Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Parametry technologiczne ścieków
ChZT - chemiczne zapotrzebowanie na tlen
Ilość tlenu potrzebna do całkowitego utlenienia próbki do CO2 i H2O metodami chemicznymi Oznaczenie: Próbka gotowane jest 2 h w roztworze zawierającym określoną ilość K2Cr2O7 w stężonym kwasie siarkowym, w obecności Ag2SO4 i HgSO4. Pozostałydichromian jest miareczkowany.
BZT – biologiczne zapotrzebowanie na tlen
Ilość tlenu zużywana do utleniania organicznych składników próbki przez drobnoustroje w niej zawarte.Oznaczenie wartości BZT5: Próbka inkubowana jest w zamkniętej szczelnie kolbie, w temperaturze 20° C, przez 5 dni. Następnie oznacza się ilość zużytego tlenu.
Inne parametry: ogólny węgiel organiczny (OWO), azot ogólny (TKN), azot organiczny, fosfor ogólny, osad ogólny, osad zawieszony
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Maksymalne zużycietlenu
Konsekwencje postępującego zanieczyszczenia rzek ściekami
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
...”The River Thames is the cleanest river in the world that flows through a major city. This is a major feat considering that fifty years ago the river was so polluted that it was declared biologically dead”...
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
From 1830 to 1860 tens of thousands of people died of cholera as a result of the pollution in the Thames. Sewage was being discharged directly into the Thames. Despite the foul smell, people continued to wash, bathe and drink from the river.
In 1855, a letter from Michael Faraday in The Times newspaper, London, describedthe polluted state of the River Thames he had observed on a boat trip:"The whole of the river was an opaque pale brown fluid. ....... surely the river which flows for so many miles through London ought not to be allowed to become a fermenting sewer."
A few years later the curtains in the Houses of Parliament had to be soaked in lime to stop the odours (bad smells) from preventing government from carrying on.
In 1878 the pleasure steamship Princess Alice sunk in a river collision. Most of the 600 or so passengers who died did not die from drowning, they died because of the pollution in the river.
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Charakterystyka ścieków komunalnych
Typowy skład ścieków komunalnych
300 – 1200100 – 35080 – 290250 – 1000110 – 40020 – 8520 - 4212 – 50004 - 15
Osad ogólnyOsad zawieszonyOWOChZTBZT5Azot ogólnyAzot organicznyAmoniakAzotany(III)Azotany(V)Fosfor ogólny
Wartość (mg/dm3)Parametr
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Etapy procesu oczyszczania ścieków
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Konstrukcja filtru zraszanego do oczyszczania ścieków
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Oczyszczanie ścieków z użyciem osadu czynnego
Zasada procesu: Ścieki przepływają wzdłuż bioreaktora zawierającegomieszaną populację drobnoustrojów, które wykorzystują związki organiczne zawarte w ściekach jako źródło węgla.
materia organiczna + drobnoustroje + O2 → przyrost biomasy + CO2
Odciek z bioreaktora przepływa do odstojnika, gdzie następuje oddzielenie biomasy i nie zdegradowanego osadu. Około 20% biomasy jest zawracanej na początek bioreaktora.
Klasyczny układ bioreaktora do oczyszczania ścieków z osadem czynnym jest przykładem chemostatu z zawracaniem części populacjikomórek.
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Mikroorganizmy w osadzie czynnym
