LABORATORIUM:
TECHNOLOGIA WODY I ŚCIEKÓW

Temat 4:

USUWANIE AZOTU W PROCESIE NITRYFIKACJI I DENITRYFIKACJI

Studia stacjonarne I ST.

Ochrona Środowiska

Politechnika Koszalińska

1. Część teoretyczna.

   • Nitryfikacja- proces utleniania azotu amonowego do azotynów
     i dalej do azotanów z wykorzystaniem bakterii nitryfikacyjnych
     ( Nitrosomonas i Nitrobacter ), które są chemoautotrofami, co znaczy, że nie potrzebują węgla organicznego, jako źródła energii, a jedynie rozpuszczonego CO₂ , są tlenowcami, więc do procesu

nitryfikacji niezbędny jest tlen.

NH₄ ⁺ -------Nitrosomonas------ NO₂^------Nitrobacter------- NO₃^-

• Denitryfikacja- redukcja azotanów do wolnego azotu lub też amoniaku, w zależności od tego, czy proces zachodzi w warunkach anoksycznych ( stężenie tlenu <0,5 mg/L), czy anaerobowych (stężenie tlenu >0,5 mg/L). Bakterie przeprowadzające proces denitryfikacji są fakultatywnymi heterotrofami, które
  w zależności od stężenia tlenu, jako akceptora elektronów używają sam tlen, bądź też azotany. Podczas denitryfikacji następuje wzrost zasadowości, pH.

• Osad czynny- zbiór mikroorganizmów w postaci kłaczkowatej zawiesiny biorący udział w procesie oczyszczania ścieków.

• Zasadowość ogólna ( Z_m)- zasadowość to zdolność do zobojętniania kwasów mineralnych w określonych warunkach, właściwość tę nadają wodorowęglany, węglany, wodorotlenki.
  W zależności od obecności związku, który nadaje charakter zasadowy wyróżniamy kilka rodzajów zasadowości.
  Zasadowość ogólna to inaczej twardość węglanowa, czyli suma zasadowości węglanowej i wodorowęglanowej. Oznacza się ją za pomocą miareczkowania mocnym kwasem mineralnym do pH 4,5 wobec oranżu metylowego jako wskaźnika. Miareczkowanie prowadzi się do zmiany barwy z żółtego na pomarańczowo-czerwoną.

1. Cel i zakres ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest określenie wpływu warunków tlenowych na zmiany form azotu w ściekach. Zakres ćwiczenia obejmuje:

A) badanie wpływu czasu napowietrzania (nitryfikacji) na stężenie azotu amonowego pozostałego w ściekach,

B) badanie czasu reakcji (denitryfikacji) na stężenie azotu azotanowego pozostałego w ściekach,

C) wykonanie analiz chemicznych zasadowości ogólnej, pH oraz stężenia osadu

D) obserwacja mikroskopowa osadu czynnego

1. Przebieg ćwiczenia:

Część A): Ocena przebiegu procesu nitryfikacji za pomocą pomiaru prędkości PN.

Osad czynny pobrany z komory nitryfikacji oczyszczalni ścieków poddać procesowi sedymentacji i zagęszczenia. Zdekantować ciecz nadosadową,
a osad rozcieńczyć ze ściekami o podwyższonej zawartości jonów amonowych do objętości .

Część mieszaniny osadu i ścieków (100ml) odlać i wyznaczyć stężenie masy osadu, stężenie azotu amonowego i zasadowość ogólną w próbie przesączonej. Resztę ścieków z osadem mieszać mieszadłem magnetycznym z jednoczesnym napowietrzaniem drobnopęcherzykowym. Po czasie 30, 60
i 90 minut pobierać 100ml próby, w której po przesączeniu oznaczyć stężenie azotu amonowego oraz zasadowość i pH.

Zestawienie i opracowanie wyników badań.

Uzyskane wyniki badań zestawić w tabeli 1. Sporządzić wykres zależności wpływu czasu napowietrzania (nitryfikacji) na stężenie azotu amonowego pozostałego w ściekach oraz zasadowość. Przeprowadzić analizę uzyskanych efektów oraz sformułować wnioski.

