Kinga Topolewska

Ochrona Środowiska MSU sem. II

Grupa 5

Podgrupa 2

S P R A W O Z D A N I E

Ćwiczenie nr 2

Efektywność usuwania związków organicznych oraz biogennych z odcieków z zastosowaniem złóż zanurzonych z ruchomym wypełnieniem

Źródłem odcieków mogą być wody powierzchniowe i podziemne dopływające do złoża odpadów komunalnych jak także woda z opadów atmosferycznych przenikająca przez składowisko odpadów. Odciekami jest również w niewielkim stopniu woda dostarczona wraz z odpadami oraz pochodząca z rozkładu substancji organicznych.

Odcieki ze składowisk odpadów komunalnych charakteryzują się wyższą w porównaniu ze ściekami komunalnymi, koncentracją składników organicznych i nieorganicznych.

Doświadczenie polegało na doprowadzeniu do pierwszego stopnia złoża ścieków za pomocą pompy perystaltycznej, następnie ścieki przepływały przelewem na drugi stopień złoża i kolejno do odbieralnika odcieków oczyszczonych. Złoże tworzył reaktor pracujący w warunkach tlenowych zawierający wypełnienie w postaci kształtek, które są nośnikami błony biologicznej. Wypełnienie kształtkami reaktora wynosiło 30% jego objętości.

Celem ćwiczenia była ocena efektywności oczyszczania ścieków ze składowiska odpadów komunalnych z zastosowaniem złóż zanurzonych z ruchomym wypełnieniem.

W Y N I K I

1. Natężenie przepływu odcieków, obciążenie hydrauliczne złoża.

Natężenie przepływu = 6,6 cm³ / min. = 0,009504 m³/d = 9,504*10^-3 m³/d

Objętość reaktora = 8,31 dm³

Wypełnienie kształtkami reaktora (30% obj. reaktora) = 2,49 dm³=0,00249m³

Powierzchnia czynna złoża = 400 m²/m³

1m³ - 400 m²

0,00249 m³ - x

x=0,996m²

Powierzchnia czynna złoża = 0,996 m²

Obciążenie hydrauliczne złoża

B_A,V = Q / A = 0,009504m³/d / 0,996m² = 0,00954 m³/m²*d = 9,54 * 10^-3 m³/m²*d

Gdzie:

B_A,V - obciążenie hydrauliczne złoża (m³/m²*h)

Q - natężenie przepływu odcieków (m³/d)

A - powierzchnia czynna złoża (m²)

2. Efektywność oczyszczania odcieków.

Tabela 1. Wyniki analiz odcieków surowych i oczyszczonych.

Wskaźnik	Jednostka	Odcieki surowe	Odcieki oczyszczone stopień 1	Odcieki oczyszczone stopień 2
Odczyn	pH	8,27	7,84	7,63
ChZT-Cr	mg O2/dm^3	356	404,61	436,61
Ortofosforany	mg P/dm^3	3,1584	2,9046	2,8482
Amoniak	mg N-NH4/dm^3	247,8	67,334	68,876
Azotyny	mg N-NO2/dm^3	0,0346	43,39	43,39
Azotany	mg N-NO3/dm^3	0,989	2,944	3,818

Obliczenia:

1. ChZT-Cr (metoda dwuchromianowa)

x= (a-b)*n*8000 / V (mg O₂ / dm³)

Gdzie:

a - ilość soli Mohra zużyta na miareczkowanie próby kontrolnej (cm³)

b - ilość soli Mohra zużyta na miareczkowanie próby właściwej (cm³)

V - objętość próbki ścieków (cm³)

n - normalność soli Mohra = 0,05

a) odcieki surowe

x= (25 -16,1)*0,05*8000 / 10 = 356

b) odcieki po I stopniu oczyszczenia

x= (25 -13,8)*0,05*8000 / 10 = 448 - 43,39 = 404,61

c) odcieki po II stopniu oczyszczenia

x= (25 -13)*0,05*8000 / 10 = 480 - 43,39 = 436,61

Wartość odcieków po I i II stopniu oczyszczania została skorygowana o stężenie azotynów w oparciu o współczynnik przeliczeniowy 1,14 mgO₂ / 1mgNO_2.

