Oczyszczanie ścieków –I stopień Chemicznebeta.chem.uw.edu.pl/people/AMyslinski/JS/wyk_006.pdf · Oczyszczanie ścieków –IV stopień Odnowa wody Zanieczyszczenia refrakcyjne

Metody chemiczne oczyszczania ścieków

4. Koagulacja i nawapnianie ścieków – powyŜej 50oC

Koagulanty: chlorki i siarczany Ŝelazowe i Ŝelazawe, siarczan glinu oraz wapno ( węglan wapnia, tlenek wapnia, wodę wapienną)

Al2(SO4)3⋅18H2O + 6H2O → 2 Al(OH)3↓↓↓↓ + 3H2SO4 + 18H2O

FeCl3⋅6H2O + 3H2O → Fe(OH)3↓↓↓↓ + 3HCl + 6H2O

Oczyszczanie ścieków – I stopieńChemiczne

1

5. Usuwanie fosforanów.

Fosfor moŜna usuwać w róŜnych miejscach ciągu

technologicznego oczyszczalni ścieków:

� wstępne w osadniku,

� równoczesne – z biologicznym oczyszczaniem,

� wtórne – po biologicznym oczyszczaniu.

Sole glinu, Ŝelaza i wapnia powodują tworzenie i wytrącanie

praktycznie nierozpuszczalnych fosforanów.

Oczyszczanie ścieków – I stopieńChemiczne

2

Al2(SO4)3⋅18H2O + 2PO43- → 2 AlPO4↓↓↓↓ + 3SO4

2- + 18H2O

FeCl3⋅6H2O +2PO43- → FePO4↓↓↓↓ + 3Cl- + 6H2O

2Ca(OH)2 +HPO42- → Ca2HPO4(OH)2 ↓↓↓↓ + 2OH-

Oczyszczanie ścieków – I stopieńChemiczne

3

7. Zobojętnianie ścieków

ścieki kwaśne zobojętnia się:

- mieszając z zasadowymi ściekami

- neutralizując je chemikaliami

- przepuszczając przez złoŜa zasadowe, filtry wypełnione np.CaCO3,

MgO lub dolomitem

- wpuszczając je do stawów aeracyjnych z moŜliwością

kilkudniowego przetrzymania

- rozcieńczając je wodą rzeczną o odczynie lekko zasadowym lub

nawet obojętnym.

ścieki o odczynie zasadowym:

- przez przepuszczanie przez nie gazów spalinowych

- przez neutralizację kwasami

- przez przesączenie ich przez filtr gruntowy

Oczyszczanie ścieków – I stopieńChemiczne

4

Oczyszczanie ścieków – II i III stopieńBiologiczne

Biologiczne oczyszczanie ścieków w środowisku wodnym:

We wszystkich metodach biologicznego oczyszczania ścieków zachodzą następujące procesy:

1. rozkład substancji organicznych do CO2, H2O i NH3

2. nitryfikacja, czyli utlenienie NH3 za pomocąmikroorganizmów ( bakterii) do azotynów, a następnie do azotanów,

3. denitryfikacja, czyli przemiana azotanów do postaci azotu cząsteczkowego N2

5

1.Rozkład substancji organicznych do CO2, H2O i NH3

Równanie bezpośredniego utleniania

[CH2O] + O2 ���� CO2 + H2O

[CH2O] jest zastępczą formułą zanieczyszczeń organicznych

[NH2CH2OH] + O2 ���� CO2 + H2O + NH3

Oczyszczanie ścieków – II stopieńBiologiczne

6

Cd. 1

Równanie syntezy nowych komórek (asymilacji)

6[CH2O] + NH3 + O2 →→→→ C5H7O2N + CO2 + 4H2Ogdzie (C5H7O2N) statystyczny ustalony, zastępczy wzór chemiczny dla mikroorganizmów

Utlenianie syntezowanej substancji komórkowej:

