1. Flotacja.

FLOTACJA - jest metodą rozdziału faz, która polega na wynoszeniu zanieczyszczeń ze ścieków do warstwy powierzchniowej, za pomocą pęcherzyków powietrza. W przeciwieństwie do sedymentacji, w procesie flotacji możliwe jest, przy zastosowaniu powietrza, usuwanie cząstek o większym bądź mniejszym ciężarze niż woda.

Flotacja ciśnieniowa (DAF) znalazła szerokie zastosowanie w metodach oczyszczania ścieków, podatnych na proces koagulacji lub zawierających tłuszcze, zawiesiny czy wysoki ładunek ChZT.

Najczęściej stosowana jest do oczyszczania ścieków pochodzących z przemysłu:

• mięsnego,

• rybnego,

• mleczarskiego,

• spożywczego,

• celulozowo-papierniczego,

• kosmetycznego,

• rafineryjnego,

• wytwarzającego zaolejone ścieki.

Układy flotacyjne znalazły również zastosowanie do:

• odwadniania i zagęszczania osadu czynnego,

• usuwania ze ścieków metali ciężkich,

• wzbogacania i oczyszczania kopalin,

• prowadzenia odzysku surowców (np. tłuszcze).

2. Fazy koagulacji.

Koagulacja to proces polegający na łączeniu się cząstek fazy rozproszonej koloidu w większe agregaty tworzące fazę ciągłą o nieregularnej strukturze. Istnieje koagulacja odwracalna i nieodwracalna, a także spontaniczna i wymuszona. W wyniku koagulacji może następować zjawisko żelowania, tworzenia się past i materiałów stałych, sedymentacji lub pokrywania powierzchni mieszaniny warstwą fazy rozproszonej.

Typowe struktury koagulacyjne to dyspersje polimerów, niektóre rodzaje farb, tworzywa sztuczne, oraz produkty koagulacji białek, takie jak np: jogurt. Koagulacja białka występuje na skutek zniszczenia jego trzeciorzędowej struktury, prowadzącego do łączenia się rozpuszczalnych w wodzie białek w nierozpuszczalne strzępki i całkowitej utraty ich aktywności biologicznej. Koagulacja białek może następować pod wpływem temperatury lub czynników chemicznych. W procesie oczyszczania ścieków za pomocą koagulacji uzyskiwany jest dość znaczny efekt np. redukcja BZT5 może osiągnąć 85%, a zawiesin do 90%. Z tego względu koagulację określa się jako pośredni stopień między oczyszczaniem mechanicznym a biologicznym. Ujemną stroną tego procesu jest powstawanie dużej ilości osadów, głównie o charakterze nieorganicznym. Koagulacja stosowana jest najczęściej do oczyszczania ścieków przemysłu włókienniczego, garbarskiego, chemicznego i innych, niekiedy jako proces wstępny przed oczyszczaniem biologicznym.

3. Trzy przykłady zanieczyszczeń refrakcyjnych.

Zanieczyszczenia refrakcyjne - zanieczyszczenia chemiczne, które nie podlegają bądź podlegają jedynie w minimalnym stopniu rozkładowi biologicznemu za pośrednictwem mikroorganizmów. Zanieczyszczenia te są w niewielkim stopniu usuwane ze ścieków w klasycznych procesach oczyszczania w oczyszczalniach komunalnych. Do tego typu zanieczyszczeń zaliczamy między innymi:

•substancje mineralne takie jak metale ciężkie, •niektóre substancje powierzchniowo czynne (np.: alkilobenzenosulfonian ABS), •środki owadobójcze (insektycydy) głównie z grupy związków chloroorganicznych (np.: DDT).

Szczególną grupę zanieczyszczeń chemicznych refrakcyjnych stanowią związki toksyczne to jest pierwiastki, związki chemiczne, substancje, a także czynniki fizyczne wywołujące w organizmach roślinnych, zwierzęcych i u człowieka zaburzenia fizjologiczne, uszkodzenia, a przy odpowiednio wysokich dawkach śmierć. Do groźnych trucizn zaliczamy między innymi:

•metale ciężkie (np.: ołów, kadm, rtęć, cynk, chrom), •pestycydy, •wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (np.: benzopiren), •aminy aromatyczne (np.: aminonaftalen, aminostilben), •nitrozoaminy (np.: nitrozodimetyloamina - NDMA), •polichlorowane dwufenyle (PCB), •dioksyny •trójchlorometany (np. chloroform), •substancje promieniotwórcze.

