Zestaw A:
1.Od czego zależy wymagany (niezbędny) stopień oczyszczania ścieków?
Od składu ścieków surowych i oczyszczonych.
%
100
0
0
C
C
C
NSO
e
x
x
NSO
- niezbędny stopień oczyszczania ścieków obliczany dla wskaźnika lub stężenia
zanieczyszczenia x (%)
0
C
- wartość stężenia lub wskaźnika zanieczyszczenia w ściekach surowych (g/m
3
)
e
C
- wartość stężenia lub wskaźnika zanieczyszczenia w ściekach oczyszczonych (g/m
3
)
Zalecenia Unii Europejskiej wymagają określenia NSO dla BZT5, ChZT i zawiesin ogólnych, w
przypadku wszystkich oczyszczalni ścieków, oraz dodatkowo dla azotu ogólnego i fosforu ogólnego
w przypadku oczyszczalni, których odbiornikami ścieków oczyszczonych są wody podatne na
eutrofizację.
2.Omów formy występowania i podaj stężenia związków azotowych w ściekach surowych
biologicznie oczyszczonych:
(TO JEST TA TABELA!!!)
- osadem czynnym jednostopniowym bez nitryfikacji
-osadem czynnym jednostopniowym z nitryfikacją
- osadem czynnym jednostopniowym z nitryfikacją i denitryfikacją, dla danych:
BZT5 ścieków surowych: 350 gO2/m3; N ogólny ścieków surowych: 70 gN/m3; RLM:80 000.
gN/m
3
S
A
B
C
N
org
30 1
1
1
N
NH4
30 49 1
1
N
NO2
0
0
0
0
N
NO3
0
0
48 13
8
N
TKN
60 50 2
2
2
N
og
60 50 50 15
10
RLM<100 tys. RLM>100 tys.
N
TKN
=N
org
+N
NH4
N
og=
N
org
+N
NH4
+N
NO2
+N
NO3
A usuwanie związków azotowych wyłącznie przez asymilację – asymiluje się azot amonowy.
Jeżeli przyjmiemy, że N
og
=60. to jednocześnie przyjmujemy BZT
5
=300 (dla średnio stężonych ścieków
komunalnych).
N
B
=Nog-N
NH4
N
B
=0,04(300-30)=0,04*270=11 gN tyle usunęliśmy
30 stężenie BZT5 na odpływie
60-11=49
B zawartość po procesie mineralizacji zw. org. i nitryfikacji
C usuwanie zw. azotowych poprzez redukcję azotanów do wolnego azotu
3.Omów charakterystyczne parametry technologiczne oczyszczania ścieków osadem czynnym (bez
nitryfikacji, denitryfikacji i wzmożonej biologicznej defosfatacji).
Oczyszczanie ścieków za pomocą
osadu czynnego
polega na wytworzeniu w objętości ścieków
kłaczków o wymiarze 50 - 100 mm o bardzo silnie rozwiniętej powierzchni. Kłaczki zbudowane są z
mineralnego jądra koloru brązowego lub beżowego, a na powierzchni w śluzowej otoczce zawierają
liczne bakterie z grupy
heterotrofów
takich jak Acinetebacterium, Pseudomonas, Zoogloea,
Enterobactericeae, Aeromonas, Flavobacterium, Achromobacter i Micrococus. Zanieczyszczenia
organiczne są absorbowane na powierzchni kłaczków i mineralizowane na skutek procesów
metabolizmu zachodzących w mikroorganizmach. Aby zapewnić prawidłowy przebieg procesu,
kłaczki powinny być równomiernie unoszone w masie ścieków przepływającej przez komorę
napowietrzania. Metoda osadu czynnego wymaga doprowadzenia tlenu jako substratu
bioutleniania zanieczyszczeń organicznych. Aby zagwarantować bakteriom warunki tlenowe,
stężenie tlenu rozpuszczonego w ściekach powinno wynosić > 0,5 mg/dm
3
[5
].
Proces ten może być również stosowany do usuwania ze ścieków amoniaku, siarkowodoru i innych
gazów w nich rozpuszczonych. Aktywizują się wówczas bakterie z grupy
autotrofów
, takie jak
Nitrosomonas, Nitrosococcus i Nitrobacter oraz Beggiatoa, Thiotrix, Thioploca i Thiobacillus
thioparus.
Powstawanie osadu czynnego w komorze napowietrzania wymaga czasu. Aby czas ten skrócić,
można stosować szczepienie osadu przez dodanie pewnej jego ilości ze ścieków wcześniej
oczyszczonych. Stałe utrzymanie kłaczków w stanie zawieszonym wymaga intensywnego mieszania
zawartości reaktora. Stosuje się różne metody od mieszania mechanicznego po dysze
napowietrzające, które łączą w działaniu funkcję mieszadeł i aeratorów (turbin napowietrzających),
a także jedne i drugie razem. Proces mieszania i napowietrzania jest energochłonny. Nowoczesne
konstrukcje mieszadeł i aeratorów poprzez odpowiednie dobranie kształtów łopat i dysz zapewniają
napowietrzanie tzw. drobnopęcherzykowe, co poprawia skuteczność operacji przy optymalnym
zużyciu energii elektrycznej.
