Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Proces osadu czynnego został opracowany około 1914

roku w celu usuwania ze ścieków substancji
powodujących zużycie tlenu w odbiorniku.

Jest intensyfikacją na skalę techniczną procesu

samooczyszczania wód poprzez:

zwiększenie ilości mikroorganizmów,

sztuczne natlenienie środowiska wodnego.

W efekcie daje to możliwość zwiększenia ilości

oczyszczanych ścieków.

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

reaktor napowietrzany

osadnik wtórny - pozwala
oddzielić oczyszczone
ścieki od osadu czynnego

Napowietrzanie dostarcza tlenu i utrzymuje
mikroorganizmy w stanie zawieszenia

osad recyrkulowany

osad nadmierny

ścieki
surowe

ścieki
oczyszczone

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Dobra separacja oczyszczonych ścieków od osadu
czynnego wymaga dobrych własności sedymentacyjnych
osadu.

IO =

, cm

/g smo

Indeks Mohlmanna – indeks osadu czynnego

IO = 50 – 150 cm

/g smo

dobre właściwości sedymentacyjne

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

, Q

, S

S, Q

AS – osad czynny (activated sludge),
SC – osadnik wtórny (secondary clarifier),
RS – osad recyrkulowany (return sludge),
WS – osad nadmierny(wasted sludge),
S, S

– stężenie substratu,

Q, Q

, Q

– natężenie przepływu (flow rate),

V, V

– objętość,

X, X

, X

– zawartość biomasy

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Hydrauliczny czas zatrzymania

(hydraulic

retention time) HRT dotyczy ścieków:

HRT

Wiek osadu

(Sludge age) inaczej Średni czas przebywania

biomasy w systemie (Mean cell retention time) WO dotyczy osadu
czynnego czyli biomasy mikroorganizmów:

WO =

V · X

· X

+ Q

· X

V
Q

, h

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Q·S

kg COD

d·m

F/M (food – to – microorganism ratio)

kg COD

g sm · d

Q·S

V·X

Obciążenie komory osadu
czynnego ładunkiem
zanieczyszczeń

Obciążenie osadu
czynnego ładunkiem
zanieczyszczeń

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

· X

= (Q + Q

) · X

Q + Q

= R

Stopień recyrkulacji osadu czynnego R

po przekształceniu:

R =

- X

, %

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Wzrost mikroorganizmów osadu czynnego

limitowany substratem

r = µ · X

µ = µ

+ S

r =

· S · X

+ S

r – szybkość wzrostu
mikroorganizmów, g sm/ l·s,

µ - specyficzna szybkość wzrostu, d

-1

X- zawartość biomasy, g sm/l,

– maksymalna specyficzna szybkość

wzrostu, d

-1

– stała saturacji dla danego

substratu, mg/l,

S – stężenie substratu limitującego
wzrost mikroorganizmów, mg/l,

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

r = -Y · r

Y – współczynnik przyrostu biomasy,
g sm/ g BZT

– szybkość zużycia substratu, mg/l·s,

r – szybkość wzrostu mikroorganizmów,
g sm/ l·s,

= -

· S · X

Y · (K

+ S)

r’ = -Y · r

- k

· X

szybkość rozkładu endogennego

- stała szybkości rozkładu, d

-1

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

r’ =

· S · X

+ S

- k

· X

Szybkość wzrostu mikroorganizmów uwzględniająca

rozkład endogenny

r’·V = Q

·X

+ Q

·X

r’ =

·X

+ Q

·X

r’ = -Y·r

- k

·X

= -Y

- k

·X

+ Q

·X

V·X

= -Y

- k

·X

+ Q

·X

= -Y·r

- k

·X

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

S - S

·X

(S – S

)·Q

V·X

Specyficzna szybkość wykorzystania substratu

-Y(S – S

)·Q

V·X

- k

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Dobór urządzeń natleniających

OC – zdolność natleniania (Oxygenation Capacity)

Szybkość wprowadzania tlenu do odtlenionej wody o
temperaturze 20°C lub 10°C (zależy od producenta)
przy ciśnieniu barometrycznym 1013 hPa i
temperaturze powietrza charakterystycznej dla danego
systemu:

-napowietrzania powierzchniowego 20°C,

-napowietrzania sprężonym powietrzem 75°C,

i przy ściśle określonych warunkach geometrycznych,
np. rozmieszczenie dyfuzorów, wysokość słupa wody.

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

OC = 3,6 c

a, kg O

– stężenie tlenu w g O

odpowiadające pełnemu

nasyceniu tlenem wody o temperaturze 20°C (10°C) przy
ciśnieniu 1013 hPa,

– wspólczynnik przenikania tlenu, m/s,

a – powierzchnia międzyfazowa, m

Wartość iloczynu k

a zależy od wielu czynników:

temperatury, lepkości i zasolenia ścieków, temperatury
powietrza, wielkości pęcherzyków powietrza, turbulencji
przepływu pęcherzyków gazu, turbulencji cieczy, ciśnienia
parcjalnego tlenu w pęcherzykach powietrza,ciśnienia
atmosferycznego

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

w warunkach technicznych jest niższe niż

w laboratoryjnych.

Stężenie tlenu w ściekach, odpowiadające

pełnemu nasyceniu, różni się od
analogicznego stężenia w wodzie.

Przyczyny:

wyższe zasolenie,

zawartość zawiesin

i substancji powierzchniowo czynnych.

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

W instalacjach osadu czynnego utrzymuje się

zwykle stężenie tlenu w zakresie od 0,5 –
2,0 g O

OC/A – stosunek zdolności natleniania

urządzeń napowietrzających do
zapotrzebowania tlenu czyli ładunku
zanieczyszczeń

A – ładunek zanieczyszczeń to iloczyn S i Q,

kg BZT

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

OC/A = 1,4 – 1,6 kg O

/kg BZT

5 us

- dla pełnego usuwania BZT,
OC/A ~ 2,5 - dla pełnego usuwania BZT i nitryfikacji,
OC/A ~ 2,8 – dla stabilizacji osadu nadmiernego.
Zużycie powietrza m

/kg BZT

5 us

Zapotrzebowanie energii kWh/BZT

5 us

Najmniej energii zużywają wirownice i napowietrzanie

drobnopęcherzykowe do około 0,6 kWh/kg BZT

5 us

Napowietrzanie grubo- i średniopęcherzykowe oraz aeratory

powierzchniowe zużywają do koło 1,1 – 1,2 kWh/kg BZT

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Reaktor okresowy (batch reactor)

stężenie początkowe S

czas

ęż

Reaktor pełnego wymieszania (continuous stirred reactor)

ęż

czas

∞

Reaktory przepływowe

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Reaktor tłokowy (tubular reactor)

odległość od czoła reaktora

ęż

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

, %

100

0,05

stabilizacja osadu

0,15

nitryfikacja

0,3

pełne utlenienie C

org

Osad czynny wysoko obciążony

Obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń, g BZT

/g sm•d

Document Outline