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
BA,V = Q / A = 0,009504m3/d / 0,996m2 = 0,00954 m3/m2*d = 9,54 * 10-3 m3/m2*d
Gdzie:
BA,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/dm3 |
356 |
404,61 |
436,61 |
Ortofosforany |
mg P/dm3 |
3,1584 |
2,9046 |
2,8482 |
Amoniak |
mg N-NH4/dm3 |
247,8 |
67,334 |
68,876 |
Azotyny |
mg N-NO2/dm3 |
0,0346 |
43,39 |
43,39 |
Azotany |
mg N-NO3/dm3 |
0,989 |
2,944 |
3,818 |
Obliczenia:
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 / 1mgNO2.
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)
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)
odcieki po I stopniu oczyszczenia
x= 0,131*0,257*1000 / 0,5 = 67,334
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
odcieki surowe
x= 0,005*0,0346*1000 / 5 = 0,0346
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
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)
odcieki surowe
x= 0,043*0,23*1000 / 10 = 0,989
odcieki po I stopniu oczyszczenia
x= 0,128*0,23*1000 / 10 = 2,944
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
BA = (Q1*C1)/A2
Gdzie:
BA - 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)
Substancje organiczne
BA = (0,009504 m3/d* 356 g/m3)/0,996m2 = 3,39 g/m3*d = 3,39*10-3 kg/m2*d
Amoniak
BA = (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/m2*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
W wyniku procesów usuwania związków organicznych i nieorganicznych w odciekach nastąpiło zobojętnienie odczynu.
Nastąpiła znaczna redukcja ortofosforanów w oczyszczanych odciekach.
W warunkach tlenowych w wyniku zachodzących procesów nitryfikacji znacznemu obniżeniu uległ azot amonowy.
Jony azotu amonowego w wyniku procesu nitryfukacji uległy utlenieniu do jonów azotynowych a następnie azotanowych.