calcul nutrients
DESCRIPTION
Tratare apaTRANSCRIPT
-
Optimizarea raportului de nutrieni pentru epurarea apelor uzate
RAPORT DE UTILIZAREANALIZE DE LABORATOR & ANALIZE IN PROCESEPURAREA APELOR UZATENUTRIENI
Pentru a putea respecta cerinele legale privind epurarea apelor, operatorii
instalaiilor trebuie s controleze cu atenie procesul de epurare, astfel nct
s poat interveni prompt pentru a preveni depirea valorilor limit. Pe lng metodele chimice i fizice, epurarea apelor uzate se bazeaz n
primul rnd pe epurarea biologic prin microorganisme n mlul activat. Cunoaterea nutrienilor necesari i compoziia nmolului activat sunt aadar necesare dac instalaia urmeaz s fie operat la capacitate
maxim. Cauzele i efectele raporturilor nefavorabile ale nutrienilor, precum i msurile, care vor fi luate pentru a lucra cu acetia, sunt descrise
n prezentul raport.
Autor:Ing. dipl. Michael Winkler- Conductor Proiect, Serviciul Clieni i Dezvoltare Produs
- BIOSERVE GmbH, Mainz
-
2Nutrieni n nmol activat
epurrii biologice a apelor uzate, N organic
este transformat n NH4-N prin bacteriile
din nmolul activat. NH4-N i NH4-N de
la admisie sunt transformai n nitrit, care
la rndul su este transformat n nitrat
(nitrificare). Compuii de azot care nu
sunt biodegradai n nmolul activat
sunt transformai n condiii anoxice
(absena O2 dizolvat) n azot elementar
(denitrificare). Acesta se degaj n atmo-
sfer ca N2
Compuii de azot sunt determinai ca NH4-N, NO2-N, NO3-N i TN (azot total,
care este important pentru verificrile
de echilibru i eflux).
Fosfor
ncrcarea cu P n afluxul instalaiilor
de epurare a apelor uzate este format
din ortofosfat-fosfor (PO4-P), polifosfai
i compui de fosfor organic. mpreun,
acetia nsumeaz fosfor total (Ptot).
NMOL ACTIVAT DE NUTRIENI
Un raport echilibrat de nutrieni este
esenial pentru ca microorganismele s
funcioneze la capacitate maxim. Cei
mai importani dintre aceti nutrieni sunt
carbonul, azotul i fosforul.
Carbon
Carbonul este componentul principal al
substanelor organice gsite n apele
uzate. Este biodegradat de microorga-
nismele din nmolul activat n condiii
anaerobe (bio-P), ntr-un mediu anoxic
(zona de denitrificare) i n partea aerat
a etapei biologice (zona de nitrificare).
Microorganismele folosesc compui de
carbon pentru a crea structurile lor de
celule i pentru a genera energie.
Compuii de carbon sunt determinai ca COD, BOD5 sau TOC
Azot
La intrarea n instalaiile de epurare a
apelor uzate, azotul este prezent n
form legat organic (N organic) i ca
nitrogen de amoniu (NH4-N). n timpul
Tabelul 1: Parametri importani pentru epurarea apelor uzate
COD (consumul chimic de oxigen); acesta corespunde aproximativ cantitii de oxigen necesar pentru a oxida complet compuii de carbon, inclusiv compuii redui anorganici.BOD5 (consumul biochimic de oxigen); acesta arat ct oxigen elementar este consumat de-a lungul a cinci zile de biodegradare prin microorganisme n condiiile standard.TOC (Carbon organic total) este o msur a carbonului legat organic; n contrast cu BOD5, TOC include de asemenea carbonul n compuii slab biodegradabili.TKN (azot Kjeldahl) este o msur a azotului legat organic (N organic) i a nitrogenului de amoniu (NH4-N).Azotul total NT (LATON) include azot legat organic, azot amoniu (NH4-N), nitrit (NO2-N) i nitrat (NO3-N).
