1. Ekosystem i jego struktura: podłoże (siedlisko), producenci, konsumenci, destruenci. Ekosystem to zespół żywych organizmów tworzących biocenozę łącznie ze wszystkimi elementami środowiska nieożywionego, czyli z biotopem. Każdy naturalny ekosystem stanowi układ otwarty i funkcjonuje dzięki przepływowi energii i krążeniu materii. Energia przepływa jednokierunkowym strumieniem w układzie otwartym, materia natomiast krąży w ekosystemie w obiegu zamkniętym. Najważniejszym źródłem energii w ekosystemach jest energia słoneczna. Nie cała docierająca energia zostaje skumulowana w organizmach. Część z niej jest wykorzystywana do podstawowych procesów metabolicznych i budowy własnych struktur organizmów, ale część tracona jest bezpowrotnie w postaci ciepła. Do obiegu materii konieczna jest obecność producentów, konsumentów i reducentów, a przynajmniej producentów i reducentów. Dzięki producentom jest syntetyzowana materia organiczna. Konsumenci zjadają organizmy lub martwą materię organiczną. Destruenci (reducenci) rozkładają martwą materię organiczną i uwalniają nieorganiczne składniki pokarmowe dla producentów. Dzięki reducentom i procesom rozkładu: - zamknięty jest obieg materii w przyrodzie, wpływający na wzrost i rozwój roślin, - włączane są do obiegu składniki odżywcze, - zachodzi produkcja pokarmu dla organizmów cudzożywnych. Siedlisko - to miejsce, w którym żyje populacja danego gatunku np. gleba - stanowi oparcie mechaniczne. Producenci - czyli organizmy autotroficzne (samożywne), które są zdolne do wytwarzania materii organicznej w procesie fotosyntezy ( rośliny zielone i bakterie fotosyntetyzujące ) oraz chemosyntezy ( bakterie chemosyntetyzujące ), Konsumentów, - czyli organizmy heterotroficzne, niezdolne do wytwarzania związków organicznych z nieorganicznych, a przystosowane do pobierania gotowej materii organicznej; należą tu wszystkie zwierzęta, Reducenci (destruenci)- czyli grupa organizmów heterotroficznych, które odżywiają się martwą materią organiczną i rozkładając ją na proste związki nieorganiczne dostarczają je roślinom zielonym; należą tu głównie bakterie i niektóre grzyby. 2. Łańcuchy troficzne Łańcuchy troficzne organizmy tworzące biocenozę (rośliny , zwierzęta ) należą do różnych grup uzależnionych od siebie pod względem troficznym (pokarmowym). Takie uzależnienie od siebie grupy tworzą łańcuchy pokarmowe czyli uporządkowany ciąg organizmów z których jeden zjada drugi zanim sam nie zostanie zjedzony przez inne organizmy. Podstawą łańcuchów są producenci czyli organizmy wytwarzające na drodze fotosyntezy lub chemosyntezy ze związków mineralnych substancje organiczne w której gromadzą energie potencjalną.

Producentami są przeważnie rośliny zielone przekształcające energię świetlną w potencjalną energię chemiczną akumulowaną w związkach organicznych. Kolejnym organizmem łańcucha troficznego są konsumenci, czyli organizmy odżywiające się producentami (roślinożercy) lub innymi konsumentami (mięsożercy). Ponadto w łańcuchu troficznym występują destruenci czyli organizmy odżywiające się martwymi szczątkami lub odchodami. Destruenci rozkładają- mineralizują substancję organiczną zapewniając tym samym jej powrót z biocenozy do środowiska abiotycznego. W ekosystemach łańcuchy pokarmowe są powiązane między sobą i tworzą bardzo złożone sieci pokarmowe. W sieci pokarmowej na końcu występuje drapieżca szczytowy którego już nie zjada kolejny np. w oceanie orka. 3. Wydajność ekologiczna ekosystemu Wydajność ekologiczna ekosystemu WE określa stosunek asymilacji danego poziomu troficznego(B) do asymilacji poprzedniego(A) w łańcuchu 4. Piramida ekologiczna (piramida energii) Piramida ekologiczna - graficzne przedstawienie kolejnych członów łańcucha troficznego np. za pomocą prostokątów proporcjonalnych dla biomasy lub akumulowanej energii przez dane ogniwo (człon) łańcucha. Energia słoneczna → lucerna → cielęta → chłopiec Wydajność ekologiczna WE poszczególnych poziomów troficznych jest bardzo mała 0,24% energii słonecznej wykorzystuje lucerna 8% energii na gromadzonej w lucernie wykorzystują cielęta 0,7% energii zmagazynowanej w cielętach wykorzystuje w ciągu roku chłopiec 5. Wyjaśnij na czym polega krążenie azotu wody i węgla w przyrodzie Obieg wody w przyrodzie Pod wpływem ciepła słonecznego powierzchnia mórz i oceanów nieustannie paruje. Woda zmienia stan skupienia i masy pary wodnej mieszają się z powietrzem. Przy dostatecznie dużej wilgotności powietrza następuje skraplanie pary wodnej do postaci małych kropelek, które grupują się w widoczne skupienia - chmury. W wyniku ochładzania na niewielkich wysokościach powietrza zawierającego parę wodną powstają mgły. Chmury, niesione wiatrem przemieszczają się nad powierzchnią lądów mórz i oceanów. W określonych warunkach drobniutkie kropelki łączą się ze sobą w większe krople i opadają na ziemię jako deszcz, śnieg lub grad. Ziemia wchłania opady atmosferyczne i gromadzi je w postaci wód gruntowych. W niektórych miejscach wody gruntowe wydostają się na powierzchnię i tak powstają źródła. Z nich biorą początek strumyki, te z kolei łączą się ze sobą w większe strumienie i rzeki, które wpadają do morza lub oceanu. W ten sposób zamyka się obieg wody w przyrodzie. Proces zaczyna się od nowa. Obieg azotu w przyrodzie, cykliczna przemiana związków azotowych w biosferze (dzięki której zachowana jest równowaga między biosferą i atmosferą), polegająca na przekształceniu azotu atmosferycznego w substancje, które mogą być wykorzystane przez organizmy żywe do syntezy kwasów nukleinowych i innych związków azotowych. Jeden z cykli biogeochemicznych. W obiegu azotu można wyróżnić cztery oddzielne procesy. 1. Wiązanie azotu polega na przekształcaniu azotu cząsteczkowego N2 z atmosfery, który wraz z opadami atmosferycznymi przedostaje się do gleby i wody, tworząc jony amonowe, azotanowe(III) i azotanowe(V), w amoniak przez pewne rodzaje bakterii (gł. Azotobacter i Clostridium) i sinic (Nostoc).

