Biologiczne oczyszczanie ścieków

• denitryfikacja

• deamonifikacja

• biologiczne utlenianie siarczków

• utylizacja ścieków i odpadów z drożdżowni i browarów

Wykorzystanie procesów biochemicznych i częściowo fizycznych do oczyszczania ścieków pozwala uzyskać dalsze obniżenie ładunku substancji organicznych. Stosuje się je zwykle jako kolejny stopień oczyszczania w przypadku, gdy metody zastosowane wcześniej nie zapewniają odpowiedniej klasy czystości wody zrzucanej do odbiorników. Oczyszczanie biologiczne przebiega zarówno w warunkach tlenowych, niedotlenionych jak i beztlenowych i polega na utlenianiu oraz mineralizacji związków organicznych zawartych w ściekach przy udziale mikro i makroorganizmów. Mikroorganizmy te zużywają związki zawarte w ściekach jako pokarm i podstawę przemiany materii. Zasada oczyszczania jest taka sama, jak w przypadku naturalnego samooczyszczania się zbiorników wodnych. Różnica polega na stworzeniu optymalnych warunków przebiegu procesu (obecność tlenu, pożywki, mieszanie mechaniczne, temperatura, pH itp.), które zwiększają szybkość i skuteczność procesu. Metody biologiczne dzieli się na naturalne i sztuczne. Do naturalnych zlicza się metodę pól irygacyjnych i pól filtracyjnych. Do sztucznych zalicza się metodę złoża spłukiwanego i osadu czynnego. We wszystkich metodach biologicznego oczyszczania ścieków zachodzą następujące procesy:  rozkład substancji organicznych do CO2, H2O i NH3  nitryfikacja, czyli utlenienie NH3 za pomocą bakterii Nitrosomonas do azotynów, a następnie za pomocą bakterii Nitrobacter do azotanow,  denitryfikacja, czyli przemiana azotanów do postaci azotu gazowego - N2 Można je przedstawić w postaci uproszczonych równań reakcji enzymatycznych: Równanie bezpośredniego utleniania gdzie CxHyOz jest zastępczą formułą zanieczyszczeń organicznych, a E1 to efekt energetyczny reakcji Równanie biosyntezy komórek (asymilacji) gdzie (C5H7O2N)n jest zastępczą formułą substancji komórkowej mikroorganizmów oczyszczających ścieki, a E2 to efekt energetyczny reakcji. Równanie oddychania podstawowego E3 to efekt energetyczny reakcji. Zobacz również:   Większoć bakterii grupy heterotrofów posiada zarówno zdolność oddychania tlenowego jak i azotanowego. Są zatem tzw. względnymi beztlenowcami. W warunkach tlenowych  jako końcowy akceptor elektronów wykorzystują tlen atmosferyczny, a w warunkach beztlenowych azotyny i azotany. Przykładowy przebieg denitryfikacji przedstawia w wielkim uproszczeniu następujące równanie: mikrobiologiczny rozkład Reakcja biegnie z przeniesieniem 10 elektronów i jest reakcją denitryfikacji całkowitej, najbardziej pożądanej z punktu widzenia jakości operacji. (Na podst.[9]) Więcej o enzymach dowiesz się klikając tutaj

 

Metoda osadu czynnego. Oczyszczanie ścieków za pomocą osadu czynnego polega na wytworzeniu w objętości ścieków kłaczków o wymiarze 50 - 100 m o bardzo silnie rozwiniętej powierzchni. Kłaczki zbudowane są z mineralnego jądra koloru brązowego lub beżowego, a na powierzchni w śluzowej otoczce zawierają liczne bakterie z grupy heterotrofów takich jak Acinetebacterium, Pseudomonas, Zoogloea, Enterobactericeae, Aeromonas, Flavobacterium, Achromobacter i Micrococus. Zanieczyszczenia organiczne są absorbowane na powierzchni kłaczków i mineralizowane na skutek procesów metabolizmu zachodzących w mikroorganizmach. Aby zapewnić prawidłowy przebieg procesu kłaczki powinny być równomiernie unoszone w masie ścieków przepływającej przez komorę napowietrzania. Metoda osadu czynnego wymaga doprowadzenia tlenu jako substratu bioutleniania zanieczyszczeń organicznych. Aby zagwarantować bakteriom warunki tlenowe, stężenie tlenu rozpuszczonego w ściekach  powinno wynosić > 0,5 mg/dm^3[5]. Proces ten może być również stosowany do usuwania ze ścieków amoniaku, siarkowodoru i innych gazów w nich rozpuszczonych. Aktywizują się wówczas bakterie z grupy autotrofów, takie jak Nitrosomonas, Nitrosococcus i Nitrobacter oraz Beggiatoa, Thiotrix, Thioploca i Thiobacillus thioparus. Powstawanie osadu czynnego w komorze napowietrzania wymaga czasu. Aby czas ten skrócić można stosować szczepienie osadu przez dodanie pewnej jego ilości ze ścieków wcześniej oczyszczonych. Stałe utrzymanie kłaczków w stanie zawieszonym wymaga intensywnego mieszania zawartości reaktora. Stosuje się różne metody od mieszania mechanicznego po dysze napowietrzające, które łączą w działaniu funkcję mieszadeł i aeratorów (turbin napowietrzających), a także jedne i drugie razem. Proces mieszania i napowietrzania jest energochłonny. Nowoczesne konstrukcje mieszadeł i aeratorów poprzez odpowiednie dobranie kształtów łopat i dysz zapewniają skuteczność operacji przy optymalnym zużyciu energii elektrycznej. Po zakończeniu procesu napowietrzania ścieki kierowane są do osadnika wtórnego, gdzie następuje oddzielenie osadu czynnego od cieczy. Nadmiarowy osad poddawany jest odwodnieniu i suszeniu, ciecz zrzucana do odbiorników jakimi mogą być np. stawy rybne, a następnie odprowadzana do cieków naturalnych. Stawy rybne stanowią również element kontroli jakości odprowadzanej wody. Mogą być też traktowane jako zbiorniki buforowe w przypadku awarii urządzeń oczyszczających. Woda w stawach ulega dalszemu samooczyszczeniu. Zaletą oczyszczania za pomocą osadu czynnego jest duża skuteczność przy niewielkim zapotrzebowaniu na teren (BZT5 i zawiesiny do 95%, bakterie chorobotwórcze do 98%). Wadą - wrażliwość mikroorganizmów na związki toksyczne i inne czynniki wpływające na ich rozwój.