1. Bakterie: od 5 × 109 komórek/ml do 1,5 × 1010 komórek/ml.
Dominujące rodzaje: Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Alcaligenes, Moraxella, Flavobacterium; bakterie nitryfikacyjne –Nitrosomonas, Nitrobacter; Thiobacillus
2. Pierwotniaki – orzęski (osiadłe, pełzające, wiciowe, zarodziowe,wolnopływające), wrotki
Cecha charakterystyczna:wzrost w postaci kłaczków(sflokulowany)
Mikroskopowy obraz kłaczkaosadu czynnego
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Biowieża
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Technologia wirujących biokontaktorów
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Reaktor ze złożem fluidalnym
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Głębokoszybowy proces oczyszczania ścieków z zastosowaniemreaktora typu air-lift
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Schemat reaktora membranowego do oczyszczania ścieków
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Technologia ciśnieniowa Unox
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Schemat dwustopniowego oczyszczania ścieków, umożliwiającegoprzeprowadzenie nitryfikacji i denitryfikacji
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Metabolizm azotu amonowego i azotanów w bakteriach
Nitryfikacja
I. Utlenianie azotu amonowego
NH4+ O2 NO2
- H+ H2O2 ++ 3 2 4 + 2
Bakterie z rodzajów: Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosocystis. Reakcja jest dwuetapowa i katalizowana kolejno przez monooksygenazę amonową oraz oksydoreduktazę hydroksyloaminową
II. Utlenianie azotanów(III) do azotanów (V)
O2NO2- +2 2 NO3
-
Bakterie z rodzajów: Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Denitryfikacja
Azotany(V) w środowisku wodnym mogą być redukowane do:
(a) azotu amonowego (szlak asymilacyjny, warunki tlenowe)(b) tlenków azotu i azotu cząsteczkowego (szlak dysymilacyjny,
warunki anoksyczne). Proces ten nazywany jest denitryfikacją
W obu szlakach I etapem jest redukcja azotanów(V) do azotanów(III)
NO2-H++NO3
-3 6 3 + H2O3
W szlaku asymilacyjnym reakcję katalizuje reduktaza azotanowa A,natomiast w szlaku dysymilacyjnym – reduktaza azotanowa B.
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
II etapem szlaku dysymilacyjnego jest redukcja azotanów(III) do N2.
2 + + 4+ 6NO2- H+8 e- N2 H2O
Reakcja przebiega w warunkach beztlenowych i jest trójstopniowa.
NO2- NO N2O N2
reduktazaazotynowa
reduktazatlenku azotu
reduktazatlenku diazotu
Donorami elektronów w poszczególnych etapach są związki organiczne,m.in. metanol. Sumaryczna reakcja ma wówczas postać:
2 + ++ 2H2ONO2- N2CH3OH CO2 + OH-
Zdolność do prowadzenia reakcji denitryfikacji przejawiają bakterie:Pseudomonas, Alcaligenes, Achromobacter, Arthrobacter, Flavobacterium, Moraxella, Chromobacterium, Bacillus, Hyphomicrobium
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Wewnątrzkomórkowa kumulacja polifosforanówNiektóre gatunki drobnoustrojów wykazują zdolność zwiększonego pobierania fosforanów ze środowiska i ich magazynowania w komórkach w postaci polifosforanów.
Pi Pi
błonakomórkowa
ADP
ATP
kinaza polifosforanowaMg(II)
(Pi)nnierozpuszczalne
rozpuszczalne(Pi)n
polifosfataza
kwasy nukleinowe
(Pi)n + ATP (Pi)n+1 + ADP
Schemat reakcji katalizowanej przez kinazępolifosforanową
Przedstawiony mechanizm akumulacji polifosforanów zostaje uruchamianyw warunkach niedoboru azotu lub siarki.Zostaje wówczas zahamowany wzrost komórek i rośnie stosunek ATP/ADP
Uproszczony schemat metabolizmu fosforu w Aeromonas aerogenes
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: TECHNOLOGIA CHEMICZNAPodstawy Biotechnologii
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Nowe możliwości eliminacji amoniaku i azotanów
Bakterie Planctomycetes przeprowadzają reakcję:
NH4+ + NO2
- → N2 + 2H2O
Technologia Anammox (anaerobowe utlenianie amoniaku)
