związki mineralne, czyli kwaśne węglany, które są pożywieniem dla bakterii autotroficznych odpowiedzialnych za Nitryfikacje, co się zgadza, bo ubytek azotu amonowego jest duży, zatem wydajność procesu nitryfikacji także powinna być wysoka i wynosi ona 36 mgN-NO_x^-/l.

Analiza ścieków surowych wskazuje na konieczność ich oczyszczania przed wprowadzeniem do odbiornika. W ćwiczeniu badaliśmy efektywność oczyszczania ścieków na złożu biologicznym. Zmniejszenie chemicznego zapotrzebowania tlenu wskazuje na bardzo dobrą redukcję związków organicznych Z kolei oznaczenia form azotu wskazują na zaawansowany proces amonifikacji, która zachodzi cały czas. Zawartość azotanów i azotynów wskazuje, ze zachodzi także proces nitryfikacji, ale jest nie pełny. Świadczy o tym, ze błona biologiczna nie jest jeszcze dobrze rozwinięta. Ponieważ ilości poszczególnych form azotu są różne, możemy przypuszczać, że na złożu biologicznym zachodzi denitryfikacja, czyli redukcja azotu azotowego do azotu atmosferycznego.

Na podstawie efektów oczyszczenia wody (spadek ChZT, azotu ogólnego i amonowego), złoże biologiczne możemy uznać za efektywne i sprawnie działające.

Spadek ChZT jest spowodowany zużywaniem substancji organicznych ze ścieków przez mikroorganizmy w błonie biologicznej. Dodatkowo substancje zawierające azot w połączeniu ze związkami organicznymi [azot organiczny] uległy amonifikacji (hydroliza do azatu amonowego), na co wskazuje wynik bilansu azotu - zmniejszenie zawartości azotu organicznego w ściekach.

Spadkowi ChZT towarzyszy spadek zasadowości. Zasadowość jest spowodowana zawartością węglanów i wodorowęglanów; które to stanowić mogą źródło węgla dla bakterii autotroficznych nitryfikacyjnych. Spadek zasadowości nie jest tak duży jak w przypadku oczyszczania ścieków metodą osadu czynnego; jednak wskazuje na zajście procesu niktryfikacji. Zajście tego procesu potwierdza wynik bilansu azotu: zmalało stężenie azotu amonowego w ściekach oczyszczonych.

Porównując otrzymane w doświaczeniu efekty oczyszczenia z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dn. 24 lipca 2006r, Poz. 984, Zał. 1: można zauważyć, że oczyszczone na tym złożu ścieki przekraczają znacznie najwyższą dopuszczalną wartość stężenia azotu ogólnego. Gdyby założyć o połowę mniejsze stężenie N_og, uzyskalibyśmy wyniki analogiczne jak pod względem wartości ChZT: ścieki można odprowadzać zarówno z oczyszczalni o RLM poniżej 2000 jak i powyżej 10.000.

---