Ćwiczenie 2. Ocena efektywności oczyszczania ścieków w modelowym systemie osadu czynnego 1. Wprowadzenie Azot i fosfor są substancjami biogennymi (biogenami), tzn. umożliwiają i intensyfikują procesy wzrostu zarówno komórek roślinnych, jak i bakteryjnych. Znajdując się w wodach w większych ilościach, powodują zaburzenie naturalnej równowagi w zbiorniku. Przyjmuje się, iż nadmierny rozwój glonów w odbiorniku, mogą powodować stężenia azotu powyżej 0,3 mg/dm3 i stężenia fosforu większe od 0,1 mg/dm3. Zjawisko przejawiające się poprzez zwiększanie żyzności (trofii) tj. wzrost stężenia związków biogennych (fosforu P i azotu N) w środowisku wodnym nosi nazwę eutrofizacjii. Proces eutrofizacji jest jak najbardziej naturalny, lecz uległ nasileniu na skutek zintensyfikowania rozwoju gospodarki, nawożenia pół uprawnych i degradacji obszarów lesistych. Jednakże głównym zródłem przedostawania się związków biogennych do rzek i jezior są ścieki miejskie. Z tej przyczyny niezbędne stało się wprowadzenie aktów prawnych ograniczających ilości azotu, fosforu jak również związków organicznych zrzucanych do odbiornika [1], a co za tym idzie, poprawę skuteczności oczyszczania. Technologia osadu czynnego jest najpowszechniej stosowaną metodą usuwania biogenów ze ścieków bytowo-gospodarczych na biologicznych oczyszczalniach ścieków. Oczyszczanie ścieków metodą osadu czynnego jest wzorowane na tlenowych procesach samooczyszczania zachodzących w wodach powierzchniowych i polega na mineralizacji zanieczyszczeń organicznych znajdujących się w ściekach przez drobnoustroje osadu czynnego w instalacjach technicznych. W wyniku tego procesu mikroorganizmy uzyskują energię niezbędną do życia, powstają mineralne formy węgla, azotu, fosforu i siarki oraz następuje przyrost biomasy. Nadmiar organizmów wynikający z rozkładu związków organicznych, tzw. osad nadmierny, jest usuwany z systemu Intensyfikacja procesu, w porównaniu z naturalnym samooczyszczaniem, polega na sztucznym natlenieniu środowiska wodnego, oraz na zwiększeniu ilości drobnoustrojów biorących udział w procesie, co pozwala na doprowadzenie większej ilości zanieczyszczeń. Powietrze doprowadzane do komór napowietrzania spełnia podwójną funkcję: i) utrzymuje cieki i osad stałym ruchu, uniemożliwiając opadanie osadu na dno zbiornika ii) tlen zawarty rozpuszczony w ściekach służy jako substrat w reakcjach biochemicznego utleniania zanieczyszczeń zawartych w ściekach. Osad czynny jest kłaczkowatą zawiesiną złożoną głównie z bakterii (z rodzaju Pseudomonas, Acinetebacterium, Zooglea, Enterobacteriae, Aeromonas, Flavobacterium, Achromobacter, Micrococcus), a także pierwotniaków - orzęsków (z rodzaju Paramecium, Vorticella, Aspidisca, Suctoria) i wiciowców (z rodzaju Tetramitus, Trigonomonas, Bodo), oraz wrotków i niektórych grzybów. Kłaczki osadu czynnego powstają na skutek wydzielania przez komórki bakteryjne otoczek śluzowych, w wyniku czego powstają regularne formy zooglenalne ( skupiska zooglenalne ). 1 2. Cel Celem niniejszych zajęć laboratoryjnych jest ocena efektywności biologicznego oczyszczania ścieków (usuwania N,P i zw. organicznych) w modelowym reaktorze osadu czynnym. 3.Zabiegi wstępne Zapoznać się z budową modelowego systemu osadu czynnego. Komora napowietrzania Osadnik Scieki Scieki Surowe Oczyszczone Recyrkulacja osadu Osad nadmierny Rys.1 Schemat systemu osadu czynnego Grupa studencka dzieli się na zespoły, z których każdy będzie wykonywał dane oznaczenia
zanieczyszczeń w ściekach dopływających jak również odpływających z układu.
