(Microsoft PowerPoint - usuwanie N i P - technologia [tryb zgodno_234ci]).pdf - Ścieki - Paft

20110513

Obieg fosforu

Usuwanie związków biogennych

ze ścieków

Źródła pochodzenia fosforu:

funkcje fizjologiczne człowieka 30 –50%

środki czystości, głównie detergenty 50 –70%

(kwas nitrylotrójoctowy –NTA lub zeolity –glinokrzemian sodowy)

przemysł 2 –20%

Przyjmuje się, że jednostkowa ilość fosforu wynosi ok. 2.5 g/Md .

W ściekach komunalnych surowych zawartość fosforu kształtuje

się od ok. 525 mg P/ dm 3 .

Fosfor występuje w ściekach w formie nieorganicznej,

rozpuszczonejoraz jako ortofosforany. Niewielka ilość fosforu

całkowitego to rozpuszczone i nierozpuszczone formy organiczne (np.

kwas nukleinowy), które ulegają częściowo mineralizacji już w

kanalizacji a następnie w procesie oczyszczania (hydroliza).

Wymaganiaw zakresie usuwania fosforu ze ścieków wzrosły

w ostatnim okresie nieomal na całym świecie, ponieważjest on

nutrientem, który może powodować poważne problemy

eutrofizacji w odbiorniku. Mimo, że głównie zwraca się uwagę na

ochronę odbiorników, możliwy staje się odzysk fosforu ze

ścieków.

Do oceny podatności ścieków na biologiczne usuwanie

fosforu przyjmuje się stosunek BZT 5 : P og ,.

Powinien wynosić co najmniej 20 : 1

Obecnie analizuje się raczej stosunek ChZT:P og .

Gdy jest on niski (poniżej 36) występują trudności pełnego,

biologicznego usuwania fosforu.

Metody usuwania fosforu

Usuwanie fosforu ze ścieków może odbywać się metodami:

• podwyższonej biologicznej defosfatacji w wyniku wzrostu stopnia

asymilacji fosforu przez biomasę biorącą udział w procesie

oczyszczania

• chemicznego strącania solami glinu lub żelaza

20110513

Biologiczne metody usuwania fosforu

Proces wzmożonego, biologicznego usuwania (uwalniania –

wiązania) fosforu (Bio –P) bazuje na zasadzie, że niektóre typy

bakterii są zdolne do magazynowania dużych ilości rozpuszczalnych

ortofosforanów w ich komórkach w formie nierozpuszczalnych

polifosforanów. Oznaczato, że skuteczność procesu jest wprost

proporcjonalna do stężenia frakcji tych bakterii w osadzie czynnym

lub zdolności ich wzrostu.

Metoda biologicznego usuwania fosforu polega na stwarzaniu

właściwych warunków wzrostu dla specyficznych bakterii (PAO)

podczas akumulowania przez nie fosforanów w ilości większej niż

wynikająca z ich zapotrzebowania metabolicznego.

Organizmy te wymagają poddania ich zmiennym warunkom

beztlenowotlenowym oraz potrzebują w pożywce obecności lotnych

kwasów tłuszczowych (LKT), które absorbują do komórek i

magazynują w postaci produktu pośredniego przy użyciu wcześniej

zmagazynowanych polifosforanów jako źródła energii.

Biologiczne usuwanie wynika ze stechiometrii związanej z

mikrobiologicznym wzrostem oraz może być osiągnięte przez

podwyższone (wzmożone) zmagazynowanie polifosforanów (poliP)

w biomasie mikroorganizmów. Ta ostatnia zdolność jest coraz

częściej wykorzystywana w procesach biologicznego oczyszczania

ścieków metodą osadu czynnego.

Za biologicznym usuwaniem fosforu przemawia również

możliwość jego odzysku ze ścieków.

W konwencjonalnym osadzie czynnym fosfor stanowi średnio

1.5% jego suchej masy.

