Oczyszczanie ścieków

Oczyszczanie ścieków, Studia - inżynieria & ochrona środowiska (inż. mgr.), Technologie wody i ścieków, ...

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
SPIS ZAWARTOŚCI
Oczyszczanie ścieków w procesie tlenowego osadu czynnego z nitryfikacją.
str. 2.
Sedymentacja wstępna – badania w leju Imhoffa.
str. 13
Osady ściekowe
str. 21
Właściwości filtracyjne osadów ściekowych
str. 23
1
OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW W PROCESIE TLENOWEGO OSADU
CZYNNEGO Z NITRYFIKACJĄ
Przez pojęcie biologiczne (a ściślej biochemiczne) oczyszczanie ścieków należy
rozumieć wszystkie te procesy, w których do usuwania zanieczyszczeń obecnych w
ściekach wykorzystuje się przemiany metaboliczne prowadzone przez różne grupy
drobnoustrojów. Oczyszczanie biologiczne jest więc, w najszerszym pojęciu,
naśladownictwem procesów występujących normalnie w przyrodzie, z tą różnicą, że dla
ich niezakłóconego przebiegu i intensyfikacji tworzy się specjalnie warunki poprzez
odpowiednie zabiegi techniczne.
Oczyszczenie ścieków metodą tlenowego osadu czynnego polega na ich
napowietrzaniu z zawiesiną mikroorganizmów (tzw. osadem czynnym) w specjalnych
komorach (reaktorach biologicznych). Osad czynny jest skupiskiem kłaczków
mikroorganizmów wodnych (bakterii i pierwotniaków), które rozwijają się intensywnie w
warunkach zwiększonej podaży substratów i tlenu, a także zawiesin doprowadzanych do
reaktora biologicznego ze ściekami oraz frakcji martwych powstających z obumierania
bytujących mikroorganizmów. W tych reaktorach biologicznych następuje kontakt osadu
czynnego z substancjami zanieczyszczającymi ścieki. W wyniku wielu powiązanych ze
sobą procesów fizykochemicznych i biochemicznych zanieczyszczenia „wychwytywane”
są przez zawiesinę osadu czynnego, a bytujące w niej mikroorganizmy wykorzystują je
w tlenowych procesach przemiany materii jako źródła energii lub substancje budulcowe
w szlakach katabolicznych i anabolicznych tych mikroorganizmów. Wykorzystanie
zanieczyszczeń powoduje ich usunięcie ze ścieków. Produktami tych przemian są różne
substancje, w tym: dwutlenek węgla, woda, siarczany, azotany, a także energia i
przyrastająca biomasa mikroorganizmów. Po procesie zachodzi więc konieczność
oddzielenia osadu od oczyszczonych ścieków, co najczęściej realizowane jest w
osadnikach wtórnych.
Celem podstawowym
oczyszczania biologicznego (w procesie tlenowego osadu
czynnego) jest usuwanie ze ścieków związków organicznych rozpuszczonych,
koloidalnych oraz bardzo drobnych zawiesin nieopadających. W sprzyjających
warunkach technologicznych zachodzić może również utlenianie azotu amonowego
poprzez azotyny do azotanów, tzw. proces nitryfikacji.
Mechanizm procesu
biologicznego oczyszczania polega na:
•
utlenianiu części związków organicznych przez bakterie heterotroficzne
•
wiązaniu części związków organicznych w biomasie mikroorganizmów
prowadzących proces (ta część związków organicznych nie jest utleniania).
Związki organiczne + tlen + substancje pożywkowe + mikroorganizmy = nowe
mikroorganizmy + CO
2
+ H
2
O
Efektywność oczyszczania w procesie osadu czynnego zależy od:
•
podatności związków organicznych na przyswajanie przez mikroorganizmy,
•
wieku osadu,
2
•
ilości i rodzaju aktywnych mikroorganizmów w komorze osadu czynnego,
•
czasu przetrzymania (hydraulicznego,
•
warunków prowadzenia procesu: stężenia tlenu, zawartości substancji
pożywkowych (N, P, K), pH, temperatury, obecności substancji toksycznych,
•
odpowiedniej intensywności mieszania, wydajności procesu napowietrzania,
•
właściwej recyrkulacji osadu
•
właściwej eksploatacji całego układu.
Do podstawowych parametrów technologicznych osadu czynnego należą:
•
Stężenie osadu czynnego w KOCZ (komorze osadu czynnego) – X
X
=
X
B
+
X
I
+
X
MIN
(1)
gdzie:
X
– stężenie biomasy osadu czynnego w komorze; g SM/m
3
(g SMO/m
3
, g ChZT/m
3
),
B
X
– biologicznie nierozkładalne zawiesiny organiczne pochodzące z oczyszczanych
ścieków; g SM/m
3
(g SMO/m
3
, g ChZT/m
3
),
X
– zawiesiny mineralne pochodzące z oczyszczanych ścieków, g SM/m
3
.
MIN
Najczęściej stężenie osadu czynnego wynosi 2000 – 5000 g SM/m
3
.
−
Wiek osadu
Jest to najważniejszy parametr decydujący o efektach pracy osadu czynnego.
Określa on średni czas przebywania kłaczków osadu czynnego w układzie, liczony jako
stosunek masy osadu w układzie do dobowego przyrostu masy osadu w wyniku procesów
