Wykłady z Technologii Wody i Ścieków

Część III - Ścieki

2008-01-22

Wykłady z Technologii Wody i Ścieków	22 stycznia 2008
[Wpisz tutaj streszczenie dokumentu. Streszczenie jest zazwyczaj krótkim podsumowaniem treści dokumentu. Wpisz tutaj streszczenie dokumentu. Streszczenie jest zazwyczaj krótkim podsumowaniem treści dokumentu.]		Część III - Ścieki

Wykład Nr I

Definicja ścieków - norma PN - EN 1085

Ścieki to wody zużyte odprowadzane po wykorzystaniu w gospodarstwach domowych czy w procesie technologicznym lub wytworzone w procesie technologicznym, łacznie z wodami deszczowymi w wypadku kanalizacji ogólnospławnej oraz wodami infiltracyjnymi w kanalizacji.

Definicja ścieków - według ustawy Prawo wodne

Ścieki są to wprowadzane do wód lub do ziemi substancje i energie, które ze względu na swój skład lub stan mogą zanieczyszczać wody. Ściekami są również wody zanieczyszczone odprowadzane do urządzeń kanalizacyjnych.

W świetle prawa wodnego przepisy dotyczące ścieków mają zastosowanie odpowiednio do wód:

• podgrzanych

• skażonych promieniotwórczo

• zasolonych

• kopalnianych

• zanieczyszczonych wód opadowych

Definicja ścieków podana w ustawie „ O odpadach”

Ścieki są to wprowadzane do wód, ziemi lub urządzeń kanalizacyjnych:

• wody zużyte do celów bytowo - gospodarczych

• wody pochodzące z odwodnienia zakładów górniczych (wyłączając I i II klasę czystości)

• wody skażone promieniotwórczo

• ciekłe odchody zwierzęce

• wody opadowe z terenów zanieczyszczonych

Ustawa „O odpadach” wszystkie pozostałe wody nie zalicza do ścieków, lecz do płynnych odpadów.

Ze względu na system odprowadzania ścieków wyróżniamy:

• System ogólnospławny - do transportu ścieków i wód opadowych wspólnym kolektorem kanalizacyjnym

• System rozdzielczy - do oddzielnego transportu ścieków i wód opadowych odrębnymi kolektorami

• System półrozdzielczy - do transportu ścieków i części wód opadowych jednym kolektorem, a nadmiaru wód opadowych odrębnym kolektorem

Rodzaje ścieków:

• bytowo - gospodarcze - odprowadzane z kuchni, pralni, umywalni, łazienek, ustępów.

• Komunalne = miejskie - z obszarów i jednostek osadniczych, jest to mieszanina w której przeważają ścieki bytowo gospodarcze, ale mogą być także ścieki przemysłowe, ścieki opadowe, wody infiltracyjne i przypadkowe

• Przemysłowe - powstające w wyniku dowolnej działalności przemysłowej, handlowej lub usługowej

• Opadowe (deszczowe) - spływy deszczu lub wód roztopowych oraz ścieki z mycia ulic, zbierane systemem odwodnień z terenów utwardzonych

• Fekalne - stężone ścieki bytowo - gospodarcze pochodzące ze zbiorników bezodpływowych (szamb) dowożone do oczyszczalni ścieków taborem asenizacyjnym.

Ścieki świeżowodne - ścieki płynące same kanalizacją bo ciągle dochodzi nowa grupa ścieków.

W praktyce inżynierskiej można spotkać również określenia:

Ścieki miejskie - wszystkie ścieki powstające na terenie aglomeracji miejsko - przemysłowej. Termin używamy zamiennie z terminem ścieki komunalne.

W systemie kanalizacji ogólnospławnej lub półrozdzielczej należy wyróżnić:

Ścieki komunalne przy pogodzie deszczowej ( przed oczyszczalnią zamontować przelew burzowy awaryjny ponieważ deszcz może przeciążyć hydraulicznie oczyszczalnię i wypłukać mikroorganizmy).

Ścieki sanitarne to synonim ścieków bytowo - gospodarczych.

Dopływ do oczyszczalni

Żeby wprowadzić ścieki fekalne do oczyszczalni należy wykonać punkt zlewny. Zbiornik na oczyszczalni. Żeby wyeliminować siarkowodór zbiornik wyposażyć w system napowietrzania oraz urządzenie dozujące pompę dozującą ścieki do oczyszczalni. Wolno wprowadzić 20 % dopływu ścieków świeżowodnych w ciągu doby.

Kolektory do transportu ścieków można wykonywać jako:

• grawitacyjne

• podciśnieniowe

• ciśnieniowe

Gdy brak kanalizacji na danym obszarze, a ścieki zbierane są w zbiornikach bezodpływowych muszą być okresowo wywożone wozami asenizacyjnymi do tzw punktu zlewnego w oczyszczalni.

Kolektory kanalizacyjne transportują ścieki oraz wody infiltracyjne i przypadkowe.

Ilości ścieków określa się natężeniem przepływu:

Q_dśr - dobowym średnim

Q_{d max} - dobowym maksymalnym

Q_hśr - godzinowym średnim

Q_{h max} - godzinowym maksymalnym

Q_h ­_min - godzinowym minimalnym

Przepływ maksymalny to inaczej przepływ szczytowy. Przepływ przy pogodzie bezdeszczowej - dopływ na który nie oddziaływuje opad deszczu llub topnienie śniegu (okres 5 dniowy bez opadów powyżej 1 mm/d czy topnienia śniegu).

Ścieki bytowo - gospodarcze

Ich ilość odpowiada ilości wody zużytej na różne cele w mieszkaniach, obiektach użyteczności publicznej i zakładach pracy.

W mieszkaniach z ubikacją i łazienką wyposażonym w lokalne źródło ciepłej wody zużycie wody wynosi około 80 - 100 dm³/Md - wartości typowe dla wiejskich jednostek osadniczych,

W przypadku centralnej dostawy ciepłej wody - około 120 - 150 dm³/Md (Dz.U.8102 poz. 70) - wartości dla miejskich jednostek osadniczych.

Podobnie kształtuje się ilość ścieków.

Jednostkowa dobowa ilość ścieków odprowadzanych

- z gospodarstw domowych w zależności od klasy wyposażenia mieszkań oraz sposobu przygotowania ciepłej wody waha się w granicach

5 - 250 dm³/Md

Zwykle q_{d śr} = 80 - 150 dm³/Md (pracownika)

• z zakładów pracy waha się w granicach:

10 - 20 dm³/Md

(zwykle q_{d śr} = 15 - 100 dm³/pracownika, zmianę)

• z zakładów użyteczności publicznej waha się w granicach 30 - 50 dm³/Md

• Jednostkowe roczne zużycie wody odpowiadające ilości ścieków odprowadzanych do kanalizacji waha się w granicach:

• 50 - 100 m³/Ma

(zwykle q_{a śr} = 55 m³/Ma)

Ilość ścieków w dopływie do oczyszczalni ulega znacznym zmianom w cyklu dobowym i rocznym. Wzrost standardu wyposażenia mieszkań wiąże się ze zmniejszeniem nierównomierności odpływu.

Nierównomierności są uwzględniane dzięki zastosowaniu współczynników nierównomierności N_{d max}, N_{h max}, N_hd ( współczynnik określający nierównomierność rozbioru z doby o 12 h o największym rozbiorze wody ), N_{h min}.

Ścieki przemysłowe ( ciekłe odpady z przemysłu )

Ich ilość w przeliczeniu na jednostkę produktu, przerabianego surowca lub zatrudnionego pracownika jest bardzo różna.

Zależy od rodzaju i technologii produkcji.

Szacowanie ilości tych ścieków na podstawie wskaźników nie jest zalecane. Należy dokonać pomiarów przepływów w istniejącym zakładzie lub znaleźć zakład produkcyjny o podobnym profilu i technologii, a następnie dokonać pomiarów w tym zakładzie.

Ścieki opadowe:

Spływ ścieków opadowych ze skanalizowanego terenu określa się dla opadów ulewnych lub nawalnych:

Q_o = Fψq [dm³/s]

F - powierzchnia zlewni, z której ścieki spływają do danego odcinka kanału, [ha]

ψ - współczynnik spływu powierzchniowego ( ilość ścieków, które spłynęły do kanalizacji do ilości ścieków, które spadły na dany teren )

q - natężenie deszczu, [dm³/sha]

Wartości współczynnika spływu należą do przedziału 0,1 - 0,95.

ψ = 0,9 - 0,95 dla dachów szczelnych krytych blachą lub papą

ψ = 0,85 - 0,9 dla dróg asfaltowych

ψ = 0,01 - 0,1 dla terenów zielonych

Gdy w zlewni są powierzchnie różnie utwardzone, należy wyznaczyć średni ważony współczynnik spływu:

ψ = (ψ₁F₁ + ψ₂F₂ + ... ψ_nF_n­ )/(F₁ + F₂ + ... + F_n)

ψ₁, ψ₂, ... , ψ_n­ - współczynniki spływu dla odpowiednich powierzchni F.

Natężenie deszczu według wzoru Błaszczyka

q = A/ √3st z t² [dm³/sha]

A - natężenie deszczu trwającego t = 1 min w zależności od prawdopodobieństwa wystąpienia deszczu p wyrażonego w % oraz od średniej rocznej wysokości opadu H w mm.

t - czas trwania deszczu, min.

Przykładowo gdy H<= 800 mm, przyjmuje się:

A = 1276 z prawdopodobieństwem p = 5%

A = 1013 z prawdopodobieństwem p = 10%

A = 804 z prawdopodobieństwem p = 20%

A = 592 z prawdopodobieństwem p = 50%

A = 470 z prawdopodobieństwem p = 100%

Czas trwania deszczu jest sumą:

• czasu przepływu t_p przez poszczególne odcinki kanału od górnego końca do rozpatrywanego punktu

• czasu koncentracji terenowej t_k = 2 - 10 min.

• czasu retencji kanałowej t_r = 0,2 t_p

t = t_k + 1,2Σt_p min

Minimalny czas trwania deszczu należy przyjmować 10 min.

Dąży się do ograniczenia ilości ścieków opadowych odprowadzanych do kanalizacji ze względu na specyfikę nierównomierności ich dopływu.

Wielkość dopływu infiltracyjnego zależy od:

• poziomu wód gruntowych w stosunku do położenia kanałów

• od szczelności sieci kanalizacyjnej

Infiltracja do kolektorów kanalizacyjnych:

- orientacyjnie - 0,1 - 0,2 dm³/s i ha terenu objętego kanalizacją

Zgodnie z normą PN - 92/B - 10735 Kanalizacja. Przewody kanalizacyjne. Wymagania i badania przy odbiorze, przepływ wód infiltracyjnych w zależności od rodzaju rur:

• w przewodach z rur żeliwnych, stalowych i z tworzyw sztucznych - 0,01 dm³/m²h

• w przewodach z rur i prefabrykatów żelbetowych z betonu sprężonego oraz przewodach i studzienkach o monolitycznej konstrukcji z betonu wibracyjnie zagęszczonego - 0,04 dm³/m²h

• w przewodach z rur betonowych kielichowych i kamionkowych oraz studzienkach z prefabrykatów lub rur - 0,03 dm³/m²h.

Wykład 2

Dopływ do oczyszczalni ścieków

• ścieki bytowo gospodarcze

• ścieki przemysłowe wstępnie podczyszczone na terenie zakładu przemysłowego

• wody infiltracyjne i przypadkowe

Dotyczy to kanalizacji rozdzielczej przy każdym typie pogody oraz kanalizacji ogólnospławnej i półrozdzielczej przy pogodzie bezdeszczowej.

Oczyszczalnie powinny być wymiarowane na dopływ przy pogodzie bezdeszczowej:

Q = 2 (Q_{byt - gosp} + Q_przem) + Q_inf [m³/d]

Lub rzadziej

Q = 2 (Q_{byt - gosp} + Q_przem+ Q_inf ) [m³/d]

W kanalizacji ogólnospławnej i półrozdzielczej przy pogodzie deszczowej przepływ jest znacznie większy ze względu na dopływ części wód opadowych i roztopowych.

Dopływ jest nierównomierny, zarówno w cyklu dobowym jak i rocznym.

Współczynniki nierównomierności:

Współczynnik dobowy maksymalny N_dmax = Q_dmax/Q_dśr

W oparciu o przepływ dobowy maksymalny i średni [m³/d]

Współczynnik godzinowy maksymalny: N_hmax = 24Q_hmax/Q_dśr

W oparciu o przepływ dobowy średni [m³/d] i godzinowy maksymalny [m³/h]

Współczynnik średniego godzinowego dopływu w czasie 12 godzin dziennych N_hd = 24 Q_hd/Q_dśr

W oparciu o przepływ dobowy średni [m³/d] i przepływ średni z 12 godzin dziennych [m³/h].

W praktyce często wyznacza się maksymalny godzinowy dopływ ścieków w czasie doby o maksymalnym dopływie ścieków:

Q_hmax = (Q_dśr/24 )N_dmaxN_hmax [m³/h]

Wzór ten nie daje właściwego wyniku, bo w dobie o maksymalnym dopływie współczynnik godzinowy nie osiąga zazwyczaj swojego maksimum. Należy więc korzystać z krzywej kumulacyjnej prawdopodobieństwa dopływu ścieków.