 
 

Na fotografiach osad czynny z pracownianego reaktora. Można  zauważyć również larwy owadów i nicienie  stanowiące kolejne ogniwo łańcucha pokarmowego

VIDEO

 

Sztuczne złoża biologiczne Sztuczne złoże biologiczne składa się z rusztu, na którym ułożona została warstwa kruszywa, koksu, żużla, tufów wulkanicznych, kamienia, gruzu ceglanego itp. Od dołu, przez ruszt złoże jest napowietrzane sprężonym powietrzem, od góry zaś zraszane ściekami. Zraszanie realizowane jest systemem przelewów, młynkami Segnera  itp. Istotne jest równomierne rozrzucenie cieczy na całą powierzchnię złoża. Procesy zachodzące na powierzchni wypełnienia złoża są podobne do procesów na powierzchni gleby pól irygacyjnych. Tworzy się błona biologiczna, w skład której wchodzą mikroorganizmy roślinne i zwierzęce. Ich działanie polega na utlenieniu i mineralizacji substancji zawartych w ściekach. Złoże po zbudowaniu nie jest aktywne. Jego dojrzewanie trwa kilka tygodni. Złoża zraszane mają grubość 1,5...3 m. Swoją aktywność utrzymują do temperatury 6 st. C. Poniżej aktywność złoża zanika. Ich praca charakteryzuje się wysokim stopniem oczyszczania. BZT5 do 95%, zawiesiny do 92%, bakterie chorobotwórcze do 95%. Wysoka skuteczność oczyszczania jest okupiona stosunkowo niewysoką wydajnością. Złoża spłukiwane (wysokoobciążone). Są to złoża o podobnej budowie. Grubość warstwy wypełnienia wynosi 2...4 m. Ze względu na większe objętościowe obciążenie złoża mineralizacja zanieczyszczeń nie zachodzi na nich całkowicie. Powstają na nich duże ilości kłaczkowatej błony biologicznej, która jest częściowo unoszona przez odpływające ścieki. Nadają się do oczyszczania ścieków o niewilkim stężeniu. W przypadku ścieków stężonych należy stosować recyrkulację. Stopień oczyszczenia wynosi ok. 65% BZT5.

Biomembranowe oczyszczanie ścieków.  Jest to jedna z metod oczyszczania, polegająca na zblokowanu modułów ultrafiltracyjnych z reaktorem biologicznyczm osadu czynnego [10]. Mieszanina ścieków z osadem czynnym ulega w tym procesie zatężeniu, gdyż na zewnątrz odprowadzany jest permeat pozbawiony całkowicie zawiesin, a retentat zawracany jest w całości bądź w części do bioreaktora. Pozwala to na stosowanie o wiele większych stężeń osadu czynnego niż w klasycznym procesie. Prędkość odpływu ścieków oczyszczonych jest stała i zależy od wydajności modułów ultrafiltracyjnych. Niezbędne jest zatem stosowanie zbiorników buforujących okresowe (dzień - noc) wahania dopływu ścieków. Technika ultrafiltracyjna wymaga stosowania urządzeń ciśnieniowych, niezbędny jest szybki przepływ oczyszczanych ścieków stycznie do powierzchni membrany. Pojawiają się problemy związane z tzw. polaryzacją stężeniową membran. Moduły muszą być okresowo myte, lub w przypadku utraty właściwości - wymieniane. W powiążaniu z technikami odwróconej osmozy ze ścieków daje się usuwać również sole mineralne. Szerzej o separacyjnych technikach membranowych można dowiedzieć się z materiałów do ćwiczenia nr 14.   Roślinne oczyszczalnie ścieków  W ostatnich latach jako alternatywa dla małych "technicznych" oczyszczalni ścieków, szczególnie dla jednego lub grupy budynków, pojawiły się oczyszczalnie ścieków z udziałem roślin. Technologia oczyszczalni ścieków przy użyciu roślin jest stosunkowo młoda. Pierwsza tego typu oczyszczalnia powstała w latach pięćdziesiątych w Izraelu, a w Europie pierwsze prace badawcze zostały podjęte równolegle przez Kathe Seidel z Instytutu Limnologii Maxa Planka w Plon oraz R. Kickutha z Instytutu Gleboznawstwa Uniwersytetu w Getyndze w latach sześćdziesiątych XX wieku. Więcej>> Więcej o metodach biologicznych można dowiedzieć się klikając tutaj.

http://www.chem.uw.edu.pl/people/AMyslinski/cw13/ins13.htm#Metody%20biologiczne.

Biologiczne oczyszczanie ścieków

Problematyka ściekowa

Organizmy

Substancje pokarmowe i przemiana materii

Kinetyka przemiany materii

Kinetyka układów mikrobiologicznych

Kinetyka i technika reaktora

Naturalne samooczyszczanie

Ścieki i analiza ścieków

Metoda osadu czynnego

Reaktory z utwierdzoną biomasą

Metody beztlenowe

ŚCIEKÓW OCZYSZCZANIE, usuwanie ze ścieków zawartych w nich zanieczyszczeń w celu zminimalizowania ich szkodliwego oddziaływania na odbiornik, tj. wody powierzchniowe lub grunty. Osiągnięcie maks. stopnia oczyszczania ścieków jest możliwe przez zastosowanie następujących po sobie (lub przebiegających jednocześnie) procesów fiz., chem. i biologicznych. Zespół urządzeń i obiektów służących oczyszczanie ścieków nosi nazwę oczyszczalni ścieków.

