background image

 

Ć

wiczenie 3. Wyznaczenie parametrów technologicznych modelowego systemu 

oczyszczania ścieków za pomocą „osadu czynnego”

  

 

1.

 

Wprowadzenie  

Na pracę osadu czynnego mają wpływ zarówno rodzaj, jak i stężenie zanieczyszczeń. Rodzaj 
doprowadzanych  zanieczyszczeń  jest  istotny  ze  względu  na  możliwość  występowania 
substancji  wykazujących  działanie  toksyczne.  Trudno  rozkładalne  związki  organiczne 
wymagają  dłuższego  czasu  kontaktu  z  osadem,  co  uzyskiwane  jest  przez  zmniejszenie 
obciążenia, wydłużenie czasu zatrzymania czy recyrkulację ścieków oczyszczonych. 
Również  temperatura  i  odczyn  wywierają  istotny  wpływ  na  oczyszczanie  ścieków  metodą 
osadu czynnego. 
 
Temperatura  
ścieków  wpływa  na:-  lepkość  cieczy,-  wielkość  napięcia  powierzchniowego,- 
stężenie  tlenu  rozpuszczonego,-  rozpuszczalność  substratów,-  wymianę  gazową  między 
organizmami a cieczą otaczającą, - szybkość reakcji biochemicznych, - opadalność zawiesin, 
w tym kłaczków osadu czynnego. 
Mikroorganizmy mające istotny wpływ na powstawanie i strukturę kłaczków osadu czynnego 
-  Zooglea  ramigera,  mają  zakres  swojego  rozwoju  w  przedziale  10  -  40

0

C,  zaś  optimum 

przypada  w  zakresie  28  -  30

0

C.  Formy  nitkowate  bakterii  np  Sphaerotilus  natans  mają 

zbliżony zakres rozwoju, jednakże mogą one już dominować w temperaturze 5 - 10

0

C, kiedy 

organizmy zooglealne wykazują dopiero niewielką aktywność biochemiczną. 
Temperatura w ścieków miejskich waha się w okresie letnim miedzy 15 a 25 

0

C, natomiast w 

okresie zimowym wynosi około 10

0

C. [1] 

 
Odczyn  
ścieków  bytowo  -  gospodarczych  i  komunalnych  dopływających  do  komór  osadu 
czynnego  mieści  się  w  granicach  pH  =  7  +  0,5.  Formy  zooglealne  organizmów  osadu 
czynnego wymagają optimum pH = 7 - 7,5, natomiast organizmy nitkowate rozwijają się przy 
odczynie  pH  =  5-6.  W  ścieków  bytowo-gospodarczych  dopływających  na  oczyszczalnie  pH 
może się wahać w zakresie 6.6-8.0.  
 
Czas napowietrzania. 
Parametr ten określa czas, w którym ścieki wraz z osadem czynnym są 
napowietrzane,  co  z  reguły  jest  równoznaczne  z  ich  hydraulicznym  czasem  zatrzymania  w 
komorze napowietrzania. Czas zatrzymania można obliczyć ze wzoru: 

 

T = 

V

Q

 [h] 

gdzie: 

V - objętość komory napowietrzania, [m

3

], 

Q - natężenie dopływu ścieków, [m

3

/h]. 

 
Czas, w którym organiczne zanieczyszczenia zostaną usunięte ze ścieków, zależy od:  

background image

 

rodzaju  zanieczyszczeń,  stężenia  substancji  zanieczyszczającej,  ilości  i  aktywności  osadu 
czynnego,  adaptacji  osadu  do  rodzaju  zanieczyszczeń,  warunków  środowiskowych  (np. 
temperatury, odczynu, proporcji substancji odżywczych, stopnia wymieszania). 

Ś

cieki  są  zwykle  mieszaniną  substancji  rozpuszczonych,  z  których  każda  usuwana  jest 

proporcjonalnie  do  upływającego  czasu.  Jednakże  prędkość  usuwania  może  być  różna  dla 
każdej z rozpuszczonych substancji.  
 
Zawartość  zawiesin  osadu  czynnego  w komorze  napowietrzania.  X

v

  oznacza  ile  gramów 

osadu (oznaczonego jako sucha masa lub sucha  masa organiczna) znajduje się w 1 dm

3

 (lub 

m

3

) komory napowietrzania. 

 

X

v

 [g

s.m.o.