Wartości współczynników nierównomierności dla ścieków bytowo - gospodarczych można orientacyjnie przyjmować:

Dobowy maksymalny N_dmax:

N_dmax = 1,2 - w dużych miastach (LM>25000)

N_dmax = 1,5 - w średnich miastach (10000<LM<25000)

N_dmax = 1,75 - w małych miastach (5000<LM<10000)

N_dmax = 2,0 - w jednostkach osadniczych (LM<5000)

Wartości współczynników nierównomierności godzinowej można orientacyjnie przyjmować z tabeli:

Godzinowego maksymalnego N_hmax:

Średniego godzinowego dopływu N_hd:

Wielkość jednostki osadniczej (liczba mieszkańców)	Współczynniki nierównomierności
		Nhmax	Nhd
<= 2000	3	2,4
2001 - 5000	3	2,0
5001 - 10000	2,66	1,6
10001 - 20000	2,4	1,6
20001 - 100000	2	1,33
>100000	1,5	1,33

Jakość ścieków charakteryzują wartości wskaźników, wyrażone jako stężenia.

Stężenie to stosunek masy zanieczyszczeń zawartych w ściekach do objętości ścieków, wyrażonych w g/m³; mg/dm³; kg/m³.

W ściekach obecne są:

• ciała pływające i wleczone o dużych gabarytach

• substancje flotujące

• zawiesiny łatwo opadające i trudno opadające (nie opadające) - mineralne i organiczne

• substancje rozpuszczone - nieorganiczne i organiczne

• drobnoustroje - bakterie, pierwotniaki, grzyby, robaki ( w tym bakterie chorobotwórcze)

Inny podział zanieczyszczeń:

• zanieczyszczenia fizyczne (np. zawiesina)

• zanieczyszczenia chemiczne (rozpuszczone związki organiczne i nieorganiczne)

• zanieczyszczenia biologiczne

Dla ścieków miejskich wyznacza się pięć podstawowych wskaźników:

• BZT₅

• ChZT

• Zawiesiny ogólne

• Azot ogólny (suma azotu organicznego, amonowego, oraz azotanowego (III) i (V)) (mocznik)

• Fosfor ogólny (środki czystości)

Projektowanie oczyszczalni wymaga dodatkowo oznaczenia pH (6,7; 6,8; 6,9) i temperatury w ściekach. Istotne są również proporcje pomiędzy podstawowymi wskaźnikami: (ChZT (1,5 - 2 - ścieki komunalne, jeśli większy lub mniejszy to ścieki przemysłowe):BZT₅ , BZT₅:N_og, BZT₅;P_og.

Ilość i skład ścieków należy ustalać na podstawie bezpośrednich pomiarów. Określa się wielkości o określonym prawdopodobieństwie wystąpienia łącznie z wartościami niższymi. Miarodajna ilość ścieków do projektowania wartości o prawdopodobieństwie 70 - 80 % dla całorocznego okresu pomiarowego. Miarodajne stężenie do projektowania - czystości o prawdopodobieństwie 85% dla całorocznego okresu pomiarowego.

Jednostkowe ładunki zanieczyszczeń w ściekach:

• wg. Romana:

• S_BZT5 = 60 g/Md

• S_ChZT = 120 g/Md

• S_{zawiesiny ogólnej} = 55 g/Md

• S_{zawiesiny mineralne} = 25 g/Md

• S_NogK = 10 - 12 g/Md (oznaczamy Kiejdala suma azotu organicznego I amonowego bez azotanów)

• S_{N - NH4} = 4 - 5 g/Md

• S_Pog = 2 - 3 g/Md

Jednostkowe ładunki według ATV:

• S_BZT5 = 60 g/Md

• S_ChZT = 120 g/Md

• S_{zawiesiny ogólnej} = 70 g/Md

• S_NogK = 11 g/Md

• S_Pog = 1,8 g/Md

Badania 70 oczyszczalni w Polsce pozwoliły na wyznaczenie wskaźników jednostkowych:

• S_BZT5 = 64 g/Md

• S_ChZT = 135 g/Md

• S_{zawiesiny ogólnej} = 67 g/Md

• S_NogK = 11,8 g/Md

• S_Pog = 1,95 g/Md

W oparciu o wskaźniki jednostkowe ładunków można wyznaczyć średni dobowy ładunek zanieczyszczeń w dopływie do oczyszczalni:

L_dop = S_jdop10^-3OLM [kg/d]

S_jdop - dopuszczalny jednostkowy ładunek

OLM - ogólna liczba mieszkańców

S_jdop - jednostkowy ładunek danego zanieczyszczenia w ściekach surowych [g/Md]

OLM - ogólna liczba mieszkańców

Ogólna liczba mieszkańców obejmuje:

OLM = LM + RLM

LM - liczba mieszkańców na terenie jednostki osadniczej [M]

RLM - równoważna liczba mieszkańców - jest to wartość przeliczeniowa informująca, ilu mieszkańców musiałoby dodatkowo wytwarzać ścieki, aby wytworzyć ładunek BZT₅ odpowiadający ładunkowi, który wytwarzają zakłady przemysłowe odprowadzające ścieki do kanalizacji miejskiej, [M]

Średni dobowy ładunek zanieczyszczeń w dopływie do oczyszczalni można również wyznaczyć w oparciu o wskaźniki stężeń poszczególnych zanieczyszczeń:

L_dop = S_dop10^-3Q_dś® [kg/d]

S_dop - stężenie danego zanieczyszczenia w ściekach surowych [g/m³]

Q_dśr - średnie dobowe natężenie przepływu ścieków [m³/d]

Stężenie zanieczyszczeń w ściekach komunalnych mogą się znacznie różnić. Zależy to od wielkości jednostki osadniczej, zwyczajów żywieniowych mieszkańców, stopnia opomiarowania mieszkań. Orientacyjne wartości stężeń podstawowych zaniewczyszczeń w ściekach komunalnych wynodszą:

• S_BZT5 = 350 - 600 g/m³

• 180 - 400 g/m³

• S_ChZT = 750 - 1250 g/m³

• 350 - 850 g/m³

• S_{zaw og} = 330 - 580 g/m³

• 160 - 380 g/m³

• S_Nog = 55 - 105 g/m³

• 45 - 85 g/m³

• S_Pog = 11 - 20 g/m³

• 8 - 17 g/m³

Górna linia - duże miasta

Dolna linia - małe jednostki osadnicze

Ścieki przemysłowe

Ilość ścieków przemysłowych jest bardzo zróżnicowana. Zależy od rodzaju i technologii produkcji. Różnice jakości ścieków są widoczne nawet dla zakładów tej samej gałęzi produkcji. Szacowanie jakości tych ścieków na podstawie wskaźników nie jest zalecane.

Należy dokonać pomiarów w istniejącym zakładzie lub znaleźć zakład produkcyjny o podobnym profilu i technologii, a następnie dokonać pomiarów w tym zakładzie.

Orientacyjne stężenia zanieczyszczeń w wybranych ściekach przemysłowych:

• Ścieki garbarskie:

• S_BZT5 = 5000 - 6000 g/m³

• S_zawog = 1200 - 1800 g/m³

• S_ChZT = 20000 - 22000 g/m³

• Ścieki mleczarskie:

• S_BZT5 = 500 - 1500 g/m³

• S_zawog = 100 - 600 g/m³

• S_ChZT = 1300 - 3000 g/m³

Średni dobowy ładunek zanieczyszczeń w ściekach przemysłowych można wyznaczyć ze wzoru:

L_dop = S_jBZT510^-3RLM [kg/d]

S_jBZT5 - jednostkowy ładunek BZT₅, [g/Md]

RLM - równoważna liczba mieszkańców dla danego zakładu przemysłowego, [M]

Jest to sposób do orientacyjnego wyznaczania

Wykład 3

Wykorzystując wyniki badań ścieków z danego zakładu lub zakładu o podobnym profilu średni dobowy ładunek zanieczyszczeń w ściekach przemysłowych można wyznaczyć jako:

L_dop = S_p ⋅ Q_hśrp ⋅ T_Z [kg/d]

S_p - stężenie danego zanieczyszczenia w ściekach przemysłowych [g/m³]

Q_hśrp - średnie godzinowe natężenie przepływu w dobie o średnim przepływie dobowym [m³/h]

T_Z - czas pracy zakładu przemysłowego w ciągu doby [h/d]

Ścieki opadowe:

Jakość ścieków opadowych zależy od:

• stopnia zagospodarowania, stanu sanitarnego i funkcjonalnego zagospodarowania zlewni

• długości okresów między opadami

• natężenia i czasu trwania opadu, wysokości opadu

Ładunek zanieczyszczeń i ich stężenie zmienia się w ściekach deszczowych w czasie trwania spływu oraz między jednym opadem, a drugim. Zazwyczaj najbardziej zanieczyszczona jest pierwsza fala deszczu.

Ścieki opadowe z terenów miejski9ch charakteryzuje : podwyższona zawartość, ChZT oraz zawartość substancji ropopochodnych i tłuszczów.

W ściekach opadowych z terenów miejskich obserwuje się podwyższone stężenie związków azotu, fosforu oraz metali ciężkich - głównie ołowiu.

Ścieki opadowe z terenów przemysłowych mogą dodatkowo zawierać specyficzne zanieczyszczenia organiczne, toksyczne i radioaktywne.

Ścieki opadowe z terenów przemysłowych i składowych stanowią duże zagrożenie dla wód powierzchniowych.

Orientacyjne wartości stężeń podstawowych zanieczyszczeń w ściekach opadowych:

• S_BZT5 = 1 - 285 [g/m³]

• S_zaw.og. = 5 - 4000 [g/m³]

• S_Nog = 0,3 - 12,7 [g/m³]

• S_ChZT = 28 - 3100 [g/m³]

• odczyn pH = 3,9 - 8,7

Ścieki fekalne

Fekalia to inaczej ścieki z szamb, dowożone do punktów zlewnych oczyszczalni ścieków.

Ze względu na bardzo wysokie obciążenie tych ścieków, ich dobowy dopływ do oczyszczalnie nie może przekraczać 20 % w stosunku do całkowitej przepustowości oczyszczalni.

Orientacyjny skład ścieków z szamb:

• S_BZT5 = 1000 - 7000 [g/m³]

• S_ChZT = 2500 - 15000 [g/m³]

• S_zaw.og. = 2500 - 15000 [g/m³]

• S_Nog = 140 - 15000 [g/m³]

• S_Pog = 40 - 150 [g/m³]

Odbiorniki ścieków oczyszczonych

Odbiornikiem ścieków oczyszczonych może być środowisko wodne (wody morskie lub śródlądowe) albo grunt.

Warunki odprowadzania ścieków oczyszczonych do środowiska określa:

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego.

Dz. U. Nr 137/2006, poz. 984

Rozporządzenie podaje:

• warunki odprowadzania do wód lub do ziemi ścieków bytowych, ścieków komunalnych oraz ścieków opadowych, warunki dla ścieków kierowanych do rolniczego wykorzystania.

• Miejsce i minimalną częstotliwość pobierania próbek ścieków, metodyki referencyjne analizy i sposób oceny, czy oczyszczone ścieki odpowiadają wymaganym ładunkom

• Substancje szczególnie szkodliwe dla środowiska wodnego:

• 1/ które powinny być eliminowane

• 2/ które powinny być ograniczane

Próbki ścieków do analizy (w dopływie i odpływie z oczyszczalni) należy pobierać :

• w regularnych odstępach czasu w ciągu roku

• stale w tym samym miejscu, w którym ścieki dopływają do oczyszczalni lub są wprowadzane do wód lub do ziemi.

(Pomiar tylko na wylocie kolektora do odbiornika)

Ścieki pochodzące z własnego gospodarstwa domowego lub rolnego mogą być wprowadzane do ziemi w granicach gruntu stanowiącego własność - wprowadzającego, jeżeli spełnione są łącznie następujące warunki:

• ilość ścieków nie przekracza 5 [m³/d]

• BZT₅ ścieków dopływających jest redukowane co najmniej o 20%, a zawartość zawiesin ogólnych co najmniej o 50 %.

• Miejsce prowadzania ścieków jest oddzielone warstwą gruntu o miąższości co najmniej 1,5 m od najwyższego użytkowanego poziomu wodonośnego wód podziemnych.

Wody opadowe i roztopowe pochodzące z powierzchni szczelnej terenów zanieczyszczonych (dróg lotnisk, terenów przemysłowych, składowych, stacji paliw) ujęte w szczelne, otwarte lub zamknięte systemy kanalizacyjne, wprowadzane do wód lub do ziemi nie powinny zawierać:

• substancji zanieczyszczających w postaci zawiesin ogólnych w ilościach przekraczających 100 [mg/dm³]

• węglowodorów ropopochodnych w ilościach przekraczających 15 [mg/dm³]

Wody opadowe lub roztopowe odchodzące z pozostałych powierzchni mogą być wprowadzane do wód lub do ziemi bez oczyszczania.

