1.Obliczyć ładunek zanieczyszczeń. Q= 250, So= 300. 

(250*300)/1000=750
2.Co to jest obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń? 

Obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń określa ilość zanieczyszczeń organicznych

(najczęściej wyrażanych jako BZT 5 ) doprowadzanych do komory osadu czynnego w

jednostce czasu na jednostke masy osadu w komorze:

3.Narysować ciąg technologiczny osadu czynnego, zaznaczyć kierunek przepływu.

4. Co to jest wiek osadu i ile powinien on wynosić dla systemów z nitryfikacją

Określa on średni czas przebywania (kłaczków) osadu czynnego w układzie(komorze) dla systemów z nitryfikacją od 5 do 20 dni

5. Opisać proces denitryfikacji

Denitryfikacja, redukcja azotanów(V) i azotanów(III) do azotu cząsteczkowego lub tlenku azotu(I)

6. Obliczyć Rx

rx=So*Q/(V*X)

7. Jak przyrost biomasy zależy od wieku osadu

Im dłuższy czas zatrzymania jest dłuższy tym większy jest rozkład biomasy

8. Sposoby usuwania azotu

-nitryfikacja, denitryfikacja, amonifikacja(przekształcanie azotu organicznego w amonowy)

9. Obliczyć wiek osadu

10.Narysować schemat technologiczny osadu czynnego z nitryfikacja wydzieloną.

11. Wyjaśnić pojecie osadu nadmiernego i opisać jak powstaje.

Osad biologiczny powstały w komorze osadu czynnego wskutek przemian rozpuszczonych lub koloidalnych substratów obecnych w ściekach do powstania biomasy
17.Co to jest stopień recyrkulacji, jaki jest jej cel 

Stopień recyrkulacji osadu α określa wielkość strumienia osadu powrotnego z
osadnika wtórnego QR do dopływu ścieków surowych do bloku biologicznego QD
Recyrkulacja osadu ma na celu wprowadzenie do komory osadu zregenerowanego w pełni zdolnego
do adsorpcji i mineralizacji zanieczyszczeń i utrzymanie stężenia osadu na wymaganym poziomie.

20.jakie parametry maja wpływ na proces nitryfikacji 
-parametry osadu;

-temperatura

-stężenie substratów

-zawartość tlenu rozpuszczonego

-wiek osadu,

-obecność inhibitorów

USUWANIE AZOTU I FOSFORU

Usuwanie związków azotu metodami biologicznymi

Zapobieganie zanieczyszczaniu wód powierzchniowych przez niesione ze ściekami związki zawierające azot i fosfor jest zatem konieczne. Dlatego ich usuwanie jest w technologii oczyszczania ścieków bardzo ważnym celem. Osiąga się go metodami chemicznymi i biologicznymi. W ramach niniejszego wykładu przedstawione będą metody biologiczne.

Podstawy biologicznego usuwania azotu

Do biologicznych metod usuwania związków zawierających azot zalicza się nitryfikację i denitryfikację. Procesy te stanowią główne ogniwa w łańcuchu przemian azotu zachodzących podczas biologicznego oczyszczania ścieków, które dokonuje się za pomocą osadu czynnego. Osad czynny stanowi konsorcjum mikroorganizmów, wśród których m.in. są bakterie, grzyby, orzęski, wiciowce, korzenionóżki, wrotki, glony i robaki. Za nitryfikację, która przebiega w dwóch etapach, odpowiedzialne są chemosyntetyczne bakterie autotroficzne (samożywne). W pierwszym etapie nitryfikacji, którego syntetyczną postać ilustruje równanie 2, uczestniczą m.in. bakterie z rodzaju Nitrosomonas i Nitrosococcus.

