Biološki Postupci Obrade i Membranski Procesi

PODJELA BIOLOŠKIH POSTUPAKA OBRADE OTPADNIH VODA:

Aerobni postupak:

C6 H12 O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O, ∆G = -2880 kJ/mol

Anaerobni postupak:

C6H12O6 + 2H2O → 3CO2 + 3CH4 + 2H2O, ∆G = -405 kJ/mol

Aerobni procesi prečišćavanja

Tri stadijuma biološkog prečišćavanja

Prenos mase kiseonika i hranljivih materija iz tečnosti do ćelija;

Difuzija materija i kiseonika kroz polupropustljivu membranu ćelije;

Metabolizam materijala.

• disimilacija ili oksidacija organske materije (predstavljene formulom COHNS):

COHNS + O2 + mikroorganizmi → CO2 + NH3 + drugi produkti + energija;

 • asimilacija ili sinteza novih ćelija:

COHNS + O2 + mikoorganizmi + energija → C5H7NO2 (bruto formula ćelijske mase po Hooveru i Porgesu);

 • autooksidacija ili endogena respiracija (oksidacija vlastite

supstance):

C5H7NO2 + 5O2 → 5CO2 + NH3 + 2H2O + energija

Faktori koji utiču na biološke procese:

temperaturapH-vrijednostmiješanjetoksične materijekoncentracija kiseonika u vodibiogeni elementidoza i rast aktivnog mulja

Biogeni elementi

BPK5 : N : P = 100 : 5 : 1

Niz metala po opadajućoj toksičnosti:Sb>Ag>Cu>Hg>Co>Ni>Pb>Cr>Cd>Zn>Fe

Aerobni postupci

Postupci sa suspendovanom mikroflorom:• postupci sa aktivnim muljem,• aerobne aerisane lagune,• aerobna jezera.

Postupci sa imobilisanom mikroflorom:• kapajući filter (prokapnik),• biodisk (biofilter sa rotirajućim pločama-diskovima).

Šema procesa sa aktivnim muljem

Osnovni načini aeracije: (a) dubinska aeracija, (b) površinska aeracija , 1 – dovod vazduha; 2 – aeracijska turbina

Faze rada SBR uređaja (Tchobanoglous, 2003)

Sekvencijalni šaržni reaktor (SBR – Sequencing Batch Reactor

Lagune mogu biti:

•aerobne (prirodna aeracija) – koriste kiseonik iz procesa fotositeze zelenih algi, kao i prirodne apsorpcije vazduha; organsko opterećenje vode je nisko, jer je limitirano malom količinom kiseonika i moraju biti plitke (1-1,5 m). Rad im je uslovljen toplom klimom sa dosta sunčanog vremena;

•fakultativne (aerobno-anaerobne) - najrašireniji tip lagune, sa osnovnom karakteristikom aerobne površinske zone sa gradijentom ka anaerobnoj zoni na dnu. Kiseonik se i ovdje obezbjeđuje razmjenom sa vazduhom i putem fotosintetskih procesa. Aerobni mikroorganizmi oksidišu organsku materiju i nus proizvode anaerobnih procesa (koji se odvijaju na dnu);

•aerisane lagune – podrazumijevaju, pored prirodne, i vještačku aeraciju (najčešće površinsku mehaničku aeraciju), pa je prečišćavanje brže i potpunije. Ova vrsta laguna omogućava određenu fleksibilnost za različita opterećenja i klimatske uslove.

Postupci sa imobilisanom mikroflorom:

• kapajući filter (prokapnik),• biodisk (biofilter sa rotirajućim pločama-diskovima).

Biološka filtracija

Biofilm u tri sloja:spoljni aerobni slojsrednji aerobni slojunutrašnji anaerobni sloj

Filterski materijali:prirodni (kamen, kvarcni tucanik)Vještački ( polivinil-hlorid, polipropilen,

polistiren)

Šematski prikaz biofilma u filtru prokapniku i moguće vrste punjenja – nosača: (A) strukturirano pakovanje; (B) nasumično postavljeno pakovanje (Persson and Nilson 2011)

Šema filtra prokapnika: 1 – dovod; 2 – prskalice; 3 – ispuna; 4 – drenaža; 5 - odvod

. Šema biodiska (Gaćeša i Klašnja, 1994)

Membranski procesi

Šematski prikaz membranske separacije (Liu, 2007)

Postoje tri osnovna mehanizma separacije kroz membrane:

•prvi mehanizam - zasniva se na razlici u veličini čestica i veličini pora membrane; tzv. efekat prosijavanja;

•drugi mehanizam – zasniva se na razlici u rastvorljivosti i difuzivnosti komponente u rastvorima sa jedne i druge strane membrane (kod ovog separcionog postupka koriste se guste membrane);

•treći mehanizam - koji se zasniva na razlici u naboju čestica koje treba izdvojiti (elektrohemijski efekat).

Dvije važne karakteristike membrana:

•Koeficijent zadržavanja (retencije), R:

R = cu – cp / cu ,gdje je:cu– koncentracija komponente u ulaznom toku,cp – koncentracija komponente u permeatu.

•Propusnost ili membranski fluks (J), govori o produktivnosti membrane. Definiše masu permeata koja prođe kroz membranu u jediničnom vremenu i po jediničnoj površini.

Membrane mogu biti različite strukture: mrežaste (sita), dubinske, porozni film i gusti film

Membrane prema veličini pora mogu biti:•makroskopske, 50 nm,•mezoskopske, 2-5 nm,•mikroskopske, 2 nm,

Klasifikacija membranskih procesa prema opsegu dimenzija čestica (Liu, 2007)

Tabela 4.31. Poređenje različitih membranskih procesa (Persson and Nilson, 2002)

Membranski proces Prečnik čestica (µm)

Potreban pritisak (MPa)

Mehanizam separacije

Mikrofiltracija, MF 0,2 - 10 0,01 – 0,1 Efekat prosijavanja

Ultrafiltracija, UF 0,001 – 0,1 0,2 – 1,5 Efekat prosijavanja

Nanofiltracija, NF 0,001 – 0,01 2 – 4 Efekat prosijavanja + membranska difuzija

Reverzna osmoza, RO

0,0001 – 0,002 2 - 10 Membranska difuzija

Membranski moduli. Najmanja jedinica u koju je upakovana membrana definisane površine, naziva se modul.

Tipovi modula se uglavnom razlikuju geometrijski kao ravni ili cilindrični, a dijele se na (Judd, 2006):

•ramsko-pločaste module (eng. flat sheet (FS));•module sa šupljim vlaknima (eng. hollow fibre (HF);•multi cijevne module (MT);•kapilarne module (CT);•module sa nabranim filter ulošcima (eng. pleated filter cartridge (FC));•spiralne module (eng. spiral-wound (SW)).

Tipovi membranskih modula: A –pločasti midul; B –šuplja vlakna; C – spiralno namotane membrane (Persson and Nilson, 2011)

Šematski prikaz: A –osmoze; B – reverzne osmoze (Persson and Nilson, 2011)

Reverzna osmoza

Najvažnija primjena reverzne osmoze je prečišćavanje vode, i to:

•desalinacija morske vode, •dobijanje vode za piće, •dobijanje ultra čiste vode za specijalne svrhe, •prečišćavanje otpadnih voda.

Separacija molekula i jona rastvorka od molekula rastvarača odvija se u 2 stepena:

•preferencijalna sorpcija molekula rastvarača na površini membrane,•difuzija molekula rastvarača kroz membranu.

Šema procesa ultrafiltracije (Persson and Nilson, 2011)

Ultrafiltracija

. Šema procesa elektrodijalize

Elektrodijaliza

MULJEVI

Podjela prema porijeklu:

•mulj iz postrojenja za otpadne vode,•mulj iz procesa proizvodnje,•mulj iz rezervoara za skladištenje tečnosti,•mulj od korozije postrojenja.

Osnovne osobine muljeva:

•hemijski sastav,•koncentracija čvrste faze,•granulometrijski sastav,•gustina,•viskoznost,•taložne osobine,•tiksotropnost,•filtrabilnost,•centrifugabilnost,•stišljivost,•vezana voda,•biološka aktivnost,•sadržaj mikroorganizama•toksičnost.

Metode zbrinjavanja i iskorištenja muljeva:

•đubrenje zemljišta,•rekuperacija sastojaka,•rekuperacija energije,•mogućnost primjene bez dorade,•deponovanje,•ispuštanje u more,•injektiranje u zemljište,•obrada, tretman.

Korištenje mulja na zemljištu:

u tečnom stanju (sadržaj suvog do 20 %),

u čvrstom stanju (suva materija 20-50 %),

u obliku praha (suva materija 65–90 %)

Rekuperacija sastojaka muljeva:

vlakna u industriji celuloze i papira,koagulanti iz procesa bistrenja vode za

različite pripreme,kreč ili kalcijum-karbonat iz mulja od

dekarbonizacije vode,teški metali iz mulja kod obrade otpadnih

voda.

Rekuperacija energije:

proizvodnja metana anaerobnim vrenjem, gas se koristi za dobijanje toplotne i električne energije,

korišćenje kalorične moći sastojaka mulja u pećima za spaljivanje.