Wymienione powyżej zanieczyszczenia toksyczne mają co najmniej jedną z następujących właściwości: działanie rakotwórcze, działanie mutagenne (wywołujące zmiany dziedziczne - mutacje prowadzące do kalectwa), działanie teratogenne (prowadzące do zaburzeń w rozwoju embrionalnym człowieka lub zwierząt wywołujące w efekcie kalectwo), zdolność do bioakumulacji w łańcuchu pokarmowym zwierząt i ludzi. Większość zanieczyszczeń toksycznych posiada również cechy refrakcyjne, przez co nie są one usuwane ze ścieków w procesach oczyszczania w oczyszczalniach miejskich i przedostają się do wód powierzchniowych. Mogą one także zahamować procesy biologicznego oczyszczania ścieków. Niektóre z tych zanieczyszczeń zachowują cechy groźnych trucizn nawet wówczas gdy ich ilość w wodach powierzchniowych jest śladowa (np. niektóre dioksyny) rzędu setnych i tysięcznych części mg/l (mikrozanieczyszczenia). Dzieje się tak dzięki zdolności do kumulowania się tych zanieczyszczeń w organizmach. Możliwość wyeliminowania lub znacznego ograniczenia zawartości tych zanieczyszczeń w dopływie do oczyszczalni wynika z przestrzegania warunków doprowadzania ścieków przemysłowych do miejskiej sieci kanalizacyjnej. Warunki te określają konieczność i zakres podczyszczania ścieków przemysłowych, w szczególności wówczas gdy zawierają one metale ciężkie i inne substancje toksyczne, wolne kwasy i zasady, oleje i tłuszcze, odpływy ze szpitali zakaźnych i substancje wybuchowe, łatwopalne czy radioaktywne.

4. Nanofiltracja.

Nanofiltracja - proces membranowy, w którym dochodzi do zatrzymywania zanieczyszczeń o masie molowej powyżej 200 g/mol. Nazwa nanofiltracji pochodzi od wielkości tych cząstek - posiadają one wymiary 1 nm.

W odróżnieniu od membrany do odwróconej osmozy, membrana nanofiltracyjna posiada zdolność przepuszczania jonów, ale charakteryzuje się pewną jonoselktywnością. Łatwość przechodzenia przez membranę, uzależniona jest od wartościowości jonu. Jony jednowartościowe przechodzą w granicach od 30 do 60%, natomiast jony dwuwartościowe: od 5 do 15%.

Dodatkowo, ponieważ jony jednowartościowe wpływają na ciśnienie osmotyczne, w trakcie ich przechodzenia prze membranę, zmniejsza się ciśnienie osmotyczne, jakie należy pokonać, dlatego zmniejsza się zapotrzebowanie na energię.

W procesach nanofiltracji uzyskujemy częściowe odsolenie wody ze znaczną redukcją twardości, usunięcie związków organicznych. Jest ona polecana do uzdatniania wody o wysokiej twardości przy jednoczesnym wysokim stężeniu siarczanów.

5. Koalescencja.

Koalescencja proces, w którym dwie lub więcej cząstek łączy się ze sobą, tworząc pojedynczą cząstkę.

Koalescencja zachodzi w układach koloidalnych (np. pianach i emulsjach). Polega wówczas na łączeniu się cząstek fazy rozproszonej (kropli cieczy lub pęcherzyków gazu) w większe, zmniejszając stopień dyspersji układu, i w konsekwencji prowadzi do rozbicia emulsji na odrębne fazy lub opadnięcia piany.

Proces koalescencji, zachodzący w chmurach, prowadzi do powstawania kropli deszczowych.

6. II faza oczyszczania.

Większość ścieków bytowo-gospodarczych zawiera zanieczyszczenia organiczne, rozkładane na drodze biologicznej. Zanieczyszczenia służą mikroorganizmom jako pokarm, pozwalający na dalsze namnażanie się i budowanie komórek. W wyniku tych procesów, dochodzi do utleniania związków organicznych do prostych związków mineralnych. Podstawa miary efektywności procesu jest usuwanie zanieczyszczeń organicznych, wyrażane ubytkiem wartości BZT5.

Wyróżniamy:

• niepełne biologiczne oczyszczanie ścieków, gdzie obniżenie BZT5 nie przekracza 85%; stężenie BZT5 w ściekach oczyszczonych może być >= 40gO₂/m³

• pełne biologiczne oczyszczanie ścieków, gdzie efektywność procesu: 90-95%, a BZT5 ścieków oczyszczonych jest =<25gO₂/m³

Dodatkowo w trakcie II stopnia oczyszczania ścieków rozpoczyna się proces usuwania zanieczyszczeń biogennych (związków azotu i fosforu).