/dm

3

] lub [g

s.m.o.

/m

3

 
Przeciętnie w komorze napowietrzania utrzymywane jest stężenie 3 - 3,5 kg

s.m.o.

/m

3

 i dąży się 

do większych wartości. 

Ponieważ  do  komory  napowietrzania  doprowadzane  są  ścieki  surowe,  a  odprowadzane 

ś

cieki wraz z osadem, to dla utrzymania odpowiedniej ilości zawiesin w komorze stosuje się 

zawracanie  osadu  z  osadników  wtórnych  do  komór  napowietrzania,  czyli  recyrkulację
Stopień  recyrkulacji  osadu  -n-  wyraża  w  procentach  stosunek  recyrkulowanego  osadu  do 
ilości dopływających ścieków: 

n = 

Q

Q

r

 [%] 

 
Obciążenie  komór  napowietrzania  ładunkiem  zanieczyszczeń  –  A

V

  -  określa  ile  gramów 

lub  kilogramów  związków  organicznych  (oznaczonych  przez  stężenie  BZT

5

)  jest 

doprowadzanych do jednego m

3

 komory napowietrzania w ciągu doby. 

 
             A

V

  [gBZT

5

/m

3

d]  lub  [kgBZT

5

/m

3

d] 

 

 

V

C

Q

A

V

0

×

=

 

gdzie: 
Q - natężenie przepływu ścieków, [m

3

/d], 

C

0

 - stężenie związków organicznych w ściekach dopływających wyrażone jako BZT

5

       [gBZT

5

/m

3

], 

V - objętość komory napowietrzania, [m

3

]. 

 
Samo  obciążenie  komory  napowietrzania  nie  jest  czynnikiem  ograniczającym  efektywność 
oczyszczania  ścieków.  W  przypadku  jednakowego  obciążenia  czasy  zatrzymania  ścieków  w 
komorze  będą  się  wahać  w  zależności  od  ich  stężenia.  Stężone  ścieki  można  przy 
jednakowym  obciążeniu  objętościowym  oczyścić  w  wyższym  stopniu  niż  ścieki 
„rozcieńczone”.  W  praktyce  spotyka  się  obciążenia  komór  w  zakresie  100  -  25000 
gBZT

5

/m

3

d. 

background image

 

 
Obciążenie  osadu  ładunkiem  zanieczyszczeń  -  A

X

  -  określa  ile  gramów  względnie 

kilogramów związków organicznych (oznaczonych przez ładunek BZT

5

) przypada na 1 gram 

suchej masy osadu czynnego w ciągu doby. 
 
 

A

X

  [gBZT

5

/g

s.m.o.

d] lub [kgBZT

5

/g

s.m.o.

d] 

 
Pomiędzy  obciążeniem  komory  napowietrzania  A

V

  i  obciążeniem  osadu  A

X

  istnieje 

zależność: 

 

A

X

 = 

v

V

X

A

 [gBZT

5

/g

s.m.o.

d] 

gdzie: 
X

v

  -zawartość zawiesin osadu w komorze napowietrzania, [g

s.m.o.

/m

3

]. 

 

Obciążenie  osadu  ładunkiem  zanieczyszczeń  należy  traktować  jako  czynnik 

ograniczający działanie oczyszczające osadu, gdyż wraz z obciążeniem osadu zmienia się też 
naturalnie  aktywność  biocenozy  bakteryjnej.  Dany  układ  osadu  czynnego  powinien  być 
obciążony  ładunkiem  zanieczyszczeń  w  takim  stopniu,  aby  mikroorganizmy  były  w  stanie 
zużyć większość materii organicznej dopływającej wraz ze ściekami. W praktyce stosuje się 
obciążenia w granicach 0,05 - 5,0 g BZT

5

/g

s.m.o.

d. Z przeprowadzonych szczegółowych badań 

wynika, iż dla całkowitego biologicznego oczyszczania ścieków odpowiednie jest obciążenie 
osadu  ładunkiem  BZT

5

  mniejsze  od  0,4  gBZT

5

/g

s.m.o.

d,  natomiast  w  przypadku  nitryfikacji 

obciążenie to nie przekracza 0,15 gBZT

5

/g

s.m.o.

d. 