Po zakończeniu procesu napowietrzania ścieki kierowane są do osadnika wtórnego, gdzie następuje
oddzielenie osadu czynnego od cieczy. Nadmiarowy osad poddawany jest odwodnieniu i suszeniu,
ciecz zrzucana do odbiorników jakimi mogą być np. stawy rybne, a następnie odprowadzana do
cieków naturalnych. Stawy rybne stanowią również element kontroli jakości odprowadzanej wody.
Mogą być też traktowane jako zbiorniki buforowe w przypadku awarii urządzeń oczyszczających.
Woda w stawach ulega dalszemu samooczyszczeniu. Zaletą oczyszczania za pomocą osadu czynnego
jest duża skuteczność przy niewielkim zapotrzebowaniu na teren (BZT5 i zawiesiny do 95%, bakterie
chorobotwórcze do 98%). Wadą - wrażliwość mikroorganizmów na związki toksyczne i inne czynniki
wpływające na ich rozwój.
4.Od czego zależy zapotrzebowanie na tlen w procesie osadu czynnego?
Zużycie tlenu przy oczyszczaniu ścieków w procesie osadu czynnego zależy od:
- natężenia dopływu ścieków do komór napowietrzania
- zawartości związków organicznych i stężenia zredukowanych form azotu w ściekach surowych i
czyszczonych
- wieku osadu
- temperatury
- stopnia denitryfikacji
5. W jaki sposób określa się produkcję osadów wstępnych i wtórnych oraz ich objętość?
OBJĘTOŚĆ OSADÓW
)
100
(
100
U
sm
V
sm
– zawartość suchej masy osadów, kg s.m.
U
- uwodnienie osadów, %
– gęstość, kg/m
3
MASA OSADÓW WSTĘPNYCH
0
C
Q
M
nom
wst
os
,
d
m
s
kg
.
.
nom
Q
– przepływ nominalny w oczyszczlani, m
3
/d
0
C
– stężenie zawiesin w ściekach dopływających do stopnia mechanicznego, h/m
3
- skuteczność usuwania zawiesin w osadnikach wstępnych
MASA OSADÓW WTÓRNYCH
d
m
s
kg
M
M
M
M
M
chem
os
os
inert
os
bio
os
wt
os
.
.
,
min
bio
os
M
– masa osadów z biologicznego oczyszczania
inert
os
M
- masa os. inertnych, części organiczne osadów biologicznych, nierozkładalne
min
os
M
- m. os. mineralnych
chem
os
M
- m. os. chemicznych powstających w wyniku chemicznego wspomagania biologicznego
oczyszczania / chem. strącania fosforanów
Zestaw B:
1.Od czego zależy wymagany skład ścieków oczyszczonych?
Od obciążenia oczyszczalni wyrażonego jako RLM (*) i rodzaju odbiornika ścieków (**)
* równoważna liczba mieszkańców
** czyli od podatności odbiornika na eutrofizację.
Do odbiorników podatnych na eutrofizację zalicza się:
- jeziora i zbiorniki słodkowodne, estuaria i wody przybrzeżne, w których stwierdzono
zjawisko eutrofizacji
- zamknięte zatoki
- wody powierzchniowe stanowiące źródło wód pitnych
- wody, które należy chronić zgodnie z innymi (niż Dyrektywa Nr 91/271/EWG)
dyrektywami Unii.
Oczyszczalnie o RLM do 14999
•
odprowadzające ścieki do wód innych niż jeziora i ich dopływy oraz sztuczne zbiorniki
wodne usytuowane na wodach płynących:
RLM do 9999 -wymagany skład ścieków oczyszczonych limitują jedynie trzy parametry: BZT5, ChZT
Cr
i
zawiesina ogólna w próbach średniodobowych, nie ma zatem konieczności usuwania związków
biogennych w procesie technologicznym oczyszczania ścieków,
RLM od 10 tys. do 14999 -skład ścieków oczyszczonych limituje pięć parametrów, jednak azot ogólny
i fosfor ogólny ograniczane są jedynie ze względu na wielkość usuwania tych zanieczyszczeń;
minimalny % usuwania dla azotu wynosi 35, a dla fosforu 40 ,
•
odprowadzające ścieki do jezior i ich dopływów oraz bezpośrednio do sztucznych
zbiorników wodnych usytuowanych na wodach płynących:
RLM do 14999 -wymagany skład ścieków oczyszczonych limituje pięć parametrów, przy czym
najwyższą dopuszczalną wartość dla azotu ogólnego i fosforu ogólnego określono dla stężenia
średniorocznego tych zanieczyszczeń.