W pierwszym stopniu (etapie) oczyszczania ścieków, zw. też oczyszczaniem mech., usuwa się zanieczyszczenia nierozp.: większe ciała pływające — za pomocą krat i sit, ciężkie zawiesiny ziarniste — w piaskownikach, tłuszcze i oleje — w odtłuszczaczach, drobne zawiesiny — w osadnikach. Zespół urządzeń tego etapu nosi nazwę oczyszczalni mechanicznej.

W drugim stopniu oczyszczania ścieków miejskich oraz ścieków przem., które jako gł. zanieczyszczenie zawierają związki org., zachodzi biochem. rozkład tych związków — oczyszczanie biol. (oczyszczalnia biol.). Proces przebiega pod wpływem działania mikroorganizmów osadu czynnego w komorach napowietrzania lub rowach cyrkulacyjnych. Osad czynny stanowi zespół mikroorganizmów (biocenoza), złożony z bakterii, grzybów mikroskopowych, pierwotniaków i wrotków. Mikroflora osadu (bakterie i grzyby) rozkłada związki org. występujące w ściekach na substancje proste, m.in.: dwutlenek węgla, wodę i amoniak, który zostaje utleniony do azotanów (nitryfikacja); mikrofauna zaś, odżywiając się bakteriami i grzybami, reguluje ich ilość w biocenozie.

Trzeci stopień oczyszczania ścieków polega na usuwaniu z nich substancji nieorg. (miner.), gł. fosforanów i azotanów, wytworzonych w drugim stopniu oczyszczania ścieków (w przypadku gdy w drugim stopniu nie zachodzi pełne utlenienie amoniaku do azotanów, prowadzi się także nitryfikację). Azotany są usuwane ze ścieków w beztlenowych reaktorach ze sflokulowaną (osad czynny) lub nieruchomą (błona biol.) biocenozą. Głównym składnikiem tych biocenoz są bakterie denitryfikacyjne, które przetwarzają azotany w azot cząsteczkowy. Do usuwania ze ścieków azotanów i fosforanów stosuje się też stawy glonowe, są to płytkie zbiorniki wodne, w których eliminacja biogenów ze ścieków zachodzi w wyniku asymilacji przez glony i rośliny naczyniowe, a także w procesie denitryfikacji przez bakterie mułu dennego; jony fosforanowe są usuwane także metodami chem. przez działanie solami metali, które tworzą trudno rozp. osady fosforanów.

Końcowym etapem oczyszczania ścieków bywa czasami dezynfekcja (np. oczyszczanie ścieków ze szpitali, zrzutów przed ujęciami wody), przeprowadzana w analogiczny sposób jak dezynfekcja wody (wody uzdatnianie). Niekiedy oczyszczanie ścieków prowadzi się dalej, aż do stanu umożliwiającego ich wtórne wykorzystanie jako wody przem. — jest to tzw. czwarty stopień oczyszczania lub odnowa wody. Wykorzystuje się w nim procesy fizykochem., m.in.: koagulację, filtrację, adsorpcję, odwróconą osmozę.

Osady powstające w procesach oczyszczania ścieków poddaje się dalszej przeróbce w celu ich odwodnienia, eliminacji organizmów chorobotwórczych oraz stabilizacji (zapobieganie gniciu). Pierwszym etapem przeróbki osadów jest ich zagęszczanie (odwadnianie) przez sedymentację lub flotację; następnym stabilizacja w warunkach tlenowych — napowietrzanie, lub beztlenowych — fermentacja metanowa. Fermentację metanową prowadzi się w wydzielonych komorach fermentacyjnych (proces trwa 20-28 dni, optymalnie przebiega w temperaturze 35,5°C); ubocznym i wykorzystywanym produktem jest biogaz. Po stabilizacji osad poddaje się mech. odwadnianiu na prasach lub wirówkach albo suszy się na poletkach osadowych i wykorzystuje jako nawóz.

Ścieki przem. zawierające gł. zanieczyszczenia nieorg. są poddawane innym procesom oczyszczania; stosuje się najczęściej: sedymentację, koagulację, strącanie metodą chem., filtrację, neutralizację i in. procesy fizykochemiczne. Odsalanie wód kopalnianych przeprowadza się gł. metodą odwróconej osmozy.

Ze względu na rodzaj i ilość oczyszczanych ścieków rozróżnia się oczyszczalnie: miejskie, grupowe, osiedlowe, domowe oraz przemysłowe.

Głównym celem oczyszczania ścieków jest ochrona czystości wód powierzchniowych. Proces oczyszczania ściekow sklada się z wielu procesów jednostkowych zachodzących na różnych obiektach i w róznych urządzeniach. Do najważniejszych procesów jednostkowych zalicza się:

. sedymentację zawiesin

. sorpcję

. utlenianie chemiczne

. utlenianie biologiczne

. mineralizację substancji organicznej.

Oczyszczanie ścieków można umownie podzielic na cztery stopnie:

Oczyszczanie mechaniczne - jest to pierwszy stopień oczyszczania ścieków, który usuwa zanieczyszczenia stałe i zawiesinę. Polega na zatrzymywaniu na kratach i sitach szmat, papierów, włosów, piasku, gruzu, popiołów, a w piaskownikach i osadnikach - zawiesiny drobne oraz tłuszcze.

Oczyszczanie biologiczne stanowi drugi stopień oczyszczania ścieków i jest naśladownictwem procesów występujących w przyrodzie, prowadzących do samooczyszczenia się wód. W oczyszczalniach ścieków procesy te maksymalnie sie intensyfikuje poprzez stwozrenie optymalnych warunków rozwoju mikroorganizmów. Łatwo rozkładające się substancje organiczne (węglowodany, białka, tłuszcze) absorbowane są na żywych organizmach, a następnie przenikają do środka komórek i są utleniane w procesach enzymatycznych do dwutlenku węgla i wody. Efekt oczyszczania zależy głównie od jakości i szybkości rozwoju mikroorganizmów. Te organizmy to głównie bakterie tlenowe, pierwotniaki i inne. Rozkład substancji organicznej może zachodzić pod wpływem mikroorganizmów w warunkach tlenowych i beztlenowych.