Wymagany efekt oczyszczania ścieków nazywany stopniem oczyszczania lub sprawnością działania oczyszczalni. Zależy on od charakterystyki ścieków dopływających do oczyszczalni oraz wymagań stawianych ściekom oczyszczonym. Warunki odprowadzania oczyszczonych ścieków do odbiornika jest uzyskania pozwolenia wodno prawnego, wystawionego przez właściwy organ administracyjny (Starostwo powiatowe)

Urząd wydający pozwolenie może zaostrzyć (lub w szczególnych przypadkach załagodzić) wymagania w stosunku do wartości podanych w rozporządzeniu.

Wymagany stopień oczyszczania określamy względem dopuszczalnego stężenia w odpływie wyniesie:

η_wak = (S_wsk^dop - S_wsk^odp)/S_wsk^dop [%] lub [| | (wartość bezwzględna)]

S_wsk^dop - stężenie danego zanieczyszczenia w dopływie do oczyszczalni, [g/m³]

S_wsk^odp - stężenie danego zanieczyszczenia w odpływie z oczyszczalni, [g/m³]

Równanie bilansu masowego odbiornika przyjmie postać:

Wykład 4

Ustalając wymagane stężenia zanieczyszczeń w odpływie do odbiornika należy sprawdzić chłonność odbiornika w przekroju odprowadzania ścieków.

Chłonność odbiornika to jego zdolność do przyjmowania określonych ładunków zanieczyszczeń, które po wprowadzeniu do odbiornika nie spowodują pogorszenia stanu jego czystości, wynikającego z jego przeznaczenia.

Należy ustalić maksymalną chłonność rzeki w danym przekroju oraz rzeczywistą, możliwą do wykorzystania chłonność (mniejszą od maksymalnej ze względu na spływy powierzchniowe, niekontrolowane zrzuty zanieczyszczeń i zawodne działanie oczyszczalni).

Maksymalną chłonność rzeki w danym przekroju ustalić można ze wzoru:

C_dmax = (Q_rz ⋅ 86400 + Q) ⋅ S_dop ⋅ 10^{-3+ - 86,4} ⋅ Q_rz ⋅ S_rz [kg/d]

S_dop - dopuszczalne stężenie danego zanieczyszczenia w przekroju poniżej miejsca zrzutu ścieków, [g/m³]

S_rz - stężenie danego zanieczyszczenia w rzece w przekroju powyżej miejsca zrzutu ścieków [g/m^3+]

^Q_rz - miarodajne natężenie przepływu w rzece w danym przekroju, [m³/s]

Q - miarodajne natężenie przepływu ścieków, [m³/d]

Rzeczywistą chłonność odbiornika określamy jako:

C_drz = (0,7 + 0,85)C_dmax [kg/d]

Stopień oczyszczania ścieków względem danego wskaźnika, ustalamy w oparciu o chłonność odbiornika wyniesie:

n_wsk = (L^dop_wsk - C_dwsk)/L_wsk^dop

L^dop_wsk - ładunek danego zanieczyszczenia w dopływie do oczyszczalni, [kg/d]

C_dwsk - miarodajna chłonność odbiornika względem danego zanieczyszczenia, [kg/d]

Równanie bilansu masowego przyjmie postać

Q_rz­ ⋅ S_rzwsk + Q ⋅ S_wsk^dop = (Q_rz + Q) ⋅ S_dop [kg/d]

Q_rz­ ⋅ S_{rzwsk -} rzeka

Q ⋅ S_wsk^dop - oczyszczalnia

(Q_rz + Q) - suma

Po przekształceniu równania bilansowego można wyznaczyć wymagane stężenie odpływu względem danego wskaźnika z uwzględnieniem rozcieńczenia w odbiorniku:

(zależy od klasy czystości wody aby nie przekroczyć normy I - 4, II - 8 )

Współczynnik rozcieńczenia ścieków wodami rzeki definiuje się jako:

Wzór na wymagane stężenie odpływu względem danego wskaźnika po przekształceniu przyjmuje postać:

W celu dobrego wymieszania ścieków oczyszczonych z wodami odbiornika należy wprowadzać ścieki bezpośrednio nad dnem i jak najbliżej nurtu.

Gdy stosuje się wyloty brzegowe, współczynnik wykorzystania wód odbiornika we wzorze na chłonność rzeczywistą należy przyjmować:

• 0,5 - 0,8 dla odbiorników uregulowanych

• 0,3 - 0,5 dla odbiorników meandrujących, nieuregulowanych

W oczyszczalniach ścieków wyróżnia się następujące stopnie oczyszczania:

• I stopień - oczyszczanie mechaniczne

• II stopień - oczyszczanie chemiczne (dotyczy jedynie oczyszczalni ścieków przemysłowych)

• II lub III stopień oczyszczanie biologiczne (dla oczyszczalni komunalnych stopień II, dla oczyszczalni przemysłowych stopień III)

• IV stopień - odzysk wody ze ścieków

(Dla oczyszczalni komunalnych nie ma stopnia chemicznego, I i II stopień dla podczyszczalni, wszystkie stopnie w pełnych oczyszczalniach).

Oczyszczalni ścieków komunalnych obejmują dwa stopnie oczyszczania:

Mechaniczny i biologiczny.

Stopień mechaniczny umożliwia obniżenie następujących parametrów charakteryzujących ścieki:

• Zawiesiny ogólnej o około 40 - 70 % (max 72%)

• BZT₅ o około 25 - 30 % (max.40%)

• ChZT o około 27 - 28 % (max 40 %)

• Związków azotu i fosforu o około 1 - 5 % (max 20 % dla N i 15 % dla P - według źródeł niemieckich)

• Bakterii o około 20 - 22 % (max 25 %)

• Tłuszczu 80 - 90 %, piasku > 75 %

Stopień biologiczny zapewnia obniżenie następujących parametrów charakteryzujących ścieki:

• Zawiesiny ogólnej o około 70 - 90 % (max 72%)

• BZT₅ o około 50 - 92 % (max.95%)

• ChZT o około 50 - 90 % (max 95 %)

• Związków azotu o około 50 - 80 %

• Związków fosforu o około 20 - 60 %

• Bakterii o około 90 - 98 %

Stopień usuwania zanieczyszczeń w części biologicznej oczyszczalni zależy od zastosowanej technologii i typu urządzeń.

W oczyszczalniach komunalnych nie stosuje się oczyszczania chemicznego. Wyjątek stanowi chemiczne strącanie fosforu w przypadkach, gdy biologiczne usuwanie fosforu nie jest możliwe lub jego sprawność jest niewystarczająca. Chemiczne strącanie fosforu nie wymaga odrębnych komór, może być prowadzone w istniejących urządzeniach oczyszczalni mechaniczno - biologicznej. Chemiczne strącanie fosforu umożliwia obniżenie jego stężenia i ładunku w ściekach o około 80 %.

Procesy jednostkowe mechanicznego stopnia oczyszczania obejmują:

• Cedzenie - usuwanie ciał pływających i wleczonych o dużych gabarytach

• Flotację tłuszczu - usuwanie zanieczyszczeń o ciężarze właściwym mniejszym od ciężaru wody.

• Sedymentację zawiesiny mineralnej - usuwanie piasku, żwiru, itp.

• Sedymentację zawiesiny organicznej łatwo opadającej.

Proces cedzenia musi być realizowany w każdej oczyszczalni ścieków. Pozostałe procesy mogą być realizowane wspólnie w jednym urządzeniu, lub pominięte.

Cedzenie odbywa się na kratach llub sitach.

(Gdy kraty i sito - bez osadnika wstępnego, bez sita mamy osadnik wstępny)

Urządzenia do usuwania tłuszczu to tłuszczowniki, odtłuszczacze lub łapacze tłuszczu.

Urządzenia do usuwania zawiesiny mineralnej to piaskowniki.

Tłuszczownik zawsze przed piaskownikiem, żeby piasek nie był oblepiony tłuszczem.

Urządzenia do sedymentacji zawiesiny łatwo opadającej to osadniki wstępne.

Odtłuszczacze jako odrębne obiekty wykonuje się wyłącznie w oczyszczalniach o dużym udziale ścieków z zakładów mięsnych (np. w Łukowie)

W pozostałych przypadkach przy braku tłuszczowników flotacja zachodzi w osadnikach wstępnych.

Piaskowniki jako odrębne obiekty wykonuje się w oczyszczalniach gdy:

• System kanalizacji jest ogólnospławny

• W oczyszczalni stosuje się fermentację osadów w zamkniętych komorach fermentacyjnych WKF

• Jest duży udział ścieków przemysłowych zawierających piasek (np. z cukrowni czy przetwórstwa owocowo - warzywnego) w ściekach komunalnych.

Jeśli w oczyszczalni brak piaskownika, jego funkcję przejmuje osadnik wstępny.

Osadniki wstępne są zazwyczaj stosowane w oczyszczalniach ścieków komunalnych, choć ich funkcję mogą przyjąć sita.

Niekiedy można zrezygnować z osadników.

Osadnik jest konieczny gdy:

• ścieki surowe charakteryzują się wysoką zawartością zawiesin ogólnych

• w oczyszczalni przewidziano fermentację osadów w zamkniętych komorach fermentacyjnych WKF

• przewiduje się wstępne chemiczne strącanie fosforu

• przewiduje się wytwarzanie lotnych kwasów tłuszczowych

Odpady powstające w części mechanicznej oczyszczalni muszą być utylizowane.

Należą do nich:

• skratki - wydzielane na kratach i sitach

• tłuszcz - usuwany w tłuszczownikach lub osadnikach wstępnych

• piasek - usuwany w piaskownikach lub osadnikach wstępnych, ewentualnie w tłuszczownikach bez napowietrzania

• osad wstępny - gromadzony w osadnikach wstępnych.

Wykład 5

Skratki powinny być odwadniane i prasowane, a następnie higienizowane poprzez dodanie wapna chlorowanego w celu eliminacji odorów oraz zagrożenia epidemiologicznego.

Skartki możemy utylizować poprzez:

• kompostowanie

• spalanie

• rozdrabnianie i fermentację mezofilową

• deponowanie na składowiskach odpadów

Wybór sposobu utylizacji zależy od składu skratek ( szczególnie od udziału frakcji organicznej) oraz możliwości technologicznych w danym obszarze (dosytępność spalarnii, kompostowni)

Wszędzie gdzie to możliwe tłuszcze powinny być ponownie wykorzystywane np. do produkcji smarów. Inne metody utylizacji obejmują: spalanie, dodawanie w niewielkich ilościach do osadów i fermentowanie mezofilowe lub termofilowe.

35 - 37 ^oC - bakterie mezofilowe prowadzą rozkład

20 dni - fermentacja mezofilowa

Fermentacja termofilowa - wymaga wysokich temperatur 50 - 55 ^oC. Bakterie termofilowe szybszy proces 8 - 9 dni.

Psychrofilowa - powolna, temperatura i warunki zewnętrzne

Korzyść zależy od tego skąd bierzemy energię.

W ostateczności tłuszcze mogą być deponowane na składowiskach odpadów płynnych.

Piasek - wydzielony w piaskownikach powinien być odwodniony i higienizowany, a następnie wykorzystywany do:

• rekultywacji terenów zdegradowanych

• wyrównywania nierówności terenowych

• jako warstwa przekładkowa na składowiskach odpadów

Osad wstępny zatrzymywany w osadniku części mechanicznej oczyszczalni kierowany jest do systemu gospodarki osadowej i tam poddawany procesom przeróbki.

Osad wstępny jest uwodniony w około 98 - 98,5 %.

Procesy przeróbki obejmują:

1/ zagęszczanie

2/ stabilizację osadu beztlenową, tlenową, termiczną lub chemiczną)

Stabilizacja :

• tlenowa (komory)

• beztlenowa ( fermentacja)

• chemiczna ( jest również higienizacją)

(wszystkich mikroorganizmów nie niszczymy)

Osady wstępne i wtórne stabilizujemy razem ale zagęszczamy te dwa osady osobno.

(można zmniejszyć uwodnienie lub nie)

3/ odwadnianie osadu ( workownice - odwadnianie osadu)

4/ wykorzystanie przyrodnicze lub rolnicze, ewentualnie ostateczną utylizację.

Osady poddawane są po kolejno wymienionym procesom, które zmniejszają stopień uwodnienia, zawartość związków organicznych oraz jaj robaków i bakterii chorobotwórczych, oraz przygotowują osad do ostatecznej utylizacji.

Oczyszczanie biologiczne - realizowane jest w procesach tlenowych, dzięki obecności mikroorganizmów tworzących biomasę zawieszoną ( osad czynny lub utwierdzony na nośniku błona biologiczna)

Biomasa jest oddzielana od ścieków w procesie sedymentacji w osadnikach wtórnych.

Procesy biologiczne prowadzić można w warunkach :

• naturalnych - w stawach, gruncie oraz obiektach hydrofilowych (oczyszczalniach hydrobotanicznych)

• półnaturalnych - w rowach cyrkulacyjnych

• sztucznych - w bioreaktorach z osadem czynnym, błoną biologiczną lub reaktorach hybrydowych

Oczyszczanie biologiczne wykorzystuje procesy samooczyszczania zachodzące naturalnie w odbiornikach, intensyfikując je i zapewniając właściwe warunki.

Biologiczne oczyszczanie obejmuje:

• rozkład zanieczyszczeń organicznych

• syntezę ( przyrost biomasy)

• nitryfikację - utlenianie azotu amonowego do azotanów III i V

• denitryfikację - redukcję azotu amonowego do azotu gazowego w warunkach anoksycznych

• biologiczną defosfatację - zwiększoną akumulację związków fosforu w biomasie osadu odprowadzanego z układu.