 
Wiek  osadu  określa  się  jako  czas,  po  którym  cały  osad    zgromadzony  w  całym  systemie 
ulegnie  wymianie;  jest  to  przeciętny  czas,  w  którym  kłaczek  osadu  czynnego  znajduje  się 
w systemie oczyszczania: 

 

W

V

X

q

X

Q

X

v

r

e

×

×

+ ×

    [doba] 

gdzie:  
V - objętość komory napowietrzania, [m

3

], 

X

v

 - zawartość zawiesin osadu w komorze napowietrzania, [g/m

3

], 

q - dobowy nadmiar osadu czynnego odprowadzany z osadników wtórnych, [m

3

/d], 

X

r

 - zawartość zawiesin w osadzie nadmiernym, [g/m

3

], 

Q - średnio dobowy przepływ ścieków, [m

3

/d], 

X

e

 - zawartość zawiesiny w ściekach oczyszczonych, [g/m

3

], 

Parametr  ten  jest  zależny  od  przyjętego  sposobu  oczyszczania  oraz  od  specyficznej 

szybkości  wzrostu  mikroorganizmów.  Dla  procesu  osadu  czynnego  można  przyjąć,  że 
odwrotność szybkości wzrostu mikroorganizmów jest równa wiekowi osadu 

 

1

µ

=

WO

gdzie: 

µ

 - specyficzna szybkość wzrostu mikroorganizmów, [1/d]. 

background image

 

W  praktyce  oznacza  to,  iż  im  mniejsza  wartość 

µ

  -  specyficznej  szybkości  wzrostu 

mikroorganizmów,  tym  wyższy  musi  być  utrzymany  wiek  osadu,  aby  nie  dochodziło  do 
ucieczki (wymywania) mikroorganizmów z układu. Przykładowo jeżeli w bioreaktorze będzie 
utrzymywany  wiek  osadu  na  poziomie  WO  =  8  dób,  to  zostaną  zatrzymane  w  nim  te 
mikroorganizmy  dla  których 

µ

  wynosi  1/8  czyli  0,12  [1/d]  i  więcej.  Drobnoustroje 

charakteryzujące  się  mniejszą  wartością 

µ

  opuszczą  bioreaktor,  gdyż  nie  zdążą  się  w  nim 

namnożyć. 

 

Indeks Mohlmana wyraża objętość w cm

3

, którą zajmuje 1 g osadu po półgodzinnym czasie 

zagęszczania w leju Imhoffa. Można określić go wzorem: 
 

 

I

0

=

V

X

v

 [cm

3

/g] 

Indeks  Mohlmana  określa  własności  sedymentacyjne  osadu  oraz  jego  uwodnienie  i  jest 

podstawową  wielkością  określającą  pracę  osadników  wtórnych.  Indeks  ten  waha  się 
w zakresie 40 - 300 cm

3

/g. Przy napowietrzaniu sprężonym powietrzem osad powinien mieć 

indeks  poniżej  150  cm

3

/g,  natomiast  przy  napowietrzaniu  sposobami  mechanicznymi 

w granicach 100 - 300 cm

3

/g. 

Nadmierne  uwodnienie  osadu,  czyli  powstanie  tzw.  osadu  spuchniętego,  powoduje 

niekorzystny wzrost indeksu, czyli nadmierny wzrost objętości w stosunku do masy. Wysoki 
indeks nie musi być oznaką pogorszenia się aktywności biochemicznej osadu, gdyż pomimo 
złych własności sedymentacyjnych może on dobrze oczyszczać ścieki. Duży wzrost wartości 
indeksu objętościowego osadu może spowodować rozpad osadu: kłaczki będą ciągle mniejsze 
i  przez  to  źle  sedymentujące.  Przy  konwencjonalnych  czasach  zatrzymania  w  osadniku 
wtórnym będą one wynoszone poza układ powodując zanieczyszczenie odbiornika. 

Pod  względem  mikrobiologicznym  w  osadzie  spuchniętym  rozwijają  się  bakterie 

nitkowate  np.  Sphaerotilus,  Thiotrix,  Beggiatoa,  które  charakteryzują  się  luźną  strukturą 
i w związku z tym cząstki wody przyczepiają się do nich na dość dużej powierzchni i wskutek 
tego  ciężar  właściwy  układu  woda  -  kłaczek  jest  zbliżony  do  ciężaru  właściwego  wody. 
Przyczynami powstawania osadu spęczniałego mogą być: 
-  charakter  dopływających  ścieków:  zmiany  odczynu,  wahania  temperatury  i  BZT

5

naruszenie równowagi pomiędzy pierwiastkami biogennymi C, N i P., 
- przeciążenie osadu, 
- nadmierne napowietrzanie osadu. 
 