2) Ortofosforany

x= E*0,282*1000 / V (mg/dm³)

Gdzie:

E - ekstynkcja

0,282 - przelicznik z krzywej wzorcowej

V - objętość próby użytej do oznaczenia (cm³)

a) odcieki surowe

x= 0,112*0,282*1000 / 10 = 3,1584

b) odcieki po I stopniu oczyszczenia

x= 0,103*0,282*1000 / 10 = 2,9046

c) odcieki po II stopniu oczyszczenia

x= 0,101*0,282*1000 / 10 = 2,8482

3. Amoniak

(metoda destylacji bezpośredniej)

x= f(a-b)*1000 / V (mg/dm³)

Gdzie:

f - współczynnik przeliczeniowy; jego wartości wynoszą odpowiednio: 1,4 dla 0,1N HCl i 0,14 dla 0,01N HCl

a - objętość roztworu kwasu solnego odmierzona do odbieralnika (cm³)

b - objętość roztworu wodorotlenku sodowego, zużyta do odmiareczkownia nadmiaru kwasu (cm³)

V - objętość próby użytej do oznaczenia (cm³)

1. odcieki surowe

x= 0,14*(25-7,3)*1000 / 10 = 247,8

(metoda bezpośredniej Nessleryzacji)

x= E*0,257*1000 / V (mgNH₄/dm³)

Gdzie:

0,257 - przelicznik z krzywej wzorcowej

E - ekstynkcja

V - objętość próbki (cm³)

2. odcieki po I stopniu oczyszczenia

x= 0,131*0,257*1000 / 0,5 = 67,334

3. odcieki po II stopniu oczyszczenia

x= 0,134*0,257*1000 / 0,5 = 68,876

4. Azot azotynowy

x= E*0,0346*1000 / V (mg/dm³)

Gdzie:

E - ekstynkcja

0,0346 - przelicznik z krzywej wzorcowej

V - objętość próby (cm³)

1,14 mgO₂ / 1mgNO₂ - współczynnik przeliczeniowy

1. odcieki surowe

x= 0,005*0,0346*1000 / 5 = 0,0346

2. odcieki po I stopniu oczyszczenia

x= 0,055*0,0346*1000 / 5 = 0,3806*100=38,06 mgNO₂/dm³

38,06 mgNO₂/dm³ * 1,14 mgO₂/mgNO₂ = 43,39 mgO₂/dm³

3. odcieki po II stopniu oczyszczenia

x= 0,055*0,0346*1000 / 5 = 0,3806*100=38,06 mgNO₂/dm³

38,06 mgNO₂/dm³ * 1,14 mgO₂/mgNO₂ = 43,39 mgO₂/dm³

5. Azot azotanowy

x= E*0,23*1000 / V (mg/dm³)

Gdzie:

E - ekstynkcja

0,23 - przelicznik z krzywej wzorcowej

V - objętość próby (cm³)

1. odcieki surowe

x= 0,043*0,23*1000 / 10 = 0,989

2. odcieki po I stopniu oczyszczenia

x= 0,128*0,23*1000 / 10 = 2,944

3. odcieki po II stopniu oczyszczenia

x= 0,166*0,23*1000 / 10 = 3,818

3. Obliczenie parametrów technologicznych złoża zanurzonego z ruchomym wypełnieniem.

Obciążenie powierzchni złoża ładunkiem substancji organicznych i azotu

B_A = (Q₁*C₁)/A₂

Gdzie:

B_A - obciążenie powierzchni złoża ładunkiem zanieczyszczeń (kg/m²*d)

Q₁ - natężenie przepływu odcieków (m³/d)

C₁ - stężenie zanieczyszczeń w odciekach (g/m³)

A₂ - powierzchnia wypełnienia (m²)

1. Substancje organiczne

B_A = (0,009504 m³/d* 356 g/m³)/0,996m² = 3,39 g/m³*d = 3,39*10^-3 kg/m²*d

2. Amoniak

B_A = (0,009504 m³/d* 247,8 g/m³ )/0,996m² = 2,36 g/m²*d = 2,36*10^-3 kg/m²*d

Tabela 2. Obciążenie objętości złoża ładunkiem substancji organicznych oraz azotu.