NH₄⁺ + ³/₂ O₂ → NO₂^- + 2 H⁺ + H₂O

Natomiast bakterie biorące udział w drugim etapie nitryfikacji, wyrażonym za pomocą równania 3, reprezentują np. rodzaje Nitrobacter czy Nitrosocystis,

NO₂- + ¹/₂ O₂ → NO₃^-

Utlenianie azotanów(III) do azotanów(V) (drugi etap nitryfikacji) przebiega szybciej niż utlenianie azotu amonowego do azotanów(III) (pierwszy etap nitryfikacji). Z tego powodu azotany(III) nie powinny występować w ściekach oczyszczonych. Bakterie nitryfikacyjne (nitryfikatory) należą do najbardziej wrażliwej populacji drobnoustrojów biorących udział w oczyszczaniu ścieków. O ich aktywności decydują takie czynniki jak: temperatura, pH, zasadowość, stężenie tlenu rozpuszczonego, wiek osadu czynnego i jego obciążenie ładunkiem zanieczyszczeń organicznych, obecność oraz stężenie substancji toksycznych, a także stężenie azotu w dopływie do oczyszczalni. Najkorzystniejsze wartości tych parametrów zamieszczono w tabeli 1.

Parametr	Jednostki	Wartości parametrów
Temperatura	°C	> 20
pH	-	7,5 - 8,5
Stężenie tlenku rozpuszczonego	mg O2/l	2 - 3
Obciążenie osadu czynnego ładunkiem zanieczyszczeń organicznych	g O2/g sm/doba	0,1 - 0,2
Wiek osadu czynnego	doba	> 20

Tabela 1. Najlepsze wartości wybranych parametrów nitryfikacji

Parametr Jednostki Wartości parametrów Temperatura °C > 20 pH - 7,5÷8,5 Stężenie tlenu rozpuszczonego mg O₂/l 2÷3 Obciążenie osadu czynnego ładunkiem zanieczyszczeń organicznych g O₂/g sm/doba 0,1÷0,2 Wiek osadu czynnego doba > 20 W miarę spadku temperatury zmniejsza się intensywność nitryfikacji, a poniżej 5°C proces ten ustaje w wyniku zahamowania wzrostu bakterii. Jeśli pH jest niższe od optymalnego, ale utrzymuje się na stałym poziomie, to proces nitryfikacji przystosowuje się do mniej korzystnego pH. Ważną rolę odgrywa tutaj zasadowość, im jest ona wyższa, tym utrzymanie pH na stałym poziomie jest łatwiejsze. Nitryfikacji 1 g azotu amonowego towarzyszy zmniejszenie zasadowości o 7,1 g CaCO₃. Jej nadmierny spadek prowadzi do obniżenia pH, co z kolei hamuje wzrost bakterii nitryfikujących. Spadek stężenia tlenu rozpuszczonego poniżej 1mg O₂/l także obniża szybkość wzrostu nitryfikatorów. Ich powolny przyrost, będący konsekwencją naturalnie długiego czasu generacji sprawia, że zbyt krótki wiek osadu czynnego sprzyja wymywaniu tych mikroorganizmów z systemu oczyszczania. Powstały w wyniku nitryfikacji azot azotanowy jest redukowany w procesie denitryfikacji do azotu gazowego przez wiele bakterii heterotroficznych, m.in. z rodzaju Micrococcus i Pseudomonas. Proces redukcji azotu azotanowego przebiega w kilku etapach (równanie 4):

N⁺⁵ → N⁺³ → N⁺² → N⁺¹ → N⁰

Denitryfikacja (zwana także oddychaniem azotanowym) przebiega najsprawniej w warunkach odpowiedniej podaży azotanów(V) i łatwo przyswajalnych substratów węglowych oraz gdy stężenie tlenu rozpuszczonego nie przekracza 0,5 mg O₂/l. Wyższe stężenie tlenu hamuje ten proces, ponieważ w takich warunkach źródłem tlenu dla bakterii staje się tlen rozpuszczony, a nie tlen zawarty w azotanach. Również rodzaj substratów węglowych wpływa na kinetykę i dynamikę denitryfikacji. Najwolniej denitryfikacja zachodzi wtedy, gdy źródłem węgla jest węgiel endogenny (pochodzący z rozkładu własnej biomasy), najszybciej zaś, gdy są nim proste, jedno- i dwuwęglowe związki organiczne. Tworzący się w czasie denitryfikacji HCO₃^- odbudowuje w ściekach około 50% zasadowości traconej w procesie nitryfikacji, ponieważ redukcji 1mg NO₃^- towarzyszy przyrost zasadowości równoważny 3,57 mg CaCO₃. Czynnikami wpływającymi na denitryfikację są również temperatura i pH. Optymalne wartości tych parametrów wynoszą odpowiednio: 20°C i 6,5 do 7,5.