Spaiul de lucru pentru analizele de laborator const ntr-un foto-metru, reactivi i n funcie de parametru un termostat.
Analizele de laborator i tehnologia de msurare susin respectarea valorilor limit.
www.hach-lange.ro
Compui organici + O2 + Nutrieni
Celul nou + CO2 + H2OMicroorganisme
-
3Sulf
Apele uzate provenite din fose septice i
unele ape uzate industriale conin com-
pui redui ai sulfului (hidrogen sulfurat,
sulfuri i tiosulfai). Sulful este un compo-
nent indispensabil al proteinelor. n insta-
laiile de epurare a apelor uzate, compuii
redui ai sulfului nu sunt doar oxidai chi-
mic n sulfai, ci i oxidai de unele bacte-
rii pentru a forma sulful i, atta timp ct
procedeul genereaz energie, acetia se
adun n interiorul celulelor ca rezerve de
hran.
Concentraiile ridicate de compui
redui ai sulfului n apele uzate pot,
totui, s conduc la un numr de prob-
leme (Tabelul 2).
Raport C:N:P (BOD5:TN:Ptot)
Coninutul nutrienilor individuali din apele
uzate trebuie s corespund nevoilor
bacteriilor din nmolul activat i ar trebui
s existe o relaie echilibrat ntre C, N i
P. Acest lucru este esenial pentru efica-
citatea biodegradrii. n timpul epurrii
aerobe a apelor uzate, raportul C:N:P
trebuie s fie n intervalul dintre 100:10:1
i 100:5:1.
n timpul epurrii biologice a apelor uzate,
polifosfaii i fosforul legat organic sunt
transformai n ortofosfai.
Necesarul de P al organismelor se
datoreaz rolului special al fosforului n
schimbul lor de energie. P este necesar
pentru a forma membrana celulei i
ADN-ul.
O parte din fosforul din apele uzate
este eliminat biologic (bio-P). Restul se
poate ndeprta prin precipitarea chimico-
fizic a fosfatului.
Compuii de fosfor sunt determinai ca PO4-P (controlul precipitrii) i ca
Ptot (monitorizarea efluxului i a echili-
brrii).
Oligoelemente
Alte oligoelemente necesare pentru a
construi celule ex.: potasiu, magneziu,
mangan, fier, cupru, zinc i nichel, pre-
cum i vitamine i factori de cretere
sunt de obicei prezente n apele uzate
municipale sau, sunt chiar furnizate de
microorganismele din nmolul activat.
Fig. 1: Procedee de degradare n timpul nitrificrii i denitrificrii
Compui organici N (uree, proteine etc.)
Azot-nitrat NO3-N
Compui organici CAzot-amoniu NH4-N Azot-nitrit NO2-N
Dioxid de carbon CO2
Nitrificare Denitrificare
Azot-nitrat NO3-N
Azot-nitrit NO2-N
Hidroliz i amonificare
Nitrosomonas + Oxigen
Nitrobacter + Oxigen
Analizoarele moderne sunt montate direct pe marginea rezervorului i nu necesit o carcas de protecie.
Sondele fr reactivi sunt utilizate pentru monitorizare continu.
NO, N2O
Azot elementar N2
NO, N2O reductaz - Oxigen
Nitrit reductaz Oxigen
Nitrat reductaz Oxigen
Oxigen
-
4 NUTRIENI_CALCUL
Raporturi favorabile i nefavorabile de nutrieni
Totui, toate tipurile de instalaii industriale,
diferenele regionale n obiceiurile alimentare
(aruncarea diferitelor gunoaie menajere n
canalele de scurgere) i natura solului i
a apei potabile conduc la o difereniere a
compoziiei apelor uzate.
Experiena a artat c raportul C:N:P
din apele uzate municipale este de apro-
ximativ 100:20:5.
De obicei, compuii N i P n exces pot fi
eliminai din apele uzate fr dificulti mari,
folosind metodele moderne.