Złoże biologiczne - nie da się usunąć fosforu na drodze biologicznej za pomocą defosfatacji. W reaktorach biologicznych prowadzić można usuwanie związków organicznych (wyrażanych wskaźnikiem BZT₅ lub ChZT) czyli związków węgla, usuwanie związków azotu oraz usuwanie związków fosforu.

Reaktory, w których prowadzimy wszystkie procesy jednocześnie noszą nazwę bioreaktorów do zintegrowanego usuwania związków węgla, azotu i fosforu.

Bioreaktory mogą pracować jako przepływowe lub porcjowe (sekwencyjne biologiczne reaktory SBR)

W przypadku gdy w reaktorze biologicznym chcemy przeprowadzić wszystkie wymienione procesy, musimy zapewnić wydzielone strefy o zróżnicowanych warunkach.

Warunki w strefach bioreaktorów mogą być:

• tlenowe (aerobic conditions) - stężenie tlenu przekracza 0,1 gO₂/m³ ( zazwyczaj wynosi 1 - 2 gO₂/m³, azotany występują lub ich nie ma

• anoksyczne (anoxic conditions) - brak tlenu ( stężenie poniżej 0,1 g O₂/m³), obecne azotany (stężenie powyżej 0,5 gN - NO_x / m³)

Gdy brak tlenu akceptorem elektronów azot)

1 tlenowe - jest tlen nie ważny azot

2 anoksyczne - brak O₂ ale są azotany

3 beztlenowe - brak tlenu i brak azotanów

Tlenowy proces rozkładu zanieczyszczeń - stosuje się w celu zmniejszenia stężenia nie opadających, rozpuszczonych i koloidalnych związków organicznych obecnych w ściekach.

Opisuje to zależność:

Związki organiczne + Tlen + Substancje pożywkowe + Mikroorganizmy = Przyrost biomasy + Związki nieorganiczne + CO₂ + H₂O + Energia

Związki nieorganiczne - rzadko kiedy jako produkt przemiany materii biologicznej

Rozkład zanieczyszczeń w procesach biologicznych można prowadzić w układach z biomasą zawieszoną ( komory osadu czynnego) lub biomasą utwierdzoną - osiadłą (złoża biologiczne)

Biomasę zawieszoną stanowią kłaczki osadu czynnego 50 - 100 μm , „zawieszone” czyli swobodnie unoszące się w ściekach wypełniających reaktor biologiczny.

Osad czynny tworzą bakterie, grzyby, pierwotniaki ( głównie orzęski - gatunek wskaźnikowy mówiący o jego stanie) i wiciowce wrotki, ameby oraz robaki i nicienie.

System osadu czynnego obejmuje:

• komorę osadu czynnego z napowietrzaniem

• osadnik wtórny

• recyrkulację osadu

Recyrkulacja konieczna w każdym systemie z osadem czynnym (komory osadu czynnego) osadnik do komory napowietrzania.

Komora osadu czynnego musi współpracować z osadnikiem wtórnym i przy zapewnieniu recyrkulacji osadu czynnego z osadnika do komory.

Recyrkulacja osadu czynnego zapewnia utrzymanie stałego stężenia biomasy osadu czynnego (koncentracji osadu) w komorze reaktora biologicznego.

Biomasa która przyrasta w komorze i odprowadzana jest z układu do systemu gospodarki osadowej nazywana jest osadem nadmiernym.

(Napowietrzanie sztuczne jest konieczne).

Wykład 6

Komory osadu czynnego muszą być napowietrzane w sposób sztuczny za pomocą wybranego typu urządzeń:

• aeratorów powierzchniowych w przypadku komór o głębokości do 3.0 m

• dyfuzorów do napowietrzania wgłębnego w przypadku komór o głębokości od 3,0 - 6,0 m

• strumienic - w przypadku komór o głębokości od 2,0 - 8,0 m

Aeratory - szczotki Kesenera ( walec z promieniami które powodują ruch burzowy są w stanie zamieszać zbiornik płytki do 1,2 m długości lub 1,5 m teoretycznie. Lub może być 1/3 w ściekach 2/3 nad w walcu kratownica. Od rozwiązań tych odchodzimy. Aeratory powierzchniowe o wale pionowym są to typowe mieszadła. Montowane albo jako stacjonarne (najlepiej w komorach kwadratowych) są też aeratory pływające oparte na bojach i łapach. Na środku konstrukcja nośna dla silnika. Mogą być stosowane przy głębokościach czynnych 3 m. Nie wykonuje się komór głębszych jak 7 - 7,5 m , 3 - 5 m. W tedy dyfuzory, aeratory wgłębne do napowietrzania okrągłe, dyskowe, rurowe. Do 8 m strumienice.

Komory osadu czynnego wraz z osadnikiem wtórnym 2 niezależne sekcje.

• układ przepływowy ( reaktor + osadnik wtórny)

Sekwencyjne biologiczne reaktory SBR - brak osadników wtórnych - układ porcjowy. (dwie komory pracują naprzemiennie)

Biomasę utwierdzoną - stanowi błona biologiczna rozwijająca się na materiale wypełniającym złoże lub na specjalnym nośniku - np. na tarczach obrotowych częściowo zanurzonych w ściekach.

Wypełnienie złoża może być:

• naturalne - koks, otoczaki granitowe lub bazaltowe, kamień polny

• sztuczne - w postaci kształtek z tworzywa sztucznego, pierścieni Rashiga, pierścieni Białeckiego lub pakietów.

Gdy błona biologiczna rozwija się na wypełnieniu stałym, a ścieki są rozdeszczane nad powierzchnią złoża - złoże pracuje jako zraszane ( małe ilości ścieków) lub spłukiwane ( duże ilości ścieków)

Gdy nośnikiem błony jest obracająca się tarcza, zanurzająca się w przepływających ściekach - złoże nazywamy tarczowym lub zanurzanym.

Obracająca się tarcza może być całkowicie zanurzona w ściekach - wtedy złoże należy napowietrzać w sposób sztuczny. Błonę biologiczną tworzą głównie bakterie zooglealne i grzyby, a niszczą ją inne organizmy zasiedlające złoże, takie jak: orzęski, wrotki, ameby, nicienie, robaki, larwy owadów oraz muszki Psychoda.

Dlatego też sprawność złoża względem usuwania zanieczyszczeń jest niższa w stosunku do układów z osadem czynnym.

Złoża biologiczne mogą być napowietrzane:

• w sposób naturalny - z wykorzystaniem efektu ciągu kominowego

• w sposób sztuczny - z wykorzystaniem wentylatorów.

Złoże biologiczne

• obudowa żelbetowa z otworami wentylacyjnymi

• wypełnienie (nośnik)

• zraszacz obrotowy połączony z przewodem odprowadzającym

• ruszt podtrzymujący

• koryto odpływowe

Złoża biologiczne mogą, lecz nie muszą współpracować z osadnikami wtórnymi.

W przypadku stosowania złoża zraszanego można zrezygnować z osadnika wtórnego.

W przypadku złóż spłukiwanych osadnik jest zalewany.

W złożach biologicznych niestosuje się recyrkulacji osadu z osadnika wtórnego przed złoże, ponieważ do osadnika trafia martwa lub nadmiernie przyrosła błona biologiczna.

• w złożach można stosować recyrkulację oczyszczonych ścieków zza osadnika wtórnego przed złoże

• recyrkulację taką stosuje się w celu rozcieńczenia ścieków kierowanych na złoże by zwiększyć obciążenie hydrauliczne złoża

• Pytanie o recyrkulację.

Czy istnieje recyrkulacja osadu z osadnika wtórnego współpracująca ze złożem biologicznym.

Nie ma recyrkulacji osadu z za osadnika wtórnego przed złoże biologiczne. Jest za to recyrkulacja ścieku oczyszczonego.

Gdy zbyt obciążony zanieczyszczeniami lub gdy zbyt mało wody przelatuje to można po oczyszczaniu zawrócić i z powrotem puścić na złoże obciążyć go hydraulicznie, lepiej będzie pracowało.

Kraty i sita:

Są to urządzenia stosowane do usuwania ze ścieków substancji stałych, ciał pływających i wleczonych - w procesie cedzenia.

Ze względu na odległość między prętami kraty ( czy elementami konstrukcyjnymi innego typu) czyli ze względu na wielkość prześwitów, urządzenia dzielimy na :

• kraty rzadkie - o prześwitach powyżej 40 mm

• kraty średnie - o prześwitach 10 - 40 mm

• kraty gęste - o prześwitach poniżej 10 mm

Skratki zatrzymywane na kratach usuwane są za pomocą zbieraków (grabi ręcznych lub mechanicznych) albo dzięki ruchomym elementom konstrukcyjnym kraty schodkowej czy hakowej.

Następnie skratki kierowane są do podajnika odwadniającego lub ślimakowego, albo do prasy odwadniającej skratki, a dalej do kontenerów magazynujących odpad.

Kraty można oczyszczać:

• ręcznie - wyłącznie w małych oczyszczalniach ścieków, gdzie Q_skr ≤ 0,2 m³/d lub dla urządzeń awaryjnych na obejściach

• mechanicznie

Kraty i sita należy instalować w pomieszczeniach zamkniętych (nie dotyczy krat koszowych) i dobrze wentylowanych. Obiekty podlegają zaostrzonym przepisom BHP. Elementy zanurzone w ściekach i mające styczność ze skratkami należy wykonywać ze stali kwasoodpornej lub nierdzewnej.

Funkcje krat i sit:

• zabezpieczają urządzenia oczyszczalni przed dopływem zanieczyszczeń o większych gabarytach

• zabezpieczają osadniki przed osadzaniem części trudno usuwalnych

• zabezpieczają zgarniacze osadu przed uszkodzeniem

• zabezpieczają pompy i przewody osadowe przed zatykaniem

Rodzaje krat:

• kraty płaskie - pręty nieruchome

• kraty łukowe - pręty nieruchome

• kraty koszowe - pręty nieruchome

• kraty schodkowe - laminy ruchome i stałe tworzą schodki poruszające się od zwierciadła ścieków ku górze

• kraty hakowe - haki tworzące „półki” poruszające się od zwierciadła ścieków ku górze

• kraty bębnowe - ruchome

Kraty koszowe montuje się w studzienkach kołowych lub komorach kwadratowych zapuszczonych w grunt. Pozostałe kraty montuje się w poprzek kanałów otwartych.

Wytyczne projektowania krat:

W oczyszczalniach ścieków komunalnych prześwity krat powinny wynosić:

• maksymalnie 20 mm

• wartości zalecane 10 - 12 mm

Prędkość ścieków w prześwitach między prętami kraty lub laminami należy przyjmować:

• maksymalnie 0,6 - 1,0 m/s dla krat oczyszczanych mechanicznie

• 0,6 m/s dla krat oczyszczanych ręcznie

Prędkość ścieków w kanale przed kratą należy przyjmować:

• minimum 0,4 m/s

Pręty kraty lub laminy powinny być pochylone w stosunku do poziomu pod kątem:

• minimum 60^o dla krat oczyszczanych mechanicznie

• 45^o dla krat oczyszczanych ręcznie

Wysokość strat ciśnienia przy przepływie przez kratę nie powinna przekraczać 0,10 m ( w wyjątkowych przypadkach 0,15m). Strata ciśnienia przejawia się obniżeniem zwierciadła ścieków w komorze za kratą.

Gdy szerokość komory krat przekracza szerokość kanału dopływowego, należy wykonać łagodne rozszerzenie i łagodne zwężenie.

Wykład 7

Pręty kraty należy wykonywać z płaskowników metalowych o wymiarach:

• grubość 8 - 10 mm

dopuszczalne 5 - 15 mm

• szerokość 25 - 38 mm

• długość do 2,4 m

Elementy robocze w postaci haków mogą być wykonywane ze stali lub laminatów.

Laminy ruchome i nieruchome w kratach schodkowych, bębny w kratach bębnowych oraz kosze w kratach koszowych należy wykonywać ze stali kwasoodpornej lub nierdzewnej.

Ilość skratek zależy od wielkości prześwitu między prętami kraty i sposobu ich oczyszczania.

Należy przyjmować:

• 5 - 15 dm³/Ma

• dla krat o prześwitach 10 - 20 mm

• 10 - 20 dm3/Ma

• dla krat o prześwitach 5 - 8 mm

Kraty powinny być obudowane osłonami z blachy stalowej.

Obudowy należy połączyć z systemem wentylacji mechanicznej, odprowadzającym powietrze z wnętrza obudowy do biofiltru powietrza.

(krata, zagęszczacze, tłuszczowniki, wszystko powinno być hermetyzowane)

Przepływowe reaktory z biomasą zawieszoną:

Urządzenia biologicznej części oczyszczalni wymagają , zapewnienia właściwych warunków technologicznych, umożliwiających usuwanie związków węgla, a także związków azotu i fosforu.

Do podstawowych elementów technologicznych charakteryzujących pracę komór należą:

• obciążenie osadu czynnego ładunkiem zanieczyszczeń O_G ( A', F/M)

• stężenie, koncentracja osadu czynnego w komorze X (Z)

• obciążenie objętości reaktora ładunkiem zanieczyszczeń A (VL)

• współczynnik przyrostu biomasy osadu czynnego Y (Δm)

a także:

• sucha masa osadu G (D.M.)