Metody biologicznego oczyszczania ścieków można podzielić na przebiegające w warunkach naturalnych i sztucznych w urządzeniach specjalnie do tego celu zbudowanych.

Do oczyszczania ścieków warunkach naturalnych służą: pola filtracyjne oraz stawy rybne i glonowe.

Stosuje się dwa sposoby oczyszczania ścieków warunkach sztucznych: metoda złoza biologicznego i metoda osadu czynnego.

Złoża biologiczne służą do tlenowego rozkładu zanieczyszczeń organicznych zawartych w ściekach. Zasadniczym elementem złoża jest wypełnienie (kamyki lub kształtki z tworzyw sztucznych), na którego powierzchni rozwija się błona biologiczna złożona z mikroorganizmów roślinnych i zwierzęcych, głównie bakterii. Organizmy te w wyniku działalności życiowej rozkładają biochemiczne substancje organiczne, przechodzące ze ścieków kontaktujących się z powierzchnią błony biologicznej.

Metoda osadu czynnego polega na napowietrzaniu ścieków wymieszanych z osadem czynnym i następnie oddzieleniu kłaczków tego osadu od oczyszczonych ścieków. Kłaczki są zbiorowiskiem różnego rodzaju organizmów, głównie bakterii, które w wyniku działalności życiowej powodują tlenowy rozkład substancji organicznych zawartych w ściekach. Charakteryzują się one gąbczastą strukturą i dużą powierzchnią czynną zdolną do sorbowania związków organicznych znajdujących się w ściekach.

osad czynny nadmierny

Proces oczyszczania ścieków osadem czynnym prowadzi się w:

• komorze osadu czynnego - tu zachodzi napowietrzanie ścieków wymieszanych z kłaczkami osadu oraz następuje proces oczyszczania ścieków

• osadniku wtórnym - służy do oddzielania osadu czynnego od oczyszczonych ścieków

• 
  
  urządzeniu do recyrkulacji osadu czynnego z osadnika wtórnego z powrotem do komory napowietrzania.

W wyniku oczyszczania ścieków osadem czynnym następuje usunięcie ze ścieków znacznej ilości rozpuszczonych substancji organicznych, nieopadalnych zawiesin i cząstek koloidalnych.

 

Literatura

"Praca zb. pod red. S. Bieszczada i J. Soboty - "Zagrożenia, ochrona i kształtowanie środowiska przyrodniczo-rolniczego", WAR, Wrocław 1998

Z.M. Karaczun, L.G. Indeka - "Ochrona Środowiska", wyd. II, Wydawnictwo Aries, Warszawa 1999

D. Kozak, B. Chmiel, J. Niećko - "Ochrona środowiska - podręcznik do ćwiczeń terenowych, chemiczne aspekty ochrony środowiska", Wydawnictwo Uniwersytetu M.Curie-Skłodowskiej, Lublin 1999

Oczyszczanie ścieków i składowanie odpadów

         Na omawianym terenie znajdują się 4 mechaniczno-biologiczne oczyszczalnie ścieków o łącznej średnio dobowej przepustowości urządzeń Q = 837 m³/d. Są to oczyszczalnie zlokalizowane w Białowieży, Narewce, Lewkowie Starym i Hajnówce, gdzie ścieki odprowadzane są do rzeki Leśnej Prawej przepływającej przez Puszczę Białowieską.

         Sieć komunalną uzupełniają zakładowe oczyszczalnie ścieków. Są to: zakładowa oczyszczalnia ścieków Nadleśnictwa Browsk w Gruszkach, oczyszczalnie ścieków w Ośrodku Edukacji Ekologicznej Jagiellońskie Nadleśnictwa Białowieża, w Jednostce Wojskowej w Nieznanym Borze, w „Naftobazie” sp. z o. o. w Narewce i w Zapleczu Eksploatacyjnym Zbiornika Wodnego „Siemianówka” w Nowej Łuce.

         Unieszkodliwianie odpadów stałych w regionie puszczańskim odbywa się poprzez ich składowanie na 3 wysypiskach gminnych o łącznej powierzchni 13,29 ha i 11 wysypiskach wiejskich o łącznej powierzchni 7,67 ha. Ponadto odpady magazynowane są na 3 wysypiskach gminnych położonych w bezpośrednim sąsiedztwie omawianego terenu.

         Wysypiska gminne odpadów stałych zlokalizowane są w: Białowieży na powierzchni - 2,46 ha, w Hajnówce na powierzchni - 8,47 ha, w Narewce na powierzchni - 2,36 ha. Na północnych i zachodnich obrzeżach Puszczy Białowieskiej gminne wysypiska odpadów znajdują się w Dubiczach Cerkiewnych, Kleszczelach i Narwi.

         Wysypiska wiejskie, na których składowanie odpadów odbywa się w sposób niekontrolowany, znajdują się na gruntach wsi: Wojnówka - 0,40 ha, Wiluki - 0,40 ha, Werstok - 0,50 ha, Pasieczniki Małe - 0,50 ha, Policzna - 0,37 ha, Orzeszkowo - 1,00 ha, Cimochy - 1,00 ha, Rybaki - 1,30 ha, Siemianówka - 1,00 ha, Nowa Łuka - 0,70 ha, i Podlewkowie - 0,50 ha. W wielu miejscach odpady wyrzucane są w miejsca przypadkowe, najczęściej we wszelakiego rodzaju obniżenia terenu. We wsi Pogorzelce lokalne śmietnisko zlokalizowane jest w bezpośredniej bliskości rzeki Narewka, która w tym miejscu jest zachodnią granicą Rezerwatu Ścisłego BPN (Kawecka A. i inni, 1995).