Proces biologicznego oczyszczania ścieków prowadzony jest w dwóch typach reaktorów:

a) reaktory, z mikroorganizmami osiadłymi; zaliczamy do nich wszystkie złoża biologiczne, pracujące w warunkach tlenowych lub beztlenowych; na terenie Polski, ten sposób oczyszczania ścieków stosowany jest raczej na terenie oczyszczalni mniejszych

b) reaktory biologiczne z organizmami wolno pływającymi; są to różnego typu komory osadu czynnego, pracujący w warunkach tlenowych lub przemiennych; dominuje obecnie na terenach dużych oczyszczalni.

W wyniku biologicznego oczyszczania ścieków, dochodzi do wytworzenia produktu ubocznego → osady biologiczne w postaci osadu czynnego nadmiernego lub obumarłej błony biologicznej. Osady te wydzielane są w osadnikach wtórnych, lokalizowanych po reaktorach biologicznych.

Ścieki, które nie podlegają biodegradacji, w ramach II stopnia oczyszczania ścieków, usuwane są na drodze chemicznej. Stosuje się tu procesy: strącania chemicznego, utleniania oraz klarowania ścieków.

Zastosowanie odczynników chemicznych, prowadzi do usunięcia niepożądanych zanieczyszczeń, ale jednocześnie może spowodować zasolenie ścieków oraz dodatkowo powstają dość duże ilości osadów chemicznych, które dalej należy zagospodarować. Oczyszczanie ścieków na drodze chemicznej, dotyczy częściej ścieków przemysłowych niż ścieków miejskich.

7. Filtracja (procesy podczas niej).

Podczas filtrowania wody przepływa ona przez materiał filtracyjny w określonym kierunku i z określoną prędkością. Za przepływ wody przez złoże odpowiada nadciśnienie wytworzone nad złożem filtracyjnym. W przypadku filtrów otwartych nadciśnienie to zapewnia warstwa cieczy zatrzymana nad złożem filtracyjnym i wysokość tej warstwy cieczy zwiększa się wraz z kolmatacją złoża. W przypadku filtrów zamkniętych funkcje wytworzenia nadciśnienia przejmują pompy. Za efektywność procesu filtracji odpowiadają także procesy towarzyszące, do których zaliczamy procesy: cedzenia, sedymentacji i dyfuzji, które decydują o transporcie cząsteczki na materiał filtracyjny. Dodatkowo obserwujemy strefowość występowania procesów wspomagających filtrację.

Jeżeli chodzi o filtrację mechaniczną to przyjmuje się, że odbywa się ona w górnych warstwach złoża filtracyjnego i jest to warstwa około 5 cm, w której odbywa się zatrzymywanie 90% zanieczyszczeń zawartych w uzdatnionej wodzie. W pozostałych częściach złoża zachodzą procesy adsorpcji, katalizy, wymiany jonowej oraz procesy biochemiczne.

Jeżeli chodzi o procesy adsorpcji, katalizy i wymiany jonowej to zachodzą one w całej objętości złoża. Uzależnione są od charakterystyki zastosowanego materiału filtracyjnego, filtracyjnego wykorzystujemy je w procesach odżelaziania, odmanganiania i zmiękczania wody. Natomiast procesy biochemiczne mogą zachodzić w górnych częściach złoża i tutaj dominują procesy tlenowe wykorzystywane np. przy procesie nitryfikacji wody, w warstwach głębszych będziemy obserwować procesy beztlenowe wykorzystywane np. przy procesie denitryfikacji wody.

Procesy adsorpcji, katalizy oraz procesy biochemiczne mogą pojawiać się w złożu filtracyjnym po pewnym okresie wpracowania (wytworzenie warstw aktywnych na ziarnach materiału filtracyjnego lub namnażanie mikroorganizmów odpowiedzialnych za procesy biochemiczne). Jeżeli chodzi o materiał filtracyjny to powinien być on odporny na działanie mechaniczne i chemiczne (nie powinien zmieniać struktury).