• wiek osadu WO (SRT, S.A.)

• indeks osadowy Mohlmanna (objętościowy) IO (ISV)

• stopień recyrkulacji zewnętrznej osadu n_z, RZ(R)

• stężenie (koncentracja) osadu recyrkulowanego X_R Z_R

• stopień recyrkulacji zewnętrznej n_w, RW (Ri)

Ostatni punkt odpowiada za przerzucenie azotanów ze strefy nitryfikacji do strefy denitryfikacji.

Obciążenie osadu czynnego ładunkiem zanieczyszczeń O_G

Oznacza ładunek związków organicznych wyrażonych przez BZT₅ przypadający na 1 kg suchej masy osadu czynnego.

Zależność opisująca obciążenie ma postać:

L_BZT5 - ładunek zanieczyszczeń wyrażonych wskaźnikiem BZT₅ w dopływie do reaktora biologicznego, [kg_BZT5/d]

G - sucha masa osadu czynnego [kg s.m.]

S_­BZT5 - stężenie zanieczyszczeń wyrażonych wskaźnikiem BZT₅ w dopływie do reaktora biologicznego, [kg BZT₅/m³]

Q­_dśr - średnie dobowe natężenie przepływu, [m³/d]

Ze względu na wielkość obciążenia, komory osadu czynnego dzielimy na:

• nisko obciążone -

obciążenie O_G = 0,05 - 0,20

maks. 0,30 [kg BZT₅/kg s.m.d]

(wszystkie oczyszczalnie komunalne)

• średnio obciążone -

obciążenie O_G = 0,30 - 0,50

maks. 0,60 [kg BZT₅/kg s.m.d]

• wysoko obciążone -

obciążenie O_G = 0,60 - 1,50

maks. 6,00 [kg BZT₅/kg s.m.d]

Obciążenie można podawać również w odniesieniu do suchej masy organicznej w [kgBZT₅/kg s.m.o.d]

Sucha masa - zbiór składników nieorganicznych wpływających na suchą masę.

Sucha masa organiczna - czyste związki organiczne ulegające rozkładowi.

Koncentracja osadu czynnego X oznacza stężenie osadu czynnego w reaktorze, określana ilością suchej masy, wyrażoną w [kgs.m.] przypadającą na 1 m³ objętości reaktora.

Zależność opisująca koncentrację ma postać:

V_k - objętość czynna reaktora, [m³]

Sucha masa organiczna G_o stanowi 70 - 75% suchej masy osadu czynnego G, a więc stężenie zawiesiny organicznej można przyjmować jako:

X_o = (0,7 ÷0,75)⋅X [kgs.m.o./m³]

Maksymalnie

X_o = 0,8 ⋅ X [kgs.m.o./m³]

Udział poszczególnych pierwiastków w suchej masie osadu dla osadu o uwodnieniu 90% i przy udziale suchej masy w osadzie 10% prezentuje tabela:

Element:	C5H7O2N	C130H40O­40N23P2S
C	53	58
H	6	2
O	28	24
N	13	13
P	- approx 1,5	2
S	-	1

Sucha masa organiczna w tym przypadku stanowi 80 - 85% suchej masy osadu.

Żywe mikroorganizmy można określić za pomocą następujących wzorów chemicznych:

• C₅H₇O₂N

• C₁₃₀H₄₀O­₄₀N₂₃P₂S (rzadko stosowany)

Koncentracja osadu czynnego w komorze wynosi:

• zazwyczaj X = 2,5 - 5,0 [kgs.m/m³]

• najczęściej X = 3,0 - 4,5 [kgs.m/m³]

Rzeczywista koncentracja zależy od indeksu objętościowego osadu IO, stopnia recyrkulacji zewnętrznej n_z oraz czasu zagęszczania T_e w osadniku wtórnym.

Stężenie osadu czynnego w komorze zależy wprost proporcjonalnie od stopnia recyrkulacji zewnętrznej i czasu zagęszczania osadu oraz odwrotnie proporcjonalnie od wartości indeksu Mohlmana (im większy indeks tym mniejsza koncentracja osadu).

Obciążenie objętościowe reaktora ładunkiem zanieczyszczeń A definiujemy jako ładunek BZT₅ przypadający na jednostkę objętości komory.

V_k - objętość czynna reaktora [m³]

Przyrost osadu czynnego występuje dzięki przemianie - „wbudowywaniu się” - związków organicznych w biomasę osadu czynnego. Przyrost osadu czynnego odpowiada ilości osadu nadmiernego, jaka w ciągu doby musi być odprowadzona z układu biologicznego oczyszczania.

Przyrost biomasy jest wynikiem rozkładu związków organicznych w procesie tlenowym, beztlenowym lub w procesie anoksycznym.

Charakteryzuje go współczynnik przyrostu biomasy Y.

Zasada mikrobiologicznego rozkładu materii organicznej.

1. proces tlenowy

2. b) proces beztlenowy

3. proces anoksyczny (denitryfikacja)

Współczynnik przyrostu biomasy wyrażany jest w [kg s.m.o/kg usuniętego BZT₅].

Przyrost spotykamy w komorach mikrobiologicznych (charakterystyczne wartości).

Mikroorganizmy żyjące w warunkach tlenowych w temperaturze 20 ^oC potrzebują ok. 50 g substancji organicznej na dobę, to jest około R?? 50gBZT₅/d - na podtrzymanie ich metabolizmu (by mogły przeżyć).

Jeśli ładunek związków organicznych dopływających do części biologicznej oczyszczalni jest większy, obserwuje się wzrost mikroorganizmów.

Współczynnik przyrostu osiąga zazwyczaj wartość 0,5 - 0,7 [kg s.m.o./kg usuniętego BZT₅].

Jego wartość zależy nie tylko od ładunku związków organicznych w dopływie, ale także od obciążenia komory ładunkiem zanieczyszczeń i od wieku osadu. Wartość współczynnika przyrostu Y zależy wprost proporcjonalnie od obciążenia osadu O_G i odwrotnie proporcjonalnie od wieku osadu WO. Im większe obciążenie i krótszy wiek osadu, tym wartość współczynnika jest większa.

Wartości współczynnika Y wynoszą:

• Y = 0,3 - 0,8 [kg s.m./kg usun.BZT₅] dla układów nisko obciążonych

• Y = 0,8 - 1,0 [kg s.m./kg usun.BZT₅] dla układów średnio obciążonych

• Y = 1,0 - 1,5 [kg s.m./kg usun.BZT₅] dla układów wysoko obciążonych

Przyrost osadu może wynikać nie tylko z procesów biologicznych, ale również z procesów symultanicznego strącania fosforu w komorze napowietrzania.

W takim przypadku ilość osadu nadmiernego należy powiększyć o ilość osadu powstającego podczas chemicznego strącania.

Rodzaj koagulantu zastosowanego do strącania będzie wpływał na wielkość przyrostu osadu chemicznego.

Stosuje się związki żelaza lub glinu.

Współczynnik przyrostu osadu chemicznego podczas strącania należy wyznaczyć jako:

• dla soli żelaza

• dla soli glinu

Strącanie P symultaniczne w komorze.

Ładunek osadu nadmiernego odprowadzanego z układu z symultanicznym strącaniem fosforu opisuje równanie:

Y_chem - współczynnik przyrostu osadu ze strącania chemicznego, [kg s.m/kg usun. BZT₅]

Y - współczynnik przyrostu osadu biologicznego, [kg s.m.o./kg usn. BZT₅]

S_BZT5 - stężenie zanieczyszczeń wyrażonych wskaźnikiem BZT₅ w dopływie i odpływie z reaktora biologicznego, [kg BZT₅/m³]

Q_dśr - średnie dobowe natężenie przepływu [m³/d]

Ładunek osadu nadmiernego odprowadzanego z układu bez symultanicznego strącania fosforu opisuje równanie:

Wiek osadu to przeciętny czas przebywania mikroorganizmów w układzie biologicznego oczyszczania ( zarówno w reaktorze, jak i w osadniku wtórnym).

Wiek osadu wyrażany jest w dobach i zależy od obciążenia osadu:

Podstawowe procesy dla osadu niskoobciążonego wymagają wieku osadu czynnego co najmniej:

(wiek dla warunków projektowych rzeczywistych nie teoretycznych)

• WO ≥ 4,3 d do całkowitego utlenienia związków węgla

• WO ≥ 10,0 d do efektywnej nitryfikacji

• WO ≥ 40,0 d do tlenowego ustabilizowania osadu w bioreaktorze

Istnieje 12 sposobów na wyznaczenie wieku osadu w oparciu o przytoczoną definicję.

Równanie najbardziej uproszczone ma postać:

X - stężenie osadu czynnego, [kg s.m./m³]

V_KN - objętość komory napowietrzania, [m³]

V_OWT - objętość osadnika wtórnego, [m³]

X_ON - stężenie osadu nadmiernego, [kg s.m./m³]

Q_ON­ - natężenie przepływu osadu nadmiernego, [m³/d]

Równanie podstawowe dotyczy tak zwanego „tlenowego” wieku osadu.

Równanie to można stosować do wyznaczania całkowitego wieku osadu w układach o klarowanym odpływie, pod warunkiem że zostaną uwzględnione objętości wszystkich stref bioreaktora (beztlenowej, anoksycznej i tlenowej), a nie tylko objętość komory napowietrzanej.

Jeżeli stężenie zawiesiny w odpływie z osadnika wtórnego jest podwyższone przy ustalaniu wieku osadu należy uwzględnić zawiesinę odpływu.

31 , 1 , 08 czwartek - egzamin 1 termin

11,2,08 poprawa egzaminu

Wykład 8

Równanie przyjmuje postać

V_SB - objętość strefy beztlenowej, [m³]

V_SA­ - objętość strefy anoksycznej, [m³]

X^odpł - stężenie zawiesiny w odpływie z osadnika wtórnego, [kg s.m./m³]

Q_dśr - natężenie przepływu ścieków przez bioreaktor [m³/d]

Przedstawione równanie jest zalecane do stosowania dla potrzeb projektowania

(podać jaki jest charakterystyczny wiek osadu)

Indeks objętościowy osadu IO (tzw. indeks Mohlmana), wyraża objętość osadu czynnego po półgodzinnej sedymentacji w cylindrze miarowym o objętości 1 dm³, odniesiony do 1 g suchej masy.

Indeks objętościowy opisuje zależność:

V_os - objętość osadu w cylindrze miarowym po półgodzinnej sedymentacji, [ cm³]

G_os - sucha masa osadu [g s.m.]

Indeks osadu IO charakteryzuje jego zdolność do zagęszczania, jest również parametrem odzwierciedlającym przebieg procesu biologicznego oczyszczania.

Indeks osadu w dobrze pracujących oczyszczalniach powinien wynosić:

• 75 - 150 [cm³/g s.m.]

Optymalna wartość to 100 - 120 [cm³/g s.m.]

• min 50 [cm³/g s.m.]

• maks 180 [cm³/g s.m.]

Jeżeli wzrośnie powyżej 180 [cm³/g s.m.] - ucieka osad, jest awaria, obniża się sprawność układu.

Jeżeli indeks przekracza 200 [cm³/g s.m.] obserwuje się zjawisko puchnięcia osadu.

Zjawisko to jest skutkiem nadmiernego rozwoju bakterii nitkowatych, tworzących strukturę kłaczka.

Gdy indeks jest niższy niż 50 [cm³/g s.m.] osad ma charakter „szpilkowy” - „pink flock” - to znaczy jest bardzo drobny na skutek niedostatecznego rozwoju bakterii nitkowatych. Zależność pomiędzy indeksem osadu, a jego uwodnieniem opisuje zależność:

ρ_os - gęstość osadu po zagęszczeniu, [1g/cm³]

W - uwodnienie osadu, [%]

Układy z osadem czynnym muszą realizować recyrkulację osadu z osadnika wtórnego do bioreaktora. Jest to recyrkulacja zewnętrzna.

Układy z osadem czynnym muszą realizować recyrkulację osadu z osadnika wtórnego do bioreaktora. Jest to recyrkulacja zewnętrzna. Charakteryzuje ją stopień recyrkulacji n_z.

Stopień recyrkulacji zewnętrznej (recyrkulacji osadu) opisuje zależność:

V_os - objętość osadu w cylindrze miarowym po półgodzinnej sedymentacji, [cm³]

Q - natężenie przepływu ścieków przez bioreaktor, [m³/d]

Q_R - natężenie przepływu osadu recyrkulowanego, [m³/d]

Do wyznaczenia wymaganego stopnia recyrkulacji zewnętrznej wykorzystuje się półgodzinną sedymentację w cylindrze miarowym.

Stopień recyrkulacji zewnętrznej wynosi zazwyczaj 25 - 100 %.

Stopień recyrkulacji wewnętrznej (recyrkulacji azotanów ze strefy tlenowej do strefy anoksycznej) opisuje zależność:

(Warunkiem koniecznym jest obecność węgla organicznego)

n_w = 2 - 4 (200 - 400 %)

S_{N - NH4} - stężenie azotu amonowego w dopływie do komory napowietrzania (nitryfikacji), [g/m³]

S_{N - Nox} - stężenie azotu azotanowego w ściekach odpływających z osadnika wtórnego, [g/m³]

Recyrkulacja wewnętrzna jest niezbędna, gdy prowadzimy denitryfikację wstępną.

