Podstawy biologicznego
oczyszczania ścieków -
część II
Dr inż. Michał
Mańczak
Podstawy biologicznego
oczyszczania ścieków -
część II
Dr inż. Michał
Mańczak
Podstawowe procesy
napowietrzania
Napowietrzanie sprężonym powietrzem
Podstawowe procesy
napowietrzania
Napowietrzanie aeratorami
mechanicznymi
z wałem pionowym
Podstawowe procesy
napowietrzania
Napowietrzanie aeratorami
mechanicznymi
z wałem poziomym
Mieszanie w komorach
nienapowietrzanych
Nitryfikacja
Nitryfikacja biegnie tylko w warunkach tlenowych
NH
4+
+ 1,5O
2
NO
2-
+ 2H
+
+ H
2
O
NO
2-
+ 0,5O
2
NO
3-
NH
4=
+ 2O
2
NO
3-
+ 2H
+
+ H
2
O
Warunkiem nitryfikacji jest obecność nitryfikantów w osadzie
czynnym.
Nitryfikanty mają długi czas generacji, zatem średni czas
przetrzymania
cząstek osadu w komorze napowietrzania (wiek osadu) musi być
odpowiednio długi, żeby nitryfikanty zdążyły się „mnożyć”.
NITROSOMONA
S
NITROBACTER
NITROSOMONA
S
NITROBACTER
nit
C
nit
WO
WO
d
WO
min,
10
min,
)
10
7
(
Warunek skutecznej
nitryfikacji
Nitryfikacja
Denitryfikacja
związki org.
+ NO
3-
CO
2
+ H
2
O + ½ N
2
+
OH
-
biologicznie
rozkładalne
Zużycie związków organicznych
~ 3 g BZT
5
/g N-NO
3-
zdenitryfikowanego
Proces biegnie przy braku tlenu rozpuszczonego (O
2
< 0,5 g/m
3
),
są to
tzw. warunki ANOKSYCZNE
BAKTERIA
HETEROTROFICZNE
MLE Modified Ludzak - Entinger system
KD (brak napowietrzania, ale jest mieszanie)
zw. org. + NO
3-
CO
2
+ H
2
O + ½ N
2
+ OH
-
KN (napowietrzanie)
NH
4
+ 2O
2
NO
3-
+ 2H
+
+ 2H
2
O
zw. org. + O
2
CO
2
+ H
2
O
Układ „MLE” oczyszczania
ścieków
Komora
denitryfikacji
KD
Komora
nitryfikacji
KN
Osadnik
wtórny
Osad recyrkulowany α
Q
0
Osad nadmierny Q
N
Dopływ Q
0
Odpływ Q
0
- Q
N
Recyrkulacja bogatego w
azotany osadu czynnego β
Q
0
NITROSOMONA
S
NITROBACTER
BAKTERIA
HETEROTROFICZNE
BAKTERIA
HETEROTROFICZNE
Układ „MLE” oczyszczania
ścieków
β Q
0
– recyrkulacja wewnętrzna
β = (100 ÷ 400)%
- żeby dostarczyć NO
3-
z KN do
KD
β → N-NO
3-
(kilka do kilkanaście g N-NO
3-
/m
3
)
β → „natlenianie” KD jako efekt uboczny
Warunek wystąpienia nitryfikacji w systemie MLE
V
KD
– zależy od niezbędnego stopnia denitryfikacji
(V
KD
≈ (30 ÷ 60 )% z (V
KN
+ V
KD
))
T = (V
KN
+ V
KD
)/Q
0
→ rzędu kilkunastu godzin
d
V
V
V
WO
WO
KN
KD
KN
nit
,
min,
WO
min,nit
~ (7 ÷ 10)
d dla 10ºC
Układ „MLE” oczyszczania
ścieków
Zużycie tlenu
ZO
2
= ZO
2C
+ ZO
2NIT
- ∆ZO
2DEN
, gO
2
/d
ZO
2C
= 1,47Q
0
(BZT
5
,
0
– BZT
5,eS
) – 1,42 ∆X
org
, gO
2
/d
ZO
2NIT
= 4,6 [Q
0
(N
og
,
0
– N
og,eS
) – 0,1 ∆X
org
], gO
2
/d =∆N
N
og,eS
, BZT
5,eS
– wartości w próbie sączonej z odpływu osadnika
wtórnego, g/m
3
,
∆X
org
– przyrost osadu organicznego, gsmo/d,
0,1 – przybliżona wartość N w osadzie organicznym, gN/gsmo
∆N – ilość znitryfikowanego azotu.