W procesie filtracji wykorzystujemy piasek, żwir, węgiel aktywny granulowany, a w złożach przeznaczonych do filtracji specjalnych pokruszony marmur lub dolomit. Zasada ułożenia złoża filtracyjnego jest następująca albo mamy złoże jednolite albo mamy złoże warstwowe. Jeżeli chodzi o złoża warstwowe to zasada jest taka, że wielkość ziaren materiału filtracyjnego powinna być dwa razy większa od uziarnienia warstwy poprzedzającej. Zapewnia nam to samoistne rozdzielenie poszczególnych warstw materiału filtracyjnego po procesie płukania. Proces filtracji jest procesem cyklicznym i cykl pracy filtra to czas filtracji pomiędzy dwoma kolejnymi płukaniami.

Czas filtracji zależy od:

- zastosowanego uziarnienia

- prędkości filtracji

- od stopnia zanieczyszczenia uzdatnionej wody

Przeciętna długość procesu filtracji przyjmowana jest jako 24 godziny. Nie powinna być krótsza niż 8 godzin. Momentem zakończenia filtracji to jest osiągnięcie dopuszczalnych strat ciśnienia lub pogorszenie jakości filtratu ponad wartości wymagane.

Proces płukania może być prowadzony sama wodą, wykorzystujemy wodę uzdatnioną. Proces płukania odbywa się zawsze w przeciwprądzie. W celu zwiększenia efektywności procesu płukania można go przeprowadzić za pomocą wody uzdatnionej i powietrza. Powietrze wprowadzone w złoże powoduje naruszenie struktury złoża, co prowadzi do zwiększonego odrywania zanieczyszczeń zatrzymywanych na ziarnach materiału filtracyjnego.

Podsumowując proces filtracji zapewnia nam usunięcie z uzdatnionej wody barwy i mętności wody. Przyczynia się także do poprawy smaku wody oraz obniżenia jej utlenialności.

8. Strącanie symultaniczne.

Polega ono na dawkowaniu koagulantu do komory osadu czynnego lub bezpośrednio przed nią. Szczególnie polecane jest dawkowanie chemikaliów do komory napowietrzania. Zalecane jest ono wszędzie tam, gdzie wymagane jest uzyskanie wysokich efektów strącania fosforu, a jednocześnie nie wolno za mocno obniżyć stężenia węgla organicznego, niezbędnego w procesie denitryfikacji

9. Sorbenty mineralne.

Sorbenty mineralne - zaliczamy do nich żel krzemionkowy, aktywny tlenek glinu, tlenki i wodorotlenki metali oraz materiały gliniaste.

1) Żel krzemionkowy - sorbent charakteryzujący się dużą wytrzymałością mechaniczną, odpornością na zmiany temperatury, jest to sorbent chemicznie obojętny.

W uzdatnianiu wody żel krzemionkowy stosujemy jako sorbent jonowymienny i stosowany jest do usuwania metali.

2) Tlenki i wodorotlenki metali - na dzień dzisiejszy najszersze zastosowanie znajdują tlenki i wodorotlenki glinu i żelaza (III).

W uzdatnianiu wody stosujemy je do usuwania fluoru i substancji organicznych.

3) Zeolity - sorbenty składające się z uwodnionych glinokrzemianów i krzemianów, przeważnie wapnia i sodu.

W zależności od proporcji krzemionki do tlenku glinu rozróżniamy różne typy zeolitów. Im większa jest ta proporcja, tym zeolit charakteryzuje się większą kwasoodpornością. W uzdatnianiu wody zeolity stosowane są do usuwania m.in. azotu amonowego.

10. Nitryfikacja.

Nitryfikacja

Proces dwuetapowy, w którym azot amonowy przemieniany jest najpierw w azotyny (z udziałem bakterii Nitrosomonas), a następnie azotyny przemieniane są w azotany (z udziałem bakterii Nitrobacter). Zarówno I jak i II etap nitryfikacji jest procesem tlenowym. Porównując szybkość wzrostu bakterii, bakterie Nitrobacter rozmnażają się znacznie szybciej niż Nitrosomonas, a Nitrosomonas wytwarzają azotyny niezbędne dla Nitrobacter, dlatego szybkość namnażania Nitrosomonas wyznacza prędkość przebiegu procesu nitryfikacji.

