Sprawozdanie z ćwiczenia nr 13.doc

1.      Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z operacją oczyszczania ścieków na wysokoobciążonym złożu spłukiwanym zespolonym z reaktorem osadu czynnego.

2.      Przestudiowana literatura dotycząca ćwiczenia:

a.       Skrypt do ćwiczenia i wszystkie odnośniki w nim zawarte.

b.       „Podstawy biochemii” Jerzy Kączkowski.

c.       „Podręcznik do ćwiczeń z technologii chemicznej” pod redakcją Teresy Kasprzyckiej-Guttman.

3.      Teoretyczne podstawy eksperymentu:

Nasze doświadczenie polegało na oczyszczeniu ścieków imitujących mleczarskie poprzez wykorzystanie dwóch metod biologicznych: metody osadu czynnego i złoża spłukiwanego.

Metoda osadu czynnego polega na wytworzeniu kłaczków w całej objętości roztworu, które składają się z minerału i osadzonych na nim bakterii heterotroficznych, które rozkładają związki organiczne do nieorganicznych, czerpiąc z tego substancje odżywcze. Reaktor jest również ciągle napowietrzany. Jest to bardzo skuteczna metoda.

Metoda złoża spłukiwanego polega na zainstalowaniu w reaktorze złoża (w naszym przypadku koksu), które będzie regularnie i równomiernie polewane ściekami, natomiast od dołu doprowadzany jest tlen. Na złożu wytwarza się błona biologiczna organizmów rozkładających związki organiczne. Metoda ta nadaje się do oczyszczania ścieków tylko o niewielkim stężeniu.

W doświadczeniu oznaczamy zawartość BZT5 (biologiczne zapotrzebowanie tlenu dla bakterii aerobowych) i ChZT (chemiczne zapotrzebowanie tlenu na utlenienie związków organicznych).

4.      Opis eksperymentu:

a.       Aparatura:

b.       Lista reagentów i odczynników:

- ścieki organiczne
- mleko
- odczynnik wanadowy do oznaczania fosforanów,
- Ca(OH)2(aq)
- roztwór Al2(SO4)3
- odczynniki NANOCOLOR

c.       Wykonane czynności:

- przygotowanie części ścieków do oznaczania jonów PO43-,
- strącenie PO43-,
- kolorymetryczne oznaczenie zawartości jonów PO43-,
- oznaczenie ChZT,
- dodanie mleka do reaktora 1,
- kilkukrotne fotometryczne oznaczenie ChZT ścieków podczas trwania doświadczenia,
- oznaczenie zawartości jonów NO3- paskiem Quantofix ®,

d.       Obserwacje i wyniki pomiarów:

Wyniki pomiarów znajdują się w arkuszu kalkulacyjnym dołączonym do doświadczenia.

Obserwacje:

- podczas pomiarów stężenia tlenu zaobserwowałyśmy, iż tylko na początku przeprowadzania pomiaru stężenie tlenu było niskie, później jego zawartość się zwiększyła; świadczy to o tym, iż bakterie aerobowe przeprowadzające proces denitryfikacji zakończyły rozkładanie substancji organicznych i inne procesy już po ok. 20 godzinach pracy.

- bardzo skuteczny jest proces pozbywania się zanieczyszczeń poprzez ich strącanie (wodą wapienną i roztworem siarczanu glinu).

- bardzo dokładne pomiary ChZT zostały przeprowadzone kolorymetrycznie i na ich podstawie możemy powiedzieć, iż po sorpcji znacznie spadła wartość ChZT

- strąceniowe metody oczyszczania ścieków są również bardzo skuteczne, ponieważ na podstawie pomiarów stężenia fosforanów przed i po strąceniu transmitancja (przepuszczalność) jest prawie dwukrotnie większa

5.      Opracowanie wyników:

a.       Równania reakcji:

Schemat reakcji przeprowadzanych przez bakterie denitryfikacyjne od amoniaku do azotu:

b.       Rachunkowe opracowanie wyników:

Wykres zmiany ChZT w czasie:

Wykres zmiany obciążenia hydraulicznego w czasie:

Wykres zmiany obciążenia ChZT w czasie:

Wykres zmiany współczynnika jakości pracy od czasu:

Poniższy diagram słupkowy obrazuje redukcję fosforanów w kolejnych pomiarach: przed strącaniem (1), po pierwszym strącaniu (2) oraz po drugim strącaniu (3):

Zależność na wykresie obrazuje pomiar stężenia tlenu podczas pomiarów:

6.      Dyskusja otrzymanych wyników i wnioski:

Wszystkie zmierzone przez nas parametry podają spodziewane wartości. Chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) maleje w czasie, co świadczy o tym, iż na początku utleniania związków organicznych proces przebiega najintensywniej, po czym jego prędkość spada, ponieważ wyczerpuje się ilość substancji, które można utlenić.

Obciążenie hydrauliczne oraz obciążenie złoża maleją, czego przyczyną jest coraz mniejsza ilość oczyszczanych ścieków. Bakterie denitryfikacyjne przeprowadzają swoje procesy metabolicznie najintensywniej na samym początku oczyszczania, ponieważ później ustala się zbyt niskie stężenie azotanów, które są pożywką dla bakterii. Najlepiej obrazuje to wykres zmiany stężenia tlenu w czasie, który ma minimum dla przedziału od ok. 5 do 15 godzin od rozpoczęcia procesu. Jako, że bakterie te są aerobami, toteż dla ich największej aktywności obserwujemy minimum na wykresie zawartości tlenu.

Po ok. 30 godzinach od rozpoczęcia pomiaru mamy na wykresie obszar plateau, który jednoznacznie wskazuje, iż bakterie przestają mineralizować związki organiczne, a proces oczyszczania przez nie ścieków możemy uważać za zakończony.

Uważamy, iż cel doświadczenia został osiągnięty.

Ścieki były napowietrzane cyklicznie – 1h napowietrzania, 3 h bez napowietrzania. Przez 20 h cały tlen był zużywany przede wszystkim na utlenianie substancji zawartych w ściekach. Jednym z produktów rozkładu białek były jony NH4+, a te były utleniane do NO3-. Nie podaje Pani wyniku uzyskanego z analizy paskami Quantofix. Denitryfikacja mogła zachodzić w okresach bez napowietrzania, kiedy bakterie względnie tlenowe wobec braku tlenu rozpuszczonego rozkładają azotany i azotyny do N2. Właściwą denitryfikację prowadzi się w reaktorze 2 przez cały tydzień.