Maksymalną sprawność nitryfikacji opisuje równanie:

Czas napowietrzania (aeracji, T czyli czas kontaktu ścieków z osadem czynnym w komorze tlenowej opisuje równanie:

V_KN - objętość strefy napowietrzania w bioreaktorze, [m³]

Q - natężenie przepływu ścieków w bioreaktorze [m³/h]

Czas napowietrzania powinien wynosić:

• 4 - 8 [h] - w układach nisko obciążonych

• 3 - 5 [h] - w układach średnio obciążonych

• 1,5 - 5 [h] - w układach wysoko obciążonych

• 18 - 36 [h] - w układach z przedłużonym napowietrzaniem

Azot i fosfor są substancjami biogennymi (pożywkowymi)

Ich zadaniem jest:

• umożliwienie procesów wzrostu biomasy

• intensyfikacja tych procesów

Nadmiar biogenów w ściekach dopływających do odbiornika może powodować zaburzenia naturalnej równowagi poprzez:

• odtlenianie wód odbiornika ze względu na zachodzącą w nich nitryfikację

• zatrucie wody poprzez niezjonizowany amoniak

• wytworzenie biomasy ze względu na zwiększone stężenie nawozów, a w efekcie eutrofizację zbiornika

• zakwity glonów

Azot dopływający do kolektorów kanalizacyjnych występuje w postaci związków organicznych - głównie mocznika

W ściekach stężenia azotanów są śladowe i nie przekraczają zazwyczaj 1,5 [g/m³]

Usuwanie azotu ze ścieków następuje etapami:

• etap I amonifikacja - przekształcanie azotu z formy organicznej w mineralną przez bakterie heterotroficzne w środowisku tlenowym lub beztlenowym:

NH₂ - CO = NH₂ + 2 H­₂O → (NH₄)₂CO₃

W wyniku amonifikacji azot organiczny jest przekształcany do azotu amonowego N - NH₄⁺ ( w środowisku kwaśnym) lub amoniaku gazowego NH₃ ( w środowisku zasadowym). Amoniak jest inhibitorem dalszych reakcji przekształcania związków azotu, więc powinien występować w jak najniższych stężeniach.

Dalsze przemiany związków azotu obejmują:

• etap II nitryfikacja - utlenianie azotu amonowego przez bakterie aerobowo nitryfikujące (autotroficzne) w środowisku tlenowym:

NH₄⁺ → NH₂OH → [NOH] → NO₂^- → NO₃^-

W II etapie azot amonowy jest utleniany przez bakterie Nitrosomonas do azotanów (III), a następnie przez Nitrobacter do azotanów (V).

• etap III denitryfikacja - redukcja azotanów przez bakterie anoksyczne denitryfikujące (heterotroficzne) w obecności azotanów i przy braku tlenu.

NO₃^- → NO₂^- → NO → N₂O → N₂

W III etapie bakterie heterotroficzne np. Pseudomonas redukują azot azotanowy do azotu gazowego w środowisku anoksycznym.

Amonifikacja zachodzi samoistnie i nie wymaga szczególnych warunków. Gdy sieć kanalizacyjna jest długa nawet do 80% azotu organicznego ulega przekształceniu w azot amonowy w kolektorach, przed dopływem do oczyszczalni.

Proces jest kontynuowany w bioreaktorze. Stężenia azotu amonowego w odpływie z oczyszczalni nie przekraczają zazwyczaj 2 [g/m³]

Nitryfikacja oraz denitryfikacja wymagają spełnienia ściśle określonych warunków, przy czym procesem bardziej wrażliwym jest nitryfikacja.

Warunki nitryfikacji:

• obecność bakterii nitryfikujących

• warunki w komorze nitryfikacji - stężenie tlenu 2 - 3 [g O₂/m³]

• temperatura ścieków nie niższa niż 10 ^oC.

• Wysoka zasadowość ścieków ( usuwanie 1 g azotu amonowego wymaga 7,14 g CaCO₃,

• Niska wartość stosunku BZT₅/TKN <3

• Brak czynników toksycznych i hamujacych proces

• Odczyn pH = 6,5 - 9,0

(Optymalnie pH = 7,5 - 8,5)

• długi wiek osadu - WO > 5 - 8 [d]

• niskie obciążenie biomasy ładunkiem - Og nie większe niż 0,2 kg BZT₅ / kg s. M. d

Warunki denitryfikacji:

• obecność bakterii denitryfikujących

• warunki beztlenowe w komorze denitryfikacji - stężenie tlenu poniżej 0,1 g O₂/m³

• temperatura ścieków nie niższa niż 5 ^oC

• obecność łatwo przyswajalnych organicznych związków węgla oraz azotanów

• podwyższona wartość stosunku BZT₅/TKN > 4

• odczyn pH = 6,5 - 7,5

• krótszy niż dla nitryfikacji wiek osadu

• wyższe niż dla nitryfikacji obciążenie ładunkiem

• potencjał redoks poniżej 0 mV

Produkty nitryfikacji stanowią substraty dla denitryfikacji.

Gdy sprawność nitryfikacji jest niska, ogólna sprawność unoszenia związków azotu też będzie niska.

Wykład 9

Analiza wymagań procesu nitryfikacji i denitryfikacji wskazuje, że są one przeciwstawne. Dlatego projektuje się odrębne komory dla procesu nitryfikacji oraz denitryfikacji, przyjmując wiek osadu i obciążenie biomasy tak, by już zachodziła nitryfikacja, a jeszcze nie zachodziła denitryfikacja.

Są takie systemy, gdzie oba procesy prowadzi się równocześnie w tej samej komorze. Mówimy wtedy o symultanicznej nitryfikacji/ denitryfikacji.

Symultaniczna nitryfikacja/ denitryfikacja SND polega na równoczesnym prowadzeniu obu procesów w warunkach wytworzenia przeciwstawnych środowisk: tlenowego i beztlenowego w tym samym reaktorze, co umożliwia równoczesną aktywność bakterii nitryfikacyjnych i denitryfikacyjnych w czasie i objętości, bez konieczności stosowania odrębnych komór.

( Tam gdzie kożuch jest zagęszczony - denitryfikacja, tam gdzie brak - nitryfikacja symultaniczna)

Rozkład związków organicznych w warunkach tlenowych:

Warunki konieczne przeprowadzenia takiego procesu:

• obecne aerobowe heterotrofy

• materia organiczna jest utleniana (donor elektronów)

• tlen jest redukowany (akceptor elektronów)

• 
  związki organiczne są używane do syntezy biomasy

Azot organiczny obecny w ściekach podlega kontynuacji procesu amonifikacji.

Metabolizm nitryfikacji:

• obecne autotrofy nitryfikujące

• azot amonowy jest utleniany

• tlen jest redukowany

• związki organiczne nie są zużywane do produkcji biomasy (organizmy wykorzystują nieorganiczne związki węgla)

Metabolizm denitryfikacji:

• obecne heterotrofy denitryfikujące

• związki organiczne są utleniane

• azotany są redukowane (przy braku tlenu)

• związki organiczne są zużywane do syntezy biomasy

Proces zintegrowanego usuwania związków węgla, azotu i fosforu:

• zróżnicowane mikroorganizmy i wymagania środowiskowe

Fosfor w sciekach występuje występuje w postaci polifosforanów, ortofosforanów oraz związków organicznych.

Tylko fosforany nieorganiczne mogą być usuwane na drodze biochemicznej, przy czym polifosforany muszą uprzednio hydrolizować do ortofosforanów.

Fosfor w postaci ortofosforanów jest asymilowany w warunkach tlenowych przez bakterie fosforowe.

W środowisku beztlenowym i przy braku azotanów bakterie fosforowe uwalniają fosforany, pobierają łatwo przyswajalne organiczne związki węgla np. - LKT (lotne kwasy tłuszczowe) i syntetyzują w komurkach polihydroksywaleriany PHA lub polihydroksymaślany PHB, które są magazynem energetycznym komórek.

W warunkach tlenowych bakterie zużywają te substancje, rozmnażają się i pobierają ortofosforany.

Wykazują zdolność do zwiększonej kumulacji fosforu w komórkach. Fosfor odprowadzany jest z układu wraz z osadem nadmiernym. Jeśli nie będziemy odprowadzać biomasy osadu nadmiernego z układu, wystąpi akumulacja fosforu w systemie.

Gdy bakterie fosforowe nie mają właściwych warunków rozwoju w systemie, biologiczna defosfatacja nie będzie zachodzić. Należy zastosować chemiczne strącanie fosforu.

Żaden z procesów w oczyszczalni ścieków nie może doprowadzić do takiej przemiany, by fosfor był uwalniany do atmosfery.

Usuwanie fosforu realizuje się poprzez przeprowadzenie fosforu z postaci rozpuszczonej ( ortofosforanów) w postać zawiesiny (osadu).

Realizujemy to na drodze biologicznej defosfatacji lub poprzez strącanie chemiczne.

Warunki biologicznej defosfatacji:

• obecność bakterii fosforowych PAO ( kumulujących fosfor )

• warunki beztlenowe w komorze defosfatacji - stężenie tlenu poniżej 0,1 gO­₂/m³

• poddawanie ścieków z osadem czynnym naprzemiennie warunkom tlenowym i beztlenowym

• obecność łatwo przyswajalnych organicznych związków węgla, przede wszystkim lotnych kwasów tłuszczowych LKT ( obecnych w zagniłych ściekach, wodach osadowych z zagęszczaczy lub fermenterów)

• możliwie wysoka wartość stosunku BZT₅/P > 20 ( dla osadu niskoobciążonego zalecane > 25)

• brak azotanów w komorze beztlenowej

• potencjał redoks ujemny w komorze beztlenowej

Zakresy potencjałów redoks.

Zmiany potencjału POR dla różnych procesów.

W celu osiągnięcia wymaganego stopnia usuwania fosforu, w niektórych oczyszczalniach stosuje się strącanie chemiczne poprzez dodanie reagentów.

Stosuje się :

• koagulanty ( sole glinu lub żelaza )

• wapno

Produktem strącania są fosforany metali, powstają również wodorotlenki metali.

W efekcie uzyskuje się kłaczki, które wiążą strącone fosforany metali i inne substancje zwieszone w ściekach.

Efekty procesu strącania są uzależnione od pH ścieków, rodzaju zastosowanego reagentu i jego dawki.

Przykładowe handlowe nazwy reagentów:

• AVR (siarczan glinu i siarczan żelaza (III))

• JKL ( mieszanina chlorków i siarczanów)

• Pax ( polimeryzowane sole glinu)

• Siarczan żelaza (II)

• Wapno palone lub gaszone

AVR (granulat) zapewnia efektywne strącanie fosforu przy pH w przedziale 5,0 - 8,5 (nawet do 9,0). Najlepsze rezultaty przy pH 6,0 - 6,5.

Do strącenia 1 g rozpuszczonego fosforu potrzeba 16 g AVR.

Typowa dawka 125 g/m³ - dla tego reagenta (sprawdzić próbkę laboratoryjnie)

JKL (roztwór) - zapewnia efektywne strącanie fosforu przy pH w przedziale 4,0 - 8,0 ( nawet do 9,0). Najlepsze rezultaty przy pH 5,0 - 6,0.

Do strącenia 1 g rozpuszczonego fosforu potrzeba 23 g JKL (16 ml roztworu 12% Fe).

Typowa dawka 190 g/m³.

PAX (roztwór lub granulat) zapewnia efektywne strącanie fosforu w szerokim zakresie pH.

Do wytrącenia 1 mola rozpuszczonego fosforu potrzeba 2 - 3 moli glinu.

Typowa dawka 80 - 100 g/m³. zależnie od stopnia polimeryzacji.

Siarczan żelaza (II) (postać krystaliczna) zapewnia efektywne strącanie fosforu przy pH w przedziale pH 7,0 - 8,0.

Do wytrącenia 1 g rozpuszczonego fosforu potrzeba 7,4 g siarczanu żelaza (II).

Typowa dawka 125 g/m³.

Wapno (proszek lub roztwór) zapewnia efektywne strącanie fosforu przy pH w szerokim zakresie.

Dawka nie zależy od stężenia fosforu, a jedynie od pH i zasadowości ścieków.

Przy pH < 10 stosuje się system małej dawki

Przy pH > 11,0 - system, dużej dawki

Punkty prowadzenia procesu w oczyszczalni ścieków

Wstępne - osadnik wstępny

Symultaniczne

Wtórne - w osadniku wtórnym

Metody strącania chemicznego:

• strącanie bezpośrednie (70 - 80 % redukcji BZT₅, powyżej 90% redukcji fosforu)

• strącanie wstępne ( powyżej 90% redukcji BZT₅, powyżej 90% redukcji fosforu)

• strącanie symultaniczne (około 90% redukcji BZT₅, 75 - 90 % redukcji fosforu)

• strącanie końcowe ( powyżej 90% redukcji BZT₅, powyżej 90% redukcji fosforu)

Wapno stosuje się w strącaniu bezpośrednim lub końcowym, siarczan żelaza (II) w strącaniu symultanicznym.