Natlenianie  komór  osadu  czynnego.  
Aby  zapewnić  odpowiedni  przebieg  procesów  w 
komorze  napowietrzania  konieczne  jest  doprowadzenie  odpowiedniej  ilości  tlenu. 
Zapotrzebowanie na tlen w komorze napowietrzania jest sumą zapotrzebowania na: 
-  oddychanie  substratowe  -  w  wyniku  którego  część  organicznych  zanieczyszczeń  podlega 
utlenieniu, dostarczając energię niezbędną do budowy komórek. 
W celu zagwarantowania mikroorganizmom warunków tlenowych, stężenie tlenu w komorze 
napowietrzania powinno wynosić minimum 0,5 mg/dm

3

. Zazwyczaj stężenie tlenu utrzymuje 

się w na poziomie 2-3 mg/dm

3

 we wszystkich miejscach komory. 

background image

 

2. Cel  

Wyznaczenie  podstawowych  parametrów  technologicznych  modelowego  systemu 
oczyszczani „osadu czynnego” wpływających na efektywność oczyszczania ścieków. 

 

3.Wykonanie ćwiczenia 

 
 

Osadnik

Stopien recrkulacji osadu  r =? (%) 

Doplyw Q=? 
(l/ d)

Komora 
napowietrzania

Odplyw

St

ęż

enie biomasy 

x= ? (g/l)

 

Rys.1 Schemat systemu osadu czynnego 

 

 

background image

 

  
Grupa studencka wykonuje wstępne pomiary i oznaczenia zestawione w Tabela1.  

 
Tabela 1. Zakres i metody oznaczeń 

Oznaczenie 

Metoda oznaczenia 

SVI 

Indeks Mohlmana, to objętość (w ml) osadu czynnego po 

zagęszczaniu w ciągu 30 min w leju Imhoffa, przypadająca 

na 1g osadu. 

Szybkość dopływu 

ś

cieków surowych i 

wielość recyrkulacji 

osadu 

Pobierając ścieki surowe do cylindra miarowego o 

pojemności 100 cm

3

 w ciągu 15 minut 

Zawartość osadu czynnego w komorze napowietrzania 

metodą wagową 

Tlen rozpuszczony 

Sonda tlenowa OXI 196 firmy WTW. 

pH 

Papierek lakmusowy Merck, lub pH- metr 

Temperatura 

Termometr 

Objętość reaktora i 
osadnika wtórnego 

Miara 

 
Grupa  studencka  dzieli  się  na  2-3  osobowe  zespoły,  z  których  każdy  będzie  wykonywał 

oznaczenia. 

Na  podstawie  wykonanych  pomiarów  (tabeli  1),  jak  również  danych  dotyczących  stężenia 

zanieczyszczeń  w  dopływających  ściekach  (ćwiczenia  nr.  2)  zespoły  studenckie  obliczają 

parametry technologiczne zestawione w Tabeli 2.  

 

UWAGI! 



Kalkulatory, długopis, kartka obowiązkowe 

 

 

 

 

 

 

 














 








background image

 

 

Tabela 2. Parametry technologiczne systemu osadu czynnego 

Parametr 

Jednostki 

Wartość 

obliczona 

Wartość 

literaturowa 

Nazwa systemu 

Objętość komory 

napowietrzania 

[m

3

 

 

 

Objętość osadnika 

wtornego 

[m

3

 

 

 

Intensywność dopływu 

ś

cieków 

[m

3

/d] 

 

 

 

Obciążenie hydrauliczne 

reaktora 

[m

3

/m

3

g*d] 

 

 

 

Obciążenie substratowe 

objętości reaktora 

[g ChZT/m

3

*d] 

 

 

 

Obciążenie substratowe 

osadu czynnego 

[g ChZT/g

smo

*d] 

 

 

 

Obciążenie substratowe 

osadu czynnego 

[g BZT

5

/gsmo*d] 

 

 

 

Czas zatrzymania w 

reaktorze (czas 

napowietrzania) 

 [h] 

 

 

 

Czas zatrzymania w 

systemie 

[h]  

 

 

 

*% usunięcia BZT

5

 

[%]  

 

 

 

SVI 

[cm

3

/g]  