Dac apele uzate la intrarea n etapa
biologic au deficiene la unul dintre
nutrienii principali, atunci pot aprea o
multitudine de probleme (Tabelul 3).
Pentru o denitrificare eficient, trebuie
s fie prezent o anumit proporie de
compui de C biodegradabili pregtii.
Dup ce apele uzate municipale au tre-
cut prin rezervorul iniial de decantare,
acestea au un raport BOD5:N de
100:25(=4). Dac raportul este sub
100:40 (=2,5), eficiena procesului de
denitrificare este limitat, rezultnd valori
mai ridicate de nitrai la iesire. Dac
ocolirea tratamentului iniial i creterea
volumului de denitrificare nu reuesc
Sonda NITRATAX sc parial scufundat pentru msurarea nitratului online.
Tabelul 3: Cauze i efecte ale deficienelor de nutrieni din etapa biologic a epurrii apelor uzate.
Lipsa de Cauze/Origini ale apelor uzate Posibile consecine Aciune de rectificareCarbon Timp lung de ateptare n reeaua de
canalizare Epurarea iniial cuprinztoare a apelor uzate
Ape uzate industriale cu un coninut ridicat de azot, ex.: de la procesarea laptelui i a crnii
Dezvoltarea abundent a bacteriilor filamentoase (umflarea i nspumarea mlului)
Denitrificare insuficient
Ocolirea tratamentului iniial Creterea volumului de denitrificare n timpul reinerii unui volum suficient pentru nitrificare (vechimea minim a mlului de 9 zile)
Azot Ape uzate cu coninut sczut de azot de la: Industria de hrtie Procesarea fructelor i legumelor
Valori ridicate COD/TOC n afluxul instalaiei de tratare a apelor uzate
Bacterii filamentoase
A se echilibra raportul nutrienilor prin: Adugarea compuilor de N (produse industriale cu valori bune, cum ar fi ureea)
Adugarea apelor uzate menajere, apelor tulburi din bazinul de fermentare
Fosfor Depunere de leie, ape uzate de la procesarea fructelor i legumelor
Valori ridicate de COD/TOC n eflux Bacterii filamentoase
Se va echilibra raportul nutrienilor prin: Adugarea compuilor de P (produse industriale cu valori bune, cum ar fi acid fosforic sau fertilizatorii fosfai pentru sectorul agricol)
Adugare ape uzate menajere
Tabelul 2: Cauzele i efectele concentraiilor ridicate de sulf
Cauze/Origini ale apelor uzate Posibile consecine Aciune de rectificare Concentraii ridicate ale com-puilor de sulf din industriile de procesare chimic i a proteinelor (procesarea crnii i avicultur)
Procedee anaerobe n siste-mul de canalizare, care duc la reducerea compuilor de sulf n hidrogen sulfurat
Corodarea n canalele colec-toare i pereii rezervorului din instalaiile de epurare a apelor uzate
Vecinii sufer din cauza miro-sului neplcut
Cretere sporit a bacteriilor filamentoase de oxidare a sulfului (de tipul 021 N)
A se evita blocajele din reeaua de canalizare
Se vor aduga sruri de fier n canalizare (ex.: la staiile de pompare)
Controllerul SC 1000 pentru pn la opt senzori de asemenea adecvat pentru utilizare ca o reea Profibus, de exemplu.
www.hach-lange.ro
-
5Exemplu
O instalaie de epurare a apelor uzate cu
o proporie ridicat de ape uzate indus-
triale are urmtorii parametri pentru nutri-
eni la aflux n etapa de tratare biologic
(Tabelul 5).