2. Przyswajanie azotu w postaci azotanów(V) i amoniaku (jonów azotanowych(V) i amonowych) przez rośliny zielone następuje po wprowadzeniu ich w aminokwasy i białka roślinne. Rośliny motylkowate wykorzystują azot atmosferyczny przy współudziale bakterii nitryfikacyjnych (nitryfikatory). 3. Azot w postaci białek roślinnych wykorzystywany jest następnie przez konsumentów, czyli pobierany przez zwierzęta roślinożerne. Zwierzęta drapieżne pobierają go z białkami innych zwierząt. Po obumarciu roślin i zwierząt zawarte w nich białka są rozkładane do jonów amonowych (amonifikacja) lub utleniane w procesie nitryfikacji przez bakterie nitryfikujące do przyswajalnych przez rośliny azotanów. Taki sam proces ma miejsce w przypadku mocznika lub kwasu moczowego, wydalanych przez zwierzęta w wyniku przemiany białek. Powstałe jony amonowe są ponownie wykorzystywane przez rośliny oraz bakterie nitryfikacyjne i wracają do obiegu azotu. 4. Azotany(V) nie wykorzystane przez rośliny mogą gromadzić się w glebie (np. złoża saletry chilijskiej) albo ulec denitryfikacji, polegającej na przekształceniu przez bakterie denitryfikacyjne, w beztlenowym procesie oddychania, jonów azotanowych(V) w jony amonowe (zostające w glebie) i wolny azot, który wraca do atmosfery. Obieg węgla w przyrodzie - biologiczne, chemiczne i fizyczne procesy zachodzące na Ziemi, w wyniku których następuje ciągły cykl wymiany węgla znajdującego się w atmosferze, w wodzie, organizmach żywych ich szczątkach oraz w skorupie ziemskiej. Węgiel postaci dwutlenku węgla (CO2) jest asymilowany przez rośliny samożywne (przez rośliny zielone w procesie fotosyntezy, przez bakterie samożywne w procesie chemosyntezy) i włączany następnie w cząsteczki glukozy. Część glukozy zostaje z kolei zużyta do budowy komórek i tkanek, a część zużyta jako materiał energetyczny. Zwierzęta zjadając rośliny lub zwierzęta wykorzystują zawarty w związkach organicznych węgiel do budowy swojego ciała, a także w celach energetycznych. 6. Wyjaśnić na czym polega przepływ materii i energii w ekosystemie Ciąg zaczynający się od producenta i obejmujący kolejnych zjadających nazywa się łańcuchem pokarmowym. -schemat łańcucha pokarmowego: producent(zielenice)→ konsument 1(roślinożerca)→ konsument2(drapieżca)→ konsument3(drapieżca 2). Czyli np. leszczyna→ wiewiórka→ kuna…w końcu konsumenci i producenci stają się martwą naturą i są rozkładani przez destruentów do organicznych i nieorganicznych związków wykorzystywanych przez producentów. Każde ogniwo łańcucha pokarmowego nazywamy poziomem troficznym. Pożywienie przepływające przez kolejne poziomy troficzne konsumentów jest źródłem materii i energii. Materia jest budulcem organizmów młodych i dojrzałych. Energii świetlnej która dociera do danego ekosystemu tylko 1% przechwytują producenci i wiążą ją w substancje pokarmowe. Suma energii zmagazynowanej w określonym czasie nazywana jest produkcją pierwotną brutto (można ją wyrazić w jednostce masy lub energii. Część tej energii przeznaczona jest na procesy oddychania. Energia która zostaje w materii organicznej to produkcja pierwotna netto (jest to pokarm potencjalnie dostępny dla roślinożerców -podstawa piramidy energii). Przy przejściu z niższego poziomu troficznego na wyższy część energii zawartej w pokarmie rozprasza się. Produkcja jest tym mniejsza im wyższy jest poziom troficzny. Wydajność przyswajania energii (materii) -można przyjąć współczynnik 10.

7. Spalanie paliw a ochrona środowiska Spaliny zawierają naturalne składniki atmosfery tj O2, para wodna które są nieszkodliwe. Zawierają także szkodliwy CO2 odpowiedzialny za efekt cieplarniany oraz związki tworzące tzw pierwotne zanieczyszczenia powietrza: SO2, tlenki siarki powodujące kwaśne deszcze, CO produkt niepełnego spalania węgla, tlenki azotu, pyły, niespalone węglowodory w połączeniu z HN2 tworzą zanieczyszczenia wtórne. Starając się chronić środowisko naturalne należy spalać paliwa o małej zawartości węgla (gaz ziemny), należy stosować urządzenia o dużej sprawności, technologie mniej energochłonne, urządzenia oczyszczające spaliny, stosować odzyskiwanie ciepła. 8. Jednostki emisji substancji szkodliwych ppm (ang. parts per million) - to przyjęty na świecie sposób wyrażania stężenia bardzo rozcieńczonych roztworów związków chemicznych. Stężenie to jest pochodną ułamka molowego i określa ile cząsteczek związku chemicznego przypada na 1 milion cząsteczek roztworu. W przypadku mieszanin gazów stężenie wyrażone w ppm może być łatwo przeliczone ze stężenia molowego poprzez pomnożenie tego ostatniego przez milion. W przypadku roztworów ciekłych sytuacja się komplikuje, gdyż trzeba jeszcze wziąć pod uwagę gęstość i masę cząsteczkową rozpuszczalnika. ppb (ang. parts per billion) - to przyjęty na świecie sposób wyrażania stężenia skrajnie rozcieńczonych roztworów związków chemicznych. Stężenie to jest pochodną ułamka molowego i określa ile cząsteczek związku chemicznego przypada na 1 miliard (ang. billion - 10^9) cząsteczek rozpuszczalnika. W przypadku mieszanin gazów stężenie wyrażone w ppb może być łatwo przeliczone ze stężenia molowego poprzez pomnożenie tego ostatniego przez miliard. W przypadku roztworów ciekłych sytuacja się komplikuje, gdyż trzeba jeszcze wziąć pod uwagę gęstość i masę cząsteczkową rozpuszczalnika. Emisja substancji szkodliwych z instalacji spalających wyrażana jest w różnych jednostkach np. ppm mg/m^3 i mg/kWh jednostka ppm odnosi się w tym przypadku do objętości i oznacza jedna część objętości substancji szkodliwej na milion części objętości spalin 9. Efekt cieplarniany Efekt cieplarniany, wzrost temperatury planety spowodowany zwiększoną koncentracją dwutlenku węgla (lub innych gazów nieprzezroczystych dla podczerwonego promieniowania - tzw. gazów cieplarnianych), jeden z negatywnych skutków skażenia środowiska naturalnego. Polega na zatrzymywaniu się w atmosferze coraz większych części promieniowania podczerwonego, co prowadzi do ogrzewania się Ziemi.