na utlenienie
zw.
organicznych
na nitryfikację
NH
4
+
odzysk w
wyniku
denitryfikacji
NO
3
-
Układ „MLE” oczyszczania
ścieków
∆ZO
2DEN
= 2,9 (∆N
NIT
- Q∙N - NO
3,e-
), gO
2
/d
Efekty oczyszczania
Jak w procesie tlenowym, ale dodatkowo znaczne obniżenie stężenia
azotu w odpływie dzięki denitryfikacji N-NO
3-
. Odpływ z reguły nie
spełnia
wymogów Rozporządzenia w zakresie fosforu (tak jak w układzie
tlenowym.
Mieszanie w komorze denitryfikacji
Trzeba utrzymywać osad czynny w zawieszeniu, ale nie napowietrzać
zawartości KD.
Moc mieszania ~ 5 W/m
3
KD
„odzysk” tlenu
w denitryfikacji
NO
3
-
, gO
2
/gN-
NO
3
-
∆N
DEN
, ilość
zdenitryfikowanych
azotanów, gN-
NO
3
-
/d
Defosfatacja biologiczna
„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.
Układ A/O
Układ A/O
(Anaerobic/Oxic)
KB
KN
Odpływ Q
0
– Q
N
(mało P)
Q
N
(dużo P)
α Q
0
Q
0
KB
KN
10 ÷
20%
2,3%
%
P
s
m
o
st
ę
że
n
ie
,
g
/m
3
% P
smo
PO
4
BZT
Układ A/O
KB
C
org
LKT (Lotne Kwasy Tłuszczowe)
BH
BHP
(PO
4
)
n
PHM
LKT
PO
4
(PHM = Poli Hydroksy
Maślany. Substancja
zapasowa)
Układ A/O
BHP
(PO
4
)
n
PHM
KN
C
org
+ O
2
CO
2
+ H
2
O + ∆ BH
BH
O
2
PO
4
CO
2
H
2
O + ∆ BHP
Układ A/O
Dopływ do KB musi mieć możliwie
mało (najlepiej wcale) NO
3-
.
Dlatego układ A/O projektuje się tak, żeby nie było nitryfikacji
(tzn. przyjmuje się odpowiednio
krótki WO
).
WO ≈ (2 ÷6)d
T
KB
= V
KB
/Q
0
≈ (0,5 ÷1,5)h
T
KN
= V
KN
/Q
0
≈ (1 ÷3)h
Efekty oczyszczania i zużycia tlenu:~ jak w procesie tlenowym
przy porównywalnym WO, ale dodatkowo
niskie stężenie P w
ściekach oczyszczonych
(może być, że odpowiada wymogą
Rozporządzenia). Trzeba bardzo dobrze klarować ścieki w
osadnikach wtórnych X
e
< 20 (15) gsm/m
3
, ponieważ zawiesina
zawiera dużo P.
Układ A2/O
Układ A2/O
(Anaerobic/Anoxic/Oxic)
KD/KN → tak jak w układzie MLE. Służy do usuwania
zanieczyszczeń organicznych oraz nitryfikacji / denitryfikacji.
Parametry jak dla układu MLE.
KB → żeby uzyskać defosfatację biologiczną.
T
KB
= V
KB
/Q
0
≈ (0,5 ÷ 2)h
NO
3-
doprowadzane do KB zużywają LKT, co obniża przyrost
BHP, a zatem efekty usuwania P.
KN
Q
0
– Q
N
Q
N
α Q
0
Q
0
KB
KD
β Q
0
Układ A2/O
Warunek wystąpienia nitryfikacji w systemie A2/O
Zużycie tlenu
Tak jak w systemie MLE.
d
V
V
V
V
WO
WO
KN
KN
KD
KB
nit
,
min,
~ (7 ÷ 10)d
dla 10ºC