 

 

 

Stopień recyrkulacji  

 

[%]  

 

 

 

Zawartość osadu 

czynnego w komorze 

napowietrzania 

[g/m

3

]  

 

 

 

*Biochemiczne Zapotrzebowanie na Tlen (frakcja zw. organicznych rozkładalna biologicznie 
w ciągu 5 dni) dla ścieków surowych przyjąć BZT

5

= 0.8 ChZT, dla ścieków oczyszczonych 

przyjąć BZT

5

= 0.1 ChZT 

 

4.Opracowanie wyników  

Sekcje 4-5 osobowe opracowują wyniki na podstawie parametrów zebranych w Tabela 2.  

 

4.1.  Przeprowadź  dyskusję  wyznaczonych  parametrów  technologicznych  porównując  je  z 

danymi literaturowymi (załącznik 1).   

4.2.  Zaproponuj  jak  można  by  usprawnić  prace  modelowej  oczyszczalni  osadu  czynnego 

sterując danymi parametrami technologicznymi.  

 

 

background image

 

5. Literatura  

1.  „Biotechnologia  ścieków”  -  praca  zbiorowa  pod  redakcją  Korneliusza  Mikscha; 
wydawnictwo Politechniki Śląskiej; Gliwice 2000 r.  
2.  „Poradnik  eksploatatora  oczyszczalni  ścieków”  –  praca  zbiorowa  pod  redakcją  Z. 
Dymaczewskiego, J. Oleszkiewicza, M Sozańskiego ; Poznań 1997 r. 
3.  „Biotechnologia  w  ochronie  środowiska”  Ewa  Klimuk,  Marta  Łebkowska,  PWN, 
Warszawa 2005 
 

6. Pytania kontrolne: 

1.

 

Co to jest Indeks Molhman? 

2.

 

Jaki wpływ ma pH i temperatury na proces oczyszczania?  

3.

 

Jaki wpływ ma zawartość tlenu rozpuszczonego w reaktorze na procesy biologiczne? 

4.

 

Jakie niekorzystny efekt mogą wywoływać bakterie nitkowate w osadzie czynnym? 

5.

 

Czas zatrzymania biomasy osadu czynnego w komorze tlenowej? 

6.

 

Jakie procesy zachodzą w osadniku wtórnym? 

7.

 

Jaką rolę pełni recyrkulacja osadu w procesie oczyszczania ścieków?  

8.

 

Wyjaśnij wpływ obciążenia osadu ładunkiem zanieczyszczeń na efekt oczyszczenia 

ś

cieków. 

9.

 

Jakie zanieczyszczenia w ściekach charakteryzuje BZT

5

10.

 

Na czym polega intensyfikacja procesów biologicznego samooczyszczania się w 
systemach technologicznych? 

 
7. Uwagi dodatkowe  

 

Zaliczenie ćwiczenia: 

 

-

 

Sekcje 4-5 osobowe przygotowują 1 sprawozdanie (instrukcja punkt  
4)

 

 

. 
 

UWAGA! 
 
Termin oddania sprawozdania : 2 tygodni od daty wykonanego ćwiczenia!!!  
 

 
 
 
 
 
 
 
 

 

background image

 

 
 

Załącznik 1 

 

Parametry pracy systemów osadu czynnego 
 

Układ 

Wiek 

osadu 

[d] 

Obciążenie  

osadu 

[kgBZT

5

/kg

smo

d] 

Stężenie 

osadu 

[kg/m

3

Czas napo- 

wietrzania        

[h] 

Stopień 

recyrkula

cji 

[%] 

Przepływ 

tłokowy 

5-15 

0.2-0.4 

1.5-3.0 

4-8 

25-75 

Całkowite 

wymieszanie 

5-15 

0.2-0.6 

2.5-4.0 

3-5 

25-100 

Stopniowe 

zasilanie 

5-15 

0.2-0.4 

2.0-3.5 

3-5 

25-75 

Wysoko 

obciążony 

0.2-0.5 

1.5-5.0 

0.2-1.0 

1.5-3 

5-25 

Nisko obciążony 

20-30 

0.05-0.15 

3.0-6.0 

18-36 

50-150 

Rowy 

biologiczne 

10-30 

0.05-0.2 

3.0-6.0 

8-36 

75-150 

SBR 

0.05-0.3 

1.5-5.0 

 

12-50 

brak