Systemy do biologicznego usuwania azotu

W technologii oczyszczania ścieków funkcjonuje wiele systemów biologicznego usuwania azotu. 

Układy do biologicznego usuwania azotu

Inne warunki niezbędne do efektywnego utleniania amoniaku do azotanów(V) i jego redukcji do azotu gazowego wymagają stosowania oddzielnych komór do nitryfikacji i denitryfikacji. Komora denitryfikacji może występować na początku układu oczyszczania (rys. 1). W tym przypadku źródłem łatwo przyswajalnego dla bakterii odpowiedzialnych za denitryfikację węgla organicznego są surowe ścieki, a azotanów(V) dostarczają oczyszczone z węgla organicznego ścieki recyrkulowane z komory napowietrzanej (komora aeracji). Biomasa w komorze denitryfikacyjnej uzupełniana jest zawracanym osadem czynnym z osadnika wtórnego, a dzięki powrotowi ścieków z komory denitryfikacji do komory aeracji, usuwany jest z nich gazowy azot. Sprawia to, że sedymentacja osadu czynnego w osadniku wtórnym nie jest zakłócana przez wydzielające się pęcherzyki gazu.

Rys. 1. Układ oczyszczania ścieków z wydzieloną, wstępną komorą denitryfikacji

Komora denitryfikacji może być usytuowana po komorze nitryfikacji (rys 2). Źródłem azotanów są oczyszczone w komorze nitryfikacji (w komorze aeracji)ścieki, które po oddzieleniu osadu czynnego w osadniku wtórnym kierowane są do komory denitryfikacji. Odpowiedni przyrost heterotroficznych bakterii odpowiedzialnych za denitryfikację uzyskuje się w tym układzie dzięki dostarczaniu do komory denitryfikacji surowych ścieków i/lub łatwo przyswajalnego zewnętrznego źródła węgla (np. metanolu). W charakterystycznej dla tego układu drugiej komorze napowietrzanej (komora reaeracji) poprawiają się właściwości sedymentacyjne osadu czynnego dzięki uwalnianiu w niej gazowego azotu. Każda sekwencja tego układu (sekwencja do nitryfikacji i sekwencja do denitryfikacji) ma własny system recyrkulacyjny. Sprawia to, że biomasa w każdej komorze zdominowana jest przez drobnoustroje specyficzne dla zachodzących w tych komorach przemian biochemicznych.

Rys. 2. Układ oczyszczania ścieków z wydzieloną komorą denitryfikacji po komorze nitryfikacji (komorze aeracji)

Usuwanie związków fosforu metodami biologicznymi

Obecne w ściekach związki chemiczne zawierające fosfor intensyfikują, podobnie jak te które zawierają azot, proces eutrofizacji. Z tego powodu i one muszą być usuwane ze ścieków zanim trafią do otwartych wód i tam gromadzić się w dużych ilościach. Do eliminacji związków zawierających fosfor stosowane są metody biologiczne i chemiczne. W ramach niniejszego wykładu przedstawione będą metody biologiczne.