C5H7O2N + 5O2 →→→→ 5CO2 + 2H2O + NH3

Oczyszczanie ścieków – II stopieńBiologiczne

7

2.Nitryfikacja, czyli utlenienie NH3 za pomocą bakterii

Nitrosomonas do azotynów, a następnie za pomocą bakterii

Nitrobacter do azotanów

NH3 + 2O2 →→→→ HNO3 + H2O

Oczyszczanie ścieków – II stopieńBiologiczne

8

3.Denitryfikacja - usuwanie azotanów ze ścieków za

pomocą mikroorganizmów. Przykładowy przebieg

denitryfikacji przedstawia w wielkim uproszczeniu

następujące równanie:

4HNO3 + 5[CH2O] ���� 2N2 + 5CO2 + 7H2O

Oczyszczanie ścieków – III stopieńBiologiczne

9

Układ oczyszczania ścieków z wydzieloną komorą denitryfikacji po komorze napowietrzania (komorze aeracji)

Oczyszczanie ścieków – II i III stopieńBiologiczne

10

Biologiczne oczyszczanie ścieków zachodzi w:

1. komorach napowietrzania z osadem czynnym,

2. na złoŜach biologicznych,

3. w glebie

4. stawach biologicznych (stabilizacyjnych, napowietrzanych, rybnych).

Mikroorganizmy, stosowane w oczyszczaniu ścieków mogą występować jako skupisko w postaci błony biologicznej lub osadu czynnego.

Oczyszczanie ścieków – II stopieńBiologiczne

11

Schemat stopnia oczyszczania biologicznego w komorach napowietrzania z osadem czynnym.

1. Komory napowietrzania z osadem czynnym

Oczyszczanie ścieków – II stopieńBiologiczne

12

2. Oczyszczanie ścieków na złoŜach biologicznych

ZłoŜa biologiczne są zbiornikami wypełnionymi luźno ułoŜonym materiałem ziarnistym i porowatym.

Rodzaje wypełnień: naturalne – materiał pobrany z dna rzek,kruszywa- ŜuŜel, koks, kamienie. Sztuczne: kształtki z polistyrenu, PCW, poliamidu itp..

NajwaŜniejszą warstwą w złoŜu jest błona biologiczna.

Oczyszczanie ścieków – II stopieńBiologiczne

13

Oczyszczanie ścieków – II stopieńBiologiczne

14

3. Oczyszczanie ścieków w glebie

Oczyszczanie ścieków – II stopieńBiologiczne

15

4. Uszczelnione zbiorniki z roślinnością pływającą.

Oczyszczalnie hydrobotaniczneUrządzenia techniczne, które wykorzystują rośliny bagienne i pływające do oczyszczania ścieków.

Oczyszczanie ścieków – II stopieńBiologiczne

16

Dezynfekcja• Celem dezynfekcji jest zniszczenie Ŝywych i przetrwalnikowych form organizmów patogennych oraz zabezpieczenie wody przed wtórnym rozwojem organizmów Ŝywych, głównie bakterii.• Dezynfekcja jest najczęściej stosowana na końcu układuoczyszczania.

Fizyczne metody dezynfekcji wody• Gotowanie i pasteryzacja wody• Promieniowanie ultrafioletowe• Ultradźwięki

Chemiczne metody dezynfekcji wody• Chlorowanie (chlor, podchloryn sodowy, dwutlenek chloru,chloroaminy)• Ozonowanie• Dezynfekcja bromem lub jodem

Oczyszczanie ściekówDezynfekcja

17

Oczyszczanie ścieków – IV stopieńOdnowa wody

Zanieczyszczenia refrakcyjne są to zanieczyszczenia chemiczne, które nie podlegają bądź podlegają jedynie w minimalnym stopniu rozkładowi biologicznemu za pośrednictwem mikroorganizmów:

•substancje mineralne takie jak metale cięŜkie

•niektóre substancje powierzchniowo czynne – szczególnie kationowe

•środki owadobójcze (insektycydy) głownie z grupy związków chloroorganicznych (np.: DDT)

•pestycydy

•wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (np.: benzopiren)

•aminy aromatyczne (np.: aminonaftalen, aminostilben)

•nitrozoaminy (np.:nitrozodimetyloamina - NDMA)

•polichlorowane dwufenyle (PCB)

•dioksyny

•substancje promieniotwórcze

18

Przez odnowę wody naleŜy rozumieć zespół procesów i metod oczyszczania ścieków w takim stopniu, Ŝe mogą być one ponownie uŜyte jako wody do picia i potrzeb gospodarczych albo nadają im cechy wód naturalnych.