W wyniku tego procesu fosforany uwalniają się do fazy wodnej

jako ortofosforany; ich stężenie w komorze anaerobowej rośnie.

Przechodząc do strefy napowietrzania PAO posiadają energię

zmagazynowaną do poboru większości dostępnego fosforu. W

warunkach aerobowych lub anoksycznych węgiel będący w zapasie

(zmagazynowany jako PHA) jest utleniany tlenem lub azotanami.

Uwolniona energia jest wykorzystywana przez PAO do pobrania o

fosforanów ze ścieków i magazynowania ich w komórkach jako

polifosforany jak również do wzrostu komórek.

Fosforany usuwane z układu to wzrost netto bakterii PAO.

Przebieg poboru i uwalniania ofosforanów.

Utrzymując stałą ilość osadu w systemie oczyszczania ścieków

metodą osadu czynnego przez usuwanie osadu nadmiernego

zmagazynowane fosforany są wraz z nim wydalane z układu. W ten

sposób uzyskujemy wysoką wydajność procesu biologicznego

usuwania fosforu ze ścieków.

Warunkiem powodzenia procesu biologicznego usuwania fosforu

jest aby z recyrkulowanym osadem czynnym do pierwszej strefy

nienapowietrzanej nie wprowadzać azotanów ani tlenu

rozpuszczonego (DO). W obecności azotanów kwasy tłuszczowe

mogą bowiem zostać wykorzystane przez dużą liczbę innych

organizmów.

20110513

Wpływ czynników środowiskowych na proces Bio – P

Odczyn pH

Temperatura

Na przebieg procesu BioP ma wpływ odczyn osadu czynnego.

Jest to decydujący czynnik dla fazy anaerobowej. Transport octanów

do komórki jest uzależniony od pH. Rezultatem niskiego odczynu jest

niska szybkość uwalniania fosforu i poboru octanów. Znaczy to, że

dla niskiego odczynu potrzeba więcej octanów w przeliczeniu na ilość

uwalnianych fosforanów.

Temperatura stanowi złożony parametr procesu Bio –P,

ponieważ ten czynnik wpływa na proces biologicznego oczyszczania

ścieków metodą osadu czynnego w różnych jego stadiach.

Zmiany temperatury wpływają na:

• kondycję organizmów, np. aktywność PAO,

• populację biomasy osadu czynnego, np. na frakcję PAO w

osadzie czynnym, nitryfikację lub zakwaszanie (obniżenie

odczynu), możliwe procesy fizyko –chemiczne np. strącanie

Skład ścieków

Skład dopływających ścieków poddawanych oczyszczaniu w

procesie BioP determinuje działanie i skuteczność tego procesu.

Uważa się, że do usunięcia 1 mg P drogą biologiczną potrzeba 20 mg

ChZT. Dotyczy to frakcji łatwo oraz wolno biodegradowalnego

ChZT.

Stosunki BZT 5 : P i BZT 5 :N w dopływie dostarczają informacji o

możliwościach ich stosowania w usuwaniu N i P metodami

biologicznymi. Wysokie wartości obu stosunków ułatwiają usuwanie

N i P metodami biologicznymi.

W systemach, gdzie znikoma ilość azotanów jest recyrkulowana

do strefy anaerobowej BZT 5 : P powinno wynosić co najmniej 15 –20

aby zagwarantować biologiczne usuwanie P.

Dla dobrego funkcjonowania procesu biologicznego usuwania

azotu i fosforu stosunek BZT 5 :N winien być co najmniej 4 –5.

므

Azotany/tlen

Oddziaływanie azotanów i tlenu na proces BioP jest dwojakie,

pozytywne i negatywne.

Z jednej strony są one potrzebne do zmagazynowania fosforanów

w strefie aerobowej lub anoksycznej przez osad czynny. Z drugiej

strony wprowadzenie azotanów i tlenu do strefy anaerobowej z

dopływu i/lub recyrkulatu powoduje zakłócenie procesu BioP.