Zasada metody: strumień ścieków zawierających związki amonowedzieli się na dwa strumienie. Zawartość jednego ze strumieni jest poddawana nitryfikacji /utlenienie amonu do azotanów(III)/. Strumień ten jest kierowany do reaktora anaerobowego, gdzie w wyniku połączenia z drugim strumieniem i aktywnościmetabolicznej bakterii Planctomycetes zachodzi reakcja utleniania amoniaku.Zalety: znacznie mniejsze zapotrzebowanie na napowietrzanie, brakkonieczności dodawania materii organicznej, redukcja osadu odpadowego
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Sposoby utylizacji osadów nadmiernych
- składowanie na wysypiskach- spalanie- kompostowanie- wykorzystanie w rolnictwie- fermentacja anaerobowa
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Sposoby składowania osadów nadmiernych
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Schemat spalarni osadów nadmiernych
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Przekrój pryzmy kompostowej
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Lotne zanieczyszczenia mogące występować w komunalnych i przemysłowych gazach odlotowych:
VOC (lotne związki organiczne); CFC (chlorofluorowęglowodory) H2S; SO2; NOx; NH3;
Metody eliminacji: VOC i CFC– spalarnie, adsorpcja na węglu aktywnym; SO2 i NOx – absorbcja w alkalicznych roztworach wodnych i utylizacja powstających soli; H2S i NH3 – utlenianie do SO2 i NOx, potem j.w.
Żadna z tych metod nie jest uniwersalna i nie prowadzi do całkowitejeliminacji zanieczyszczeń, a niektóre skutkują powstawaniem nowychzanieczyszczeń.
Bioremediacja gazów odlotowychZałożenie: zanieczyszczone powietrze wprowadza się do
pojemnika zawierającego wodę (roztwór wodny).Gazy rozpuszczone w wodzie zostają poddane działaniu drobnoustrojów, które dokonują całkowitej biotransformacjido związków nieuciążliwych dla środowiska
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Technologie biologicznego oczyszczania gazów
1. Biofiltr glebowy/kompostowy
2. Biofiltr kolumnowy
3. Biofiltr zraszany
4. Bioskrubery
5. Bioreaktory membranowe
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Schemat polowej instalacji biofiltrującej
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Biofiltr kolumnowyMateriały wypełnienia: torf, kompost, ścinki kory, gleba
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Schemat biofiltru zraszanego
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Główny problem użytkowania biofiltrów to zakwaszenie złożafiltrującego (H2S → H2SO4; NH3 → HNO3; chloropochodne organiczne → HCl), co czyni je niekorzystnym dla wzrostu bakterii.Możliwość zapobiegania zakwaszaniu – kontrola pH poprzez dodawanie CaCO3 (przykładowo 25 kg węglanu wapnia na m3 złoża pozwala na utrzymanie pożądanego pH przez 2 miesiące.
Inne wady biofilrów: duża powierzchnia kontaktu, generowanienieprzyjemnych zapachów.
Zalety: - niskie koszty; możliwość eliminacji zanieczyszczeń słaborozpuszczalnych w wodzie i obecnych w niewielkichstężeniach*; możliwość zastosowania odpowiednio dobranychszczepów bakteryjnych do eliminacji specyficznych zanieczyszczeń.
*Spalanie gazów zawierających 100 ml VOC/m3 wymaga dodania 50 dm3 metanu na m3 gazu. W biofiltrze ten sam efekt bez dodatków.
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Schemat bioskrubera do oczyszczania gazów odlotowych
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Bioreaktory membranowe dla oczyszczania gazów
a) z biofilmem drobnoustrojów osadzonym na membranieb) z zawiesiną drobnoustrojów
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 12 – Biologiczne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych
Usuwanie tlenków azotu i siarki z gazów odlotowych
Etapy:
1. Absorpcja w skruberzezawierającym roztwórNaHCO3 i Fe(II)EDTA;
2. Biotransformacja tlenkówazotu do N2;
3. Bioredukcja siarczanów(IV)do siarczków
4. Bioutlenienie do siarki elementarnej
5. Oddzielenie siarki
Top Related