Przebieg nitryfikacji uzależniony jest od czynników:

- temperatury

- stężenia tlenu rozpuszczonego

- pH ścieków

- obciążenia ładunkiem zanieczyszczeń

- występowanie substancji toksycznych

- stężenie związków azotu w ściekach poddawanych procesowi oczyszczania

Temperatura - proces nitryfikacji przebiega w temp. od 5 do 30^oC; (optymalna: 25-28^oC); spadek temp. do wartości 5^oC spowoduje wyhamowanie, a nawet całkowite zatrzymanie procesu

pH - optymalne: 7,5 - 8,5; negatywny wpływ na nitryfikację wywiera zakwaszenie środowiska, przy równoczesnej niskiej zasadowości ścieków

Bardzo ważnym czynnikiem jest zawartość tlenu rozpuszczonego - minimalne stężenie tlenu rozpuszczonego powinno wynosić od 1 do 2gO₂/m³ (im wyższe stężenie, tym przebieg procesu nitryfikacji jest pełniejszy)

Obciążenie ładunkiem zanieczyszczeń - zanieczyszczeń przypadku, kiedy ścieki dopływające do układu biologicznego będą zawierały duże ilości zanieczyszczeń organicznych węglowych, wyrażonych jako BZT5, zaobserwujemy wyhamowanie procesu nitryfikacji. Jest to spowodowane współzawodnictwem heterotrofów odpowiedzialnych za rozkład zanieczyszczeń organicznych węglowych o tlen i inne składniki pokarmowe z bakteriami nitryfikacyjnymi.

Czynnik toksyczności - bakterie nitryfikacyjne są bardziej wrażliwe na substancje toksyczne niż heterotrofy rozkładające związki organiczne węglowe; najczęściej, gdy występują substancje toksyczne, obserwujemy momentalne zahamowanie nitryfikacji (samo stężenie azotu amonowego w ściekach dopływających do układu, może mieć działanie toksyczne dla działania bakterii nitryfikacyjnych).

Maksymalny wzrost bakterii nitryfikacyjnych: gdy stężenie azotu amonowego ok. 7g N amonowego/m³. Dalszy wzrost stężenia tego azotu, nie powoduje zwiększenia efektywności procesu, a wręcz działa na niego hamująco.

II rząd:

1. Dekarbonizacja termiczna.

Dekarbonizacja termiczna - polega na rozpadzie rozpuszczonych w wodzie kwaśnych węglanów wapnia i magnezu, pod wpływem działania podwyższonych temperatur (o ile kwaśny CaCO₃ bardzo szybko przechodzi w formę obojętnego węglanu wapnia, nierozpuszczalnego w wodzie i wytrąca się w postaci osadu, to kwaśny MgCO₃ początkowo przechodzi w formę węglanu magnezu, który pozostaje nadal jeszcze dość dobrze rozpuszczalny w wodzie; dopiero jego dalsza hydroliza do wodorotlenku magnezu czyni go nierozpuszczalnym w wodzie, czyli wytrącanym w postaci osadu; niestety to wytrącanie zachodzi dopiero przy podwyższonym pH → około 11) proces dekarbonizacji termicznej uzależniony jest od zastosowanych temperatur (im temp. wyższa, ty szybciej przebiega)

2. Ozonowanie.

Ozon jest trzyatomową cząsteczką tlenu. Jest on gazem o charakterystycznym zapachu i silnych właściwościach utleniających. Jego działanie bakteriobójcze jest 15 razy większe od działania chloru. Pozostałe zalety to jego działanie bakteriobójcze jest w znacznie mniejszym stopniu uzależnione od temperatury procesu. Druga zaleta: niewykorzystany ozon ulega rozpadowi do tlenu, a nie trzeba go usuwać w sposób sztuczny z uzdatnionej wody. Trzecia zaleta: ozon może być wytwarzany na stacji uzdatniania wody z tlenu zawartego w powietrzu, przez co eliminowane są koszty transportu. Czwarta zaleta to, że w połączeniu ze związkami organicznymi nie powstają substancje o nieprzyjemnym zapachu i smaku. Ilość ozonu potrzebna do dezynfekcji 1 - 3 mg ozonu na litr, które dają nam pozostałość ozonu w uzdatnionej wodzie rzędu 0,3 mg ozonu na litr już po okresie od 5 - 10 minut kontaktu ozonu z uzdatnioną wodą. Jena wada: ozon ze względu na swoją zdolność do rozpadania z powrotem do tlenu nie zapewnia nam ochrony uzdatnionej wody w instalacji. Na dzień dzisiejszy wszędzie tam gdzie stosowane jest ozonowanie prowadzi się dodatkowo chlorowanie wody w celu ochrony jej w instalacji. W przypadku chlorowania wody ozonowanej chlorowanie możemy wprowadzić dopiero po całkowitym zaniku ozonu w uzdatnionej wodzie.

