Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Proces osadu czynnego został opracowany

około 1914 roku w celu usuwania ze ścieków
substancji powodujących zużycie tlenu w
odbiorniku.

Jest intensyfikacją na skalę techniczną procesu

samooczyszczania wód poprzez:

zwiększenie ilości mikroorganizmów,

sztuczne natlenienie środowiska wodnego.

W efekcie daje to możliwość zwiększenia ilości

oczyszczanych ścieków.

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

reaktor
napowietrzany

osadnik wtórny -
pozwala oddzielić
oczyszczone ścieki od
osadu czynnego

Napowietrzanie dostarcza tlenu i
utrzymuje mikroorganizmy w
stanie zawieszenia

osad recyrkulowany

osad
nadmierny

ścieki
surow
e

ścieki
oczyszczo
ne

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Dobra separacja oczyszczonych ścieków od
osadu czynnego wymaga dobrych własności
sedymentacyjnych osadu.

I
O

, cm

smo

Indeks Mohlmanna – indeks osadu
czynnego

IO = 50 – 150 cm

/g smo

dobre właściwości sedymentacyjne

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

S
C

A
S

W
S

R
S

, Q

S, Q

AS – osad czynny (activated sludge),
SC – osadnik wtórny (secondary

clarifier),
RS – osad recyrkulowany (return sludge),
WS – osad nadmierny(wasted sludge),

S, S

– stężenie substratu,

Q, Q

, Q

– natężenie przepływu (flow

rate),

V, V

– objętość,

X, X

, X

– zawartość biomasy

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Hydrauliczny czas
zatrzymania

(hydraulic retention

time) HRT dotyczy ścieków:

HR
T

Wiek osadu

(Sludge age) inaczej Średni czas

przebywania biomasy w systemie (Mean cell retention
time) WO dotyczy osadu czynnego czyli biomasy
mikroorganizmów:

WO
=

V ·
X

· X

+ Q

V
Q

, h

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Q·S

kg
COD

d·m

F/M (food – to – microorganism
ratio)

kg
COD

g sm · d

Q·S

V·X

Obciążenie komory
osadu czynnego
ładunkiem
zanieczyszczeń

Obciążenie osadu
czynnego
ładunkiem
zanieczyszczeń

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

· X

= (Q + Q

) ·

X Q

Q + Q

= R

Stopień recyrkulacji osadu
czynnego R

po
przekształceniu:

R =

- X

, %

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Wzrost mikroorganizmów osadu

czynnego limitowany substratem

r = µ ·
X

µ =
µ

r
=

· S ·

r – szybkość wzrostu
mikroorganizmów, g sm/ l·s,

µ - specyficzna szybkość
wzrostu, d

-1

X- zawartość biomasy, g sm/l,

– maksymalna specyficzna

szybkość wzrostu, d

-1

– stała saturacji dla danego

substratu, mg/l,

S – stężenie substratu
limitującego wzrost
mikroorganizmów, mg/l,

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

r = -Y ·
r

Y – współczynnik przyrostu

biomasy,
g sm/ g BZT

– szybkość zużycia substratu,

mg/l·s,
r – szybkość wzrostu

mikroorganizmów,
g sm/ l·s,

=
-

· S ·

Y · (K

r’ = -Y · r

- k

· X

szybkość rozkładu
endogennego

- stała szybkości rozkładu,

-1

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

r’
=

· S ·

- k

· X

Szybkość wzrostu mikroorganizmów

uwzględniająca rozkład endogenny

r’·V = Q

·X

+ Q

·X

r’ =

·X

r’ = -Y·r

·X

= -Y

- k

·X

V·X

= -Y

- k

·X

= -Y·r

·X

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

S - S

·X

(S – S

)·Q

V·X

Specyficzna szybkość wykorzystania
substratu

-Y(S –
S

)·Q

V·X

- k

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Dobór urządzeń

natleniających

OC – zdolność natleniania (Oxygenation
Capacity)

Szybkość wprowadzania tlenu do
odtlenionej wody o temperaturze 20°C lub
10°C (zależy od producenta) przy
ciśnieniu barometrycznym 1013 hPa i
temperaturze powietrza
charakterystycznej dla danego systemu:

-napowietrzania powierzchniowego 20°C,
-napowietrzania sprężonym powietrzem
75°C,

i przy ściśle określonych warunkach
geometrycznych, np. rozmieszczenie
dyfuzorów, wysokość słupa wody.

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

OC = 3,6 c

a, kg

– stężenie tlenu w g O

odpowiadające

pełnemu nasyceniu tlenem wody o
temperaturze 20°C (10°C) przy ciśnieniu 1013
hPa,

– wspólczynnik przenikania tlenu, m/s,

a – powierzchnia międzyfazowa, m

Wartość iloczynu k

a zależy od wielu czynników:

temperatury, lepkości i zasolenia ścieków,
temperatury powietrza, wielkości pęcherzyków
powietrza, turbulencji przepływu pęcherzyków
gazu, turbulencji cieczy, ciśnienia parcjalnego
tlenu w pęcherzykach powietrza,ciśnienia
atmosferycznego

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

w warunkach technicznych jest

niższe niż w laboratoryjnych.

Stężenie tlenu w ściekach,

odpowiadające pełnemu nasyceniu,
różni się od analogicznego stężenia w
wodzie.

Przyczyny:

wyższe zasolenie,

zawartość zawiesin

i substancji powierzchniowo czynnych.

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

W instalacjach osadu czynnego

utrzymuje się zwykle stężenie tlenu
w zakresie od 0,5 – 2,0 g O

OC/A – stosunek zdolności natleniania

urządzeń napowietrzających do
zapotrzebowania tlenu czyli ładunku
zanieczyszczeń

A – ładunek zanieczyszczeń to iloczyn

S i Q, kg BZT

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

OC/A = 1,4 – 1,6 kg O

/kg BZT

5 us

- dla pełnego usuwania BZT,
OC/A ~ 2,5 - dla pełnego usuwania BZT i nitryfikacji,
OC/A ~ 2,8 – dla stabilizacji osadu nadmiernego.
Zużycie powietrza m

/kg BZT

5 us

Zapotrzebowanie energii kWh/BZT

5 us

Najmniej energii zużywają wirownice i napowietrzanie

drobnopęcherzykowe do około 0,6 kWh/kg BZT

5 us

Napowietrzanie grubo- i średniopęcherzykowe oraz

aeratory powierzchniowe zużywają do koło 1,1 – 1,2
kWh/kg BZT

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Reaktor okresowy (batch
reactor)

stężenie początkowe
S

czas

że

Reaktor pełnego wymieszania (continuous
stirred reactor)

że

cza
s

∞

Reaktory przepływowe

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Reaktor tłokowy (tubular reactor)

odległość od czoła reaktora

że

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

100

0,05

stabilizacja osadu

0,1
5

nitryfikacj
a

0,3

pełne utlenienie
C

org

Osad czynny wysoko
obciążony

Obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń, g BZT

sm•d

Document Outline