Dlaczego usuwamy zw. Azotu i fosforu e ścieków?

1.

intensyfikacja procesów eutroficznych (

deficyt tlenuSkutkuje to wymieraniem organizmów wodnych, w

wyniku którego powstają toksyczne substancje, np. amoniak, metan i siarkowodór. Długotrwała eutrofizacja przyczynia się do

starzenia zbiorników wodnych)

2.

trujący wpływ na biocenozę wodną (

Trujący wpływ na biocenozę związany jest głównie z występowaniem

amoniaku, który pochodzi nie tylko z rozkładu materii organicznej. Jego źródłem są także jony amonowe, które w środowisku

zasadowym przechodzą w wolny amoniak zgodnie z reakcją : NH4+

+ OH  NH3

+ H2O)

3.

szkodliwe działanie na ludzi (

Spożywanie większych ilości azotanów może być przyczyną choroby objawiającej się

utratą zdolności hemoglobiny do transportu tlenu, szczególnie u dzieci i niemowląt. Powszechne jest także przekonanie, że azotany

mają związek z występowaniem chorób nowotworowych.)

Podaj i uzasadnij rodzaje chemicznej defosfatacji ścieków
1. strącanie wstepne
- za piaskownikiem/odtłuszczaczem wprowadza się sole Fe i Al., następuje flokulacja w rurociągu a
potem sedymentacja w osadniku
- jednocześnie są usuwane zw. Organiczne i zw. Fosforu (wada, bo potem może brakowad org. Do
oczyszczania biologicznego bo są strącane
-potrzeba dużych dawek (koszty )
- stosujemy tylko w wyjątkowych wypadkach
2.strącanie symultaniczne

pozwala na wyższy stopień usunięcia fosforu niż

w wyniku wstępnego strącania
-

jednocześnie do komory ANO/ OX dawkujemy sole Fe lub Al. (tam jest już mniej zw. Organicznych i

fosforu, bo został trochę zasymilowany)
-

sedymentacja w osadniku wtórnym

3

. strącanie końcowe

-

po osadniku wtórnym na odpływie budujemy komorę szybkiego i wolnego mieszania w KSM

dodajemy Fe lub Al.
-

stosujemy kiedy odprowadzamy ścieki do małych lub cennych ekologicznie odbiorników stojących

-

na końcu układu mogą być filtry ciśnieniowe pospieszne ( układ WESTBANL)

4. Wapniowanie cieczy nadosadowej

Podstawowe wskaźniki i stężenia zanieczyszczeo ścieków miejskich.
BZT5 – 300 g/m3
ChZT – 600 g/m3
zawieiny ogólne 300 g/m3
azoty – 60 g/m3
fosfor – 10 g/m3
OWO 40,0 mg C/L

Jaki jest wpływ denitryfikacji na zapotrzebowanie tlenu?
Denitryfikacja biegnie przy braku tlenu rozpuszczonego (O2 < 0,5 g/m3), są to tzw. warunki
ANOKSYCZNE.
W zależności od stopnia denitryfikacji jest różny odzysk tlenu.

Na czym polega biologiczne usuwanie związków biogenncyh ze ścieków miejskich ( N,P)
Usuwanie N:
metody biologiczne a) amonifikacja - przemiana azotu organicznego do amonowego przez bakterie
hemotroficzne w warunkach tlenowych jak i beztlenowych. Charakteryzuje się znacznie większą
ilością reakcji niż nitryfikacja - w procesach wielofazowego osadu czynnego można założyd całkowite
przejście N

org

w azot amonowy.

b) nitryfikacja - utlenianie amoniaku do azotanów przez bakterie autotroficzne wyłącznie w war
tlenowych. Warunkiem jest utrzymanie minimalnego wieku osadu (większy od 7-10 dób) Przebieg 2-
stopniowy: *utlenienie azotu amonowego do azotynów *utlenienie azotynów do azotanów. W
procesie tym zmniejsza się zasadowośd ścieków.
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 obecnośd nitryfikantów w osadzie czynnym.
Nitryfikanty mają długi czas generacji, zatem średni czas przetrzymania
cząstek osadu w komorze napowietrzania (wiek osadu) musi byd
odpowiednio długi, żeby nitryfikanty zdążyły się „mnożyd”.