3. Amonifikacja.

Amonifikacja

Proces polegający na przemianie związków azotu do amoniaku;

Przebiega w warunkach tlenowych i beztlenowych; szybkość przebiegu reakcji jest tak duża, że proces rozpoczyna się już w trakcie przepływu ścieków do oczyszczalni i nie ma konieczności wydzielania oddzielnych komór amonifikacyjnych.

4. Kompostowanie osadu.

5. I faza - samoczynny, gwałtowny wzrost temp. do około 70^oC; dochodzi do masowego rozwoju bakterii termofilnych, które rozkładają związki organiczne (powodują utlenianie białka, węglowodanów i tłuszczy), proces ten trwa 10-14 dni

6. II faza - faza spadku temperatury (40-60^oC); towarzyszy mu proces mineralizacji i humifikacji (powstawanie próchnicy; w kopcu rozwijają się bakterie glebowe i grzyby), proces ten trwa 4-8 tygodni

7. III faza - dojrzewanie kompostu; powolny spadek temp., zanikają bakterie termofilne, pojawiają się bakterie mezofilne; miernikiem zakończenia procesu kompostowania jest wystąpienie w pryzmie azotanów i fosforanów oraz odpowiedni stosunek C:N (16:1 lub 20:1) oraz C:P (100:1)

8. Po zakończeniu procesu kompostowania, kompost jest badany czy spełnia wszystkie warunki. Kompost jest dalej zagospodarowywany.

1. Proces osmozy.

Osmoza - dyfuzja rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalną rozdzielającą dwa roztwory o różnym stężeniu. Osmoza spontanicznie zachodzi od roztworu o niższym stężeniu substancji rozpuszczonej do roztworu o wyższym, czyli prowadzi do wyrównania stężeń obu roztworów.

W kontekście osmozy roztwór z którego ubywa rozpuszczalnika nazywa się hipotonicznym, tego w którym przybywa nazywa się hipertonicznym. Gdy roztwory pozostają w równowadze osmotycznej, mówi się że są wzajemnie izotoniczne względem siebie.

Zjawisko odkryto, badając plazmolizę komórek skórki liści zapasowych cebuli - dotyczyło więc żywych komórek, w których błoną półprzepuszczalną jest błona komórkowa, a roztworami zawartość komórki i płyn pod szkiełkiem nakrywkowym preparatu mikroskopowego.^{[potrzebne źródło]} Później nauczono się wytwarzać sztuczne błony półprzepuszczalne (np. celofan) i okazało się, że samo zjawisko nie jest specyficzną cechą życia. Może zachodzić w różnych rozpuszczalnikach i dotyczyć różnych substancji rozpuszczonych.

2. Podział korozji ze względu na wielkość.

9. Korozja ogólna - charakteryzuje się równomiernym rozłożeniem zniszczeń na całej powierzchni materiału, będącego w kontakcie z materiałem korodującym

10. Korozja miejscowa (skupiona) - charakteryzuje się tworzeniem lokalnych wżerów, nierównomiernie rozłożonych na powierzchni materiału

11. Korozja punktowa (selektywna) - charakteryzuje się wgłębnymi uszkodzeniami materiału o średnicy do 1 mm

12. Korozja międzykrystaliczna - przebiega na styku ziaren lub kryształów materiału

13. Korozja transkrystaliczna - powoduje uszkodzenia biegnące przez kryształy lub ziarna materiału

7. I stopień oczyszczania.

W świetle obowiązujących obecnie przepisów, nie pozwala na uzyskanie ścieków o parametrach pozwalających wprowadzić je z powrotem do środowiska.

Dlatego obecnie oczyszczanie I stopnia traktowane jest jako przygotowanie ścieków do dalszych procesów oczyszczania. W ramach I stopnia oczyszczania, stosowane są proste procesy mechaniczne, które prowadzą do wydzielenia:

- większych ciał stałych pływających lub wleczonych, które nazywamy skratkami (zatrzymywane są na kratach lub sitach)

- cząstki ziarniste o wielkości ziarna 0,1 mm; są to najczęściej zawiesiny mineralne, zatrzymywane w piaskownikach

- zanieczyszczenia oleiste i tłuszcze, które zatrzymywane są w piaskownikach napowietrzanych lub wydzielają się samoistnie w procesie sedymentacji flotując na powierzchnię ścieków; przy dużych stężeniach natomiast budowane są dla nich specjalne komory zwane odtłuszczaczami

