9. Omów krzywą sierpa.

Wykres Sierpa ujmuje dwa rodzaje zawiesin. Podział ten jest umowny, wprowadzony ze względów technicznych. Stężenie zawiesin ogólnych jest miarą całkowitej ilości zanieczyszczeń w postaci stałej, a zawiesiny szybko opadające są częścią zawiesiny całkowitej, która opada na dno doświadczalnego leja Imhoffa w ciągu 2 godzin sedymentacji w warunkach statycznych. Pozostałe w ściekach zawiesiny po 2 godzinach sedymentacji określane są jako zawiesiny nieopadające. Zawiesiny opadające można wyrazić wagowo (w g sm/m3) lub objętościowo (w cm3/dm3).

1. zawiesiny opadające,

2. zawiesiny ogólne,

3. BZT,

4. utlenialność

Interpretując wykres można określić niezbędny czas przebywania ścieków w osadnikach wstępnych. Przebieg linii zawiesin ogólnych wskazuje kiedy dalsza redukcja osadu trudno opadającego już nie zachodzi i dalsze przetrzymywanie osadu byłoby bezcelowe(około 2h).

27. Od czego zależy produkcja gazu fermentacyjnego?

Teoretycznie z 1 kg ChZT można uzyskać 0,35 m3 metanu. W praktyce ilość ta jest uzależniona tak od rodzaju osadu jak i od sposobu prowadzenia procesu stabilizacji beztlenowej. Ogólnie, z 1 kg dopływającej SMO uzyskuje się 0,3 – 0,5 m3 gazu fermentacyjnego, zawierającego 60 – 70 % metanu (0,8 – 1,1 m3/kg SMO usuniętego)

Obecnie często modyfikuje się proces stabilizacji beztlenowej poprzez wstępną obróbkę osadu (dezintegrację). Działanie takie zwiększa również wydzielanie gazu fermentacyjnego. Podobnie prowadzenie procesu stabilizacji w wyższej temperaturze (warunki termofilowe zamiast mezofilowych) prowadzi na ogół do podwyższenia ilości uzyskiwanego biogazu.

W zależności od temperatury fermentację dzielimy na:

- psychrofilową (T<20 stopni)

- mezofilową (T=30 –38 stopni)

- termofilową (T= 45 –58 stopni).

Fermentacja metanowa jest to proces wielofazowy w którym w fazie I bakterie hydrolityczne

za pomocą enzymów zewnątrzkomórkowych rozkładają nierozpuszczalne związki organiczne osadów (celuloza, ligniny, białka, tłuszcze) do związków rozpuszczalnych w wodzie, takich jak kwasy tłuszczowe, alkohole, amoniak itd.. W fazie II bakterie kwasowe rozkładają te związki rozpuszczalne do prostych kwasów organicznych takich jak: kwas octowy, kwas propionowy, wodór i dwutlenek węgla. Jest to tzw. Fermentacja kwaśna. Metabolity fermentacji kwaśnej są substratem fazy III dla bakterii heterotroficznych (kwas octowy) oraz dla bakterii metanowych autotroficznych (wodór i dwutlenek węgla). Produktem metabolizmu bakterii metanowych jest metan, dwutlenek węgla i woda. W większości przypadków te bakterie limitują szybkość procesu fermentacji osadów. Należy proces prowadzić tak, aby kwasowe bakterie nie zdominowały komory fermentacji. Osiąga się to poprzez ograniczenie doprowadzenia świeżego osadu (pokarmu).

W prawidłowo przebiegającej fermentacji odczyn cieczy nadosadowej jest obojętny i wynosi od pH=7 do pH=7,2, przy równoczesnej zawartości kwasów lotnych od 100 do 500 mg/l i zasadowości nie mniejszej od 500 mg CaCO3/l. Zawartość kwasów lotnych wyrażonych jako kwas octowy nie powinna przekraczać wartości 2000 mg/l. Znaczne obniżenie pH niestety oznacza załamanie procesu,

co dla eksploatatora oznacza alarm. Dobrym wskaźnikiem oceny prawidłowego przebiegu procesu fermentacji jest wartość stosunku kwasów lotnych (KL) do zasadowości (Z), który musi być stabilny.

Alarmujący poziom KL/Z wynosi 0,3. Powyżej tej wartości należy podjąć działania korekcyjne neutralizacja osadu w komorze za pomocą zasad lub soli: Ca(OH)2, Na2CO3, NaOH lub NH4OH. Czynniki te należy wprowadzać sukcesywnie (rozciągnięte w czasie) z powodu wiązania rozpuszczonego CO2.

11. Omów charakterystyczne parametry technologiczne oczyszczania osadem czynnym (bez nitryfikacji, denitryfikacji i wzmożonej biologicznej defosfatacji).

Wiek osadu [doba]– jest to średni czas przebywania kłaczków osadu czynnego w układzie

(wynosi 1 ÷40 d).

$$WO = \frac{M_{x}}{x} \cong \frac{V \bullet x}{x},d$$

WO - masa osadu w układzie, kg

Mx- przyrost osadu w wyniku procesów oczyszczania, kg/d

Odpowiednio dobrany wiek osadu pozwala dobrać niezbędny stopień oczyszczenia ścieków. Przyjmując odpowiednio długi wiek osadu oprócz dobrych efektów usuwania związków organicznych, można utlenić azot amonowy do azotanów (nitryfikacja). Od założonego wieku osadu zależy obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń.

Czas przetrzymania ścieków w KOCZ[h] –

$T = \frac{V}{Q_{h}}$,h

Powinien być dobrany w ten sposób żeby zapewnić optymalny czas do zajścia niezbędnych procesów oczyszczania. Aby czas przetrzymania był optymalny należy przy wyznaczaniu go uwzględnić wiek osadu oraz stężenie ścieków.

Obciążenie osadu czynnego ładunkiem zanieczyszczeń organicznych [g O2 /g Sm/doba] –

$Q_{l} = \frac{Q_{d} \bullet S_{\text{BZT}5}}{M_{x}} = \frac{L_{\text{BZT}5}}{M_{x}},\text{gBZT}5\ /gsm \bullet d$

Określa ilość zanieczyszczeń organicznych (BZT5) doprowadzanych do KOCZ w jednostce czasu (d) na jednostkę masy osadu w komorze (sm).

Uwodnienie osadu -

m₀ – masa mokrego osadu,

m_S – masa osadu po wysuszeniu w temperaturze 105°C

osady wstępne - uwodnienie w granicach 93-95 %,

osady wtórne 97-99,5 %,

osady chemiczne ze strącania wtórnego 96-99,5 %

Zawartość części organicznych -

m_S - masa osadu po wysuszeniu,

m_M - masa osadu po spaleniu w temperaturze 550°C

Zawartość części organicznych jest cechą specyficzną danej oczyszczalni i technologii. Orientacyjnie, osad wstępny i wtórny zawierają około 60-80 % SMO. Dla osadu chemicznego z wtórnego strącania wartość ta jest znacznie mniejsza – 10 do 35 %, zależnie od stosowanego koagulantu.

Objętość KOCZ[m³] -

$$V = \frac{M_{x}}{x} = \frac{WO \bullet x}{x},m^{3}$$

Masa osadu w KOCZ[gsm/kgsm] –

M_x=V∙x=WO∙∆x,gsm

Indeks osadu[ml/gsm,cm3/gsm] - Charakteryzuje zdolność zawiesin osadu czynnego do sedymentacji w osadniku wtórnym.

$$IO = \frac{V_{\text{os}}}{x},ml/gsm,cm3/gsm$$

Vos= objętośc osadu po 30 min zagęszczaniu w 1 litrowym cylindrze, ml/l, cm3/l

x = stężenie osadu w cylindrze przed zagęszczaniem, g/l

Im mniejsza wartość indeksu osadu (IO), tym korzystniejsze są jego własności sedymentacyjne.

Dobre własności sedymentacyjne ma osad o IO w granicach 50 ÷100 (150) ml/g.

Stopień recyrkulacji osadu α- Im IO mniejszy tym α może być mniejsze. Im mniejsze α tym mniejsze koszty pompowania. Zbyt małe α to osad gromadzi się w osadniku wtórnym.

$$\alpha = \frac{Q_{R}}{Q_{o}}$$

Stężenie osadu recyrkulowanego - Osad w leju osadnika wtórnego może zagęścić się ok. 2 ÷4

krotnie w stosunku do stężenia w KOCZ (x). Uzyskanie xRzależy od przyjętego stopnia recyrkulacji α:

$$X_{R} \cong X\left( 1 + \frac{1}{\alpha} \right),gsm/m^{3}$$

Objętość osadu nadmiernego QN - W ilości QN(m3/d) o stężeniu xR(gsm/m3) musimy

odprowadzić cały przyrost w układzie (Δx, gsm/d) pomniejszony o ilość osadu odprowadzanego z układu jako zawiesiny pozostałe w odpływie z osadnika wtórnego (~ Qo· xe, gsm/d).

$$Q_{N} \cong \frac{x - Q_{o}X_{e}}{X_{R}},\frac{m^{3}}{d}$$

$$Q_{N}/Q_{o} \cong \frac{x_{\text{o\ }}\ /\text{\ Q}_{o} - \ X_{e}}{X_{R}}$$

Stężenie zanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych

C_e = C_e ^s+ C^x _e

C^x _e=f∙X_e,g/m³

Ce–całkowite

Ces–rozpuszczone, zależy od WO i składu ścieków oczyszczonych

Cex–w zawiesinie (nie dotyczy N-NH4, N-NO3)

33. Podaj podstawowe wskaźniki i stężenia zanieczyszczeń ścieków miejskich surowych oraz odprowadzanych do zbiornika.

Mętność – (a właściwie jej nagła zmiana) może być pomocna w ocenie nagłej zmiany stopnia zanieczyszczenia ścieków. Mętność może być także przydatna w kontroli efektów oczyszczania ścieków jak i dla określenia wpływu ścieków na odbiornik. W ściekach miejskich nieoczyszczonych mętność może przyjmować wartości w serokim zakresie od około 50 do 500 mg/dm³.

Barwa ścieków miejskich zależy od stanu ich świeżości, a także od dodatku ścieków przemysłowych, jeżeli posiadają one specyficzne zabarwienie. Barwę specyficzną określa się opisowo oraz oznacza się dla niej tzw. próg barwy, pod pojęciem którego rozumie się stopień rozcieńczenia ścieków wodą destylowaną, przy którym barwa zanika.

BZTn (Biochemiczne Zapotrzebowanie Tlenu) - to umowny wskaźnik określający biochemiczne zapotrzebowanie tlenu, czyli ilość tlenu wymaganą do utlenienia związków organicznych przez mikroorganizmy (bakterie aerobowe). Wartość tę uzyskuje się w wyniku pomiaru zużycia tlenu przez badaną próbkę wody lub ścieków w ciągu 5 lub 20 dób (Oznaczając to odpowiedni BZT5 lub BZT20). Pośrednio określa się w ten sposób stężenie substancji organicznej podatnej na biodegradację. BZTn jest wskaźnikiem czystości wody i jakości oczyszczanych ścieków: im wyższa wartość BZTn tym większe zanieczyszczenie (ilość związków organicznych). Z przyczyn praktycznych częściej stosowane jest BZT5.

Chemiczne Zapotrzebowanie Tlenu (ChZT) - umowne pojęcie oznaczające ilość tlenu (mg/dm³), pobranego z utleniaczy (np. dichromiany (Cr2O72-), jodany (V) (IO3-), manganiany (VII) (MnO4-)) na utlenienie związków organicznych i niektórych nieorganicznych (np. siarczanów(IV), siarczków, żelaza(II)) do najwyższego stopnia utlenienia. Stosowane jako miara zanieczyszczeń w wodzie i ściekach.

Temperatura [C ̊] – Podwyższona temperatura ścieków przyspiesza procesy roz­kładu związków organicznych i powoduje odtlenienie ścieków przy­śpieszając tym samym ich zagniwalność. Temperatura ścieków może zależeć od temperatury powietrza oraz od rodzaju ujmowa­nej wody

Zawiesiny ogólne - są to nie rozpuszczone substancje organiczne i mineralne określane w mg/l.

Odczyn pH – stężenie jonów wodorowych

Zapach – związany z obecnością w ściekach związków organicznych i niektórych związków nieorganicznych, wyróżniamy zapachy pochodzenia naturalnego (roślinne i gnilne) i zapachy pochodzenia nienaturalnego.

Ogólny węgiel organiczny (OWO) – węgiel znajdujący się w związkach organicznych.

36. Od czego zależy zapotrzebowanie tlenu w oczyszczalni ścieków miejskich? Jaki jest wpływ denitryfikacji na zapotrzebowanie tlenu?

Tlen w procesie oczyszczania ścieków wykorzystywany jest przez bakterie na utlenienie związków organicznych na drodze biochemicznej. Niezbędna ilość tlenu potrzebna mikroorganizmom jest więc zależna od stężenia zanieczyszczeń w ściekach i założonego stopnia ich usunięcia (NSO). Ten sam efekt oczyszczenia można uzyskać w różnych procesach technologicznych toteż zużycie tlenu jest też zależne od przyjętej technologi oczyszczania. W niektórych ciągach technologicznych Procesy I stopnia oczyszczania mogą być niekiedy poprzedzane dodatkowym napowietrzaniem w odrębnych komorach przed osadnikami wstępnymi. Napowietrzanie stosuje się w celu odświeżenia zagniłych

ścieków.

Wpływ denitryfikacji na zapotrzebowanie na tlen wynika z równania:

ZO2= ZO2C+ ZO2NIT-ΔZO2DEN, gO2/d

i wskazuje na zmniejszenie udziału tlenu w procesie oczyszczania.

Zysk tlenu wynosi:

ΔZO2DEN= 2,9 (ΔNNIT-Q∙N -NO3,e-), gO2/d