Stosowane są następujące procesy jednostkowe:

1. destylacja,

2. utlenianie chemiczne,

3. adsorpcja,

4. procesy membranowe

filtracja, mikrofiltracja i ultrafiltracja,

elektrodializa,

odwrócona osmoza,

5. wymiana jonowa.

Oczyszczanie ścieków – IV stopieńOdnowa wody

19

2. Utlenianie środkami chemicznymi

Do utleniania chemicznego stosuje się głównie chlor, wapno chlorowane, podchloryny i dwutlenek chloru, madmanganian potasu, woda utleniona oraz ozon.

Oczyszczanie ściekówOdnowa wody

20

3. Adsorpcja

Jako sorbentów uŜywa się najczęściej popiołów lotnych, szlaki, torfu, węgla, koksu i rudy darniowej, węgla aktywnego, Ŝelu krzemionkowego, sorbentów syntetycznych.

Rodzaje zanieczyszczeń usuwane w procesie adsorpcji• Rozpuszczalniki aromatyczne• Chlorowane związki aromatyczne• Fenol i chlorofenole• WWA• Pestycydy• Chlorowane niearomatyczne• Węglowodory o duŜej masie cząsteczkowej

Oczyszczanie ściekówOdnowa wody

21

Siłą napędową w większości procesów membranowych jest róŜnica:

Ciśnień (odwrócona osmoza)

StęŜeń (mikrofiltracja, ultrafiltracja)

Potencjału elektrycznego (elektrodializa).

W procesie elektrodializy siłą napędową jest róŜnica potencjału elektrycznego po obu stronach membrany, przez którą transportowane są jony z roztworu o stęŜeniu mniejszym do roztworu o stęŜeniu większym.

4. Procesy membranowe

Oczyszczanie ściekówOdnowa wody

22

Oczyszczanie ściekówProcesy membranowe

23

Oczyszczanie ściekówOdnowa wody

5. Wymiana jonowa

1. woda surowa2. wymiennik sodowy3. woda zmiękczona

24

Osady ściekowe

Produkty końcowe oczyszczania ścieków

woda oczyszczona osad ściekowy

25

Osady ściekowe

Przeróbka osadów ściekowych:

1) częściowe odwodnienie (zagęszczanie)

2) stabilizacja osadów:

metody biologiczne: tlenowa stabilizacja lub fermentacja metanowa

metody chemiczne

3) ponowne odwodnienie (suszenie)a) grawitacyjnie, np. na poletkach lub lagunach osadowychb) mechanicznie, np. za pomocą pras lub wirówek.

4) utylizacja osadu:- spalanie- wykorzystanie w rolnictwie- na wysypisko śmieci

26

Fermentacja metanowa:

2[CH2O] + H2O → CO2 + CH4

Osady ściekoweFermentacja metanowa

27

Osady ściekoweFermentacja metanowa

Skład biogazu

28

Oczyszczanie biogazuodsiarczanie

Biologiczne2H2S + O2 � 2S + 2H2

Chemiczne- Na złoŜach zasadowych tlenków Ŝelaza np.: złoŜa rudy darniowej

Fe2O3 + 3H2S � Fe2S3 +3H2ORegeneracja

Fe2S3 + 1,5O2 � Fe2O3 + 3S

Adsorpcja – węgiel aktywny

2H2S + O2 � 2S + 2H2O

Regeneracja – przemywanie CS2 lub N2 w temp. 500oC

29

Usuwanie CO2

•płukanie w wodzie

•płukanie w glikolu etylenowym

•membrany

Oczyszczanie biogazu

30

Schemat oczyszczania ścieków

31