Raportul BOD5:N de 2,45 este prea
redus pentru ca denitrificarea adecvat
s aib loc. Trebuie aadar adugai
compui externi de carbon. Totui, tre-
buie efectuat un numr de calcule nainte
ca acest lucru s fie fcut:
1. Cantitatea de azot care nu va fi
denitrificat (Nn.d.):
a se vedea tabelul 6
2. Se va calcula cantitatea de azot
care poate fi denitrificat cu apele
uzate:
Cu denitrificare n amonte i un raport
VD:VBB de 0,5, capacitatea de denitrifica-
re (conform cu Tabelul 7) este
CDeni = 0,15 kgNO3-ND/kg BOD5.
SNO3-N, D = CDeni BOD5 infl aer= 0,15 110 mg/L = 16,5 mg/L
Acest lucru nseamn c 16,5 mg/L
NO3-N poate fi denitrificat cu epurarea
biologic existent
s aduc o mbuntire, atunci trebuie
luat n considerare adugarea unui sub-
strat degradabil pregtit (surs extern
de carbon).
Sursele de carbon pentru echilibrarea
nutrienilor includ:
- C intern = nmol iniial hidrolizat sau
acidifiat
- C extern = reziduuri industriale (de
la fabricile de bere, fermele de lap-
te, industria zahrului) i produsele
industriale (metanol, etanol, acid
acetic).
Raport COD:BOD5
Raportul acestor parametri sum este
o msur a biodegradrii poluanilor
apelor uzate. Dac raportul COD:BOD5
nu depete 2:1, se consider c bio-
degradarea este bun. Valori mai ridicate
indic prezena unor substane slab bio-
degradabile.
Tabelul 4: Cauze i efecte ale raporturilor nefavorabile COD:BOD5
Cauze/Origini ale apelor uzate Posibile consecine Aciune de rectificare Depunere de leii, ape uzate de la faciliti de ngrmin-te naturale i tratare a dee-urilor reziduale i industria chimic.
Reducere considerabil a BOD5 din reeaua de canali-zare, pe timpul verii.
Epurarea iniial intens a apelor uzate
Denitrificare necorespunz-toare (valori ridicate de nitrat din eflux).
COD ridicat n efluxul instala-iei de tratare a apelor uzate
Deteriorarea bio-P
Adugarea surselor de C pentru a mbunti denitrifi-carea
A se folosi metode chimico-fizice (tratarea ozonului, filtrul de carbon activat, tehnologia cu membran) pentru substane slab bio-degradabile i non-biodegra-dabile.
Practicele teste cuvet LANGE sunt disponibile pentru toi parametrii cheie.
n combinaie cu asigurarea calitii analitice, rezultatele msurtorilor sunt acceptate oficial.
Dac trebuie analizat un numr mare de eantioane, analizoarele automate de laborator ofer suport de valoare.
-
6 CONTROL_NUTRIENI
Reglarea dozei de substrat cu ajutorul msurtorilor NO3-N
3. Calcularea cerinei externe de
substrat
Coninutul de N care nc urmeaz s
fie denitrificat este azotul total adugat
minus cantitatea de azot care nu va fi
denitrificat minus cantitatea de azot pe
care instalaia o poate denitrifica:
SNO3-N, D, Ext = TNInflow - Nn.d. - SNO3-N, D
= 45 mg/L - 15.5 mg/L - 16.5 mg/L
= 13 mg/L
Pentru a denitrifica cele 13 mg/L de azot
rmase, microorganismelor din nmolul
activat trebuie s li se asigure o surs
suplimentar de carbon. Un volum zilnic
de ape uzate de 10.000 m3 are un coni-
nut de azot de 130 kg. Conform fiei de
lucru DWA A131, cerina extern de car-
bon este de 5 kg COD/1 kg NO3-N.
Acest lucru nseamn c, pentru a avea
loc o denitrificare complet, sunt nece-
sare 650 kg COD pe zi. Dac se asigur
carbonul suplimentar sub forma de acid
acetic, datele furnizate n Tabelul 8 arat
c 607 kg ar trebui adugate zilnic.
Dozajul vizat se bazeaz pe valorile
NO3-N.