Oczyszczanie biologiczne

Drugi stopień oczyszczania ścieków polega na poddaniu ich procesom mikrobiologicznego rozkadu. Oczyszczanie biologiczne jest naśladownictwem procesów występujących w przyrodzie, prowadzących do samooczyszczenia się wód. W oczyszczalniach ścieków procesy te jedynie maksymalnie się intensyfikuje dzięki stworzeniu optymalnych warunków rozwoju mikroorganizmów. Łatwo rozkadające się substancje organiczne (węglowodany, białka, tłuszcze) absorbowane są na żywych organizmach, następnie przenikają do środka komórek, gdzie utleniane śa w procesach enzymatycznych do dwutlenku węgla i wody; jednak pewna ich część wykorzystywana zostaje do syntezy nowych organizmów. Efekt oczyszczania zależy od jakości i szybkości rozwoju mikroorganizmów (ich ilości, zawartości w ściekach substancji odżywczych, temperatury, pH, zawartości tlenu w ściekach, nieobecności substancji toksycznych i innych).

Organizmy dokonujące mineralizacji to głownie bakterie tlenowe, pierwotniaki i inne. Poprzez błonę komórkową dokonują wymiany materii z otoczeniem; przez nią wydzielają również enzymy, które rozpuszczają ciała stałe i koloidy, czyniąc je dla siebie przyswajalnymi. Proces biologicznego rozkladu ścieków może zostać skutecznie zahamowany przez obecność w nich nadmiernych ilości substancji trujących (fenoli, detergentów, chloru,związków metali ciężkich i wielu innych). Do prawidłowego przebiegu tego procesu konieczne jest występowanie w ściekach związkforu oraz niektórych mikroelementów. Rozkład substancji organicznej może zachodzić pod wpływem mikroorganizmów w warunkach tlenowych i beztlenowych. Procesom rozkadu zachodzącym w warunkach tlenowych, przeprowadzanym przez organizmy tlenowe (aerobowe), towarzyszy wydzielanie dużych ilości ciepła; w procesach prowadzonych w warunkach beztlenowych przez bakterie beztlenowe (anaerobowe) ilości wydzielanego ciepła są małe.