Przypuszcza się, że jest to wynik zmiany zawartości gazów w powietrzu, a szczególnie gwałtownego wzrostu stężenia dwutlenku węgla. Prognozy zakładają, że jeśli tempo spalania paliw kopalnych utrzyma się, to w ciągu 40-45 lat może nastąpić nasycenie nim atmosfery, co spowodowałoby średni wzrost powierzchniowej temperatury Ziemi o ok. 1,5-4,5°C. 10. Emisja CO2, CO, tlenków siarki, tlenków azotu, węglowodorów i ich wpływ na środowisko CO2 Powstaje podczas wszelkich procesów spalania stałych, ciekłych i gazowych paliw, a także w procesie oddychania organizmów żywych. Jest naturalnym składnikiem atmosfery (320ppm) i pozostaje w stałym obiegu biogeochemicznym. Nie stanowi bezpośredniej groźby pod warunkiem, że nie nastąpi naruszenie równowagi biologiczne, spowodowanej jego nadmierną emisją do atmosfery. Rola: Naturalna izolacja termiczna Materiał do budowy substancji organicznych roślin Jest podstawowym źródłem węgla pobieranego przez rośliny zielone z powietrza wykorzystywanego w procesie fotosyntezy, gdzie jest substratem biochemicznych reakcji powstawania węglowodanów i tlenu. W wyniku asymilacji ilość dwutlenku węgla w ekosystemie utrzymuje się na stałym poziomie. Przyczyny wzrostu CO2 w atmosferze: Wycinanie lasów Zanieczyszczanie powierzchni zajmowanej przez rośliny zielone Procesy produkcyjne zwłaszcza spalanie paliw Skutki: Przyczynia się do zwiększania efektu cieplarnianego CO Powstaje w czasie niepełnego spalania, czyli gdy substancja nie może utlenić się do końca (przy niedostatecznej ilości tlenu). Nagromadzenie się CO w powietrzu jest niebezpieczne, ponieważ jest to gaz bez smaku, barwy i zapachu. Przy zatruciach pochłaniany jest przez płuca, skąd przenika do krwi i łączy się z hemoglobiną w hemoglobinę tlenkowęglową Cohb. Ponieważ powinowactwo CO do hemoglobiny jest 250-300 razy większe niż tlenu, następuje gwałtowne obniżenie zawartości oksyhemoglobiny i w konsekwencji nie dotlenienie organizmu. Po zatruciach możliwe są powikłania, nerwobóle, uszkodzenie ośrodkowego układu nerwowego, zmiany w czynnościach płuc i serca. CO usuwany jest z atmosfery w procesach samooczyszczania się atmosfery. Istotą tego mechanizmu jest utlenianie CO do CO2. Tlenki siarki Dwutlenek siarki SO2 - powstaje gł. w wyniku spalania paliw zanieczyszczonych siarką oraz w procesach hutniczych i stanowi 90% mieszaniny tlenków siarki, 10% to SO3, który z parą wodną tworzy H2SO4. W powietrzu SO2 ulega katalitycznemu lub fotochemicznemu utlenianiu do SO3 a następnie tworzy kwas siarkowy. H2SO4 jest bardzo agresywny, niszczy materiały oraz powoduje korozję , niszczy budowle poprzez reakcję z węglanem wapnia. W procesie tym powstaje gips, który ma większą obj. niż CaCO3 co jest bezpośrednią przyczyną destrukcji budowli. Jest również składnikiem kwaśnych deszczów. SO2 - bezbarwny duszący gaz, który w stężeniu 1-2 ppm jest szkodliwy dla wszystkich organizmów żywych. Najbardziej wrażliwe są rośliny oraz ludzie starsi, cierpiący na schorzenia dróg oddechowych i układu. krążenia. Rośliny reagują na niewielką ilość gazu w powietrzu obumieraniem liści i obniżoną ilością plonów.

Ma on działanie szkodliwe również na materiały, powoduje zwiększenie korozji stali i cynku, niszczy skórę i papier, osłabia wytrzymałość naturalnych włókien roślinnych. Opada na gleby i akweny powodując ich zakwaszenie ( większa gęstość od powietrza). Tlenki azotu W niewielkich ilościach nie są substancjami toksycznymi, jednak ich nadmiar tworzący się w wyniku procesów produkcyjnych (obróbka wysokotermiczna, komory paleniskowe elektrowni) oraz w silnikach spalinowych powoduje że stają się one niebezpiecznymi zanieczyszczeniami atmosfery. Szczególnie groźne są bezbarwny i bezwonny NO i brunatny o duszącej woni NO2. W konwencjonalnej instalacji spalającej paliwo powstaje prawie wyłącznie NO. Już w kotle utlenia się on w 5-10% do NO2, a pozostała jego część reaguje w atmosferze z tlenem z powietrza tworząc NO2. NO2 łatwo rozpuszcza się w wodzie, tworząc kwasy HNO2 i HNO3. Kwas azotowy jest jednym ze składników kwaśnych deszczów, uważanego za jedną z przyczyn wymierania lasów. Tlenki azotu są również bezpośrednimi prekursorami powstawania w glebie rakotwórczych i mutagennych nitrozoamin, a z węglowodorowymi skażeniami powietrza tworzą bardzo toksyczne utleniacze fotochemiczne, jakim jest azotan(V) nadtlenoacetylowy będący wtórnym zanieczyszczeniem powietrza 1000 razy bardziej trującym od NO2.. Wtórne zanieczyszczenie powietrza powstaje na skutek przekroczenia stężeń progowych zanieczyszczeń pierwotnych i pod wpływem promieniowania UV. Powstają one zwykle wtedy gdy zachodzą mechanizmy autoregulujące atmosfery tj. np. cykl fotolityczny utrzymujący na stałym poziomie stężenie ozonu i tlenków azotu. Cykl fotolityczny NO2 w powietrzu jest bardzo ważnym mechanizmem samooczyszczania się atmosfery. Zaburzenie tego cyklu może być spowodowane wysokim nasłonecznieniem i obecnością wolnych rodników organicznych powstających z niedopalonych węglowodorów. W analogicznych warunkach tworzy się smog fotochemiczny.

Węglowodory Największe znaczenie mają te które w normalnych warunkach ciśnienia o temp są gazami lub cieczami o dużej lotności, pochodzą z emisji niedopalonych paliw, pochodnych ropy naftowej, ich źródłem są też rozpuszczalniki, pestycydy i procesy zgazowania węgla. Węglowodory z tlenkami azotu tworzą utleniacze fotochemiczne jak np. wolne rodniki i azotany(V) nadtlenków organicznych. Węglowodory są jednym ze składników smogu fotochemicznego typu Los Angeles 11. Wpływ spalania energetycznego paliw na emisje CO2. CO2 pełni rolę filtru jednokierunkowego przepuszcza część energii widzialnej promieniowania krótkofalowego VIS a zatrzymuje promieniowanie IR podczerwone długofalowe. Powoduje to wzrost temp na Ziemi i dalsze jej ogrzewanie czyli efekt cieplarniany. Za efekt cieplarniany odpowiada też w 30% metan i niedobór ozonu. Emisja CO2 zależy od ilości węgla zawartego w paliwie, a dokładniej od stosunku H:C. Stosunek ten najniekorzystniejszy dla środowiska jest w węglu kamiennym 0,5:1, potem w oleju opałowym 2:1, w gazie 4:1. im większy stosunek H:C tym mniejsza emisyjność. Emisję CO2 można zmniejszyć zwiększając sprawność kotłów, lub urządzeń spalających paliwa. Im η ↑ tym emisyjność CO2 ↓. 13. Wpływ spalania energetycznego paliw na emisję tlenków azotu. NO2 powoduje obumieranie roślin, prowadzi do całkowitego zablokowania przenoszenia tlenu. Opałowy NOX powstaje w trakcie reakcji spalania azotu organicznego z O z powietrza w T>100^oC. powstaje tylko w procesie spalania gazu opałowego, węgla. Szybki NOX powstaje w płomieniu w nadmiarze O2 przy spalaniu każdego paliwa. Termiczny NOX powstaje w T>1200^oC. Im ↑ O2 i im wyższa T tym ↑ emisja tlenków azotu. Przeciwdziałanie: wstępne zmieszania O2 z paliwem w specjalnej komorze, używanie specjalnych palników o niskiej temp, max ograniczenie współczynnika dostępu powietrza. 14. Odpylanie spalin Wiele procesów energetycznych i technologicznych wymaga zastosowania wydajnej i bardzo skutecznej metody oczyszczania powstających gazów, spalin lub zapylonego powietrza. Odpylanie pyłów ze spalin może odbywać się poprzez zastosowanie następujących urządzeń: komory osadnicze, cyklony, multicyklony, filtry tkaninowe/workowe, elektrofiltry, skrubery spalin, kondensatory spalin, rozwiązania mieszane. Komory osadnicze - typowe parametry pracy to: sprawność odpylania na poziomie 40% dla cząstek o rozmiarach < 90 mikrometrów, strata ciśnienia < 20 Pa, prędkość spalin około 3 m/s. proces odpylania polega na przepuszczeniu przez komorę osadniczą spalin - dzięki jej dużej objętości prędkość spalin zmniejsza się, co pozwala na wypadnięcie ziaren pyłu ze strumienia gazu. Aby zwiększyć skuteczność - często stosowana jest zmiana kierunku przepływu.

