08.10.2007
Katarzyna Krysztopa
Martyna Inga Mojsa
Karolina Lipczyńska
Paulina Jaranowska
Biotechnologia
Grupa II
Temat:
Ćwiczenie 1
Efektywność usuwania związków organicznych
oraz biogennych z odcieków z zastosowaniem złóż tarczowych.
Cel:
Ocena efektywności oczyszczania odcieków ze składowiska odpadów
komunalnych z zastosowaniem złóż tarczowych.
Wstęp:
Podczas ćwiczeń badaliśmy efektywność oczyszczania odcieków na złożu tarczowym. Działanie złóż oparte jest na naśladowaniu procesów samooczyszczania zachodzących w warunkach naturalnych w glebie, ale szybkość tych procesów jest znacznie większa. Procesy oczyszczania są wynikiem działalności mikroorganizmów osiadłych na materiale wypełniającym złoże w postaci tzw. błony biologicznej. Zawarte w ściekach rozpuszczone i koloidalne substancje organiczne adsorbują się na błonie, a następnie są rozkładane tlenowo przez znajdujące się w niej mikroorganizmy. Na złożach tarczowych błona biologiczna rozwija się na obracanych okrągłych tarczach umieszczonych blisko siebie i zamontowanych na wspólnej osi poziomej.
Aby zbadać efektywność złóż tarczowcyh wykonaliśmy doświadczenia pozwalające na analizę wskaźników fizyko-chemicznych próbek pobranych z odcieków surowych oraz po pierwszym i drugim stopniu oczyszczania. Mierzyliśmy chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT-Cr), zawartość amoniaku, azotynów, azotanów, fosforanów oraz odczyn pH. Przeanalizowaliśmy parametry technologiczne złoża takie jak obciążenie powierzchni złoża ładunkiem substancji organicznych oraz azotu.
Obliczenie obciążenia hydraulicznego:
Q1 + Q2
BA,V= A2
BA,V - obciążenie hydrauliczne złoża (m3/m2 x h)
Q1 - natężenie przepływu odcieków (m3/h)
Q2 - natężenie przepływu odcieków recyrkulowanych (m3/h)
A2 - powierzchnia złóż (m2)
Natężenie przepływu odcieków: 7 cm3/min = 4,2 x 10-4 m3/h
Zmierzone natężenie przepływu: 6,4 cm3/min = 3,84 x 10-4 m3/h
Powierzchnia złóż:
2 złoża, 12 tarcz, promień tarczy 19cm / 2 = 9,5cm
2 x 12 x π x (9,5cm)2 = 6804,69cm2 = 0,6805m2
4,2 x 10-4 + 3,84 x 10-4
BA,V= 0,6805 = 8,04 x 10-4 / 0,6805 = 1,181 x 10-4 (m3/m2 x h)
Wyniki analiz odcieków surowych i oczyszczonych.
Wskaźnik |
Jednostka |
Odcieki surowe |
Odcieki oczyszczone stopień 1 |
Odcieki oczyszczone stopień 2 |
Odczyn |
pH |
8,49 |
8,18 |
8,09 |
ChZT-Cr |
mg O2/dm3 |
320 |
300 |
280 |
Ortofosforany |
mg P/dm3 |
3,299 |
1,4946 |
0,7614 |
Amoniak: - m. Nesslera - m. destylacji bezp. |
mg N-NH4/dm3 |
140,84
138,6
|
106,912 |
93,034 |
Azotyny |
mg N-NO2/dm3 |
17,325 |
8,05 |
2,9 |
Azotany |
mg N-NO3/dm3 |
18,4 |
55,89 |
79,81 |
Obliczania:
ChZT-Cr
( a - b ) x n x 8000
X= V (mg O2 /dm3)
a - ilość soli Mohra zużyta na zmiareczkowanie próby kontrolnej (cm3)
b - ilość soli Mohra zużyta na zmiareczkowanie próby właściwej (cm3)
V - objętość próbki ścieków (cm3)
n - normalność soli Mohra = 0,05
Dopływ:
(25,5 - 17,5) x 0,05 x 8000
X= 10 = 3200 / 10 = 320 (mg O2 /dm3)
Po pierwszym stopniu oczyszczania:
( 25,5 - 18 ) x 0,05 x 8000
X= 10 = 3000 / 10 = 300 (mg O2 /dm3)
Po drugim stopniu oczyszczenia:
( 25,5 - 18,5 ) x 0,05 x 8000
X= 10 = 2800 / 10 = 280 (mg O2 /dm3)
AMONIAK (metoda bezpośredniej Nesseleryzacji)
E x 0,257 x 1000
X = V (mg NH4/dm3)
E - ekstynkcja
V - objętość próbki (cm3)
Dopływ:
0,274 x 0,257 x 1000
X = 0,5 = 140,84 (mg NH4/dm3)
Po pierwszym stopniu oczyszczania:
0,208 x 0,257 x 1000
X = 0,5 = 106,912 (mg NH4/dm3)
Po drugim stopniu oczyszczania:
0,181 x 0,257 x 1000
X = 0,5 = 93,034 (mg NH4/dm3)
AMONIAK (metoda destylacji bezpośredniej)
Dopływ
f(a - b) x 1000
X= V (mg/dm3)
f - współczynnik przeliczeniowy; dla 0,01 N HCl = 0,14
a - objętość roztworu kwasu solnego odmierzona do odbieralnika (cm3)
b - objętość roztworu wodorotlenku sodowego, zużyta do odmiareczkowania nadmiaru kwasu (cm3)
V - objętość próby użytej do oznaczenia (cm3)
0,14 x (25 - 15,1) x 1000
X= 10 = 138,6 (mg/dm3)
AZOT AZOTYNOWY
E x 0,035 x 1000
X = V (mg/dm3)
E - ekstynkcja
V - objętość próby użytej do oznaczenia (cm3)
Dopływ:
0,495 x 0,035 x 1000
X = 1 = 17,325 (mg/dm3)
Po pierwszym stopniu oczyszczania:
0,230 x 0,035 x 1000
X = 1 = 8,05 (mg/dm3)
Po drugim stopniu oczyszczania:
0,083 x 0,035 x 1000
X = 1 = 2,9 (mg/dm3)
AZOT AZOTANOWY (metoda z kwasem fenolodwusulfonowym)
E x 0,23 x 1000
X = V (mg/dm3)
E - ekstynkcja
V - objętość próby użytej do oznaczenia (cm3)
Dopływ:
0,08 x 0,23 x 1000
X = 1 = 18,4 (mg/dm3)
Po pierwszym stopniu oczyszczania:
0,243 x 0,23 x 1000
X = 1 = 55,89 (mg/dm3)
Po drugim stopniu oczyszczania:
0,347 x 0,23 x 1000
X = 1 = 79,81 (mg/dm3)
FOSFORANY (metoda z kwasem askorbinowym)
E x 0,282 x 1000
X = V (mg/dm3)
E - ekstynkcja
V - objętość próby użytej do oznaczenia (cm3)
Dopływ:
0,117 x 0,282 x 1000
X = 10 = 3,299 (mg/dm3)
Po pierwszym stopniu oczyszczania:
0,053 x 0,282 x 1000
X = 10 = 1,4946 (mg/dm3)
Po drugim stopniu oczyszczania:
0,027 x 0,282 x 1000
X = 10 = 0,7614 (mg/dm3)
Obciążenie powierzchni złoża ładunkiem substancji organicznych:
Q1 x C1
BA = At2
BA - obciążenie powierzchni tarcz ładunkiem zanieczyszczeń (kg/m2 x d)
Q1 - natężenie przepływu odcieków (m3/d)
C1 - stężenie zanieczyszczeń w odciekach (g/m3)
At2 - powierzchnia tarcz (m2)
Obciążenie powierzchni tarcz subst. organicznymi:
Q = 4,2 x 10-4 m3/h =1,008 x 10-2 m3/d
C = 320 mg O2 /dm3 = 320 gO2 /m3
A = 0,6805m2
1,008 x 10-2 x 320