Pozostałe reagenty we wszystkich metodach strącania, z wyłączeniem PAX-u, którego nie stosuje się w strącaniu symultanicznym.

Czas procesu:

• strącanie bezpośrednie - ok. 3,5 h

• strącanie wstępne - ok. 8,5 h

• strącanie symultaniczne - ok. 11,5 h

• strącanie końcowe - ok. 12,5 h

Strącanie bezpośrednie stosuje się po kratach i piaskowniku, ewentualnie po osadniku wstępnym. Nie ma innych procesów oczyszczania.

Strącanie wstępne - stosuje się w części mechanicznej oczyszczalni i realizuje w osadniku wstępnym przed biologicznym oczyszczaniem, dodając reagent do kanału dopływowego w punkcie o dużej turbulencji.

Takie strącanie powoduje obniżenie obciążenia bioreaktorów, zmniejsza zużycie energii i ogranicz ilość powstającego osadu nadmiernego.

Gdy stosunek BZT₅/N w ściekach dopływających do oczyszczalni jest niski, takie strącanie nie jest zalecane, bo pogorszy warunki nitryfikacji.

Strącanie symultaniczne - obejmuje procesy strącania fosforu w trakcie biologicznego oczyszczania w komorze osadu czynnego. Osad biologiczny i chemiczny oddzielne są w osadniku wtórnym. Wzrasta produkcja osadu, obniża się wiek osadu, nitryfikacja jest utrudniona.

Strącanie końcowe - jest najbardziej rozpowszechnionym rozwiązaniem. Fosfor strąca się ze ścieków oczyszczonych biologicznie w wydzielonym etapie końcowego strącania. Osad chemiczny może być recyrkulowany do osadnika wstępnego, co sprzyja zagęszczaniu oraz usuwaniu fosforu obecnego w ściekach surowych w postaci zawiesiny w osadniku wstępnym.

Wykład 10

Przepływowe reaktory z biomasą utwierdzoną.

Złoża biologiczne to zbiorniki wypełnione nośnikiem, na którym rozwija się błona biologiczna.

Złoża powinny być napowietrzane w sposób naturalny lub sztuczny.

Projektuje się również specjalne złoża denitryfikacyjne bez napowietrzania.

W złożach realizuje się usuwanie związków węgla, nitryfikację i denitryfikację.

Nie można realizować biologicznej defosfatacji, więc w układach ze złożami konieczne jest chemiczne strącanie fosforu.

Do podstawowych parametrów charakteryzujących pracę złóż należą:

• obciążenie objętości złoża ładunkiem zanieczyszczeń O_G (A,VL) -kg BZT₅/m³d

• obciążenie hydrauliczne - obciążenie powierzchni złoża O_h(qh) m³/dm²

• wysokość złoża H - [m]

• możliwość uzyskania nitryfikacji

Istotny jest również rodzaj wypełnienia i jego uziarnienie. Zalecana granulacja materiału wypełniającego 4 - 10 cm, zazwyczaj 5 - 6 cm.

Wymagania aktualne zarówno dla wypełnień naturalnych, jak i wypełnień z tworzyw sztucznych.

Ze względu na wielkość obciążenia złoża biologiczne dzielimy na:

• nisko obciążone -

obciążenie O_G<=0,4 kg BZT₅/m³d

• średnio obciążone -

obciążenie O_G = 0,4 - 0,65 kg BZT₅/m³d

• wysoko obciążone -

obciążenie O_G = 0,65 - 1,60 kg BZT₅/m³d

• bardzo wysoko obciążone (wstępne) -

obciążenie O_G = 1,60 - 5,0 kg BZT₅/m³d

Złoża wstępne mogą mieć wypełnienie wyłącznie syntetyczne. Pozostałe - wypełnienia naturalne lub syntetyczne.

Obciążenie hydrauliczne około 10 razy większe jak obciążenie objętościowe.

Obciążenie hydrauliczne złoża może wynosić:

• nisko obciążone -

obciążenie O_h < 4 m³/m²d

• średnio obciążone -

obciążenie O_h = 4 - 6,5 m³/m²d

• wysoko obciążone -

obciążenie O_h = 6,5 - 12 m³/m²d

• bardzo wysoko obciążone wstępne -

obciążenie O_h = 12 - 40 m³/m²d

Nitryfikacja jest możliwa do uzyskania w złożach nisko i średnio obciążonych.

W złożach wysoko obciążonych jest mało prawdopodobna, a złożach wstępnych nie występuje.

Wysokość złoża powinna wynosić:

• nisko obciążone -

wysokość H = 1,0 - 2,5 m (zazwyczaj 1,5 - 2,0 m)

• średnio obciążone - wysokość H = 1,5 - 2,5 m

• wysoko obciążone - wysokość H = 2,0 - 4,0 m

• bardzo wysoko obciążone (wstępne) -

wysokość H>= 8 m

Po złożach wysoko obciążonych i wstępnych należy prowadzić dalsze biologiczne oczyszczanie oraz obowiązkowo osadnik wtórny.

Po złożach nisko obciążonych można zrezygnować ze stosowania osadnika wtórnego.

Stosuje się recyrkulację oczyszczonych ścieków na osadniku przed złożem w celu zwiększenia obciążenia hydraulicznego.

Osadniki wtórne:

Są niezbędnym elementem układu biologicznego oczyszczania ścieków z biomasą zawieszoną, muszą być montowane za bioreaktorami.

Osadników wtórnych nie stosuje się wyłącznie w układach z sekwencyjnymi biologicznymi reaktorami SBR, ponieważ sam reaktor pełni funkcję osadnika w fazie sedymentacji.

Zadaniem osadników wtórnych jest:

• usunięcie zawiesiny osadu czynnego wynoszonej z komór napowietrzania

• usunięcie martwej i nadmiernej błony biologicznej wypłukanej ze złoża

• zapewnienie klarownego odpływu z oczyszczalni

• umożliwienie zagęszczania i recyrkulacji osadu czynnego do bioreaktora

W osadniku wtórnym oprócz mechanicznego osadzania ma miejsce kontynuacja biologicznych procesów zachodzących w bioreaktorze.

Osadniki wtórne są zazwyczaj ostatnimi obiektami oczyszczalni.

Nie dotyczy to układów z biologicznym doczyszczaniem ścieków w warunkach naturalnych np. w stawach stabilizacyjnych.

Osad wtórny charakteryzuje wysokie uwodnienie 99,0 - 99,5 %. Ma on charakter zawiesiny kłaczkowatej, trudniej sedymentuje.

Dlatego czas zatrzymania ścieków w osadniku wtórnym powinien być większy niż w osadniku wstępnym.

Dal ścieków przemysłowych do 10 h.

Minimalny czas zatrzymania 2 - 2,5 h.

Maksymalnie 3 - 4 h.

Przy wymiarowaniu osadników wtórnych obowiązują podobne zalecenia jak dla osadników wstępnych.

Należy spełnić wymogi dotyczące proporcji wymiarów, liczb kryterialnych Reynoldsa i Froudea, właściwego zaprojektowania wlotów i wylotów.

Natomiast parametry techniczne należy przyjmować według wytycznych dla osadników wtórnych.

Parametry te obejmują:

• czas zatrzymania ścieków w osadniku T - h.

• Obciążenie powierzchni osadnika objętością osadu q_v - dm³/hm²

• Obciążenie powierzchni osadnika natężeniem przepływu obciążenie hydrauliczne q_h - m³/hm

• Obciążenie krawędzi przelewowej q_k - dm³/hm

Do istotnych parametrów zaliczamy także:

• stężenie biomasy w dopływie do osadnika X - kg. s.m./m³

• stężenie biomasy w osadzie recyrkulowanym X_R - kg. s.m./m³

• natężenie przepływu osadu recyrkulowanego Q_R - m³/h

• indeks osadu IO - cm ³/g

• objętość osadu w metodzie rozcieńczeń V_os - cm³/dm³

• dopuszczalne stężenie w odpływie X^odpł - kg/m³

Średnica osadnika wtórnego radialnego nie powinna przekraczać 50 m, osadnika pionowego - 9m, a długość osadnika podłużnego - 60 m.

Czas zatrzymania ścieków powinien wynosić:

• T = 2,5 - 4,0 h.

W uzasadnionych przypadkach dopuszcza się wydłużenie czasu, a to może się wiązać z występowaniem denitryfikacji w osadniku wtórnym.

(Ścieki przemysłowe T x 1,5 min 3h).

Obciążenie powierzchni osadnika objętością osadów należy przyjmować:

• q_v <= 450 dm³/hm²

dla osadników poziomych

• q_v <= 600 dm³/hm²

dla osadników pionowych

Obciążenie hydrauliczne osadnika należy przyjmować:

• q_h <= 1,6 dm³/hm²

dla osadników poziomych

• q_h <= 2,0 dm³/hm²

zalecane q_h = 1,2 dm³/hm²

dla osadników pionowych

Obciążenie krawędzi przelewowej należy przyjmować:

• q_k <= 10 dm³/hm

dla osadników poziomych

• q_h <= 5,0 dm³/hm

dla osadników pionowych

Stężenie biomasy w dopływie do osadnika wtórnego X należy przyjmować równe steżeniu biomasy w bioreaktorze.

Stężenie biomas w osadzie recyrkulowanym ustala się z zależności:

Można również przyjmować:

X_R = α ⋅ X_os [kg s.m. / m³]

α - współczynnik zależny od typu osadnika i typu zgarniacza.

X_os - osadzie recyrkulowanym, [kg s.m. / m³]

Współczynnik α należy przyjmować:

• 1,0 dla osadników pionowych

• 0,5 - 0,7 dla osadników poziomych i zgarniaczy ssawkowych

• 0,7 - dla osadników poziomych i zgarniaczy zgrzebłowych lub tarczowych

Natężenie przepływu osadu recyrkulowanego należy przyjmować:

• Q_R <= 2,0 Q dla osadników pionowych

• Q_R <= 1,5Q

Indeks osadu należy przyjmować 100 - 130 cm³/g.

Wymagany stopień recyrkulacji zewnętrznej powinien wynosić dla oczyszczalni współpracujących z kanalizacją rozdzielczą:

• n_z = 2,0 - dla osadników pionowych

• n_z = 1,5 - dla osadników poziomych

a dla oczyszczalni współpracujących z kanalizacją ogólnospławną:

• n_z = 1,0 - dla osadników pionowych

• n_z = 0,75 - dla osadników poziomych

Wykład 11

Porównawczą objętość osadu można ustalić z zależności:

V_os = X ⋅ IO [cm³/m³]

Stężenie osadu przy dnie osadnika opisuje równanie:

T_z - czas zagęszczania osadu w leju osadowym, [h]

Czas zagęszczania powinien wynosić 0,5 - 2,0 h.

Głębokość czynna osadnika wtórnego powinna wynosić

• H = 2,5 - 4,0 m (ATV > 3m)

Na głębokość czynną składają się :

• strefa wody osadowej h₁ > = 0,5 m

• strefa rozdziału h₂

• strefa magazynowania osadu h₃ o wysokości pomniejszonej o wysokość zgrzebła zgarniacza.

Dodatkowo należy przewidzieć wysokość strefy zagęszczania i usuwania osadu, czyli leja osadowego h₄.

Osadniki wtórne z biomasą utwierdzoną stosowane są dla złóż wysoko i bardzo wysoko obciążonych, natomiast można z nich zrezygnować w przypadku złóż nisko i średnio obciążonych.

Osadniki wtórne po złożach biologicznych wymiaruje się według procedury dla osadników wstępnych.

Czas zatrzymania ścieków, obciążenie hydrauliczne osadnika oraz obciążenie krawędzi przelewowych należy przyjmować jak dla osadników wtórnych po komorach osadu czynnego.

SBR (Sekwencyjne biologiczne reaktory).

Sekwencyjne biologiczne reaktory to komory osadu czynnego pracujące porcjowo.

Łączą w sobie funkcje komory osadu czynnego i osadnika wtórnego, pracują cyklicznie -fazowo.

Kolejność faz obejmuje:

• napełnianie reaktora z mieszaniem, ale zazwyczaj bez napowietrzania / - faza I

• napowietrzanie - faza II

• sedymentacja osadu i klarowanie ścieków - faza III

• dekantacja ścieków ( spust ścieków oczyszczonych) - faza IV.

• Odprowadzenie osadu nadmiernego - faza V

Typowy cykl pracy SBR wynosi 4 - 8 godzin, choć spotyka się układy pracujące w cyklu 12 godzin.

Reaktory SBR mogą pracować w systemie z ciągłym dopływem lub z dopływem okresowym.

Najczęściej wykonuje się 2 reaktory współpracujące ze sobą lub pracujące naprzemiennie.

Biodenitro - układ us C i N - 4 fazy

Biodenipcho NPC - 6 faz

Każdorazowo po zakończeniu cyklu w reaktorze należy pozostawić osad czynny, zajmujący około 30 % czynnej objętości reaktora.

SBR nie posiada recyrkulacji ani wewnętrznej ani zewnętrznej, funkcja recyrkulacji spełniona poprzez odpowiednio ustawione urządzenia.

SBR - nie muszą współpracować z osadnikami wtórnymi

SBR nie mogą pracować z SBR

Same są osadnikiem wtórnym, funkcja osadnika wtórnego jest zachowana.