Oczyszczalnie o RLM od 15 tys.
Wymagany skład ścieków jest limitowany, bez względu na rodzaj odbiornika, pięcioma parametrami:
BZT5, ChZT
Cr
, zawiesiny ogólne, azot ogólny i fosfor ogólny.
2. To samo co w gr. A, tylko zmienione dane w BZT5, N ogólny i RLM.
3. Od czego zależy zapotrzebowanie na powietrze w procesie osadu czynnego?
28
,
0
2
h
O
Z
Q
,
Gdzie:
h
O
Z
2
- Maksymalne godzinowe zużycie tlenu
- wsp. powierzchni granicznej – określa efekt napowietrzania tlenu w procesie osadu czynnego
= sprawność systemu napowietrzania 6%/m
- poprawka ze względu na zasolenie ścieków
4. Omów charakterystyczne parametry technologiczne oczyszczania ścieków osadem czynnym (z
nitryfikacją, bez denitryfikacji i biologicznej defosfatacji).
Przez pojęcie biologiczne (a ściślej biochemiczne) oczyszczanie ścieków należy
rozumieć wszystkie te procesy, w których do usuwania zanieczyszczeń obecnych w
ściekach wykorzystuje się przemiany metaboliczne prowadzone przez różne grupy
drobnoustrojów. Oczyszczanie biologiczne jest więc, w najszerszym pojęciu,
naśladownictwem procesów występujących normalnie w przyrodzie, z tą różnicą, że dla
ich niezakłóconego przebiegu i intensyfikacji tworzy się specjalnie warunki poprzez
odpowiednie zabiegi techniczne.
Oczyszczenie ścieków metodą tlenowego osadu czynnego polega na ich
napowietrzaniu z zawiesiną mikroorganizmów (tzw. osadem czynnym) w specjalnych
komorach (reaktorach biologicznych). Osad czynny jest skupiskiem kłaczków
mikroorganizmów wodnych (bakterii i pierwotniaków), które rozwijają się intensywnie w
warunkach zwiększonej podaży substratów i tlenu, a także zawiesin doprowadzanych do
reaktora biologicznego ze ściekami oraz frakcji martwych powstających z obumierania
bytujących mikroorganizmów. W tych reaktorach biologicznych następuje kontakt osadu
czynnego z substancjami zanieczyszczającymi ścieki. W wyniku wielu powiązanych ze
sobą procesów fizykochemicznych i biochemicznych zanieczyszczenia „wychwytywane”
są przez zawiesinę osadu czynnego, a bytujące w niej mikroorganizmy wykorzystują je
w tlenowych procesach przemiany materii jako źródła energii lub substancje budulcowe
w szlakach katabolicznych i anabolicznych tych mikroorganizmów. Wykorzystanie
zanieczyszczeń powoduje ich usunięcie ze ścieków. Produktami tych przemian są różne
substancje, w tym: dwutlenek węgla, woda, siarczany, azotany, a także energia i
przyrastająca biomasa mikroorganizmów. Po procesie zachodzi więc konieczność
oddzielenia osadu od oczyszczonych ścieków, co najczęściej realizowane jest w
osadnikach wtórnych.
Celem podstawowym oczyszczania biologicznego (w procesie tlenowego osadu
czynnego) jest usuwanie ze ścieków związków organicznych rozpuszczonych,
koloidalnych oraz bardzo drobnych zawiesin nieopadających. W sprzyjających
warunkach technologicznych zachodzić może również utlenianie azotu amonowego
poprzez azotyny do azotanów, tzw. proces nitryfikacji.
Mechanizm procesu biologicznego oczyszczania polega na:
• utlenianiu części związków organicznych przez bakterie heterotroficzne
• wiązaniu części związków organicznych w biomasie mikroorganizmów
prowadzących proces (ta część związków organicznych nie jest utleniania).
Związki organiczne + tlen + substancje pożywkowe + mikroorganizmy = nowe
mikroorganizmy + CO2 + H2O
Efektywność oczyszczania w procesie osadu czynnego zależy od:
• podatności związków organicznych na przyswajanie przez mikroorganizmy,
• wieku osadu,
• ilości i rodzaju aktywnych mikroorganizmów w komorze osadu czynnego,
• czasu przetrzymania (hydraulicznego,
• warunków prowadzenia procesu: stężenia tlenu, zawartości substancji
pożywkowych (N, P, K), pH, temperatury, obecności substancji toksycznych,
• odpowiedniej intensywności mieszania, wydajności procesu napowietrzania,
• właściwej recyrkulacji osadu
• właściwej eksploatacji całego układu.
5. takie samo jak 5. w zestawie A.