Azotany i tlen są wykorzystywane w komorze anaerobowej. W obu

przypadkach do przekształceń aerobowych i anoksycznych zużywa się

ChZT.

Dla każdego mg tlenu i azotanów zużywa się odpowiednio 2 i 4 mgChZT

Wielkość obniżenia wydajności procesu przez azotany i/lub tlen

jest zdeterminowana nie tylko przez ich stężenie w dopływie i

recyrkulacie, ale także przez natężenie przepływu recyrkulatu do

komory anaerobowej

Obciążenie i wiek osadu

Wprowadzenie azotanów do komory anaerobowej skutkuje

dwoma negatywnymi oddziaływaniami:

– długotrwałe wprowadzanie azotanów do strefy anaerobowej może

prowadzić do wzrostu normalnych bakterii denitryfikacyjnych ale

nie denitryfikujących PAO. Wykorzystują one ChZT substratu

bardziej skutecznie co daje korzyść w przypadku jednoczesnej

obecności ChZT i azotanów w ściekach,

– w krótkim okresie, w komorze anaerobowej może mieć miejsce

spadek uwalniania fosforu. ChZT z octanu wykorzystuje się do

denitryfikacji i PAO są zdolne pobrać fosforany w obecności

azotanów

Obciążenie i wiek osadu (WO) są wyprowadzonymi

wielkościami wpływającymi na proces bioP.

Wzrost obciążenia osadu i odpowiednio skrócenie WO może

powodować:

• zwiększoną produkcję osadu.

• obniżoną nitryfikację

• pobór fosforanów

Bardzo długi WO w procesie osadu czynnego prowadzi do:

• niskiej lub bardzo niskiej produkcji osadu czynnego.

• zwiększonej możliwości nadmiernego napowietrzania.

• występowanie mineralizacji.

20110513

Modelowanie systemów BioP

Obieg

azotu

W obrębie metod statycznego wymiarowania wyróżnia się

4 bloki.

(1) obliczanie ilości dostępnego substratu,

(2) określenie ilości PAO i maksymalnej zawartości PO 4 3 w

bakteriach osadu czynnego,

(3) zdefiniowanie ilości fosforu, który ma być biologicznie

usunięty,

(4) obliczanie anaerobowego czasu kontaktu.

Podstawy usuwania azotu

Przemiany, jakim podlega azot w trakcie

procesów oczyszczania

• Główne formy występowania azotu w ściekach surowych

to:

– w połączeniach organicznych białka i produkty ich

rozkładu, mocznik,

– formy nieorganiczne –amoniak.

• Biologiczne przemiany związków azotowych są wynikiem

powiązania następujących procesów:

– amonifikacji,

– asymilacji,

– nitryfikacji,

– denitryfikacji.

焰

Przemiany, jakim podlega azot w trakcie

procesów oczyszczania

Przemiany, jakim podlega azot w trakcie

procesów oczyszczania

20110513

AMONIFIKACJA

ASYMILACJA

• Proces ten polega na przeprowadzeniu azotu z formy

organicznej do postaci amoniaku (jonu amonowego).

Przebieg procesu obrazuje poniższa reakcja:

C 10 H 19 O 3 N + 12,5O 2 →10CO 2 + 8H 2 O + NH 3

• Szybkość amonifikacji jest duża w porównaniu z innymi

procesami, np. nitryfikacji, dzięki czemu w praktyce

stosując pełne biologiczne oczyszczanie można uzyskać

całkowitą amonifikację ścieków.

• W wyniku zachodzenia procesu amonifikacji, zasadowość

środowiska wzrasta na skutek tworzenia się kwaśnych

węglanów.

• Asymilowanie azotu niezbędne jest do budowy nowych

komórek bakteryjnych.

• Najłatwiej przyswajalną jego formą azotu jest amoniak.