Zalety - niezawodność, duża wydajność, niewielkie zużywanie się i mała strata ciągu; wady - komory osadnicze są duże (co wiąże się z dużymi kosztami budowy urządzenia) oraz nieskuteczne dla małych (<60 mikrometrów) zanieczyszczeń. W chwili obecnej mogą być stosowane wyłącznie w połączeniu z innymi urządzeniami odpylającymi. Cyklony (inaczej odpylacze cyklonowe) - są to urządzenia wykorzystywane do oczyszczania gazów spalinowych z cząstek stałych (pyłu) w kotłowniach średniej i dużej mocy - przemysłowych, ciepłowniach, elektrociepłowniach, hutach, itp. Urządzenia te pozwalają na skuteczne usunięcie pyłów o wymiarach przekraczających 60 mikrometrów. skuteczność odpylania (cyklonu) jest tym większa, im większa jest prędkość wlotowa spalin, a także im mniejszy promień ich zawirowania. Typowe parametry pracy cyklonów to: sprawność około 90% (dla pyłów o rozmiarze 1-100 mikrometrów), prędkość spalin - 20 m/s, strata ciśnienia około 100 Pa. Multicyklony - są cyklonami zwielokrotnionymi, stanowiącymi zespoły dużej liczby cyklonów (od kilku do kilkudziesięciu) o małej średnicy. Często w instalacjach służą do wstępnego odpylania spalin - z najgrubszych i najbardziej erozyjnych frakcji - zanim te trafią do cyklonów, kondensatorów lub filtrów workowych. Zalety cyklonów i multicyklonów - prosta, solidna budowa i niskie koszty - zarówno zakupu, jak i eksploatacji. Wady - ograniczona sprawność odpylania (zazwyczaj < 90%), duże straty ciśnienia i wrażliwość na zmianę warunków spalin (prędkość, zawartość pyłów). Filtry tkaninowe/tekstylne/workowe stają się coraz popularniejsze, jako rozwiązania pozwalające na niemal całkowite zatrzymanie cząstek stałych (sprawność może osiągać 99,9%). Filtry workowe pracują najczęściej w zakresie temperatur spalin 120-180°C (maksymalnie 250'C) i pozwalają zmniejszyć zapylenie spalin do poziomu 10-50mg/m^3. W pierwszej fazie filtrowania, po wpłynięciu zapylonych spalin do dolnej części filtra, na skutek zmiany kierunku ich przepływu wytrącane są najgrubsze frakcje pyłu, które spadają do leja zsypowego, następnie spaliny wpływają do worków tkaninowych i przenikają przez materiał filtracyjny do ich wnętrza. Worki są zazwyczaj zamknięte od strony gazu zapylonego i otwarte na wylocie oczyszczonego, a utrzymywane w stanie napięcia przez konstrukcje z prętów stalowych. W końcowej fazie odpylone spaliny przenikają przez tkaninę filtracyjną worków do ich wnętrza połączonego z wylotem spalin.

Elektrofiltry, zwane inaczej odpylaczami elektrostatycznymi, służą do oczyszczania spalin z kotłów średniej i dużej mocy. Działanie polega na nadawaniu cząstkom pyłu ładunku elektrycznego przez specjalne elektrody ulotowe (zwane również emisyjnymi), a następnie, pod wpływem sił elektrostatycznych, przesuwaniu ich do elektrod zbiorczych (osadczych), na których cząsteczki rozładowują się i osadzają. Oczyszczanie polega na strzepywaniu pyłów poprzez wstrząsanie poszczególnych rzędów elektrod w różnych odstępach czasu. Elektrofiltry są urządzeniami bardzo skutecznymi (>99,5%) już dla frakcji 0,01 mikrometra. typowe parametry pracy to: sprawność > 99%, prędkość spalin - 1 m/s, strata ciśnienia - 20 Pa. Do zalet elektrofiltrów należą: bardzo wysoka (>99%) sprawność dla każdej wielkości cząstek, niewielkie straty ciśnienia, mała wrażliwość na zmiany składu spalin, a także proste uruchomienie i eksploatacja. Wadami są wysokie koszty zakupu oraz duże rozmiary. 15. Stałe odpady paleniskowe. Spalanie węgla powoduje powstawanie - oprócz gazów - stałych produktów spalania: popiół i żużlu, zwanych odpadami paleniskowymi. Ilość tych odpadów zależy przede wszystkim od: - ilości zużytego węgla, jego jakości (zawartości popiołu); - rodzaju i konstrukcji paleniska; - skuteczności zastosowanych urządzeń odpylających (rodzaj urządzenia odpylającego ma również wpływ na skład granulometryczny popiołu). W kotłowniach posiadających instalacje odsiarczania spalin występuje dodatkowa grupa odpadów stałych z tych instalacji. Produktem mokrej instalacji jest gips, by mógł być on wykorzystany w budownictwie musi spełniać odpowiednie wymagania jakościowe, w przeciwnym wypadku jest odpadem wymagającym składowania. W przypadku stosowania technologii półsuchej odsiarczania spalin otrzymuje się oprócz odpadów paleniskowych, suchy odpad z absorbentu. Jest on mieszaniną składającą się głównie z siarczanów (niekorzystnych dla środowiska) i siarczanów wapnia oraz popiołu. Produktem suchej metody odsiarczania jest odbierany w filtrach z popiołem lotnym suchy siarczan wapnia. Popiół zawarty w węglu stanowi jego balast. Powoduje nie tylko obniżenie wartości opałowej, ale pogarsza warunki spalania i zanieczyszcza powierzchnie ogrzewalne kotła. Popiół pochodzi z samej masy węglowej oraz z warstw domieszek skalnych. Zawartość popiołu w węglu mieści się w średnich granicach 5 - 30 %. Popiół w stanie sypkim nazywany jest popiołem lotnym a w stanie stopionym - żużlem. Przy dużych prędkościach spalin popiół lotny może doprowadzić do znacznych uszkodzeń metalowych części kotła. Popiół i żużel osadzony na powierzchniach ogrzewalnych kotła utrudnia wymianę ciepła. Powstałe naloty są trudne do usunięcia. Im więcej popiołu w węglu tym szybciej zanieczyszczają się powierzchnie ogrzewalne kotła.

16. Wyjaśnić co to jest samooczyszczanie wód oraz podać jakie warunki muszą być spełnione by proces taki zaszedł. Samooczyszczanie wód to rozkład substancji pochodzenia organicznego, szkodliwych lub trujących, docierających do wód ze ścieków osadniczych i przemysłowych; zachodzi w obecności bakterii, które mineralizują martwą materię organiczną do prostych związków mineralnych. Biologiczne samooczyszczanie się wód zachodzi z różną szybkością, zależną od charakteru środowiska oraz rodzaju i wielkości zanieczyszczeń; na ogół dużo łatwiej w rzekach o szybkim prądzie lub nieregulowanych, do których tlen dopływa w znacznie większej ilości niż do wód stojących. Samooczyszczanie obejmuje kilka procesów. Procesy samooczyszczania: 1. Rozcieńczanie zanieczyszczeń wodą odbiornika i mieszanie. Rozcieńczanie zanieczyszczeń wodą odbiornika odgrywa ważną rolę przy zmniejszaniu stężenia substancji zanieczyszczających. Zjawisko to zachodzi głównie w wodach płynących. W rzece nie jest ono równomierne w całym przekroju, ponieważ zależy od mieszania, na które ma wpływ przede wszystkim prędkość przepływu, oraz cyrkulacja wody w przekroju poprzecznym. Stały przepływ i związane z tym mieszanie warstw wody zapewnia ponadto lepsze natlenienie, ewentualną dyfuzję z wody do atmosfery lotnych produktów przemiany materii (CO2, N2), oraz zapewnia lepszy kontakt substratów z komórkami mikroorganizmów. Ten ważny czynnik odróżnia wody płynące od zbiorników stojących ( jeziora lub stawy). Ruch wody w tych ostatnich wywołany jest jedynie zmianami temperatury wody i różnicami w jej ciężarze właściwym.

2. Sedymentacja zawiesin. Powoduje ona zmniejszenie zanieczyszczeń organicznych. Sedymentacja odbywa się na odcinkach i miejscach rzeki zmniejszonej prędkości przepływu wody, a więc w zbiornikach zaporowych, rozlewiskach, zatokach. Widocznym efektem sedymentacji jest spadek mętności wody. Opadanie cząstek zawieszonych w wodzie zależy od prędkości wody. 3. Adsorpcja. Polega ona na zatrzymaniu zanieczyszczeń chemicznych na granicy faz, a więc na powierzchni dna i brzegów, roślinności wodnej, konstrukcji hydrotechnicznych i na innych ciałach stałych znajdujących się w wodzie. Na powierzchniach tych mogą powstawać błonki biologiczne, w których zachodzi rozkład zanieczyszczeń, podobnie jak przy oczyszczaniu ścieków na złożach zanurzonych. Adsorpcji podlegają głównie związki organiczne. Ze związków nieorganicznych szczególnie silne właściwości adsorpcyjne wykazują niektóre metale ciężkie. Mogą one adsorbować się nie tylko na ciałach stałych zanurzonych w wodzie, ale także na cząstkach zawiesin. W wyniku adsorpcji zawartość substancji organicznych, a także częściowo związków nieorganicznych, może zmniejszyć się. Jednocześnie istnieje możliwość wtórnego zanieczyszczenia w wyniku desorpcji i przejścia substancji nagromadzonych na powierzchni do toni wodnej. 4. Biologiczne usuwanie zanieczyszczeń. Najważniejszą częścią samooczyszczania jest biologiczne usuwanie zanieczyszczeń, do którego zaliczamy: Biosorpcja Ma charakter fazy wstępnej prowadzącej do właściwego rozkładu substratu. Powierzchnia komórki jest miejscem wymiany składników dyfundujących do wnętrza komórki oraz przenikania produktów przemiany materii i pewnych enzymów ( ektoenzymów) w kierunku przeciwnym. W przeciwieństwie do adsorpcji na powierzchni ciał stałych, zatrzymanie się związków chemicznych na żywej komórce jest na ogół krótkotrwałe. Stała wymiana między treścią komórki a jej zewnętrznym środowiskiem decyduje o ciągłej regeneracji powierzchni i możliwości adsorbowania się nowych cząsteczek. Mineralizacja Polega na enzymatycznym rozkładzie związków organicznych przez drobnoustroje, wykorzystaniu energii i pierwiastków biogennych oraz wydaleniu prostych produktów mineralnych (CO2, H2O, NO3- ,PO4-, -SO4 ).Całość przemian zachodzi w warunkach tlenowych. Mineralizacja może być procesem dwuetapowym. W pierwszym etapie następuje biodegradacja, czyli rozkład związku organicznego i powstanie produktów mineralnych, w drugim - dalsze utlenienie produktów nieorganicznych. Wszystkie procesy składające się na mineralizację katalizowane są przez odpowiednie enzymy. W mineralizowaniu zanieczyszczeń organicznych biorą udział przede wszystkim bakterie, a także promieniowce, grzyby miksotroficzne glony, jak np. sinice. Mineralizacja jest procesem tlenowym. Gdy zachodzi ona intensywnie, może nastąpić poważny deficyt tlenu w odbiorniku lub nawet całkowite jego wyczerpanie.

Biokumulacja Proces pobierania z wody pewnych związków lub jonów i gromadzenia ich w komórce w coraz większych ilościach. Kumulacji podlegają związki niepodatne na rozkład biologiczny bądź jony, których komórka metabolizować nie potrafi. Do takich należą niektóre pestycydy, zwłaszcza węglowodory chlorowane i sole metali ciężkich. Gromadzą się one w różnych częściach komórki doprowadzając do niekorzystnych zmian np. wakuolizacji cytoplazmy, obniżenia aktywności enzymatycznej, wydłużania czasu generacji, zaniku chlorofilu u glonów itp. Biokumulacja jest procesem zezwalającym tylko na okresowe usunięcie z wody zanieczyszczenia i zatrzymanie go przez jakiś czas w obrębie komórki. Immobilizacja Unieruchomienie, które polega na przekształceniu nieorganicznych form pierwiastków w struktury organiczne i wbudowania ich w składniki komórkowe. Jest to zjawisko przeciwstawne mineralizacji. 5. Wymiana substancji lotnych pomiędzy wodą a atmosferą. Na samooczyszczanie ma także wpływ wymiana substancji lotnych między wodą a atmosferą. Składa się na nią uwalnianie gazowych produktów przemiany materii i ich dyfuzja do atmosfery ( CO2, N2 ,CH4 ) oraz równoważenie zawartości gazów rozpuszczalnych w wodzie, między woda a atmosferą. Szczególnie ważne znaczenie ma tu dyfuzja tlenu z powietrza, który jest niezbędny do przeprowadzenia mineralizacji oraz pokrycia zapotrzebowań oddechowych wszystkich organizmów występujących w danym zbiorniku. Dyfuzja tlenu z powietrza do wody i jego rozpuszczenie jest determinowane temperaturą wody i ciśnieniem, a ponadto pobór tego gazu jest proporcjonalny do jego deficytu, czyli różnicy pomiędzy 100 - procentowym nasyceniem wody tlenem, a jego aktualną zawartością. Przenikanie tlenu w kierunku odwrotnym - z wody do atmosfery zachodzi podczas tzw. przesycenia wody tlenem. Inne gazy, jak np. CO2 i N2 w razie powstania ich deficytów i odwrotnie mogą być oddane do atmosfery wówczas, gdy nasycenie nimi wody jest pełne a procesy rozkładowe dostarczają w dalszym ciągu tych gazów jako produktów końcowych. Metan może tylko przenikać z wody do atmosfery. Gaz ten powstaje w warunkach beztlenowych, najczęściej przy dnie zbiornika i jako gaz lżejszy od wody natychmiast się z niej ulatnia. 6. Wymiana substancji między dnem i wodą. Na skład chemiczny wody składają się procesy wymiany pewnych składników między dnem a wodą. Należy tu zaliczyć wytrącanie się pewnych soli i osadzanie na dnie zbiornika i odwrotnie, oddawanie produktów metabolizmu drobnoustroju z dna do wody. Duży wpływ na przebieg samooczyszczania mają: prędkość przepływu wody oraz rozcieńczenie zanieczyszczonych wód rzeki czystymi wodami dopływów. Warunkiem koniecznym do właściwego przebiegu procesu samooczyszczania wód jest równowaga biologiczna pomiędzy poszczególnymi grupami drobnoustrojów tlenowych, jak również równowaga fizykochemiczna, której przejawem jest obecność w wodzie wystarczającej ilości tlenu; brak substancji toksycznych; właściwy odczyn wody; odpowiednia jej temperatura .

17. Tlenowy i beztlenowy rozkład substancji organicznych. Rozkład tlenowy - następuje mineralizacja związków organicznych kosztem tlenu rozpuszczonego w wodzie, powstaje CO2, siarczany, azotany, fosforany. Rozkład beztlenowy - rozwijają się mikroorganizmy beztlenowe. Powstają takie związki jak: siarkowodór, metan, CO2. Rozmnażanie bakterii trwa tak długo, aż nastąpi całkowite zużycie substancji odżywczych. W wyniku tak zwanego głodu następuje wymieranie bakterii. Zasadnicza różnica między tlenowym (aerobowym) a beztlenowym (anaerobowym) procesem rozkładu: - proces aerobowy - następuje szybkie i intensywne namnażanie bakterii przy niewielkiej ilości produktów rozkładu - proces anaerobowy - powstawanie nowych komórek bakteryjnych jest wolniejsze, przy równocześnie znacznej ilości produktów rozkładu. 18. Metody oczyszczania ścieków (mechaniczne, biologiczne, fizyko-chemiczne). Metody mechaniczne - Oczyszczanie mechaniczne wykorzystuje proces sedymentacji ciał stałych, zawiesin łatwo lub trudno opadających oraz proces flotacji czyli gromadzenia się substancji zanieczyszczających lżejszych od wody na powierzchni ścieków. Metody mechaniczne polegają one na usunięciu grubszych zawiesin organicznych i mineralnych lub substancji nierozpuszczalnych w wodzie. Usuwa się je za pomocą krat, sit, piaskowników, tłuszczowników oraz osadników różnego typu. Kraty i sita są mechanicznymi przegrodami ustawionymi na drodze spływu ścieków. Osadzające się na nich zanieczyszczenia, zwane skratkami, usuwa się je okresowo ręcznie lub mechanicznie. Kraty zatrzymują grubsze frakcje zanieczyszczeń, sita - drobniejsze (ok. 5 mm). Piaskowniki zatrzymują cięższe zanieczyszczenia ziarniste takie jak piasek, muły węglowe itp. Ziarna tych frakcji charakteryzują się dużym stopniem twardości. Nieoddzielenie ich powodowałoby szybkie zużycie urządzeń mechanicznych takich jak pompy, zawory itp. pracujących w przepompowniach. Tłuszczowniki są to przepływowe osadniki służące do oddzielania zanieczyszczeń o gęstościach mniejszych od wody, co powoduje, że unoszą się na jej powierzchni. Tłuszczowniki mają postać basenu flotacyjnego. Ścieki przepływają przez basen ze zmniejszoną prędkością umożliwiającą wypłynięcie tłuszczu na powierzchnię cieczy. W celu ułatwienia wypływu wytwarza się w cieczy pęcherzyki powietrza, wdmuchując sprężone powietrze przez otwory w pobliżu dna tłuszczownika. Pęcherzyki powietrza unosząc się ku powierzchni porywają cząstki tłuszczu. Warstwa tłuszczów lub olejów zgarniana jest systemem przelewów lub czerpaków. Osadniki służą do usuwania ze ścieków zanieczyszczeń łatwo opadających. Oczyszczanie ścieków odbywa się w sposób ciągły z wykorzystaniem sił grawitacyjnych. W osadnikach można oddzielić cząstki stałe o średnicy ponad 0,03 mm. W wyniku oczyszczania mechanicznego można w bardzo prosty sposób wydzieli ze ścieków te zanieczyszczenia które stanowiły by utrudnienie dla procesów biologicznych jakie zachodzą w drugim stopniu oczyszczania ścieków.

Metody biologiczne - 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 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 azotanów,(warunki tlenowe); denitryfikacja (warunki beztlenowe), czyli przemiana azotanów do postaci azotu gazowego - N2 . Podstawowym celem biologicznego oczyszczania ścieków jest usunięcie ze ścieków biologicznie rozkładalnych zanieczyszczeń. Do prowadzenia procesów biologicznego rozkładu zanieczyszczeń organicznych wykorzystuje się populacje mikroorganizmów zawieszone w toni ścieków (metody osadu czynnego) lub mikroorganizmy tworzące utwierdzoną biomasę (złoża biologiczne). Zanieczyszczenia organiczne podczas przemian biochemicznych są wykorzystywane przez mikroorganizmy jako pokarm przyczyniając się do przyrostu biomasy bakteryjnej. Pozostała część rozłożonych zanieczyszczeń uwalniania jest w warunkach tlenowych jako dwutlenek węgla i woda. W przypadku procesów beztlenowych produktami gazowymi rozkładu materii organicznej jest dwutlenek węgla oraz metan).Nadmiar masy organicznej wytworzonej podczas rozkładu biologicznego zanieczyszczeń zawartych w ściekach oddzielana jest od strumienia ścieków w osadnikach wtórnych. Metody fizykochemiczne - Występowanie w wodach zużytych coraz większej liczby trudno usuwalnych lub nierozkładalnych biologicznie zanieczyszczeń pochodzenia przemysłowego tzw. substancji refrakcyjnych oraz wzrost wymagań w zakresie oczyszczania ścieków przyczyniło się do stosowania metod fizykochemicznych przy oczyszczaniu ścieków. Przy oczyszczaniu wody metoda fizykochemiczną stopień oczyszczenia wody wynosi ponad 90% Wyróżniamy sześć głównych procesów fizykochemicznych: 1.Neutralizacja -jest procesem chemicznego zobojętnienia ścieków o odczynie kwaśnym lub zasadowym .W procesie neutralizacji biorą udział aktywne jony.

Można ją prowadzić również przez wzajemne mieszanie ścieków kwaśnych i zasadowych oraz z udziałem dodawanego reagenta. Jako reagenty stosuje się: • do neutralizacji ścieków kwaśnych: NaOH w postaciach: -roztwór 20-30% -postać zawiesiny mleka wapiennego - 5-15% •do neutralizacji ścieków zasadowych HCl- w postaciach: - w postaci roztworu -w postaci czystego gazu 2.Utlenianie -może być do wykorzystane do utleniania związków organicznych, nieorganicznych oraz do dezynfekcji ścieków .Do związków organicznych zaliczamy fenole, aminy, kwasy humusowe, związki powodujące zapach i barwę, niektóre organiczne substancje toksyczne, a także glony, bakterie i wirusy. Unieszkodliwiane są również w ten sposób silnie toksyczne cyjanki Najczęściej stosowanymi środkami utleniającymi są chlor i ozon. 3.Redukcja chromu  Istnieją dwie podstawowe metody usuwania chromu: -Redukcja chemiczna i elektrolityczna- występuje w środowisku kwaśnym -Strącanie trudno rozpuszczalnego chromianu. 4.Wymiana jonowa Jest to proces powszechnie stosowanym w technologii wody przy uzdatnianiu wód w obiegach kotłowych i chłodniczych. Przebiega on z udziałem specjalnych substancji jonowymiennych znajdujące się w roztworze wodnym. 5.Ekstrakcja . Metoda ta oparta jest na rozdziale substancji zanieczyszczającej na dwie ciecze wzajemnie nie rozpuszczające się. W technologii ścieków ekstrakcja jest stosowana głównie do oddzielania i odzyskiwania fenoli ze ścieków przemysłowych. Jako ekstrahenty stosowane są różne rozpuszczalniki organiczne takie jak: benzen, chlorobenzen, octan butylu, czterochlorek węgla, eter etylowy. 19. Wyjaśnić zasadę oczyszczania ścieków metodą osadu czynnego podać rozwiązanie techniczne w przemyśle, schemat. Oczyszczanie ścieków metodą osadu czynnego (metoda biologiczna) jest to proces podobny do tego, jaki zachodzi w rzekach podczas ich samooczyszczania lecz przebiega on bardziej intensywnie, ponieważ w niewielkiej obfitości jest wprowadzana olbrzymia ilość drobnoustrojów ( osad czynny). Oczyszczanie ścieków za pomocą osadu czynnego polega na wytworzeniu w objętości ścieków kłaczków o wymiarze 50 - 100 μm o bardzo silnie rozwiniętej powierzchni. Kłaczki zbudowane są z mineralnego jądra koloru brązowego lub beżowego, a na powierzchni w śluzowej otoczce zawierają liczne bakterie i przetrwalniki. 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. Proces ten może być również stosowany do usuwania ze ścieków amoniaku, siarkowodoru i innych gazów w nich rozpuszczonych. 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. 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. 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. Oczyszczanie ścieków tą metodą daje wysoki stopień oczyszczenia nawet ponad 90%. 20. Napowietrzanie ścieków. Rola napowietrzania Zapewnienie ciągłego dostarczania tlenu do oczyszczanych ścieków Utrzymani warunków tlenowych Mieszanie ścieków Utrzymanie kłaczków osadu czynnego w stanie zawieszonym Prowadzą napowietrzanie musimy pamiętać z jednej strony by napowietrzanie było intensywne z drugiej strony są koszty szuka się skutecznych sposobów ale tańszych Musimy pamiętać również ze im większe pęcherzyki powietrza tym napowietrzanie jest mniejsze i wykorzystanie powietrza gorsze . Przy standardowym napowietrzaniu wgłębnym wykorzystanie tlenu wynosi Drobno pęcherzykowe 11% Średnio pęcherzykowe 6,5% Grubo pęcherzykowe 5,5% 21. Oczyszczanie ścieków z wykorzystaniem modułów membranowych. Jest to jedna z metod oczyszczania, polegająca na zblokowaniu modułów ultrafiltracyjnych z reaktorem biologicznyczm osadu czynnego. 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 powiązaniu z technikami odwróconej osmozy ze ścieków daje się usuwać również sole mineralne.

Zalety takich oczyszczalni umożliwienie oddzielenie całej biomasy od oczyszczanych ścieków pozwalając na znaczne zwiększenie stężenia osadu czynnego; zatrzymanie na membranach całej biomasy umożliwia rozwój wolno rozmnażających się bakterii które w układach klasycznych ulegają wymywaniu. 22. Wyjaśnij na czym polega oczyszczanie ścieków z wykorzystaniem złóż biologicznych W złożach biologicznych następuje utlenianie zanieczyszczeń tlenu powietrza z wykorzystaniem drobnoustrojów, tworzących na warstwach złoża błonę mikrobiologiczną. Mikroorganizmy te żywią się organicznymi związkami zawartymi w ściekach. Ważnym elementem jest wypełnienie- kamienie, koks. Porowata struktura na której może rosnąć błona biologiczna. Spłukiwanie, zraszanie ściekami, przepływ współ lub przeciw w zależności od różnicy ciśnień. Obecnie w eksploatacji są 3 typy: zraszane, wieżowe i spłukiwane. Kilka złóż może pracować szeregowo lub równolegle. Proces bardzo intensywny. 23. Eutrofizacja i jej skutki. Eutrofizacja to proces wzbogacania zbiorników wodnych w substancje pokarmowe. Jest to wzrost trofii czyli żywności wód. Dotyczy także ścieków. Eutrofizacja jako proces naturalny dość mocno została przyspieszona przez działania człowieka, takie jak: zrzuty ścieków przemysłowych i komunalnych oraz w wyniku intensyfikacji rolnictwa. SKUTKI: - masowy rozwój organizmów fitoplanktonowych powodujących w powierzchniowej warstwie wody tzw. zakwity i zmniejszających przeźroczystość tej wody - ustępowanie roślinności zanurzonej z powodu pogarszających się warunków świetlnych w strefie przybrzeżnej - litoral - wyczerpanie zasobów tlenu w warstwie przydennej i osadach dennych, co prowadzi do zaniku fauny głębinowej w tym także gatunków reliktowych. Także tarło niektórych gatunków np. łososi nie dochodzi z tego powodu do skutku - występowanie siarkowodoru, który podczas całkowitego braku tlenu może przechodzić i do warstw powierzchniowych wody i ulatniać się do atmosfery i zatruwać ją 24 Wyjaśnij na czym polega biologiczne usuwani azotu ze ścieków Wszystkie sposoby usuwania azotu ze ścieków są kombinacją dwóch odrębnych procesów nitryfikacji denitryfikacji Nitryfikacja jest to biologiczne utlenianie amoniaku oraz soli amonowych do azotów .Podstawowa rolą w biologicznej nitryfikacji odgrywają bakterie z rodzaju Nitrosomos Nitrobacter są to bezwzględnie tlenowe bakterie autotroficzne zdobywając energię z utleniania amoniaku Proces nitryfikacji składa się z dwóch etapów W pierwszym jon amonowy NH 4^+ jest utleniany (amonifikacja) do jonu azotowego głównie przez bakterie Nitrosomos NH4^+ + 1,5O2 →NO2^- +2H^++H2O W drugim jon amonowy jest utleniany do jonu azotowego przez bakterie Nitrobacter Denitryfikacja jest to reakcja utlenionych związków azotu przez bakterii fakultatywne do produktów końcowych którymi mogą być azot cząsteczkowy lub tlenki azotu Przebieg w warunkach beztlenowych ale w obecności azotu V i azotu III jako związków akceptorów elektronów oddychanie azotowe Warunki atoksyczne niedotlenienie warunki w których nie ma zewnętrznych akceptorów tlenowych