Pozostawiony osad zapenwia właściwą koncentrację biomasy w reaktorze.

Ze względu na rozwiązania technologiczne w SBR - ach nie stosuje się recyrkulacji.

Cykl pracy reaktora jest modyfikowany w zależności od procesów, które planujemy przeprowadzić.

W SBR prowadzić można:

• usuwanie związków węgla

• nitryfikację

• denitryfikację

• biologiczną defosfatację

Do odprowadzania ścieków z SBR stosuje się specjalnej konstrukcji dekantery.

To perforowane rurociągi (perforacja od dołu) np. w kształcie kwadratowej ramy zamontowane na pływakach, połączone przewodem elastycznym z rurociągiem odpływowym i obniżające się wraz ze zwierciadłem ścieków.

Taka konstrukcja umożliwia odprowadzanie dobrze sklarowanych ścieków niezależnie od warunków przy bioreaktorze.

Zalety systemu SBR:

• brak osadnika wtórnego

• brak pomp do recyrkulacji zewnętrznej

• elastyczność systemu ze względu na możliwość regulacji długości faz.

• Prosta budowa

Wady systemu SBR

• problemy z dekantacją

• skomplikowany układ odprowadzania sklarowanych ścieków

• wymagana wyższa wydajność tlenowa układu ze względu na ograniczony czas napowietrzania w reaktorze

• skomplikowane sterowanie.

(spuchnięty osad na początku można schlorować we wczesnej fazie dawką chloru do 1,5 g)

Sita

Są to urządzenia stosowane do usuwania ze ścieków substancji stałych o wymiarach większych niż 1 - 3 mm.

Ze względu na wielkość perforacji sita dzielimy na:

• sita rzadkie o perforacji 5 - 8 mm

• sita gęste o perforacji 1 - 5 mm

Ze względu na sposób działania sita dzielimy na:

• sita stałe

• sita ruchome - bębnowe, tarczowe, taśmowe, spiralne

Sita stosowane są przede wszystkim w oczyszczalniach ścieków przemysłowych z :

• przetwórstwa owocowo - warzywnego

• garbarni

• cukrowni

W oczyszczalniach ścieków komunalnych sita stosowane są zamiast osadników wstępnych w obiektach, gdzie dysponujemy niewielką powierzchnią pod lokalizację oczyszczalni.

Sita muszą być poprzedzone kratami.

Wytyczne projektowania sit:

Sumaryczna powierzchnia otworów powinna stanowić:

• 25 - 30 % całkowitej powierzchni sita

Szczeliny powinny być owalne. Wymiary szczelin należy przyjmować:

• szerokość 1 - 8 mm

• długość 30 - 50 m ? czy mm

Prędkość wypływu ścieków przez otwory w sicie należy przyjmować

• około 0,2 m/s

Sita tarczowe wymiary:

• średnica 2 - 6 m

• prędkość obwodowa 0,2 - 0,3 m/s

Sita bębnowe wymiary:

• średnica 2 - 5 m

• prędkość obwodowa 1,5 m/s

Ilość skratek należy przyjmować:

• 15 - 25 dm³/Ma

Uwodnienie skratek

• 85 - 90 %

Piaskowniki

Służ do usuwania ziemistych zanieczyszczeń mineralnych (zawiesiny mineralnej). Usuwamy piasek, żwir, drobne kamienie, żużel i popiół.

Piaskowniki stosujemy gdy:

• do oczyszczalni dopływają ścieki z kanalizacji ogólnospławnej

• w oczyszczalni stosujemy WKF -y

• dopływ ścieków przekracza 500 m³/d

• w ściekach komunalnych jest duży udział ścieków zawierających zawiesinę mineralną, pochodzących z układu przemysłowego z cukrowni.

Funkcja piaskowników:

• zabezpieczają pompy czy rozdrabniaki przed ścieraniem

• zmniejszają obciążenie osadników wstępnych zawiesiną

• zabezpieczają wydzielone komory fermentacyjne WKF - y przed powstaniem masy cementowej na dnie tych komór.

Zawartość piasku w ściekach zależy od systemu kanalizacyjnego i może wynosić:

• 5 - 35 dm³/1000 m³ ścieków w kanalizacji rozdzielczej

• 37 - 150 dm³/1000 m³ ścieków w kanalizacji ogólnospławnej

Jednostkowy ładunek piasku można przyjmować:

- ok. 0,02 dm³/Md -

w kanalizacji rozdzielczej

- ok. 0,04 dm³/Md -

w kanalizacji ogólnospławnej

Wskaźniki roczne można przyjmować:

• 5 - 12 dm³/Ma

• niższe wartości dla kanalizacji rozdzielczej a wyższe dla ogólnospławnej.

Podczas sedymentacji piasku opadają również zanieczyszczenia takie jak:

• rozdrobnione skorupki jajek

• fusy z kawy lub herbaty

• pestki owoców (np. jabłek)

W piaskownikach usuwane są przede wszystkim ziarna o średnicach 0,1 - 0,2 mm i większe. Podczas spowolnionego przepływu w urządzeniach mogą być również usuwane tłuszcze.

Wykład 12

Rodzaje piaskowników

• piaskowniki o przepływie poziomym

• (poziome, szczelinowe, poziomo wirowe)

• piaskowniki napowietrzane

• piaskowniki o przepływie pionowym

Wytyczne projektowania piaskowników o przepływie poziomym.

Poziomą prędkość przepływu należy przyjmować

• 0,25 - 0,35 m/s (klasycznie 0,4 m/s)

Szerokość pojedynczej komory piaskownika powinna wynosić:

• nie więcej niż 2,0 m

Piaskowniki poziome wykonuje się jako podłużne koryta o przekroju prostokątnym, trapezowym lub parabolicznym

Długość komory krat należy przyjmować

• nie mniejszą niż 18 m

Miarodajna prędkość opadania najmniejszych ziaren 0,10 - 0,20 mm w temperaturze 10 ^oC powinna wynosić:

• U = 4,6 mm/s dla d = 0,10 mm

• U = 9,5 mm/s dla d = 0,15 mm

• U = 14,5 mm/s dla d = 0,20 mm

Piaskownik poziomy wymiaruje się w oparciu o poziomą prędkość przepływu i miarodajną prędkość opadania cząstek lub w parciu o czas zatrzymywania ścieków w urządzeniu.

Długość piaskownika wyznacza się z zależności:

H_max - napełnienie piaskownika przy przepływie maksymalnym godzinowym [m]

V - pozioma prędkość przepływu, [m/s]

U - miarodajna prędkość opadania cząstek, [mm/s]

Lub ze wzoru:

L = v ⋅ t [m]

t - czas zatrzymania ścieków w osadniku, [s]

(max 1,5 min przy wspomaganiu sprężonym powietrzem można go skrócić)

Czas zatrzymania ścieków w piaskowniku należy przyjmować:

• 40 - 90 s

W dużych oczyszczalniach stosuje się piaskowniki dwukomorowe z dodatkową komorą wlotową i komorą wylotową.

Komory są wyposażone w zastawki rozdzielające i zbierające strumień.

Utrzymania stałej prędkości w piaskownikach realizuje się poprzez zamontowanie za urządzeniem:

• przelewów nie zatopionych a ostrej krawędzi Rettgera lub Sutro

• kanałów zwężkowych Parskalda lub Ventouriego

Długość kanału dopływowego znacznie większa od kanału odpływowego za zwężką.

W obrębie zwężki i = O %_o.

Gwałtowna zwężka na wlocie do zwężki łagodnie rozszerzanie się na wylocie ze zwężki

Cechy charakterystyczne

Przelewy

• wymagają mało miejsca

• powodują obniżenie zwierciadła ścieków za przelewem o wysokości napoełnienia piaskownika

• przy dużych napełnieniach rozkład prędkości w przekroju piaskownika jest nierównomierny.

Kanały zwężkowe

• zajmują dużo miejsca

• są dodatkowymi obiektami oczyszczalni

• powodują niewielkie obniżenie zwierciadła ścieków o ok. 1/3 wysokości wypełnienia przed zwężką

• rozkład prędkości jest równomierny

Piaskowniki poziomo - wirowe (Piaskowniki Geigera)

Ścieki doprowadzane są stycznie do obudowy komory i w ten sposób odprowadzane.

Zwierciadło ścieków podnosi się ku zewnętrznym ścianom zbiornika. Przy ścianach powstaje nadciśnienie powodujące poprzeczny ruch strugi

W dół.

Wymagana prędkość na wlocie do urządzenia

• V_dopł = 0,75 - 1,0 m/s

Wymagana prędkość w odpływie :

• V_odpł < = 0,8 m/s

Czas zatrzymania ścieków urządzeniu

• t = 25 - 45 s

Powierzchnię piaskownika w planie wyznacza się z zależności:

α -współczynnik zwiększający ze względu na niepełne wykorzystanie powierzchni, α = 2,0

n - liczba piaskowników, [szt]

u_o - miarodajna prędkość opadania najmniejszych cząstek, mm/s

Q_max - maksymalne godzinowe natężenie przepływu, [m³/s]

Piaskowniki szczelinowe

Kanał nad komorą piaskową zaopatrzony jest w szczeliny, przez którą zsuwa się sedymentujący piasek.

Szerokość szczelin:

• b = 50 - 100 m

Ilość szczelin

• 3 - 5 sztuk

W odległości 10 m przed piaskownikiem prędkość nie powinna przekraczać 0,4 m/s.

Między szczelinami należy zastosować jako dno wkładkę z blachy o długości 0,5 x d kolektora (lub pół szerokości kanału), dno pochylone w kierunku przepływu ścieków.

Szczeliny poprzeczne od ¼ do 2/3 szerokości kanału prostokątnego lub obwodu kanału półkolistego.

(Stosowane w oczyszczalniach małych, prędkości jak dla poziomych podłużnych).

Wytyczne projektowania piaskowników napowietrzanych.

Pozioma prędkość przepływu powinna wynosić:

• powyżej 0,25 m/s

Proporcje wymiarów należy przyjmować:

• B/H_cz = 1,0 - 1,5 : 1,0 - 2,0

Szerokość komory piaskownika powinna wynosić

• Nie więcej niż 4,0 m

Przekrój poprzeczny piaskownika:

• prostokątny

• trapezowy

• półokrągły

• owalny

W dolnej części należy wykonać komorę piaskową o szerokości:

• 0,3 - 0,5 m

Spadek dna w kierunku komory piaskowej:

• minimum 1 : 1

Czas zatrzymania ścieków

Przy pogodzie deszczowej:

• 3 - 5 minut

Przy pogodzie bezdeszczowej:

• 10 - 15 minut

Ilość sprężonego powietrza wprowadzanego do piaskownika:

• 0,2 - 0,,5 m³/min na każdy metr długości urządzenia.

Głębokość zanurzenia rusztu napowietrzającego:

• ¾ H_cz licząc od poziomu ścieków

Prędkość na odpływie z piaskownika:

• nie większa niż 0,3 m/s

Odległość przegrody podłużnej od ściany bocznej piaskownika.

• około 1/3 B.

4 | Strona

Dopływ deszczowy (legalny i nielegalny) piasek, BZT pierwszego spływu .

Infiltracja, rozcieńczenie, niska temperatura

Przemysł, zrzuty z produkcji

Osady ściekowe sąsiada

Własne wody po - opadowe, zawiesina nierozkładalna, azot amonowy, fosforany

Fekalia różny wiek, zawiesina nierozkładalna H₂S

Oczyszczalnia ścieków

Nielegalny zrzut do studzienki może być wszystko ale najczęściej fekalia, tłuszcze, oleje, smary

CH₄, CO₂

CO₂, H­₂O

a)

NO₃^-

b)

c)

OH^-, CO₂, N₂, H₂O

O₂

Materia organiczna

Niebiodegradowalna materia organiczna

Biomasa, mikroorganizmy - należy BZT (20 dniowe), N, P Zawiesina

CO₂

Zapis reakcji redoks usuwania związków organicznych w warunkach tlenowych.

produkty

substraty

NH₄⁺

TKN

H₂O

O₂

ChZT

Inaczej bCOD

produkty

substraty

H₂O

O₂

NO₃^-

NH₄⁺

Produkty denitryfikacji symultanicznej ??

N₂

NO₃^-

CO₂

ChZT

(bCOD)

N₂

NO₃^-

CO₂

ChZT

(bCOD)

TKN

H₂O

O₂

NO₃^-

NH₄⁺

H₂O

O₂

CO₂

ChZT

Inaczej bCOD

Substancja ulegające zredukowaniu

Organizmy autotroficzne (muszą mieć węgiel nieorganiczny)

Substancja wykorzystywana do zredukowaniu

??????

Organizmy cheterotroficzne (muszą mieć węgiel organiczny)

Tlenowe

Anoksyczne

Beztlenowe

Denitryfikacja NO₃→N₂

`

`Wytrącanie fosforu

PO₄ →(Fe) → P _związany

Redukcja siarczanów

SO₄ → H₂S

Redukcja Metam

Octan H₂ →CH₄

0

mV

+500

+400

+300

+200

+100

mV

-100

-200

-300

-400

-500

Nitryfikacja NH₄ →NO₃

Utlenioanie związków organicznych LKT, PHM →CO₂

Pobór fosforu

PO₄→P_org

Utlenianie siarczanów

H₂S→SO₃

---