Sciaga pl

Zasada działania oczyszczalni ścieków

Pierwszym etapem oczyszczania ścieków jest oczyszczanie mechaniczne. Podlegają jemu ciała nierozpuszczalne, czyli zanieczyszczenia zawieszone w wodzie. W oczyszczalniach mechanicznych wykorzystuje się procesy cedzenia, filtrowania, osiadania (sedymentacji) i wznoszenia (flotacji). W oczyszczalniach pierwszego stopnia usuwa się ze ścieków: większe ciała stałe, tzw. skratki; cząstki ziemiste, a przede wszystkim piasek; zawiesiny opadające, tj. osady wstępne; zawiesiny flotujące, tj. oleje i tłuszcze. W oczyszczalni pierwszego stopnia może być przeprowadzone odświeżanie ścieków, przez ich napowietrzanie w kanałach dopływowych, piaskownikach, wydzielonych częściach osadników wstępnych lub w specjalnych zbiornikach. W miarę potrzeby może być tu również wykonywane chlorowanie ścieków.
Wydzielanie ciał stałych
Do wydzielenia ze ścieków skratek służą przede wszystkim kraty i niekiedy sita. Kraty dzieli się na rzadkie, średnie i gęste oraz na oczyszczane ręcznie i oczyszczane mechanicznie. Wydzielone skratki przerabia się lub likwiduje przez kompostowanie, fermentację, spalanie lub rozdrabnianie i zawrócenie do dopływu ścieków. Mogą one być niekiedy przerabiane wspólnie z osadami ściekowymi. W przypadku niezbyt dużych ilości skratek można zastosować kraty koszowe z mechanicznym usuwaniem skratek. Do przeróbki skratek z dużych zespołów krat stosuje się rozdrabniarki wolnostojące lub zanurzone. Rozdrabniarki dzieli się na młotkowe, nożowe oraz wirowe. Sita dynamiczne znalazły praktyczne zastosowanie przy mechanicznym oczyszczaniu ścieków z ferm, fabryk celulozy i papieru oraz niektórych rodzajów ścieków z zakładu przemysłu spożywczego. Do oczyszczania niektórych ścieków przemysłowych i wydzielania części stałych z gnojownicy stosuje się sita statyczne, zwane popularnie sitami szczelinowymi albo szczelinowo - łukowymi.
Usuwanie za ścieków zawiesin opadających
Zawiesiny drobne redukuje się w procesie sedymentacji. Rozróżnia się umownie zawiesiny opadalne ziarniste oraz kłaczkowate. Zawiesiny opadalne ziarniste opadają z jednakową prędkością i mogą spowodować powstanie cementujących powłok trudnych do usunięcia. Dużo zanieczyszczeń ziarnistych, określanych umownie jako piasek, zawierają ścieki miejskie oraz wody ściekowe z zakładów przemysłu rolno spożywczego. Do grupy zawiesin ziarnistych zalicza się również żużel, koksik, cząstki węgla oraz różne nasiona. Zawiesiny ściekowe kłaczkowate charakteryzuje niejednakowa prędkość opadania. Do osadów kłaczkowatych zalicza się na przykład wodorotlenek żelazowy, osad czynny oraz bardzo drobny miał węglowy. Do usuwania ze ścieków zawiesin ziarnistych służą piaskowniki, natomiast do wydzielania zawiesin kłaczkowatych - osadniki czyli odkryte zbiorniki. Zawiesiny osadzają się w zbiornikach pod wpływem własnego ciężaru.
Odtłuszczanie ścieków
Niektóre zanieczyszczenia można wydzielić ze ścieków przez ułatwienie im wypłynięcia na powierzchnię. Stąd w postaci kożucha mogą być łatwo usunięte. Dotyczy to tych zawiesin, których ciężar właściwy jest mniejszy od wody, a więc przede wszystkim tłuszczów i olejów. Zawiesiny tego rodzaju występują w ściekach z zakładów przemysłu wełnianego, wytwórni kleju, fabryk tłuszczów spożywczych, zakładów utylizacyjnych, rzeźni i przetwórni mięsnych, przetwórni rybnych, restauracji, pralni, warsztatów samochodowych, z zakładów petrochemicznych, petrochemicznych baz i stacji przechowywania oraz rozdziału produktów naftowych. Ogólną zasadą jest dążenie do usuwania tłuszczów i olejów w miejscu powstawania ścieków. Do wydzielania tłuszczów i olejów ze ścieków stosowane są odtłuszczacze. Zasada działania tych urządzeń polega na wykorzystaniu procesu wznoszenia, tzw. flotacji. Każdy zbiornik, w którym następuje zmniejszenie prędkości przepływu ścieków, może spełnić rolę odtłuszczacza. Odtłuszczacze możemy podzielić na: urządzenia działające bez udziału czynników wspomagających, określane potocznie jako łapacze lub separatory tłuszczów i olejów oraz na odtłuszczacze napowietrzne. Odtłuszczacze mogą być budowane jako jednokomorowe i wielokomorowe, o przepływie poziomym lub pionowym. Najprostsze urządzenia jednokomorowe są z zasady wmontowywane w system kanalizacji wewnętrznej obiektu. Odtłuszczacze o przepływie poziomym instalowane są na poszczególnych działach produkcji w celu odzyskania surowca. Ścieki zawierające tłuszcze są z łapaczy oddziałowych odprowadzane oddzielną wewnątrzzakładową siecią do odtłuszczaczy wielokomorowych.
Wstępne napowietrzanie ścieków
Jest to proces pomocniczy, którego zadaniem jest przygotowanie ścieków do dalszego oczyszczania lub bezpośredniego rolniczego wykorzystania. Dzięki wstępnemu napowietrzaniu wzmaga się flokulację zawiesin, usuwanie gazu, flotację tłuszczów i innych lekkich substancji, a przede wszystkim zwiększa się w ściekach ilość tlenu. Powietrze doprowadza się od dołu komór.
Wstępne fizyko-chemiczne oczyszczanie ścieków
Istnieje dość duża grupa ścieków przemysłowych, o składzie fizyko-chemicznym nie odpowiadającym warunkom stosowania ich do nawodnień w rolnictwie. Niektóre z tych ścieków uzdatnia się stosując wstępne oczyszczanie fizyko-chemiczne. Działając substancjami chemicznymi na ścieki można uzyskać: zobojętnienie ścieków, wydzielenie ze ścieków substancji stałych, które nie mogły być usunięte przez zwykłe mechaniczne klarowanie, wydzielenie ze ścieków substancji organicznych, koloidalnych i związków rozpuszczalnych, przede wszystkim soli metali ciężkich, odkażenie ścieków, usunięcie przykrego zapachu, utlenienie substancji ściekowych. W technologii przygotowania ścieków przemysłowych do rolniczego wykorzystania jako wstępne chemiczne oczyszczanie może być zastosowana: koagulacja, zobojętnienie, sorpcja i wymiana jonowa, utlenianie środkami chemicznymi.
Koagulacja i nawapnianie ścieków