Prędkość nitryfikacji PN wyliczyć według następującego wzoru:

PN= (C_NH4 * 24 godz/d)/ X [ mg N/g_sm d ]

gdzie:

X- stężenie osadu w próbie, g_sm/L

C_NH4- różnica stężenia azotu amonowego w pierwszej i ostatniej próbie,
C₀ – C_1,5godz., w przeliczeniu na godzinowy spadek, mg N-NH4/l h

Tabela 1. Wpływ czasu napowietrzania ścieków i osadu czynnego na proces nitryfikacji.

Stężenie osadu …g/L

Czas napowietrzania min.	Stężenie azotu amonowego, mg/L	pH	Zasadowość, mval/L
0 30 60 90

Część B): Ocena przebiegu procesu denitryfikacji za pomocą pomiaru prędkości PDN.

Osad czynny pobrany z komory nitryfikacji oczyszczalni ścieków poddać procesowi sedymentacji i zagęszczania. Następnie zdekantować ciecz nadosadową, a osad rozcieńczyć ze ściekami o podwyższonej zawartości jonów azotanowych do objętości .

Część ścieków (100 ml) odlewarować i oznaczyć stężenie masy osadu
oraz stężenie azotu azotanowego i zasadowość ogólną w próbie przesączonej. Resztę ścieków z osadem należy wlać do kolby, zatkać korkiem i mieszać mieszadłem magnetycznym bez dostępu tlenu. Po czasie 30, 60 i 90
minut, pobrać próby o objętości 100 ml, w których po przesączeniu oznaczyć stężenie azotu azotanowego oraz zasadowość i pH.

Zestawienie i opracowanie wyników badań.

Uzyskane wyniki badań zestawić w tabeli 2.

Sporządzić wykresy wpływu czasu reakcji (denitryfikacji) na stężenie azotu azotanowego pozostałego w ściekach oraz na zasadowość. Przeprowadzić analizę uzyskanych efektów oraz sformułować wnioski.

PDN = (C_NO3 x*24 godz/d)/X [mg N/g_sm d]

gdzie:

X- stężenie osadu w próbie, g_sm/L

C_NO3- różnica stężenia azotu azotanowego w pierwszej i ostatniej próbie,
C₀ – C_1,5godz., w przeliczeniu na godzinowy spadek, mg N-NH₄/l h

Tabela 2. Wpływ czasu reakcji na redukcję azotanów.
Stężenie osadu …g/L

Czas reakcji, min.	Stężenie azotu azotanowego, mg/L	pH	Zasadowość, mval/L
0 30 60 90

_{Analizy chemiczne}

_{1. Oznaczanie masy osadu metodą wagową bezpośrednią}

Oznaczanie masy osadu czynnego metodą wagową bezpośrednią polega na jego odsączeniu, wysuszeniu w 103-105° C i zważeniu. Objętość mieszaniny ścieków z osadem czynnym użytej do oznaczenia zależy od masy osadu.

Jego ilość na sączku powinna wynosić 10-100 mg, min. 2 mg.

Masę osadu czynnego oblicza się ze wzoru:

X= (a - b) · 1000/V [g/L]

gdzie:

1. masa naczynka z sączkiem i osadem, g.

2. masa naczynka z sączkiem bez osadu, g

V- objętość próbki ścieków z osadem czynnym użytej do oznaczenia, ml.

Wynik zaokrąglamy do liczby całkowitej.

2. Zasadowość ogólna ( Z_M)

Próbkę ścieków przesączyć przez sączek. Do kolby odmierzyć 100 ml przesączu, dodać kilka kropli r-ru oranżu metylowego i miareczkować HCl do zmiany barwy z żółtej na pomarańczową-czerwoną:

Z_M= a* 0,1· 1000/ V [mval/L]

gdzie:

1. ilość r-ru HCl zużyta do miareczkowania, ml

V- objętość wody użytej do miareczkowania, ml

0,1- przelicznik na miliwale

3. Azot amonowy

Próbkę ścieków przesączyć przez sączek. Odmierzyć do cylindra Nesslera 50 ml badanej próbki lub inną objętość rozcieńczoną wodą destylowana do objętości 50 ml. Dodać 1 ml roztworu winianu sodowo-potasowego NaKC₄H₄O₆, wymieszać i następnie dodać 1 ml odczynnika Nesslera. Wymieszać ponownie i po 10 min. zmierzyć intensywność zabarwienia
na spektrofotometrze przy dł. fali 410nm. Równocześnie przygotować
w analogiczny sposób próbę kontrolną z użyciem wody destylowanej
(zamiast ścieków).