Concluzii
Raporturile nefavorabile de nutrieni i
concentraiile ridicate ale substanelor
individuale reduc eficacitatea degradrii
procedeului de epurare a apelor uzate.
Recunoaterea timpurie i monitorizarea
continu a parametrilor critici sunt aa-
dar eseniale pentru a permite operatori-
lor instalaiei s acioneze rapid pentru
rectificare, atunci cnd este necesar.
Numai aa se poate asigura conformita-
tea cu valorile legale ale efluxului, pre-
cum i evitarea impozitelor pe ape uzate,
exagerat de mari. Testele cuvet LANGE
i dispozitivele de msurare a procesului
cu operare continu au demonstrat c
acestea sunt ajutoare indispensabile
pentru a se atinge o mai mare transpa-
ren i fiabilitate.
Tabelul 5: Valori zilnice medii ale unei instalaii de epurare a apelor uzate municipale
Valori zilnice medii
Aflux [m3/d] 10.000BOD5 infl aer [mg/L] 110TNinfl aer LATON [mg/L] 45Ptot infl aer. [mg/L] 3,5BOD5 infl aer : TNinfl aer = 110:45 = 2,45
Tabelul 6: Calcularea cantitii de azot care urmeaz s nu fie denitrificat (UNn.d.)N incorporat n biomas (5 % din BOD5 infl aer) 5,5mg/LNorg.e (e = cantitate int presupus n eflux) 2mg/LNH4-Ne (e = cantitate int n eflux) 0mg/LNO3-Ne (e = cantitate int n eflux) 8mg/LSum 15,5mg/L
Tabelul 7: Capacitate de denitrificare n conformitate cu ATV-A131 (valori de ghidare pentru vreme uscat i temperaturi de la 10 la 12C)
VD/WATTVolum Deni/Volum Aerare
CDeni (Capacitate de denitrificare n kg NO3-ND/kg BOD5)Denitrificare n amonte Denitrificare simultan i
intermitent0,2 0,11 0,060,3 0,13 0,090,4 0,14 0,120,5 0,15 0,15
VD: Volumul rezervorului de aerare utilizat pentru denitrificareVAT: Volumul rezervorului de aerare
Tabelul 8: Surse externe de carbon pentru calcularea dozajului necesar
Acid acetic Metanol Etanol
COD kg/kg 1,07 1,50 2,09TOC kg/kg 0,40 0,38 0,52BOD5 kg/kg 0,70 0,96 1,35Densitate kg/m3 1.060 790 780n acest exemplu, 1 kg acid acetic este echivalent cu 1,07 kg COD
www.hach-lange.ro
-
7
Canal
Rezervor de ploaie
Grtar Reinere / Separator Nisip
Limpezire iniial
Regenerare
Limpezire final
Filtru
Centru birouri / Laborator
Cuv de Decanatare
Turn de Fermentare
Scurgerea nmolului
Fig. 2: Reprezentare schematic a instalaiei de epurare a apelor uzate cu locaiile de msurare pentru monitorizarea nutrienilor
Locaiile tipice pentru monitoriza-
rea nutrienilor din instalaiile de
epurare a apelor uzate.