Wskaźnik zanieczyszczenia	Obciążenie powierzchni złoża (kg/m^2*d)
Substancje organiczne	3,39*10^-^3
Amoniak	2,36*10^-^3

Opis uzyskanych wyników badań

Przeprowadzone doświadczenie polegało na ocenie efektywności oczyszczania odcieków ze składowiska odpadów komunalnych z zastosowaniem złóż zanurzonych z ruchomym wypełnieniem. Złoże stanowił reaktor, który pracował w warunkach tlenowych. Odcieki doprowadzane były do reaktora za pomocą pompy perystaltycznej z natężeniem 6,6 cm³/min. Napowietrzanie reaktora dostarcza tlen niezbędny do metabolizmu organizmów zasiedlających złoże oraz usuwa CO₂ powstający w procesie mineralizacji substancji organicznych. Reaktor zawierał wypełnienie w postaci kształtek, które były swobodnie zanurzone w całej objętości reaktora. Kształtki tworzą powierzchnię czynną dla błony biologicznej i optymalne warunki do życia dla różnych kultur mikroorganizmów.

W przeciwieństwie do technologii osadu czynnego żywe mikroorganizmy nie unoszą się w ściekach tylko porastają złoże, dlatego ryzyko wypłukania z reaktora znaczniejszych ilości czynnego biologicznie osadu nie występuje. Ciągły dopływ powietrza jest źródłem tlenu dla procesów mikrobiologicznych oraz zapewnia wyrównanie składu ścieków w reaktorze. Mikroorganizmy tworzące błonę biologiczną uczestniczą w procesie biologicznego redukowania zanieczyszczeń oraz odpływie ścieków ze złoża po oczyszczeniu.

Usuwanie zanieczyszczeń następuje w wyniku ich wychwytywania z przepływających ścieków oraz w wyniku przemian biochemicznych prowadzonych przez mikroorganizmy rozwijające się na powierzchni ruchomego wypełnienia reaktora.

Reaktory z ruchomym wypełnieniem są bardziej odporne na przeciążenia hydrauliczne złoża i mogą przyjąć większy ładunek zanieczyszczeń.

W przeprowadzonym doświadczeniu w wyniku zachodzących procesów redukcji związków organicznych i nieorganicznych zauważyć możemy zobojętnianie się odczynu.

Jako miarę stężenia substancji organicznych przyjęto wskaźniki pośrednie oparte na zapotrzebowaniu na tlen. Metoda dwuchromianowa ChZT-Cr pozwala na pomiar zapotrzebowania na tlen większości występujących w odciekach związków organicznych. Wartość ChZT-Cr w odciekach odzwierciedla stężenie związków organicznych ulegających utlenieniu, w określonym czasie i odpowiednich warunkach reakcji. W przeprowadzonym doświadczeniu obserwujemy także znaczne obniżenie się ilości ortofosforanów w oczyszczanych odciekach. Te formy fosforu przeważają w odciekach przy pH ok. 7,5. Znacznemu obniżeniu uległ także azot amonowy. W temperaturze od 10˚C do 20˚C i przy odczynie obojętnym, ponad 95% azotu amonowego występuje w postaci zjonizowanej. Jon amonowy w wyniku procesu nitryfikacji zachodzącej w warunkach tlenowych zostaje utleniony do azotynów a następnie azotanów.

Wnioski

1. W wyniku procesów usuwania związków organicznych i nieorganicznych w odciekach nastąpiło zobojętnienie odczynu.

2. Nastąpiła znaczna redukcja ortofosforanów w oczyszczanych odciekach.

3. W warunkach tlenowych w wyniku zachodzących procesów nitryfikacji znacznemu obniżeniu uległ azot amonowy.

4. Jony azotu amonowego w wyniku procesu nitryfukacji uległy utlenieniu do jonów azotynowych a następnie azotanowych.