- zawiesiny łatwo opadające; mogą być pochodzenia mineralnego lub organiczne; wydzielają się w osadnikach wstępnych na drodze sedymentacji

W trakcie przeprowadzania procesów mechanicznych dochodzi do usunięcia następujących zanieczyszczeń:

* zawiesina łatwo opadalna → efektywność usuwania: 90%

* zawiesina ogólna → 60-70%

* BZT5 (biochemiczne zapotrzebowanie na tlen; wyraża ilość tlenu potrzebną do rozkładu związków organicznych zawartych w ściekach przez mikroorganizmy w temperaturze 20^oC; okres 5-dniowy jest okresem najintensywniejszego rozkładu związków organicznych węglowych) → efektywność usuwania: 25-40% (najczęściej 30%)

* ChZT (chemiczne zapotrzebowanie na tlen) → 20-40%

* azot ogólny → 10-20%

* fosfor ogólny → 5-15%

* jaja robaków → 70-85%

* bakterie → 25-75%

Stosowanie urządzeń: w przypadku dużych oczyszczalni ścieków, stosowane są wszystkie urządzenia, czyli: kraty, piaskowniki, osadniki wstępne i odtłuszczacze (jeżeli jest to konieczne); w przypadku oczyszczalni małych, oczyszczanie mechaniczne ogranicza się do osadnika wstępnego, poprz3edzonego kratami, które nie będą występowały na terenie oczyszczalni przydomowych.

Proces oczyszczania mechanicznego może być czasami poprzedzony lub wzbogacony w proces napowietrzania, stosowany w celu odświeżenia zgniłych ścieków (gdy większość ścieków dowożona jest wozami asenizacyjnymi).

8. Fazy fermentacji.

Proces fermentacji - wykorzystywany jest do oczyszczania ścieków o dużej zawartości substancji organicznych; dodatkowo, dokonuje się unieszkodliwiania osadów ściekowych.

Proces fermentacji jest procesem oczyszczania ścieków z udziałem mikroorganizmów w warunkach beztlenowych.

Istotą tego procesu jest rozkład substancji organicznych do związków mineralnych, najlepiej do metanu i wody.

Proces fermentacji składa się z dwóch faz:

I faza kwaśna

II faza metanowa

I faza

W fazie kwaśnej ścieki przemysłowe czy osad poddany fermentacji stają śluzowatą strukturą o nieprzyjemnym zapachu, z której dochodzi do wydzielania się gazów, którymi głównie są CO₂, H₂S i merkaptany; przemiany w fazie kwaśnej: dochodzi do rozkładu związków organicznych złożonych do kwasów przy czym dominują następujące produkty:

W zależności od składu ścieków czy osadu:

- z białka w wyniku fermentacji kwaśnej powstają aminokwasy, amoniak, siarkowodór i CO₂

- z tłuszczów: gliceryna i kwas stearynowy

- z węglowodanów: cukry, kwas masłowy i kwas propionowy;

Cukry dalej rozkładają się do kwasu octowego, alkoholu etylowego, alkoholu butylowego oraz do CO₂ i H₂.

Ze względu na dalszy przebieg procesu fermentacji, ważną rolę odgrywają: kwas octowy, kwas masłowy i kwas propionowy. Są to produkty kwaśnej fazy fermentacji, niezbędne dla mikroorganizmów fazy metanowej.

Reakcje zachodzące w fazie fermentacji kwaśnej mają charakter hydrolityczny i nadają środowisku odczyn kwaśny. Najkorzystniej proces przebiega przy pH około 5. Porównując prędkość przebiegu fazy I i II, fermentacja kwaśna przebiega wolniej niż fermentacja metanowa.

Ponieważ w fermentacji kwaśnej powstają metabolity niezbędne dla bakterii metanowych, fermentacja kwaśna jest czynnikiem limitującym całej fermentacji.

II faza

Prowadzi ona do rozkładu wszystkich związków organicznych (wymienionych w I fazie) do formy mineralnej, czyli do metanu i CO₂.

Proces fermentacji metanowej, może przebiegać w temperaturze od 0 do 50^oC. Im wyższa temperatura, tym większa prędkość reakcji.

Proces fermentacji jest bardzo czuły na zmianę temperatury i nawet nagły spadek o 1-2^oC może spowodować wyhamowanie procesu fermentacji.