c) denitryfikacja może zachodzid wg 2 schematów: 1) biochemiczna redukcja azotanów do wolnego
azotu lub podtlenku azotu z jednoczesnym utlenianiem związków organicznych w war beztlenowych.
Warunkiem jest utrzymanie warunków niskotlenowych. 2) denitryfikacja asymilacyjna niekorzystny
proces powodujący wzrost stężenia azotu amonowego w ilościach równoważnych ilości azotu
azotanowego. W osadzie czyn zachodzi w niewielkim zakresie.
związki org. Biologicznie rozkładalne + NO

3

-

CO

2

+ H

2

O + ½ N

2

+ OH

-

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

Usuwanie P:
Konwencjonalna (naturalna) defosfatacja wynika z procesów wzrostu mikroorganizmów (os czyn, złóż
biologicznych, stawów ściekowych), do których niezbędna jest podaż fosforu. Zasymilowany przez
biomasę fosfor stanowi trwały składnik biomasy. Zasada „naturalnej” defosfatacji ścieków sprowadza
się do usuwania fosforu poprzez jego ewakuację wraz z osadem nadmiernym.
Nadmiarowe (wzmożone) usuwanie fosforu prowadzoną bakterie PAO które: -są heterotrofami,
bezwzględnymi tlenowcami, *ako źródło węgla wykorzystują niskocząsteczkowe rozpuszczone związki
organiczne (głównie niskocząsteczkowe kwasy tłuszczowe (LKT – octan propionowy i inne) oraz
alkohole), *nie rozkładają węglowodanów, *powoli wzrastają, w warunkach naprzemiennych
beztlenowo/tlenowych, które są „stresujące” dla szybkorosnących heterotrofów, istnieją warunki
korzystne dla PAO. W systemach wyłącznie tlenowych PAO są również obecne ale wtedy nie
wbudowują nadmiarowo fosforu. Fosfor organiczny i polifosforany zawarte w ściekach muszą byd
wcześniej przekształcone do postaci ortofosforanów. Osad dopływa do komory bezltenowej gdzie
pozbywa się wbudowanych fosforanów. Warunkiem wzmożonej biologicznej defosfatacji jest
obecnośd w ściekach ChZT łatwobiodegradowalnego, oznaczonego zawartością LKT (Lotnych Kwasów
Tłuszczowych)
Defosfatacja chemiczna może byd realizowana jako samodzielny proces strącania fosforanów ze
ścieków lub jako proces wspomagający wzmożoną defosfatację biologiczną gdy jest ona
niewystarczająca. Pod pojęciem defosfatacji chemicznej należy rozumied również chemiczne strącanie
fosforanów z cieczy nadosadowej powstającej w poszczególnych obiektach gospodarki osadowej. Jeśli
proces stabilizacji osadu przebiega z wykorzystaniem fermentacji mezofilnej nie wolno do
chemicznego strącania fosf stosowac soli glinu, tylko siarczan lub chlorek żelaza.

 Defosfatacja biologiczna: Zwykłe” bakterie heterotroficzne (BH) osadu czynnego zawierają ok.

2% P. Ilośd fosforu usuwanego ze ścieków z osadem nadmiernym (zawierającym BH) jest
zatem mała.

 „Specjalne” bakterie heterotroficzne (BHP) są w stanie zgromadzid w komórce nawet > 20% P.

Bakterie takie (bakterie heterotroficzne akumulujące P, BHP (PAO)) mogą byd 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 ilośd usuwanego fosforu jest duża.

nit

C

nit

WO

WO

d

WO

min,

10
min,

)

10

7

(









Jakie chemikalia są stosowane w procesach oczyszczania ścieków i przeróbki osadów ściekowych?
Powodem stosowania chemicznych i fizykochemicznych metod w technologii oczyszczania ścieków
jest występowanie w ściekach coraz większej liczby trudno usuwalnych lub nierozkładalnych
biologicznie zanieczyszczeo pochodzenia przemysłowego oraz wzrost wymagao w zakresie
oczyszczania ścieków.
Neutralizacja jest procesem chemicznego zobojętniania ścieków o odczynie kwaśnym lub
zasadowym. Stosowana jest jako jeden ze wstępnych procesów podczyszczania ścieków
przemysłowych.

Szybkośd przebiegu neutralizacji, a zatem czas trwania procesu, zależy w dużym

stopniu od intensywności mieszania.
Neutralizację można prowadzid przez wzajemne mieszanie ścieków kwaśnych i zasadowych oraz z
udziałem dodawanego reagenta. Jako reagenty stosuje się:
do neutralizacji ścieków kwaśnych:
NaOH – w postaci roztworu o stężeniu 20 ÷ 30%,(posiada dużo zalet, ale jest drogi i stosowanie NaOH
w dużych instalacjach jest nieekonomiczne)
Ca(OH)

2

– w postaci zawiesiny (mleka wapiennego) o stężeniu 5 ÷ 15%,(taosze, częściej stosowane,

poważną wadą jest duża ilośd osadów)
Na

2

CO

3

– w postaci roztworu,

(stosuje się rzadziej, często łącznie z NaOH. Jest szczególnie korzystny

przy równoczesnym strącaniu niektórych metali (Pb i Cd), ponieważ obniża odczyn wymagany do ich
strącania. Rozpuszczalnośd węglanu sodu zależy w dużym stopniu od temperatury)
CaCO

3

– w postaci złoża ziarnistego(stosuje się dla małych ilości ścieków)

MgO – w postaci złoża granulatu(stosuje się dla małych ilości ścieków)
do neutralizacji ścieków zasadowych:

(zastosowanie do neutralizacji silnych kwasów stwarza stałe

zagrożenia dla obsługi, wymaga instalowanie odpornych na korozję zbiorników i rur oraz kosztownej
aparatury do dawkowania kwasów z równocześnie ścisłą kontrolą pH)
H

3

PO

4

– w postaci roztworu,

HCl – w postaci roztworu,
H

2

SO

4

– w postaci roztworu (Jego cena jest zbliżona do ceny HCl, lecz aktywnośd dwukrotnie większa)

CO

2

– w postaci czystego gazu lub zawartego w gazach spalinowych.

(Jako źródło CO2

wykorzystywany jest tutaj tani gaz spalinowy, kominowy z kotłowni lub siłowni, które zawierają 10 ÷
15% CO2. Zaletą tego procesu jest niemożliwośd nadmiernego zakwaszenia ścieków, uzyskanie
osadów o dobrych właściwościach filtracyjnych (w przypadku neutralizacji wodorotlenku wapnia) lub
brak osadów (w przypadku neutralizacji ługu sodowego).
Utlenianie- może byd wykorzystywane do utleniania związków organicznych, związków
nieorganicznych lub dezynfekcji ścieków. Zanieczyszczenia organiczne, które można rozkładad w
ściekach w procesach utleniania, to fenole, kwasy humusowe, związki powodujące zapach i barwę,
niektóre organiczne substancje toksyczne, a także glony, bakterie i wirusy. Związki nieorganiczne,
rozkładane w procesach utleniania, to substancje o silnych właściwościach redukujących, zawierające
Mn

2+

, Fe

2+

, S

-

, NO

2

-

, SO

3

2-

. Unieszkodliwiane są również w ten sposób silnie toksyczne cyjanki.

Najczęściej stosowanymi środkami utleniającymi są chlor i ozon.
Utlenianie chlorem
Chlor ma silne właściwości utleniające zarówno w postaci gazowej, jak i kwasu podchlorawego,
podchlorynu sodu, podchlorynu wapnia lub wapna chlorowanego. W obecności jonu amonowego
tworzą się chloraminy. Utleniające działanie chloramin jest kilkakrotnie mniejsze od chloru wolnego,
lecz pozostają one dłużej w środowisku.
Oprócz głównych reakcji chloru z azotem amonowym przebiega również wiele ubocznych reakcji
niekorzystnych, w wyniku których następuje redukcja chloru do chlorków oraz tworzą się chlorany.
Reakcję chloru z amoniakiem wykorzystano do jego usuwania ze ścieków, przeprowadzając proces
chlorowania ścieków do punktu przełamania. Do ścieków doprowadza się taką ilośd chloru, która
oprócz związania obecnego w ściekach amoniaku doprowadza do utleniania powstających chloramin.
Produktem koocowym jest azot gazowy; powstają również jony chlorkowy.
Utlenianie ozonem