oczyszczania.
WO
=
M
X
=
V
⋅
X
;
d
(2)
∆
X
∆
X
gdzie:
= – masa osadu czynnego w układzie; kg
V
– objętość komory osadu czynnego; m
3
∆
– przyrost osadu w wyniku procesów oczyszczania; kg/d
V
⋅
X
Wiek osadu czynnego może wynosić od 1 do 100 d (zależnie od sposobu
prowadzenia procesu i niezbędnych efektów oczyszczania). Osad o WO>40d jest
biologicznie stabilny. Przyjmując odpowiednio długi wiek osadu oprócz dobrych efektów
usuwania związków organicznych, można utlenić azot amonowy do azotanów.
∆
X
=
Q
N
⋅
X
R
+
( )
D
−
Q
N
X
O
;
g
SM
/
d
(3)
gdzie:
Q
– natężenie przepływu osadu nadmiernego; m
3
/d
N
3
I
M
X
Q
X
– stężenie osadu recyrkulowanego (powrotnego i nadmiernego); g SM/m
3
Q
– natężenie dopływu ścieków, m
3
/d
D
X
– stężenie zawiesin w ściekach oczyszczonych; g SM/m
3
Przyrost osadu zależy od wieku osadu i ładunku zanieczyszczeń w oczyszczanych
ściekach.
O
•
Indeks osadu czynnego (Mohlmanna) IO
Charakteryzuje zdolność zawiesin osadu czynnego do sedymentacji w osadniku
wtórnym. Jest to stosunek objętości osadu czynnego po 30 minutach zagęszczania w
cylindrze 1dm
3
do stężenia osadu w cylindrze przed zagęszczaniem
IO
=
V
OS
;
cm
3
/
g
SM
(4)
X
gdzie:
V
– objętość osadu po 30 minutach zagęszczania; cm
3
X
– stężenie osadu w cylindrze przed zagęszczaniem; g SM/m
3
Im mniejsza wartość indeksu osadu, tym korzystniejsze są jego właściwości
sedymentacyjne. Dobre właściwości sedymentacyjne ma osad o IO w granicach 50-100
cm
3
/g SM. Wyższe wartości IO wskazują na pęcznienie osadu, wywołane najczęściej
przez bakterie nitkowate.
OS
•
Obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń
O
ł
Obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń określa ilość zanieczyszczeń organicznych
(najczęściej wyrażanych jako BZT
5
) doprowadzanych do komory osadu czynnego w
jednostce czasu na jednostke masy osadu w komorze:
O
=
Q
D
⋅
S
BZT
=
Ł
BZT
=
Ł
BZT
;
g
BZT
/
g
SM
/
d
(5)
5
5
5
ł
M
M
WO
⋅
∆
X
5
X
X
gdzie:
S
– stężenie zanieczyszczeń organicznych w ściekach doprowadzanych do komory;
g BZT
5
/m
3
5
Ł
– ładunek zanieczyszczeń w ściekach; g BZT
5
/d
Jest to parametr, którego wartość jest wynikiem przyjęcia określonego wieku osadu WO.
Dla osadu niskoobciążonego
BZT
5
O
=0,2 – 0,6 g BZT
5
/g SM/d.
Dla osadu wysokoobciążonego
−
układ wysokosprawny:
ł
O
=0,4 – 1,5 g BZT
5
/g SM/d
−
częściowego oczyszczania:
ł
O
=1,5 – 5,0 g BZT
5
/g SM/d
ł
•
Czas przetrzymania ścieków w komorze osadu czynnego T
4
R
BZT
Czas przetrzymania ścieków w komorze wynosi od kilku do kilkunastu
(kilkudziesięciu) godzin (zależnie od przyjmowanego stężenia osadu w komorze). Nie
powinien być krótszy niż 3 h. Obliczać go można z zależności natężenia przepływu i
objętości komór osadu czynnego.
V
T
=
Q
(6)
D
•
obciążenie objętości komory ładunkiem zanieczyszczeń
O
Określa ilość zanieczyszczeń doprowadzanych do komory osadu czynnego w
jednostce czasu w przeliczeniu na 1 dm
3
objętości komory.
O
=
Q
d
⋅
S
BZT
=
Ł
BZT
;
g
BZT
m
3
⋅
d
(7)
5
5
k
V
V
5
gdzie:
BZ
S
– stężenie zanieczyszczeń organicznych w ściekach doprowadzanych do komory;
g BZT
5
/m
3
5
BZ
Ł
– ładunek zanieczyszczeń w ściekach; g BZT
5
/d
Jest to parametr wynikowy, zależny od przyjętej objętości komory osadu czynnego (V),
która z kolei zależy od przyjętego wieku osadu i stężenia osadu w KOCz
(
5
WV
∆
⋅
X
X
).
O
=
Ł
BZT
5
X
;
g
BZT
m
3
⋅
d
(8)
k
WO
⋅
∆
X
5
O
=
O
⋅
X
;
g
BZT
m
3
⋅
d
(9)
k
ł
5
•
stopień recyrkulacji osadu
α
Stopień recyrkulacji osadu α określa wielkość strumienia osadu powrotnego z
osadnika wtórnego Q
R
do dopływu ścieków surowych do bloku biologicznego Q
D
.
Q
α
R
(11)
Q
D
W celu zachowania równowagi pomiędzy podażą substratów a ilością
konsumentów, biomasę osadu czynnego należy zawracać do komór osadu czynnego.
Recyrkulacja osadu ma na celu wprowadzenie do komory osadu zregenerowanego w
pełni zdolnego do adsorpcji i mineralizacji zanieczyszczeń i utrzymanie stężenia osadu
na wymaganym poziomie. Przeciętnie stopień recyrkulacji osadu wynosi 25-100%. Im
mniejszy jest indeks osadu, tym stopień recyrkulacji może być mniejszy. Z kolei im
mniejszy jest stopień recyrkulacji, tym mniejsze są koszty pompowania. Z drugiej strony,
przy zbyt małym stopniu recyrkulacji, osad gromadzi się w osadniku wtórnym.
Stopień recyrkulacji osadu można oszacować z testu jego zdolności sedymentacyjnych:
5
=
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

happyhour.opx.pl