Parametry, które wpływają na przebieg fermentacji:

*temperatura

W zależności od temperatury, jaką zastosujemy można wykorzystywać różne grupy organizmów beztlenowych

a) 2-30^oC - występowanie w procesie bakterii psychofilowych

b) 30-33^oC - dominują bakterie mezofilowe

c) powyżej 33oC (do 50^oC) - dominują bakterie termofilowe

Na terenie Polski wykorzystuje się fermentacją mezofilową.

* obciążenie komory fermentacji ładunkiem zanieczyszczeń

Jest to ładunek zanieczyszczeń organicznych wyrażony w kg/ jednostkę objętości komory w ciągu 1 doby). W zależności od ładunku zanieczyszczeń jaki dostarczamy do komory, rozróżniamy komory nisko- i wysoko obciążone. Niskoobciążone dominują na terenie Polski. Przyjmuje się, że czas fermentacji osadu powinien wynosić 40 dni.

* mieszanie zawartości komory fermentacji

W trakcie przebiegu procesu fermentacji na powierzchni cieczy w komorze dochodzi do wytworzenia kożucha. Powstaje on z flotującego osadu, tworzy jednolitą warstwę, uniemożliwiającą wydostawanie się gazów z cieczy. W wyniku tego zjawiska dochodzi do punktowego podwyższania się temperatury w objętości cieczy poddawanej fermentacji. Jest to zjawisko niekorzystne, dlatego konieczne jest rozbijanie kożucha. Uzyskuje się to przez zastosowanie mieszadeł mechanicznych lub przez przepompowywanie zawartości komory z jednego miejsca na drugie (najbardziej odległego). Oprócz rozbicia kożucha, mieszanie posiada jeszcze jedną zaletę: zapewnia równomierne wymieszanie świeżego osadu z mikroorganizmami zawartymi w komorze fermentacji.

Przyjmuje się, że czas wymieszania komory powinien wynosić 24h (nie może być dłuższy)

* dawkowanie świeżych osadów do komory fermentacji

Proces fermentacji można prowadzić w sposób ciągły lub okresowy.

Wykres efektywności od czasu

A-B → intensywny wzrost mikroorganizmów (wydajność fermentacji coraz większa)

B-C → ustala się równowaga pomiędzy przyrostem a obumieraniem mikroorganizmów (proces fermentacji przebiega na stałym poziomie)

Po osiągnięciu punktu C mikroorganizmy stopniowo obumierają (brak składników pokarmowych) proces fermentacji zanika.

Niekorzystne okresy: A-B oraz C-D.

W przypadku prowadzenia procesu w sposób cykliczny komorę fermentacji opróżniamy tylko częściowo z osadu przefermentowanego, przefermentowanego w jego miejsce wprowadzamy osad świeży. Osad ten w wyniku mieszania zaszczepiany jest mikroorganizmami, co przyspiesza fazę fermentacji właściwej. Powoduje to skrócenie okresu wpacowania komory i wyeliminowanie z układu okresu spadku efektywności procesu fermentacji.

W układzie cyklicznej fermentacji, nie doprowadzamy do 100% rozkładu związków organicznych, jak to ma miejsce w układzie o pracy ciągłej. Dodatkowo, w układzie o pracy okresowej, może dochodzić do obniżenia temperatury procesów w trakcie wprowadzania świeżego osadu. Może to spowodować niewielkie zmniejszenie efektywności procesu.

W fermentacji biorą udział bakterie beztlenowe, dlatego nie można dopuścić, aby w osadach ściekowych występował tlen rozpuszczony (czynnik hamujący).

* skład osadów ściekowych lub ścieków

Muszą one zaigrać związki organiczne, ale nie mogą zawierać substancji toksycznych (bakterie fermentacyjne są wrażliwe na wszystkie substancje toksyczne).

Produkty procesu fermentacji:

1. Osad ściekowy (poddawany procesowi unieszkodliwiania)lub ścieki przemysłowe mineralizowane

2. Gaz (najlepiej 100% z metanu); ilość metanu jest uzależniona od składu ścieków. Gaz ten wykorzystywany jest do ogrzewania: komór fermentacji, pomieszczeń oczyszczalni. Nadmiar: w zbiornikach do przechowywania gazu oraz spalany w pochodniach.

3. Wody nadosadowe wydzielane w komorze fermentacji (jeżeli prowadzimy ją w sposób ciągły). Posiadają one dość duży stopień zanieczyszczenia. Wody te zawracane są do układu oczyszczania. Najczęściej wprowadzane są przed komorę osadu czynnego (dalej ze ściekami są oczyszczane)

---