2 Tabela 1.Zakres i metody oznaczeń Oznaczenie Metoda oznaczenia ChZT standardowa metoda dwuchromianowa metoda kolorymetryczna (z wersenianem sodowym i odczynnikiem Azot amonowy Nesslera) SPEKOL 11 firmy Carl Zeiss Jena metoda kolorymetryczna (z kwasem sulfanilowym i alfanaftyloaminą) Azot azotynowy SPEKOL 11 firmy Carl Zeiss Jena metoda kolorymetryczna (z 2,6 dimetylofenolem), SPEKOL 11 firmy Azot azotanowy Carl Zeiss Jena metoda kolorymetryczna (z kwasem askorbinowym i odczynnikiem Fosforany mieszanym) SPEKOL 11 firmy Carl Zeiss Jena 4.Wykonanie ćwiczenia Badania należy rozpocząć od pobrania próbek ścieków surowych (dopływ) oraz ścieków oczyszczony (odpływ) w ilości ok. 300 ml. Pobrane próbki przefiltrować na filtrze twardym w celu usunięcia zawiesin. W filtracie należy oznaczyć zanieczyszczenia wg metodyki podanej w Tabeli 1. UWAGI! F Do każdego oznaczenia należy przygotować próbkę referencyjną tzw. ślepą na wodzie destylowanej. F Przed oznaczeniem należy przygotować odpowiednie rozcieńczenie umożliwiające detekcję. Wykorzystywana metoda pozwala na oznaczenie stężenia w granicach 0,1- 2,5 mg/l. Przykładowo stężenie w ściekach N - NH4+ = 50 mg/l., stąd proponowane rozcieńczenie 1:25 (tj. 25 razy). F Oznaczone stężenia fosforanów należy przeliczyć na stężenie fosforu (mg PO43- ą mg P). F Wyniki analiz zespołów studenckich należy zebrać w tabeli 2. Tabela 2 Ścieki Ścieki Stopień Oznaczenia Jednostki Norma surowe oczyszczone usunięcia [%] ChZT [mgO2/dm3] Azot amonowy [mgN-NH4+/dm3] Azot azotynowy [mgN-NO2-/dm3] - Azot azotanowy [mgN-NO3-/dm3] - Fosfor [mg P/dm3] *BZT5 [mgO2/dm3] *Biochemiczne Zapotrzebowanie na Tlen (frakcja zw. organicznych rozkładalna biologicznie) dla ścieków surowych przyjąć BZT5= 0.7 ChZT, dla ścieków oczyszczonych przyjąć BZT5= 0.1 ChZT 3 5.Opracowanie wyników Na podstawie zebranych wyników analiz (Tabela 2) sekcje 4-5 osobowe opracowują wyniki. 5.1. Uzupełnij tabelę 3 i dokonaj oceny efektywności biologicznego oczyszczania ścieków (usuwania zanieczyszczeń organicznych ChZT, BZT5 oraz N i P) w reaktorze osadu czynnego w oparciu o dane literaturowe [1]. 5.2. Przeprowadz dyskusję wyników zmian zanieczyszczeń w reaktorze ze zwróceniem uwagi na procesy biologiczne tam zachodzące (nitryfikacja, usuwanie związków organicznych). 6. Literatura 1. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 (Dz.U.06.137.984.) ( zmiana z dnia 28 stycznia 2009 r. DZ U 2009 R. NR 27 POZ. 169) w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego 2. Biotechnologia ścieków - praca zbiorowa pod redakcją Korneliusza Mikscha; wydawnictwo Politechniki Śląskiej; Gliwice 2000 r. 3. Poradnik eksploatatora oczyszczalni ścieków praca zbiorowa pod redakcją Z. Dymaczewskiego, J. Oleszkiewicza, M Sozańskiego ; Poznań 1997 r. 4. Biotechnologia w ochronie środowiska Klimiuk Ewa, Aebkowska Maria, ISBN 83-01- 14067-4, Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa 2005. 7. Pytania kontrolne: 1. Co to jest osad czynny? 2. Na czym polega proces nitryfikacji? 3. Wyjaśnij, na czym polega oczyszczanie ścieków metodą osadu czynnego (na podstawie schematu na rys. 1)? 4. Jaką grupę zanieczyszczeń charakteryzuje parametr ChZT? 5. Co to jest odbiornik ścieków? 6. Jakie związki określamy mianem substancji biogennych? 7. Co to jest osad nadmierny ? 8. Co to są ścieki? 9. Co to jest eutrofizacja i jak wpływa na odbiornik ścieków? 10. Jaką rolę pełni napowietrzanie w komorze napowietrzania? 8. Uwagi dodatkowe Zaliczenie ćwiczenia: - Sekcje 3-4 osobowe przygotowują 1 sprawozdanie (instrukcja punkt 5) UWAGA! Termin oddania: 2 tygodnie od daty wykonanego ćwiczenia!!! 4 Załącznik 1 5