• Proces ten może przebiegać zarówno w warunkach

tlenowych, jak i przy jego braku.

• Asymilacja azotanów i azotynów zachodzi przy

wcześniejszej ich redukcji do formy amonowej. Schemat tej

reakcji przedstawia reakcja:

NO 3 → NO 2 → NO → NOH → NH 2 OH → NH 4 +

• Przebieg asymilacji amoniaku wiąże się z powstaniem jonu

H + . Powoduje to obniżenie zasadowości na asymilację 1

grama azotu zużywane jest 3,57 g CaCO 3 .

NITRYFIKACJA

• Proces ten polega na utlenieniu azotu amonowego do

azotynów, a w następnej kolejności do azotanów.

• Proces zachodzi dwustopniowo zgodnie z poniższymi

reakcjami:

– I etap: NH 4 + + 1,5O 2 → NO 2 → 2H + + H 2 O + E

– II etap: NO 2 + 0,5O 2 →NO 3 + E

E zysk energetyczny

• Szybkość reakcji II etapu jest znacznie większa niż etapu I,

więc w praktyce ilość azotu amonowego jest niewielka.

• Przebieg nitryfikacji powoduje zwiększanie się ilości

jonów wodorowych H + , co powoduje obniżanie odczynu i

zużycie zasadowości.



Proces nitryfikacji prowadzony jest przez bakterie:

• utleniające amoniak do azotynów: itrosomonas, itrosobulus,

itrosospira;

– przyrost tych mikroorganizmów przedstawia reakcja:

13NH 4 + +15CO 2 →NO 2 +C 5 H 7 NO 2 +23H + +4H 2 O

C 5 H 7 NO 2 skład biomasy

• utleniające azotyny do azotanów: itrobacter, itrococcus,

itrospira;

– przyrost wymienionych mikroorganizmów przedstawia reakcja:

NH 4 + +5CO 2 +10NO 2 +2H 2 O→NO 3 +C 5 H 7 NO2+H+

• Nitryfikatory syntetyzują ATP wykorzystując energię procesów

utleniania amoniaku i azotynów. Organizmy te są bezwzględnymi

tlenowcami.

Czynniki wpływające na przebieg

procesu nitryfikacji

• Szybkość wzrostu bakterii nitryfikacyjnych jest około

dziesięciokrotnie mniejsza niż szybkość wzrostu bakterii

heterotroficznych,degradujących związkiwęgla.

• Aby bakterie nitryfikacyjne miały szansę rozwoju, należy

ograniczyć rozwój bakterii heterotroficznych. Można to osiągnąć

limitując substancje biogenne i zmniejszając obciążenie osadu.

Obciążenie to powinno zawierać się w granicach 0,10,2 kg

O 2 /kg·d.

• Oddziaływanie substancji toksycznych, w tym metali ciężkich, na

bakterie nitryfikacyjne jest zwykle większe niż na bakterie

heterotroficzne.

Czynniki wpływające na przebieg

procesu nitryfikacji

• Wiek osadu i przyrost biomasy:

– współczynnik wzrostu biomasy bakterii nitryfikacyjnych

wynosi 0,1 g.s.m.o. N/g NNH 4 ,

– teoretyczny, minimalny wiek osadu w temperaturze 20 o C,

wynosi 35 dni,

– skrócenie wieku osadu spowoduje efekt wypłukania bakterii

nitryfikacyjnych z układu wraz z usuwaniem osadu

nadmiernego,

• Stosunek BZT 5 / ogKj :

– decyduje o udziale bakterii nitryfikacyjnych w osadzie

czynnym, może on wynosić 335%,

– BZT 5 /N ogKj >5 przeważa utlenianie związków węgla,

– BZT 5 /N ogKj <3 przeważa proces nitryfikacji.

(Microsoft PowerPoint - usuwanie N i P - technologia [tryb zgodno_234ci]).pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: