Komora osadu czynnego

- na powierzchni piana, gdy piana źle wygląda oznacza to, że coś jest źle

1) osadnik pierwotny – około 1,5 – 2,5 godziny, około 20 m3 ścieków/m2 osadnika

2) komora osadu czynego

3) osadnik wtórny (z ramieniem zgarniacza)

$$\frac{F}{M} = \frac{QS_{0}}{\text{VX}} = \frac{S_{0}}{\text{τX}}$$

Q – natężenie przepływu

S – stężenie substratu

V – objętość

X – biomasa

F/M – określa ile substratów jest dostępnych dla mikroorganizmów w danym czasie

Duży stosunek F/M – na 1 komórkę przypada dużo substratów, małe – albo mało substratu albo

dużo komórek

F/M jest regulowane ilością zawracanego osadu

- niskie F/M ( niska szybkosc obumierania )

- komórki głodują

- rozkład jest całkowity

- większe bardziej kosztowne komory napowietrzania

- wymagane jest wiecej tlenu

- wieksze koszty energetyczne ( dostarczanie tlenu )

- powstaje mniej osadu nadmiernego

- wysokie F/M ( duza szybkosc obumierania )

- duża szybkość oczyszczania

- organizmom nie brakuje pożywienia

- niska wydajność oczyszczania

Cechy komory osadu czynnego :

-6-8 h –czas przebywania – czas, jaki ścieki są w reaktorze, regulowany przez zmiany natężenia przepływu

- długie, prostokątne komory, najczęściej reaktor o przepływie tłokowym

- powietrze – dostarczane z dna komory przez system dyfuzorów

- większe i bardziej kosztowne komory napowietrzania

- wymagane jest więcej tlenu, Żeby wzrost nie był ograniczany przez jego braki

- większe koszty energetyczne i finansowe procesu, związane z dostarczaniem tlenu

- powstaje mniej osadu nadmiernego

Złoża biologiczne zraszane

- rotujące ramie zrasza ściekiem złoże, złoże to skały lub inne gruboziarniste materiały

- powietrze cyrkuluje w porach między skałami

- biofilm – rozwija się na skałach a mikroorganizmy rozkładają materiał odpadowy w miarę

przepływu ścieków

- kłaczki biomasy odrywają się od złoża, gdy warstwa biofilmu staje się zbyt gruba

- nie jest to proces filtracji

- materiał dostarcza jedynie powierzchnię do rozwoju mikroorganizmów

- można wykorzystywać złoża plastikowe – pozwalają zastosować wyższe kolumny bo są

lżwejsze, mają także mniejszą tendencję do zatykania się

- wiele pustych przestrzeni – lepszy dostęp powietrza

- rozwinięcie powierzchni wzrostu biologicznego

Tarczowe złoża zanurzane – inaczej Rotacyjne kontaktory biologiczne (RBC’s – rotary biologicaly contactor)

- skłądają się z gęsto upakowanych powierzchni dysków, zamontowanych na poziomym wale,

które rotują

- 40% dysku jest zanurzone w ściekach

- dyski z lekkiego plastiku

- grubość warstewki mikroorganizmów na dyskach – 1 – 3 mm

Rozwiązania o niskim stopniu zaawansowania technologicznego

Stawy ściekowe są to odpowiednio przystosowane naturalne stawy lub też sztucznie budowane zbiorniki. Wyróżniamy:

- stawy tlenowe

- płytkie, głebokość poniżej 1 m

- światło penetruje aż do dna

- aktywne procesy fotosyntezy algowej

- materia organiczna przekształca się w CO2, NO3-, HSO4-, HPO4-, itp.

- głębokie – występuje warstwa tlenowa i beztlenowa

- stawy fakultatywne

- 1-2 m

- czas przebywania – 30 – 180 godzin

- zmiana w przepływie i obciązeniu

- niskie nakłady inwestycyjne

- stawy beztlenowe

- dawniej wykorzystywane jako oczyszczalnie wstępne dla ścieków o duŻym stopniu

zanieczyszczenia i wysokiej temperatyurze

- mogą oczyszczać większe ładunki zanieczyszczeń 2 etapy:

- fermantacja kwaśna – związki organiczne ->kwasy organiczne

- fermentacja metanowa – kwasy +CO2 +CH4

Oczyszczanie gruntami:

- sysetmy irygacyjne i infiltracyjne

Laguny:

- plytkie, nieprzepuszczalne baseny, stosowane do częściowego oczyszczania ścieków

- nie są napowietrzane

- niskie koszty procesu

- dobre, jako wstępny etap oczyszczania ścieków

- do ścieków o niskiej zawartości zanieczyszczeń organicznych

Oddychanie beztlenowe :

1) hydroliza, z polimerów powstają monomery

2) rozkład monomerów do kwasu octowego i propionowego (może też do innych)

3) metan z kwasów

Potem i tak trzeba stosować jeszcze procesy tlenowe, żeby zapewnić odpowiedni stopień oczyszczenia.

Zawartość substancji, wskazywana przez BZT5 – substancje łatwo rozkładalne

BZT10, BZT20 – są miarą zawartości substancji trudnorozkładalnych, ale dających się rozłożyć.

Istnieją także substancje nierozkładalne na drodze biologicznej. Naturalne substraty są

szybkorozkladalne – rozkladalność zależy od:

- struktury związku

- warunków procesowych (obciążenie osadu, czas przebywania, rodzaj biomasy)

osad czynny to - zespół mikroorganizmów (biocenoza), złożony z bakterii, grzybów (b-rie i grzyby tworzą klaczki osadu czynnego) oraz pierwotniaków, wrotek. Mikroflora osadu (bakterie i grzyby) rozkładają związki organiczne występujące w ściekach na substancje proste – CO2, H2O, NH3. Makroflora – pierowtniaki, wrotki – odżywiają się bakteriami, grzybami i regulują ich ilość w biocenozie.

Kłaczki osadu:

67 – 70% - materia organiczna

30-33% - materia nieorganiczna

Azot organiczny oznacza się w celu poznania udziału biomasy – czyli materii organicznej.

Organizmy:

- bakterie (tlenowe i beztlenowe a wśród nich heterotrofy i autotrofy)

- grzyby – konkurują z bakteriami

- pierwotniaki

- wrotki

- inne – pajęczaki, obleńce – niszczą osad czynny, niszczą klaczki i osad nie sedymentuje

Bakterie – 203 gatunki bakterii są znajdowane w ściekach (różne w różnych obszarach geograficznych) przykłady :

1) zooglea ramigera – przykleja się do szkieletu klaczka

2) sphaerotilus natans – tlenowa bakteria nitkowata, tworzy szkielet kłaczka osadu czynnego

3) heterotrofy – np. E. Coli

4) autotrofy – czerpią energię z nitryfikacji, jest ich mniej w populacji – rosną wolniej niż

heterotrofy

Pierwotniaki (jednokomórkowe eukaryota) - wystepują zarówno na złożach jak i w osadzie czynnym. Ich liczebność jest odwrotnie proporcjonalna do obciążenia. 160 gatunków, odpowiadają za rozkład około 40% BZT, konsumują materię organiczną a także usuwają bakterię – usuwają około 91-94% E. Coli. Są to organizmy jednokomórkowe, są dużo większe od bakterii. Najczęściej występujące np orzęski :

Chilodonella unicanata - pełza po kłaczkach i cząstkach osadu zjadając bakterie.

Carchesium polypinum - drzewkowata kolonia przytwierdza się kurczliwym stylikiem do kłaczków osadu. Występuje często w dobrze pracującym osadzie czynnym.

Wrotki:

Większe od pierwotniaków, wielokomórkowe organizmy wodne, jedzą bakterie i pierwotniaki,

pojawiają się dopiero gdy ściek jest już oczyszczony w około 90%, wrażliwe na zmiany warunków,

najczęściej – rotariea i lepadella

Obleńce, nicienie, pajęczaki – nie pełnią żadnej konkretnej roli, są bardzo nieporządane, bo niszczą

kłaczki osadu czynnego.

Osad czynny – kłaczek powinien mieć strukturę wielopalczastą, palce te filtrują wodę w osadniku

poprzez pobieranie cząstek w miarę jak kłaczek opada na dno osadnika. Im więcej palców lub im

bardziej puszysty kłaczek, tym jest większy stopień oczyszczania.

Wzrost biologiczny w metodzie osadu czynnego powoduje powstanie osadu czynnego o specyficznej jakości. Dobre właściwości sedymentacyjne oznaczają, ze osad szybko opada i ma właściwe upakowanie. Test sedymentacyjny – w pojemniku o odpowiednich wymiarach (właściwy stosunek wysokości do szerokości) umieszczamy ściek, mierzymy czas i sprawdzamy ile powstało osadu i czystej cieczy. Dobre kłaczki – właściwy bilans między ilością zooglei a bakterii nitkowatych

Wiele gatunków bakterii wytwarza pozakomórkowo śluzy, zwane często otoczkami lub zoogleami (zooglea z greckiego oznacza „żywy klej”). W środowiskach wodnych bakterie nie występują raczej w postaci kolonii a pojedynczo lub w skupiskach otoczonych wspólna warstwą wydzielanego śluzu. Otoczki te zbudowane są zwykle z cukrów, aminocukrów lub kwasów organicznych. Śluzy odgrywają ważną rolę w życiu bakterii – ułatwiają adhezję do różnych powierzchni, stanowią materiał zapasowy, chronią bakterie przed fagocytozą itd.

Problemy z osadem :

1) osad dobrej jakości (to akurat nie jest problem) – zooglea porastają organizmy nitkowate tak, że

nitkowatych spod nich nie widać – zbilansowane ilości organizmów nitkowatych i zooglei

a. czysty supernatant, niska wartość objętości osadu (SVI – wskaźnik objętości osadu)

b. dobry, dobrze upakowany osad

2) za dużo nitkowatych – (bulge z ang.) – osad szybko sedymentuje, ale źle się upakowuje – duża objętość osadu

a. kłaczki – duże

b. klarowny supernatant ale jes go niewiele

c. ta sytuacja nazywa się pęcznieniem osadu (od tego bulge)

3) pin-flock – za dużo zooglei – nie powstają kłaczki, kłaczki wolno opadają, za to dobrze się

upakowują

a. mała objętość osadu, zanieczyszczony supernatant

b. słabe, małe kłaczki osadu

Jest jeszcze wiele innych możliwych problemów z osadem:

- podnoszenie osadu – osad ma właściwości flotacyjne

- pojawianie się złej piany (bo trochę piany powinno być, ale niewiele i do tego dobrej) – takie

efekty wywołuje nocardia - gruba warstwa piany, w postaci wyflotowanego osadu. Jednocześnie osad charakteryzował się złymi właściwościami sedymentacyjnymi, co powodowało, że źle się zagęszczał w leju osadowym osadnika oraz w komorze stabilizacji tlenowej. Konsekwencją takiej sytuacji były problemy z utrzymaniem stałego stężenia osadu w komorach reaktora biologicznego. Analiza mikrobiologiczna osadu wykazała, że w osadzie czynnym masowo rozwinęła się nitkowata, rozgałęziona bakteria nocardia

Over-aeration – zbyt długi czas przebywania w komorze napowietrzania, pojawia się w osadniku

sytuacja „pin-flock”, w osadniku wtórnym może wtedy zajść nieoczekiwanie denitryfikacja, wtedy

będą się wytwarzać pęcherzyki azotu, które będą podrywać klączki osadu do góry.

KŁACZKI BIOLOGICZNE POWSTAJĄ W WARUNKACH WZROSTU W KOMORZE NAPOWIETRZANIA

Test sedymentacyjny:

1) pobrać próbkę

2) mieszamy

3) do naczynia o specjalnych wymiarach (te 3 etapy muszą być przeprowadzone szybko – 15 minut od pobrania próbki max)

4) po określonym czasie spisuje się objętość osadu

5) ważne, aby naczynie w którym osad opada miało wymiary analogiczne do zbiornika

(odpowiedni stosunek wysokości do szerokości takie, jak w osadniku wtórnym)

Proces osadu czynnego:

- mamy tu niskie wartości stężeń składników odżywczych – 0,1 – 0,3 g/litr (w pożywkach dla

bakterii – 20 g.litr)

- wysokie stężenie komórek – 3-6 g/litr – „zatem komórki głodują”

Standardowy proces osadu czynego składa się z 2 procesów jednostkowych:

- bioreaktor tlenowy

o kłaczki osadu czynnego, mieszanie

- separacja ciał stałych:

o Grawitacyjny osadnik

o Flotacja z wykorzystaniem powietrza

o Techniki membranowe

o Systemy im mobilizacyjne

Pierwsze systemy – pojedynczy bioreaktor, proces biegł wolno i ze słabą wydajnością.

Rozdział na 2 procesy (system 2-zbiornikowy) + napowietrzanie + zawracanie osadu -> metodą prób i

błędów okazało się, że tak jest najlepiej

CSTR – reaktor mieszalnikowy o działaniu ciągłym

Do bioreaktora wpływa pewna ilość ścieków i taka sama ilość z niego wypływa, gdy stężenie

mikroorganizmów w bioreaktorze jest stałe, mówimy że zachodzący tam proces jest stacjonarny.

Gdy specyficzna szybkość wzrostu jest taka sama jak szybkość rozcieńczania to mamy stan

stancjonarny (to samo co wyżej, tylko inymi słowami)

Młody osad czynny – duzo jasnej piany, z osadnika wypływa mętny ściek, nie ma dobrze

rozwiniętych klaczków osadu, wolna sedymentacja, słabe upakowanie.

Stary osad – ciemna, tłusta piana, dobre klaczki, szybkie opadania, niższa wydajność procesu

oczyszczania.

Wymywanie komórek – gdy odbieramy więcej komórek z bioreaktora w jednostce czasu, niż w tej

samej jednostce czsu ich tam powstaje.