Podstawy biologicznego usuwania fosforu

Do usuwania związków fosforu ze ścieków wykorzystuje się zdolność niektórych bakterii, na przykład z rodzaju Acinetobacter i Arthrobacter, magazynowania w komórkach takich ilości fosforu, które przewyższają ich potrzeby fizjologiczne. W komórkach bakterii fosforowych (bakterii wykazujących właściwości akumulowania dużej ilości fosforu) mogą być gromadzone cykliczne, skondensowane metafosforany, liniowe skondensowane polifosforany oraz usieciowane skondensowane polifosforany. Wzmożone gromadzenie polifosforanów komórkach może być wynikiem:

•  chwilowego deficytu azotu lub siarki w podłożu,

•  wzrostu stężenia fosforu w podłożu po okresie jego deficytu (mechanizm ten nosi nazwę nadmiernej kompensacji fosforanów i charakterystyczny jest on dla mikroorganizmów bytujących w wodach powierzchniowych),

•  przemiennego występowania warunków beztlenowych i tlenowych.

Ostatni mechanizm jest powszechnie wykorzystywany do eliminacji fosforu ze ścieków, które oczyszcza się najpierw w środowisku beztlenowym, a następnie tlenowym, co sprzyja rozwojowi bakterii fosforowych. Ideę biologicznego usuwania fosforu ze ścieków ilustruje rys. 3. Efektywność tego procesu zależy od wielu czynników: m.in. od wieku osadu czynnego i jego obciążenia ładunkiem zanieczyszczeń organicznych. Skuteczność tej metody usuwania fosforu pogarsza się w miarę dłuższego czasu przebywania biomasy w układzie oczyszczania i zmniejszania ilości zanieczyszczeń organicznych. Istotne znaczenie ma także właściwa praca osadnika wtórnego. Zbyt długi czas przetrzymywania w nim osadu sprzyja powstawaniu warunków beztlenowych, co skutkuje uwalnianiem fosforu do ścieków, a jego przeciążenie sprawia, że do odpływających oczyszczonych ścieków przedostaje się zbyt dużo zawiesin z wbudowaną podwyższoną ilością fosforu.

Rys. 3. Idea biologicznego usuwania fosforu ze ścieków

Bakterie fosforowe hydrolizują w strefie beztlenowej zmagazynowane w cytozolu polifosforany, a uwolniony fosfor wydzielają do otoczenia w postaci ortofosforanów. W związku z tym stężenie tego biogenu wzrasta w środowisku. Jednocześnie bakterie pobierają z otoczenia proste związki organiczne reprezentowane na rys. 3 przez BZT₅ (najkorzystniejsze spośród nich są lotne kwasy tłuszczowe) i dzięki energii uzyskanej z hydrolizy polifosforanów przekształcają je w kwas poli-ß-hydroksymasłowy, który magazynują. Zapasy te wykorzystują następnie w strefie aerobowej (gdzie rywalizują o pokarm z heterotrofami) jako endogenne źródło energii i węgla do budowy nowych komórek. Jednocześnie pobierają ortofosforany ze ścieków i konwertują je do polifosforanów dzięki energii uzyskanej z hydrolizy kwasu poli-ß-hydroksymasłowego. Te przemiany biochemiczne sprawiają, że w systemach z biologiczną eliminacją fosforu w suchej masie osadu nadmiernego (osadu odprowadzanego z układu oczyszczania) jest około 4÷7% fosforu. Natomiast w warunkach konwencjonalnego oczyszczania ścieków w opuszczającej układ oczyszczania biomasie znajduje się niecałe 2% fosforu w przeliczeniu na suchą masę.

Systemy do biologicznego usuwania fosforu

Przykładem prostego układu do biologicznego usuwania fosforu jest opracowana przez firmę Air Products and Chemicals, Inc., metoda nosząca nazwę A/O (Rys. 4).

Rys. 4. Schemat systemu A/O

Do komory beztlenowej doprowadzane są świeże ścieki zawierające łatwo przyswajalne przez bakterie fosforowe substraty organiczne, a względnie wolny przyrost biomasy w warunkach beztlenowych rekompensowany jest zawracanym osadem zagęszczanym. Następnie ścieki trafiają do komory tlenowej, gdzie szybko rosnące bakterie fosforowe pobierają ze ścieków fosfor gromadząc go w komórkach. Fosfor opuszcza układ oczyszczania w biomasie osadu nadmiernego.

---