Podstawy biologicznego
oczyszczania ścieków -
część II

Dr inż. Michał
Mańczak

1

Podstawowe procesy
napowietrzania



Napowietrzanie sprężonym powietrzem

2

Podstawowe procesy
napowietrzania



Napowietrzanie aeratorami
mechanicznymi

z wałem pionowym

3

Podstawowe procesy
napowietrzania



Napowietrzanie aeratorami
mechanicznymi

z wałem poziomym

4

Osad czynny – jedno i wielo
fazowy

OXY – osad tlenowy
AXY – osad niedotleniony (anoksyczny)
AN – osad beztlenowy (anaerobowy)

JEDNOFAZOWY – tylko OXY AXY AN

DWUFAZOWY – OXY - AXY

lub

AXY - OXY

lub

OXY - AN

5

Osad czynny – jedno i wielo
fazowy

TRÓJFAZOWY – AN - AXY - OXY

CZTEROFAZOWY – AN - AXY - OXY - AXY

PIĘCIOFAZOWY – AN - AXY - OXY - AXY - OXY

6

JEDNOFAZOWY TLENOWY
OSAD CZYNNY – tylko C

WO = < 7 d
t = 12 – 20

o

C

T= 2 – 6 H

RT

(Hydraulic Retention Time)

X

ś

= 1,5 – 5,0 kgSM/m

3

X

R

= X

N

= 3 – 10 kg SM/m

3

α = %
O

Ł

= g BZT

5

/g SM*d

O

K

= g BZT

5

/m

3

*d

7

Nitryfikacja



Nitryfikacja biegnie tylko w warunkach tlenowych

NH

4+

+ 1,5O

2

NO

2-

+ 2H

+

+ H

2

O

NO

2-

+ 0,5O

2

NO

3-

NH

4=

+ 2O

2

NO

3-

+ 2H

+

+ H

2

O

Warunkiem nitryfikacji jest obecność nitryfikantów w osadzie

czynnym.

Nitryfikanty mają długi czas generacji, zatem średni czas

przetrzymania

cząstek osadu w komorze napowietrzania (wiek osadu) musi być
odpowiednio długi, żeby nitryfikanty zdążyły się „mnożyć”.

NITROSOMONA
S

NITROBACTER

NITROSOMONA
S

NITROBACTER

nit

C

nit

WO

WO

d

WO

min,

10

min,

)

10

7

(









Warunek skutecznej
nitryfikacji

8

Nitryfikacja

9

JEDNOFAZOWY TLENOWY
OSAD CZYNNY – C + Nit

WO = > 7 d (10)
t = 12 – 20

o

C

T= 6 – 12 H

RT

(Hydraulic Retention Time)

X

ś

= 1,5 – 5,0 kgSM/m

3

X

R

= X

N

= 3 – 10 kg SM/m

3

α = %
O

Ł

= g BZT

5

/g SM*d

O

K

= g BZT

5

/m

3

*d

10

Denitryfikacja

związki org.

+ NO

3-

CO

2

+ H

2

O + ½ N

2

+

OH

-

biologicznie
rozkładalne

Zużycie związków organicznych

~ 3 g BZT

5

/g N-NO

3-

zdenitryfikowanego

Proces biegnie przy braku tlenu rozpuszczonego (O

2

< 0,5 g/m

3

),

są to

tzw. warunki ANOKSYCZNE

BAKTERIA

HETEROTROFICZNE

11

MLE Modified Ludzak - Entinger system

KD (brak napowietrzania, ale jest mieszanie)
zw. org. + NO

3-

CO

2

+ H

2

O + ½ N

2

+ OH

-

KN (napowietrzanie)
NH

4

+ 2O

2

NO

3-

+ 2H

+

+ 2H

2

O

zw. org. + O

2

CO

2

+ H

2

O

Osad dwufazowy - układ „MLE”

oczyszczania ścieków

Komora
denitryfikacji
KD

Komora
nitryfikacji
KN

Osadnik
wtórny

Osad recyrkulowany α
Q

0

Osad nadmierny Q

N

Dopływ Q

0

Odpływ Q

0

- Q

N

Recyrkulacja bogatego w
azotany osadu czynnego β
Q

0

NITROSOMONA
S

NITROBACTER

BAKTERIA

HETEROTROFICZNE

BAKTERIA

HETEROTROFICZNE

12

Układ „MLE” oczyszczania
ścieków



β Q

0

– recyrkulacja wewnętrzna

β = (100 ÷ 400)%

- żeby dostarczyć NO

3-

z KN do

KD

β → N-NO

3-

(kilka do kilkanaście g N-NO

3-

/m

3

)

β → „natlenianie” KD jako efekt uboczny



Warunek wystąpienia nitryfikacji w systemie MLE

V

KD

– zależy od niezbędnego stopnia denitryfikacji

(V

KD

≈ (30 ÷ 60 )% z (V

KN

+ V

KD

))

T = (V

KN

+ V

KD

)/Q

0

→ rzędu kilkunastu godzin

d

V

V

V

WO

WO

KN

KD

KN

nit

,

min,





WO

min,nit

~ (7 ÷ 10)

d dla 10ºC

13

14

Dla RLM < 100 000

Dla RLM > 100 000

15

Układ „MLE” oczyszczania
ścieków



Zużycie tlenu

ZO

2

= ZO

2C

+ ZO

2NIT

- ∆ZO

2DEN

, gO

2

/d

ZO

2C

= 1,47Q

0

(BZT

5

,

0

– BZT

5,eS

) – 1,42 ∆X

org

, gO

2

/d

ZO

2NIT

= 4,6 [Q

0

(N

og

,

0

– N

og,eS

) – 0,1 ∆X

org

], gO

2

/d =∆N

N

og,eS

, BZT

5,eS

– wartości w próbie sączonej z odpływu osadnika

wtórnego, g/m

3

,

∆X

org

– przyrost osadu organicznego, gsmo/d,

0,1 – przybliżona wartość N w osadzie organicznym, gN/gsmo
∆N – ilość znitryfikowanego azotu.

na utlenienie
zw.
organicznych

na nitryfikację
NH

4

+

odzysk w
wyniku
denitryfikacji
NO

3

-

16

Układ „MLE” oczyszczania
ścieków

∆ZO

2DEN

= 2,9 (∆N

NIT

- Q∙N - NO

3,e-

), gO

2

/d

Efekty oczyszczania

Jak w procesie tlenowym, ale dodatkowo znaczne obniżenie stężenia

azotu w odpływie dzięki denitryfikacji N-NO

3-

. Odpływ z reguły nie

spełnia

wymogów Rozporządzenia w zakresie fosforu (tak jak w układzie

tlenowym.

Mieszanie w komorze denitryfikacji

Trzeba utrzymywać osad czynny w zawieszeniu, ale nie napowietrzać

zawartości KD.

Moc mieszania ~ 5 W/m

3

KD

„odzysk” tlenu
w denitryfikacji
NO

3

-

, gO

2

/gN-

NO

3

-

∆N

DEN

, ilość

zdenitryfikowanych
azotanów, gN-
NO

3

-

/d

17

18

19

Defosfatacja biologiczna



„Zwykłe” bakterie heterotroficzne (BH)

osadu

czynnego zawierają ok. 2% P.

Ilość fosforu usuwanego

ze ścieków z osadem nadmiernym (zawierającym BH)

jest zatem mała.



„Specjalne” bakterie heterotroficzne (BHP)

są w stanie

zgromadzić w komórce nawet > 20% P. Bakterie takie
(bakterie heterotroficzne akumulujące P, BHP (PAO))
mogą być obecne w znacznych ilościach w osadzie
czynnym, gdy osad jest naprzemiennie poddawany
warunkom beztlenowym i tlenowym. Wtedy osad
nadmierny (zawierający dużo BHP) zawiera dużo P, a
więc

ilość usuwanego fosforu jest duża.

20

Układ A/O



Układ A/O

(Anaerobic/Oxic)

KB

KN

Odpływ Q

0

– Q

N

(mało P)

Q

N

(dużo P)

α Q

0

Q

0

KB

KN

10 ÷
20%

2,3%

%

P

s

m

o

st

ę

że

n

ie

,

g

/m

3

% P
smo

PO

4

BZT

21

Układ A/O

KB

C

org

LKT (Lotne Kwasy Tłuszczowe)

BH

BHP

(PO

4

)

n

PHM

LKT

PO

4

(PHM = Poli Hydroksy
Maślany. Substancja
zapasowa)

22

Układ A/O

BHP

(PO

4

)

n

PHM

KN

C

org

+ O

2

CO

2

+ H

2

O + ∆ BH

BH

O

2

PO

4

CO

2

H

2

O + ∆ BHP

23

Układ A/O



Dopływ do KB musi mieć możliwie

mało (najlepiej wcale) NO

3-

.

Dlatego układ A/O projektuje się tak, żeby nie było nitryfikacji
(tzn. przyjmuje się odpowiednio

krótki WO

).

WO ≈ (2 ÷6)d
T

KB

= V

KB

/Q

0

≈ (0,5 ÷1,5)h

T

KN

= V

KN

/Q

0

≈ (1 ÷3)h



Efekty oczyszczania i zużycia tlenu:~ jak w procesie tlenowym
przy porównywalnym WO, ale dodatkowo

niskie stężenie P w

ściekach oczyszczonych

(może być, że odpowiada wymogą

Rozporządzenia). Trzeba bardzo dobrze klarować ścieki w
osadnikach wtórnych X

e

< 20 (15) gsm/m

3

, ponieważ zawiesina

zawiera dużo P.

24

Układ A2/O



Układ A2/O

(Anaerobic/Anoxic/Oxic)



KD/KN → tak jak w układzie MLE. Służy do usuwania

zanieczyszczeń organicznych oraz nitryfikacji / denitryfikacji.

Parametry jak dla układu MLE.



KB → żeby uzyskać defosfatację biologiczną.

T

KB

= V

KB

/Q

0

≈ (0,5 ÷ 2)h

NO

3-

doprowadzane do KB zużywają LKT, co obniża przyrost

BHP, a zatem efekty usuwania P.

KN

Q

0

– Q

N

Q

N

α Q

0

Q

0

KB

KD

β Q

0

25

Układ A2/O



Warunek wystąpienia nitryfikacji w systemie A2/O



Zużycie tlenu

Tak jak w systemie MLE.

d

V

V

V

V

WO

WO

KN

KN

KD

KB

nit

,

min,







~ (7 ÷ 10)d

dla 10ºC

26