Zestaw C:
1.Co to jest wiek osadu i od czego zależy?
Wiek osadu - średni czas przebywania kłaczków osadu czynnego w układzie oczyszczalni w komorze
napowietrzania. Może wynosić od 1 do 40 dób WO = zapas osadu / przyrost = pojemność *
* stężenie osadu / przyrost osadu. Przyrost osadu DX = Qm * XN. Wiek osadu przyjmuje się w
zależności od wymaganego stopnia oczyszczania czyli wymaganego stopnia zmniejszania
zanieczyszczeń. Przy wieku do 7 dób mówimy o procesie pełnego biologicznego oczyszczania. Przy
wieku powyżej 7 dób mówimy o pełnym biologicznym oczyszczaniu z nitryfikacją zw azotowych.
2. takie samo jak 5. w zestawie B.
3. takie samo jak 1. w zestawie A.
4. takie samo jak 2. w zestawie A.
5. ?
Zestaw D:
1.takie samo jak 1. w zestawie A
2. takie samo jak 2. w zestawie A
3. Omów charakterystyczne parametry technologiczne oczyszczania ścieków osadem czynnym (z
nitryfikacją, denitryfikacją i wzmożoną biologiczną defosfatacją).
„Specjalne” bakterie heterotroficzne (BHP) są w stanie zgromadzić w komórce nawet > 20% P.
Bakterie takie (bakterie heterotroficzne akumulujące P, BHP (PAO)) mogą być obecne w znacznych
ilościach w osadzie czynnym, gdy osad jest naprzemiennie poddawany warunkom beztlenowym i
tlenowym. Wtedy osad nadmierny (zawierający dużo BHP) zawiera dużo P, a więc ilość usuwanego
fosforu jest duża.
Aby zaszły odpowiednie procesy zwykle wykorzystuje się układ A2/O:
Warunkiem wystąpienia nitryfikacji jest:
~ (7 ÷ 10)d dla 10ºC
4. Jak utrzymuje się stały wiek osadu w procesie oczyszczania osadem czynnym?
Wiek osadu - średni czas przebywania kłaczków osadu czynnego w układzie oczyszczalni w komorze
napowietrzania. Może wynosić od 1 do 40 dób WO = zapas osadu / przyrost = pojemność *
* stężenie osadu / przyrost osadu. Przyrost osadu DX = Qm * XN. Wiek osadu przyjmuje się w
zależności od wymaganego stopnia oczyszczania czyli wymaganego stopnia zmniejszania
zanieczyszczeń. Przy wieku do 7 dób mówimy o procesie pełnego biologicznego oczyszczania. Przy
wieku powyżej 7 dób mówimy o pełnym biologicznym oczyszczaniu z nitryfikacją zw azotowych.
5. takie samo jak 5. w zestawie A.
Zestaw E:
1.takie samo jak 1. w zestawie B.
2. takie samo jak 2. w zestawie A.
3. takie samo jak 3. W zestawie D.
4. takie samo jak 5 w zestawie A.
d
V
V
V
V
WO
WO
KN
KN
KD
KB
nit
,
min,
5. Omówić biologiczne usuwanie związków biogennych ze ścieków.
Nitryfikacja – proces utleniania amoniaku i soli
amonowych do azotanów(III) i azotanów(V) prowadzony przez bakterie nitryfikacyjne.
Denitryfikacja - proces ten polega na redukcji utlenionych związków azotu przez bakterie
fakultatywne do produktów końcowych, którymi może być NO
2
, N
2
O lub azot w postaci gazowej N
2
Amonifikacja: Polega na przemianie azotu zawartego w związkach organicznych do soli amonowych
lub amoniaku. Amonifikacja nie wymaga udziału tlenu i może zachodzić zarówno w warunkach
tlenowych jak i beztlenowych. Warunkiem przebiegu amonifikacji jest obecność wystarczającej ilości
azotu organicznego oraz odpowiednich mikroorganizmów mogących przeprowadzić ten proces.
Defosfatacja biologiczna to proces redukcji związków fosforu przy pomocy mikroorganizmów
wbudowujących fosfor w swoją masę komórkową.
„Zwykłe” bakterie heterotroficzne (BH) osadu czynnego zawierają ok. 2% P. Ilość fosforu usuwanego
ze ścieków z osadem nadmiernym (zawierającym BH) jest zatem mała.
„Specjalne” bakterie heterotroficzne (BHP) są w stanie zgromadzić w komórce nawet > 20% P.
Bakterie takie (bakterie heterotroficzne akumulujące P, BHP (PAO)) mogą być obecne w znacznych
ilościach w osadzie czynnym, gdy osad jest naprzemiennie poddawany warunkom beztlenowym i
tlenowym. Wtedy osad nadmierny (zawierający dużo BHP) zawiera dużo P, a więc ilość usuwanego
fosforu jest duża.