Aflux la rezervorul iniial de decantare: Determinarea i monitorizarea ncr-
crii instalaiei
Aflux la rezervorul de aerare: optimiza-rea furnizrii cu nutrieni
Eflux de la rezervorul de aerare: Moni-torizarea i optimizarea funciei de
degradare a C, nitrificare/denitrificare
i eliminare P
Eflux de la instalaia de epurare a apei uzate (WWTP): monitorizare valori
limit, controlul WWTP
Parametrii nutrienilor analizai sunt (n
funcie de regulile de monitorizare):
COD (sau TOC) BOD5 orto PO4-P Ptot NH4-N TKN (azot Kjeldahl: suma NH4-N i N
organic)
Ntot.inorg..(anorganic N: suma NH4-N, NO3-N i NO2-N)
TNb (azot total: suma N organic i anorganic)
-
Raporturi optime de nutrieni cu tehnologia modern de msurare
DOC040.87.10005.O
ct12
SOLUII DE MSURARE_NUTRIENI
Staia de msurare pentru analiza de laborator
DR 3900 Spectrofotometru compact i puternic (3201100 nm) cu tehnologie RFID pentru rezultate ale msurtorilor fiabile i trasabile pentru analize de rutin i aplicaii ale utilizatorului; cititor de cod de bare (IBR) pen-tru evaluarea automat a testelor cuvet LANGE; afiaj grafic cu fundal luminos i ecran tactil
LT 200 Termostat uscat pentru digestii standard i speciale: digestii preprogramate pentru analiza COD, N total, P total, TOC, acizi organici, metale
AlternativHT 200S Termostat de pentru temperaturi ridicate, pentru digestie rapid pentru
analiza COD, N total, P total, metale, n doar 35 minute; digestii standard pentru analiza TOC
Teste cuvet Reactivi gata de folosire n siguran maxim; deosebit de precii; metod aprobat; peste 50 parametri i intervale de msurare
Sisteme pentru msurarea online
AMTAX sc Instrument de msurare pentru determinarea continu a concentraiei de amoniu n probele de ap i ap uzat, cu coninut sczut de solide. Msurarea se efectueaz printr-un electrod sensibil la gaz.
PHOSPHAX sc Instrument de msur pentru determinarea continu a concentraiei de fosfat n probele de ap i ap uzat. Msurarea se efectueaz folosind metoda cu molibdo-vanadat.
AISE scAN-ISE scNISE sc
Sond ISE pentru determinarea continu a concentraiei de amoniu (AISE sc, AN-ISE sc) i a concentraiei de azotat (NISE sc, AN-ISE sc) n fluid. Msurarea se efectueaz folosind un electrod ion-selectiv (ISE) cu compensare automat de potasiu i clorur. Manevrare deosebit de uoar graie cartuului CARTRICAL plus al senzorului.
NITRATAX sc Sond de proces pentru stabilirea coninutului de nitrat direct din ap, ap uzat sau nmol activat; nu este necesar nicio prelevare; auto-curare; metod fr reactivi; diverse domenii de msurare
SC1000 Controller Un sistem cu controller SC1000 const ntr-un singur modul cu afiaj, i unul sau mai multe module de sonde. Este configurat modular pentru a se potrivi cerinelor specifice clientului i poate fi extins n orice moment pentru a include locaiile, senzorii, intrrile, ieirile i interfaa BUS , suplimentare pentru msurare.
AlternativControler SC 200 Controleaz pn la doi senzori (nu pentru AMTAX sc sau PHOSPHAX sc).
Bibliografie1. ATV-Handbuch: Biologische und weiterge-
hende Abwasserreinigung, Ernst & Sohn-Verlag 1997
2. K. Hnel: Biologische Abwasserreinigung mit Belebtschlamm, VEB Gustav Fischer Verlag, 1986
3. K. Mudrack, S. Kunst: Biologie der Abwasser-reinigung, Gustav Fischer Verlag, 1994
4. Arbeitsblatt DWA A 1315. S. Kunst, C. Helmer, S. Knoop: Betriebspro-
bleme auf Klranlagen durch Blhschlamm, Schwimmschlamm, Schaum, Springer-Verlag 2000
6. D. Jenkins, M. G. Richard, G. T. Daigger: Manual on the causes and control of activa-ted sludge bulking, foaming, and other solids separation problems, Lewis Publishers 2004 (Manual privind cauzele i controlul umflrii i nspumrii mlului i alte probleme legate de separarea solidelor, Editura Lewis 2004)
7. Poster ncredere n utilizace i economie cu HACH LANGE DOC140.87.00449
Staie de msurare pentru analize de laborator, cu fotometru DR 3900, termostat LT 200 i teste cuvet LANGE