25. Wyjaśnić, na czym polega biologiczne usuwanie fosforu ze ścieków (schemat). Fosfor zawarty w ściekach - głównie w postaci ortofosforanów i fosforu organicznego. Powoduje eutrofizację wód - musi być usuwany. Defosfatacja - wykorzystanie zjawiska nadmiernej akumulacji fosforanów w specjalnych warunkach przez określone szczepy bakterii z rodzaju Acinetobacterium. Wzbogacanie biocenozy w te bakterie i inne zdolne do akumulacji polifosforanów to okresowe wytwarzanie środowiska beztlenowego a następnie warunków tlenowych. Usuwanie następuje w dwóch strefach bioreaktora: - beztlenowej - przy dużej obfitości składników odżywczych bakterie fosforowe zużywają część nagromadzonych wcześniej polifosforanów jako źródło energii do wchłaniania łatwo rozkładanych substratów. Dochodzi przy tym do zwrotnego wydzielania fosforu do otoczenia. - tlenowej - mikroorganizmy magazynują polifosforany ze zwiększoną intensywnością, w ilości przewyższającej pierwotnie ich rozpuszczone formy. 26 Osady ściekowe, ich obróbka i zagospodarowanie Osady ściekowe powstają w oczyszczalniach w procesie oczyszczania ścieków bytowo-gospodarczych i bytowo-przemysłowych. Stanowią one różnorodną mieszaninę mikroorganizmów żywych i martwych oraz składników organicznych i mineralnych. Składniki organiczne stanowić mogą nawet 50% masy odwodnionych osadów. Zasadniczo są to węglowodany, białka i tłuszcze. Osady ściekowe są płynnym konglomeratem, który podlega procesom rozkładu i humifikacji zanim stanie się ustabilizowaną substancją organiczną. Osady ściekowe posiadają duża wartość próchnico twórczą, o czym świadczyć może wysoka zawartość węgla wahająca się od 20 do 40% w s.m. Osady nie stabilizowane zawierają od 75 do 85%, a stabilizowane od 30 do 50% substancji organicznej w przeliczeniu na suchą masę. Zawartość substancji organicznej w osadzie jest bardzo ważnym wskaźnikiem wartości tego odpadu jako nawozu poprawiającego strukturę gleby przy jego rolniczym wykorzystaniu. Charakteryzują się znaczną zawartością makroskładników. W porównaniu z innymi nawozami organicznymi (obornik, gnojówka) zawierają znacznie więcej azotu i fosforu, natomiast zawartość potasu jest mniejsza. W przypadku wykorzystania osadów ściekowych na cele rolnicze istnieje szereg wymagań, które zarówno teren rolniczy jak i wykorzystywany osad muszą spełniać. Aby osady mogły być zakwalifikowane do użytku rolniczego, nie mogą mieć charakteru odpadu niebezpiecznego. Osady ściekowe pomimo dużych ilości makroskładników oraz substancji organicznej mogą jednocześnie wskazywać toksyczne zawartości składników szkodliwych np. metali ciężkich : ołów, kadm, arsen, rtęć, chrom, miedź, nikiel, cynk i platyna, jak też mogą występować również w nich organizmy chorobotwórcze i wówczas nie można ich polecić do wykorzystania w stanie surowym. Warunkiem stosowania osadów do wymienionych celów jest ich stabilizacja oraz przygotowanie poprzez obróbkę biologiczną, chemiczną, termiczną lub inne procesy tak, aby wyeliminować zagrożenie dla środowiska lub zdrowia ludzi. Podobne, ściśle określone wymagania stawiane są osadom stosowanym do rekultywacji terenu lub innych celów przyrodniczych. Stosuje się: Kompostowanie Termiczne suszenie Spalanie Pasteryzację Dezynfekcję chlorem i wapnem

27. Beztlenowe oczyszczanie ścieków. Ten typ oczyszczania ścieków stosuje się m. innymi w przemyśle spożywczym i browarniczym. Proces prowadzi się w beztlenowym reaktorze z pełnym wymieszaniem. W wyniku fermentacji z udziałem bakterii metanowych następuje stabilizacja związków organicznych, czemu towarzyszy wydzielenie się gazu fermentacyjnego zawierającego głównie metan i dwutlenek węgla. Biologiczny rozkład zachodzi w 3 etapach: - hydroliza- przekształcenie materii organicznych na związki przyswajalne przez mikroorganizmy - faza kwaśna- przekształcenie produktów hydrolizy na związki proste - faza metanowa- rozkład związków prostych na produkty końcowe głownie metan i dwutlenek węgla Ścieki są w reaktorze ok.12 godz. Beztlenowe oczyszczanie ścieków można prowadzić w reaktorach: z osadem zawieszonym, w układach beztlenowego osadu czynnego, w beztlenowych złożach biologicznych i w przykrytych lagunach Zalety: - nie wymaga kosztownego napowietrzania - jedynie 2 - 6% usuwanego ładunku zanieczyszczeń przekształca się w osad nadmierny. 28. Wyjaśnij pojęcia: BZT, BZT5, CHZT, RLM BZT- biologiczne zapotrzebowanie tlenu. Jest to umowny wskaźnik określający ilość tlenu wymaganą do utleniania związków organicznych przez mikroorganizmy. Wartość tę uzyskuje się w wyniku pomiarów zużycia tlenu przez badana próbkę wody lub ścieków w ciągu 5 lub 20 dni. Jest to wskaźnik czystości wody i jakości oczyszczanych ścieków. Im wyższy tym większe zanieczyszczenie. BZT5 - umowny wskaźnik określający ilość tlenu wymaganą do utlenienia związków organicznych przez mikroorganizmy uzyskany podczas pomiarów w ciągu 5 dni w temp 20°C np. dla serwatki wynosi 50 000 CHZT - chemiczne zapotrzebowanie tlenu. Jest to umowne pojęcie oznaczające ilość tlenu ( mg/dm^3 ) pobranego z utleniaczy ( np. dichromiany ) na utlenianie związków organicznych i niektórych nieorganicznych na najwyższy stopień utlenienia. Jest to miara zanieczyszczeń w wodzie i ściekach. RLM - równoważna liczba mieszkańców- umowny parametr określający wielkość urządzeń do oczyszczania ścieków. Opiera się na założeniu, że każda osoba produkuje 160 dm^3 ścieków na dobę. Zakład mleczarski z produkcji sera w przeliczeniu na 1000 dm^3mleka 50-200

Zagospodarowanie i wykorzystanie odpadów paleniskowych. Powstawanie popiołów i żużlu jest nieuniknioną konsekwencją produkowania energii elektrycznej w elektrowniach konwencjonalnych opalanych węglem. Olbrzymie ilości tych odpadów dotychczas były gromadzone na składowiskach, które zajmują ogromne wyłączone z rolniczego i leśnego użytkowania obszary Istnieje więc konieczność rekultywacji składowisk lub też szukania lokalnego zastosowania dla tego typu odpadów. Obecnie znane są sposoby rozwiązań tego problemu. Odpady przed wykorzystaniem muszą być przebadane pod kątem oddziaływania na środowisko przyrodnicze, m.in.: możliwość przenikania do środowiska wodnego substancji zawartych w odpadach; skład chemiczny; promieniotwórczość naturalna; oddziaływanie na gleby i roślinność; właściwości fizyko-mechaniczne. Sposoby wykorzystania odpadów paleniskowych: przy produkcji materiałów budowlanych oraz jako zasypka w konstrukcjach z betonu zbrojonego; do budowy i utwardzania dróg oraz budowy nasypów komunikacyjnych; przy zabiegach rekultywacyjnych w obrębie składowisk odpadów komunalnych i przemysłowych (izolacja, zabezpieczenie); przy rekultywacji terenów pogórniczych - wypełnianie pustek poeksploatacyjnych w podziemiach kopalń; utworzenie złóż antropogenicznych, możliwych do eksploatacji w przyszłości jako ewentualne złoża surowca. Z powyżej wymienionych przykładów wykorzystania odpadów paleniskowych wynika konieczność traktowania ich jako surowca mimo, że istniejące w chwili obecnej w Polsce przepisy prawne w sposób jednoznaczny zaliczają je do odpadów. W wielu przypadkach to nie odpad winić należy za zanieczyszczanie środowiska, lecz ludzi, którzy w niewłaściwy sposób ten odpad wykorzystują, bez zachowania choćby minimalnych zasad i wymagań technicznych. Kraje importujące węgiel (Dania, Finlandia, Holandia) wykorzystują popioły prawie w 100%, jako substytut piasków i żwirów do budowy dróg, nawierzchni, parkingów, nasypów konstrukcyjnych, do podłoży pod rurociągi oraz wypełnienia wyrobisk.

---