BA = 0,6805 = 4,74 g/m2 x d = 4,74 x 10-3 kg/m2 x d
Obciążenie powierzchni tarcz amoniakiem:
Q = 1,008 x 10-2 m3/d
C = 140,84 mg/dm3 = 140,84 g/m3
A = 0,6805m2
1,008 x 10-2 x 140,84
BA = 0,6805 = 2,0862 g/m2 x d = 2,0862 x 10-3 kg/m2 x d
Wskaźnik zanieczyszczenia |
Obciążenie powierzchni tarcz ładunkiem zanieczyszczeń (kg/m2 x d) |
Substancje organiczne |
4,74 x 10-3 |
Amoniak |
2,0862 x 10-3 |
Wyniki i wnioski
Wyniki przeprowadzonych badań wskazują, iż podczas oczyszczania:
Odczyn pH stał się mniej zasadowy
Zawartość amoniaku znacznie się zmniejszyła
Ilość azotu azotynowego zmniejszyła się znacznie
Ilość azotu azotanowego wyraźnie zwiększyła się
Ilość fosforanów zmniejszyła się
Chemiczne zapotrzebowanie na tlen zmalało
Azot znajdujący się odciekach surowych w największej ilości występuje w postaci azotu amonowego, który w wyniku utleniania biologicznego ulega następującym przemianom:
NH4+ + 1,5 O2 NO2- + H+
NO2- + 0,5 O2 NO3-
Pierwsza faza tego procesu zachodzi z udziałem bakterii Nitrosomonas i prowadzi do utlenienia jonu amonowego do azotu azotanowego. Natomiast w drugiej fazie utlenianie prowadzą bakterie Nitrobacter, które powodują przemianę azotynów do azotanów. Dalszym procesem jest denitryfikacja azotanów za pomocą heterotroficznych bakterii wykorzystujących azotany (III) i azotany (V) jako akceptory elektronów w procesach oddychania beztlenowego.
Wyniki naszych doświadczeń są zgodne z powyższymi założeniami. Wraz z oczyszczaniem znaczenie zmalała ilość jonu amonowego oraz azotynów, natomiast ilość azotanów zwiększała się w miarę oczyszczania odcieków. Obserwowany wzrost azotanów spowodowany był utlenieniem zredukowanych form azotu.
Podczas oczyszczania malało pH badanych prób. Zakwaszenie środowiska spowodowane było aktywnością drobnoustrojów, głównie przemianami związków azotu - usuwaniem jonu amonowego i tworzeniem reszt mocnego kwasu azotowego (V).
Chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT) określa ilość tlenu potrzebną do utleniania substancji organicznych w ściekach.
W naszych wynikach obserwujemy coraz mniejszą wartość wskaźnika ChZT. W miarę oczyszczania malała ilość zużywanego przez bakterie tlenu co wynika z faktu zmniejszania się ilości substancji organicznych (zużywaliśmy coraz więcej soli Mohra na zmiareczkowanie prób, dla czystej wody aż 25,5 cm3).
Fosfor w ściekach występuje zwykle w formie ortofosforanów i polifosforanów, zależy to głównie od odczynu oraz obecności innych kationów. Jego ilości w miarę oczyszczania maleją. W naszych wynikach jego wartości również są coraz mniejsze, choć nie są to duże zmiany, gdyż główny rozkład ortofosforanów zachodzi w fazie beztlenowej oczyszczania.
Analizując nasze wyniki możemy stwierdzić, iż złoże tarczowe mało efektywnie oczyszcza ścieki, ponieważ ilość substancji organicznych nieznacznie się zmniejszyła, co widać po niewielkiej zmianie wskaźnika ChZT (z 320 mg O2/dm3 na 280 mg O2/dm3).
Utlenianie azotanów(III) do azotanów (V) (drugi etap nitryfikacji) przebiega szybciej niż utlenianie azotu amonowego do azotanów (III) (pierwszy etap nitryfikacji). Z tego powodu azotany(III) nie powinny występować w ściekach oczyszczonych.
Wyszukiwarka