Dla wielu ścieków przemysłowych już samo zmieszanie ścieków z różnych działów produkcji o zróżnicowanym pH, prowadzić może do samorzutnej koagulacji, bez stosowania dodatkowych środków koagulacyjnych. Jako koagulanty stosuje się zwykle chlorki i siarczany żelazowe i żelazawe oraz siarczan glinu i wapno. Proces koagulacji można usprawnić stosując flokulanty. Szczególnym przypadkiem koagulacji jest nawapnianie ścieków, dające w efekcie neutralizację kwasów nieorganicznych i organicznych. W wyniku neutralizacji następuje wytrącanie nierozpuszczalnych soli wapniowych i wskutek tego zmniejszanie ładunku zanieczyszczeń. Wapnowanie prowadzi również do koagulacji koloidalnych składników ścieków, co dodatkowo zmniejsza ilość zanieczyszczeń. Do wapnowania można stosować kamień wapienny, suche sproszkowane wapno palone, mleko wapienne lub wodę wapienną. Jeżeli dopływ ścieków jest nierównomierny koagulację można wykonywać w zbiornikach wyrównawczych. W większości przypadków koagulację przeprowadza się w wydzielonych urządzeniach oczyszczalni, składających się ze zbiorników do przygotowania roztworów koagulanta i komór reakcji, wyposażonych w mieszadła.
Zobojętnianie ścieków
Kwaśne lub alkaliczne ścieki powstają w bardzo wielu procesach produkcyjnych. Niektórych ścieków przemysłowych ze względu na ich bardzo kwaśny lub zasadowy odczyn nie można bezpośrednio używać do nawodnień. Szczególnie niebezpieczne dla środowiska glebowego i uprawianych roślin są ścieki silnie alkaliczne. Zanim ustali się sposób neutralizacji ścieków, należy przeanalizować możliwość wyeliminowania szkodliwego działania tych ścieków przez odpowiednie wapnowanie nawadnianej nimi gleby. Ścieki kwaśne zobojętnia się w następujący sposób: -mieszając ścieki kwaśne z zasadowymi -neutralizując je chemikaliami - przepuszczając przez złoża zasadowe, filtry wypełnione np.CaCO3MgO lub dolomit prażony w temperaturze około 450 st. -wpuszczając je do stawów aeracyjnych z możliwością kilkudniowego przetrzymania -rozcieńczając je wodą rzeczną o odczynie lekko zasadowym lub nawet obojętnym. Ścieki przemysłowe o odczynie zbyt zasadowym mogą być uzdatniane w następujący sposób -przez przepuszczanie przez nie gazów spalinowych -przez neutralizację kwasami -przez przesączenie ich przez filtr gruntowy
Sorpcja i wymiana jonowa
Procesy sorpcyjne są wykorzystywane głównie do usuwania ze ścieków przemysłowych substancji uciążliwych albo do odzyskiwania cennych substancji. Proces sorpcji prowadzić można w warunkach statycznych oraz w warunkach dynamicznych - filtrach sorpcyjnych. Jako sorbentów używa się najczęściej popiołów lotnych, szlaki, torfu, węgla, koksu i rudy darniowej. Aby odzyskać ze ścieków substancje cenne używa się węgla aktywnego, żelu krzemionkowego, sorbentów i jonitów syntetycznych. Wymieniacze jonowe nadają się do oczyszczania ścieków z zakładów galwanotechnicznych, z rafinacji miedzi oraz wód dołowych z kopalń rudy miedzi. Trujące związki arsenu, boru, chromu, ołowiu itp. strącane są chemicznie.
Utlenianie środkami chemicznymi
Do utleniania chemicznego stosuje się głównie chlor, wapno chlorowane, podchloryny i dwutlenek chloru oraz ozon. Tylko wtedy, gdy chlorowanie stosuje się jako proces dezynfekcyjny, wykonuje się je w końcowym etapie oczyszczania ścieków. Jeżeli ścieki zawierają dużo amoniaku nie można stosować utleniana chlorem. Chlor znajduje zastosowanie w dezynfekcji. Do odkażania ścieków stosuje się chlor gazowy, wapno chlorowane lub podchloryn sodu (NaClO).
Biologiczne oczyszczanie ścieków w środowisku wodnym
Biologiczne sposoby oczyszczania ścieków polegają głównie na utlenianiu (spalaniu na mokro). Najistotniejsze znaczenie w tym procesie odgrywają bakterie tlenowe (aerobowe). Proces oczyszczania w warunkach tlenowych polega na zatrzymaniu przez powierzchnię mikroorganizmów zanieczyszczeń organicznych, rozpuszczonych lub koloidalnych, zawartych w ściekach. Mikroorganizmy te mogą występować jako skupisko w postaci błony biologicznej lub osadu czynnego. Część zatrzymanych ze ścieków zanieczyszczeń jest utleniana, w wyniku czego powstaje woda i dwutlenek węgla, pozostała część jest asymilowana i wykorzystywana do przyrostu żywej masy mikroorganizmów. Następnie część lub całość zsyntetyzowanej substancji żywej ulega autooksydacji. Biologiczne oczyszczanie ścieków odbywa się przy udziale enzymów wydzielonych przez mikroorganizmy biorące czynny udział w procesie oczyszczania. Najważniejszymi produktami procesów utleniania są bezwodniki kwasu węglowego, azotowego i siarkowego. Ponieważ ścieki zawierają dostateczną ilość związków zasadowych, bezwodniki tych kwasów wytwarzają sole rozpuszczalne: węglany, azotany i siarczany. Jedynie część dwutlenku węgla jako gaz pozostaje w roztworze lub z niego uchodzi. Podczas biologicznego oczyszczania ścieków rozkładowi ulega 45-80% zanieczyszczeń organicznych. Pozostała ilość substancji organicznych, organicznych postaci błony biologicznej ze złóż lub osadu czynnego, dostaje się do osadników wtórnych, wtórnych następnie przerabiana jest jako osad. W oczyszczalni biologicznej sztucznej w środowisku wodnym następuje nitryfikacja azotu - utlenienie N do organicznego NO3. Przy niedostatecznym zaopatrzeniu w tlen w procesie oczyszczania może nastąpić denitryfikacja, której wynikiem jest między innymi wydalanie gazowego azotu do atmosfery. Do degradacji organicznych osadów ściekowych i stężonych organicznych ścieków przemysłowych stosuje się metodę beztlenowego rozkładu biologicznego. Metoda ta, określana jest jako fermentacja anaerobowa lub metanowa. W procesie fermentacyjnym bierze tu udział bardzo różnorodna grupa drobnoustrojów, zdolnych do życia w warunkach beztlenowych.
Stawy ściekowe
Stawy ściekowe są to zbiorniki ziemne naturalne lub sztuczne, służące do oczyszczania ścieków o niedużym stężeniu łatwo rozkładających się substancji organicznych. W stawach zachodzi samooczyszczanie ścieków w wyniku zespołu procesów fizycznych i biochemicznych, przebiegających bądź pod wpływem światła i tlenu oraz przy udziale mikroorganizmów wodnych, bądź w warunkach beztlenowych.