Ozon jest silnym utleniaczem, reaguje szybko i z większością związków organicznych i
mikroorganizmami zawartymi w ściekach. Zdolna do szybkiej dysocjacji cząsteczka ozonu jest
nietrwała. Rozpuszczalnośd ozonu w wodzie jest dziesięciokrotnie większa niż tlenu. Ozon jest
toksyczny. Maksymalne stężenie ozonu tolerowane przez organizm ludzki wynosi 0,1 g/m3. Silne
działanie utleniające ozonu jest wykorzystywane w technologii ścieków przemysłowych do usuwania
takich związków jak fenole, cyjanki i barwniki.
Chemiczna redukcja chromu przeprowadza się przy użyciu SO

2

, siarczanu żelazawego FeSO

4

lub

siarczynów.
Dwutlenek siarki SO

2

, pirosiarczyn sodowy Na

2

S

2

O

5

oraz siarczyn sodowy Na

2

SO

3

tworzy po dodaniu

do ścieków jon HSO

3

-.

Tiosiarczyn sodowy Na

2

S

2

O

4

jest bardzo silnym środkiem redukującym i jest stosowany w przypadku,

gdy redukcja z określonych względów musi byd przeprowadzona w środowisku obojętnym lub
zasadowym.
Przebieg i szybkośd reakcji zależy od pH. Przy pewnym nadmiarze NaHSO

3

całkowita redukcja

chromianów w czasie 2 min następuje dopiero przy pH < 2,5.
Zaletą stosowania SO

2

do redukcji jest zmniejszenie dawki kwasu stosowanego w celu obniżenia

wartości pH
Siarczan żelazawy FeSO

4

. Właściwości redukujące tego związku wynikają z faktu, że różnica w

potencjale normalnym obu reakcji redoks jest wystarczająco duża do przeprowadzenia redukcji
chromianów. Zaletą soli żelaza dwuwartościowego jest niski koszt, natomiast zapotrzebowanie na
kwas jest wyższe niż przy poprzednio omówionych reduktorach.
Elektrolityczna redukcja chromu
Redukcja katodowa Cr6+ przebiega w środowisku kwaśnym, metodę tę można stosowad dla stężeo w
zakresie 100 ÷ 1000 gCrO

3

/m3 przy pH < 1,5. Przy stężeniu wyjściowym 100 gCrO

3

/m3 oraz gęstości

prądu na katodzie 0,15 A/dm3 uzyskuje się po 2 h elektrolizy stężenie koocowe 0,5 g CrO

3

/m3.

Koagulacja i chemiczne strącania
Proces koagulacji występuje zazwyczaj łącznie z chemicznym strącaniem. Oba współdziałające
procesy przebiegają przy zastosowaniu tych samych koagulantów. Do koagulacji typowych
zanieczyszczeo w ściekach miejskich stosuje się najczęściej hydrolizujące sole żelaza i glinu:
- siarczan glinowy Al

2

(SO

4

)

3

· 18H

2

O,

- siarczan żelazawy FeSO

4

· 7H

2

O,

- siarczan żelazowy Fe

2

(SO

4

)

3

· 9H

2

O,

- glinian sodowy Na

2

Al

2

O

4

.

- chlorek żelazowy
- wapno palone
- wapno hydratyzowane
Sole żelazawe mają mniejszą zdolnośd koagulacyjną od soli żelazowych. Ponad to wodorotlenek
żelazawy ma znaczną rozpuszczalnośd przy pH < 8. Z tego względu w trakcie koagulacji jony żelazawe
przeprowadza się w żelazowe przez utlenianie chlorem. Sole żelazawe mogą byd stosowane w
granicach pH = 4 ÷ 7 oraz powyżej 8,5. Rozpuszczalnośd wodorotlenków żelazowych jest mniejsza, a
działanie koagulujące lepsze. Siarczan glinu jest najczęściej stosowany do koagulacji. Zakres
stosowania to pH = 5,5 ÷ 8,0. W wyższym pH jest rozpuszczalny i przechodzi w glinian.
Koagulację ścieków prowadzi się również wapnem, najczęściej w postaci mleka wapiennego Ca(OH)

2

.

Podczas dodawania wapna do ścieków zawierających wodorowęglany przy odczynie pH = 9,0 ÷ 9,5
następuje dekarbonizacja wody. Po koagulacji wapnem często jest konieczna jest rekarbonizacja
ścieków.