Zawartość azotu amonowego obliczyć ze wzoru:

X_NH4= a ·1000/V [mgNH₄/L]

gdzie:

1. ilość azotu amonowego w próbce, odczytana z krzywej wzorcowej, mg

V- objętość próbki wody użytej do oznaczenia , ml

W obliczeniach uwzględnić próbę kontrolną.

4. Azot azotanowy

Do parownicy porcelanowej odmierzyć 50 ml próby lub rozcieńczyć taką objętością wody, aby stężenie azotu azotanowego nie przekraczało 0,05 mg N_NO3. Dodać 2-3 krople NaOH oraz 1 ml świeżo przygotowanego 0,5% roztworu salicylanu sodu i odparować do sucha na łaźni wodnej.
Po ostygnięciu dodać 1 ml stężonego kwasu siarkowego, zwilżając ścianki parownicy. Po 10 min dodać 20 ml wody destylowanej, 7 ml alkalicznego winianu sodu i potasu, a następnie przenieść ilościowo do cylindra Nesslera
(przepłukać kilkakrotnie parownicę wodą destylowana ). Uzupełnić cylinder wodą do kreski (50 ml), wymieszać i po ostygnięciu zmierzyć absorbancję na spektrofotometrze przy długości fali 410 nm.

Stężenie azotu azotanowego wyliczyć ze wzoru:

X_NO3= a · 1000/V [mgNO₃/L]

gdzie:

1. ilość azotu azotanowego w próbce, wyznaczona z krzywej wzorcowej, mg

2. V- objętość próbki wody użytej do oznaczenia, ml

LABORATORIUM:
TECHNOLOGIA ŚĆIEKÓW

III OŚ, sem.5, Stacjonarne I st.

TEMAT 1:USUWANIE AZOTU W PROCESIE NITRYFIKACJI I DENITRYFIKACJI

Zespół: Data wykonania ćwiczenia:

……………………………

1. ………………………….

2. ………………………….

3. ………………………….

4. ………………………….

5. ………………………….

Tabela 1. Wpływ czasu napowietrzania ścieków i osadu czynnego na proces nitryfikacji.

Stężenie osadu …g/L

Czas napowietrzania min.	Stężenie azotu amonowego, mg/L	pH	Zasadowość, mval/L
0 30 60 90

Tabela 2. Wpływ czasu reakcji na redukcję azotanów.
Stężenie osadu …g/L.

Czas reakcji, min.	Stężenie azotu azotanowego, mg/l	pH	Zasadowość, mval/L
0 30 60 90

Literatura:

„Oczyszczanie ścieków i przeróbka osadów ściekowych” K. Piaskowski

„Biotechnologia ścieków” praca zbiorowa pod red. K. Mikscha

„Biotechnologia w ochronie środowiska” E. Klimiuk, M. Łebkowska

„ Osad czynny- biologia i analiza mikroskopowa” E. Fijałkowska, J. Fyda, A. Pajdak-Stós, K. Więckowski

„ Chemiczne i fizykochemiczne oczyszczanie ścieków” A.M. Anielak

„ Fizyczno-chemiczne badanie wody i ścieków”- pod kierunkiem J. Dojlido

Pytania na wejściówkę do zajęć laboratoryjnych.

1. Na czym polega proces nitryfikacji?

2. Na czym polega proces denitryfikacji?

3. Oznaczanie azotu amonowego, procedura?

4. Oznaczanie azotu azotanowego, procedura?

5. Co to jest zasadowość ogólna i jak ją oznaczamy?

6. Co to jest osad czynny?