Stawy stabilizacyjne. Utlenianie ścieków w stawach stabilizacyjnych może zachodzić w warunkach tlenowych (stawy tlenowe), w warunkach beztlenowych (stawy anaerobowe) oraz częściowo w warunkach tlenowych i częściowo beztlenowych (stawy fakultatywne). W stawach tlenowych tlen dostarczany jest głównie w wyniku fotosyntezy glonów oraz w mniejszej ilości w wyniku natleniania powierzchniowego. powierzchniowego stawach beztlenowych oraz w dolnej strefie stawów fakultatywnych mineralizacja przebiega z udziałem bakterii heterotroficznych. Jako stawy stabilizacyjne mogą być wykorzystywane naturalne zbiorniki i zagłębienia terenowe lub mogą one być budowane jako zbiorniki sztuczne, na glebach o małej wartości rolniczej.
Stawy napowietrzane. Pełne wymieszanie zawartości stawu zachodzi w stawach tlenowych, natomiast niecałkowite w stawach fakultatywnych. Dalsze zwiększenie efektów oczyszczania biologicznego uzyskuje się przez zaprojektowanie stawu sedymentacyjnego. Stawy napowietrzane są typowymi zbiornikami ziemnymi o umocnionych skarpach. Do napowietrzania stawów najlepiej nadają się urządzenia mechaniczne, w postaci wirników lub turbin. Są one umieszczane na pomostach stałych lub na pływakach.
Stawy ściekowe rybne. Oprócz oczyszczania ścieków prowadzi się w nich hodowlę ryb. Ścieki doprowadzane do stawów rybnych nie mogą zawierać związków powierzchniowo - czynnych i toksycznych oraz muszą być dokładnie mechanicznie oczyszczane. Żyzne wody ściekowe wprowadzane do stawu powodują intensywny rozwój planktonu, stanowiącego pokarm ryb. Nadmiary planktonu mogą być zużytkowane przez założenie dodatkowo hodowli kaczek. Doprowadzalniki ściekowe do stawów w miarę możliwości powinny być wyposażone w urządzenia umożliwiające napowietrzania ścieków. Dobre równomierne rozprowadzenie i natlenianie ścieków mogą dać urządzenia deszczujące. W okresie zimowym ścieki muszą być kierowane na pola filtracyjne lub do stawów stabilizacyjnych.
Złoża biologiczne
Złoże biologiczne stanowi jak gdyby stos tłuczonych kamieni, żużlu, koksu, a nawet elementów z tworzyw sztucznych, ułożony na ruszcie z cegieł lub prefabrykowanych elementów betonowych. Zasada działania złoża biologicznego jest następująca: mechanicznie oczyszczone ścieki przepuszcza się przez dobrze napowietrzoną warstwę kruszywa, stanowiącego wypełnienie złoża biologicznego. Powierzchnia wypełniacza, tj. kruszywa, pod wpływem działania ścieków pokrywa się błoną biologiczną. Procesy biochemiczne polegają na bezpośrednim, enzymatycznym utlenianiu substancji organicznej oraz syntezie komórek drobnoustrojów tworzących błonę biologiczną. Warunkiem pracy złoża biologicznego jest zapewnienie kontaktu ścieków z błoną biologiczną oraz odpowiednie napowietrzenie złoża. Złoże najczęściej napowietrza się wywołując ruch powietrza za pomocą różnic temperatur. Ścieki doprowadzane są na złoża specjalnymi urządzeniami (najczęściej zraszaczami obrotowymi). W złożach zraszanych konieczna jest każdej jesieni i wiosny regeneracja błony. Proces ten zwany jest również odbudowaniem złoża.
Osad czynny
Oczyszczanie ścieków za pomocą osadu czynnego polega na zgromadzeniu niezwykle dużej ilości drobnoustrojów w małej objętości i utrzymywania ich aktywności biologicznej przez sztuczne doprowadzanie odpowiednich ilości tlenu. Zasadniczy proces oczyszczania ścieków przeprowadza się w komorach napowietrzania. Pod wpływem napowietrzania wytwarza się tu charakterystyczny zespół drobnoustrojów - głównie bakterii i pierwotniaków - który utrzymywany w ciągłym ruchu powoduje powstanie kłaczków osadu czynnego. Kłaczki mają strukturę gąbczastą, dzięki czemu tworzą dużą powierzchnię czynną, zdolną do sorbowania związków organicznych znajdujących się w ściekach w postaci rozpuszczonej i koloidalnej. Sorbowane związki organiczne są zużywane jako pożywka, następuje przyrost liczby mikroorganizmów i wyniku procesów utleniania zwiększenie ilości związków mineralnych.
Najważniejszym elementem instalacji w oczyszczalni osadem czynnym są komory napowietrzania. W komorach tych stosowane jest napowietrzanie powierzchniowe, od dołu, lub podpowierzchniowe. Do napowietrzania powierzchniowego służą koła łopatkowe, szczotki stalowe, wirniki, mieszadła turbinowe. W komorach napowietrznych sprężonym powietrzem, powietrze jest doprowadzane za pomocą płytek perforowanych, rur perforowanych oraz dysz. Często stosowane jest napowietrzanie podpowierzchniowe za pomocą rusztu systemu Inka. W celu zmniejszenia zużycia energii sprężarki zastąpiono wentylatorami.
Uproszczone sposoby oczyszczania osadem czynnym
Uproszczone sposoby oczyszczania ścieków osadem czynnym polegają zwykle na przedłużonym czasie napowietrzania przy niskim obciążeniu ładunkiem. Dąży się w ten sposób do utlenienia obciążeń organicznych bez stosowania dodatkowych procesów przeróbki osadów. Oczyszczalnie stosujące sposoby uproszczone można podzielić na dwie grupy: -rowy biologiczne -komory o przedłużonym czasie napowietrzania. Rowy biologiczne stosowane są do oczyszczania małych ilości ścieków bytowo-gospodarczych lub przemysłowych. Oczyszczalnię tego typu stanowi jeden lub kilka rowów połączonych ze sobą, w których mieszanie, przepływ i napowietrzanie ścieków osiąga się za pomocą ustawionej w poprzek rowu szczotki Kessenera. W celu zabezpieczenia rowu przed zamarzaniem odbudowuje się szczotki oraz wmontowuje urządzenia podgrzewające wewnątrz ich obudowy. Komory przedłużonego napowietrzania różnią się od rowu biologicznego około dwukrotnie większym obciążeniem ściekami. Typowym rozwiązaniem są komory napowietrzania zespolone z osadnikiem wtórnym.
Współdziałanie oczyszczalni biologicznej z polami nawadnianymi
Ze względu na większą elastyczność do zmian obciążenia poleca się przy współdziałaniu z polami nawadnianymi stosować oczyszczanie metodą osadu czynnego. Oczyszczalnia powinna być wyposażona w kilka komór napowietrzania.

http://www.plazma.website.pl/poster2.htm !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Janosz-Rajczyk Marta
	Tytuł:	Biologiczne metody usuwania azotu z wybranych wód odpadowych
	Cena:	14 zł

Monografia nr 102, 106 s., 2004 r., 300 egz., ISBN 83-7193-258-8, ISSN 0860-5017

Oczyszczanie ścieków przemysłowych

Bartkiewicz Bronisław

---