depolbio7print

13
2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 1 Operatii biochimice 2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 2 Introducere Obiective ale operatiilor biochimice: Indepartarea substantelor organice solubile Stabilizarea substantelor organice insolubile Conversia substantelor anorganice Mediul de lucru in operatiile biochimice poate fi Aerob Anaerob Anoxic Mediul de lucru din operatiile biochimice are un efect hotarator asupra ecologiei comunitatii microbiene implicate asupra rezultatelor activitatii acestei comunitati. 2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 3 Clasificarea operatiilor biochimice utilizate in tratarea efluentilor Procese cu namol activ (microorganisme in suspensie) Digestie aeroba •Procesul de distrugere aeroba a substantelor organice insolubile, inclusiv a unei parti a excesului de biomasa formata, indepartarea poluantilor organici solubili Contact anaerob •Indepartarea anaeroba a organicelor solubile/isolubile intr-un bioreactor cu amestecare perfecta si decantor extern, cu recirculare , cu producere de metan Strat de namol anaerob ascendent •Indepartarea anaeroba a organicelor solubile/isolubile intr-un bioreactor cu amestecare perfecta, fara decantor extern, cu producere de metan. Apa uzata curge ascendent in bioreactor cu o viteza egala cu viteza de sedimentare a biomasei, formandu-se si mentinandu-se un strat de namol continand bacterii acidogene si metangene Digestie anaeroba •Stabilizarea substantelor organice insolubile Lagune aerate/anaerobe •Bioreactoare fara recircularea biomasei de la decantor Procese in strat fix (microorganisme imobilizate pe un suport solid) Bioreactoare in strat fluidizat Cotactoare biologice rotative Biofiltre (filtre cu percolare) Bioreactoare cu umplutura corpuri de umplere de dimensiuni reduse Filtre anaerobe – corpuri de umplere de dimensiuni mari 2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 4 Procese de tratare aerobe cu microorganisme suspendate Scop: Indepartarea poluantilor organici/anorganici solubili Indepartarea nutrientilor (azot, fosfor) Cele mai importante procese aerobe folosind microorganisme suspendate utilizate spre a îndepărta substanţele organice biodegradabile din apele uzate sunt: Procesul cu nămol activ Lagunele aerate Reactorul discontinuu secvenţial Digestia aeroba

Upload: rodica-ceclan

Post on 28-Dec-2015

12 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

Water bio-treatment

TRANSCRIPT

Page 1: depolbio7print

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 1

Operatii biochimice

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 2

Introducere

•Obiective ale operatiilor biochimice: •Indepartarea substantelor organice solubile•Stabilizarea substantelor organice insolubile•Conversia substantelor anorganice

•Mediul de lucru in operatiile biochimice poate fi•Aerob•Anaerob•Anoxic

•Mediul de lucru din operatiile biochimice are un efect hotarator• asupra ecologiei comunitatii microbiene implicate • asupra rezultatelor activitatii acestei comunitati.

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 3

Clasificarea operatiilor biochimice utilizate in tratarea efluentilor

•Procese cu namol activ (microorganisme in suspensie)

•Digestie aeroba•Procesul de distrugere aeroba a substantelororganice insolubile, inclusiv a unei parti a excesului de biomasa formata, indepartareapoluantilor organici solubili

•Contact anaerob•Indepartarea anaeroba a organicelorsolubile/isolubile intr-un bioreactor cu amestecareperfecta si decantor extern, cu recirculare , cu producere de metan

•Strat de namol anaerob ascendent•Indepartarea anaeroba a organicelorsolubile/isolubile intr-un bioreactor cu amestecareperfecta, fara decantor extern, cu producere de metan. Apa uzata curge ascendent in bioreactor cu o viteza egala cu viteza de sedimentare a biomasei, formandu-se si mentinandu-se un stratde namol continand bacterii acidogene simetangene

•Digestie anaeroba•Stabilizarea substantelor organice insolubile

•Lagune aerate/anaerobe•Bioreactoare fara recircularea biomasei de la decantor

•Procese in strat fix (microorganisme imobilizatepe un suport solid)

•Bioreactoare in strat fluidizat•Cotactoare biologice rotative•Biofiltre (filtre cu percolare)•Bioreactoare cu umplutura –corpuri de umplere de dimensiuni reduse

•Filtre anaerobe – corpuri de umplere de dimensiuni mari

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 4

Procese de tratare aerobe cu microorganisme suspendate

• Scop: • Indepartarea poluantilor organici/anorganici solubili• Indepartarea nutrientilor (azot, fosfor)

• Cele mai importante procese aerobe folosind microorganisme suspendate utilizate spre a îndepărta substanţele organice biodegradabile din apele uzate sunt:• Procesul cu nămol activ• Lagunele aerate• Reactorul discontinuu secvenţial• Digestia aeroba

Page 2: depolbio7print

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 5

Clasificarea bioreactoarelor folosite in tratarea apelor reziduale

Discuri rotative

Coloane cu umplutura

Strat fluidizatMicroorganisme fixate pe un suport solid situat in curentul de apa uzata tratata -– Bioreactoare cu strat fix

Bioreactoare discontinue

Bioreactoare cu curgere tip piston // functionare continua

Bioreactoare cu amestecare perfecta // functionare continua

Microorganisme in suspensie in apa uzatasupusa tratarii -– Bioreactoare cu namol activ

Configuratia bioreactoruluiModul de crestere al microorganismelor

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 6

Caracteristici ale bioreactoarelor folosite in sistemele cu microorganisme suspendate

• Se utilizează in majoritatea cazurilor reactoare cu funcţionare continua• Reactoare ideale:

• Reactorul cu amestecare perfecta si regim de funcţionare continuu•Recipient cu amestecare eficienta, alimentat continuu cu un debit de influent bogat in poluanţi, din care se evacuează continuu un debit de efluent conţinând microorganisme.

•Volumul de lichid in recipient este menţinut constant prin reglarea debitelor de intrare/ieşire, iar concentraţiile diverselor specii in recipient sunt uniforme si egale cu concentraţiile din efluent.

•Uniformitatea condiţiilor menţine biomasa intr-o stare fiziologica relativ constanta.

•O flexibilitate operaţionala mare se poate realiza prin folosirea unor operaţii fizice suplimentare, de tipul sedimentarii, care separa biomasa din efluent, recirculând-o in mare parte in bioreactor.

•Porţiunea de biomasa evacuata din sistem fiind de natura organica trebuie tratata corespunzător înainte de a fi evacuata in mediu.

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 7

• Reactorul cu curgere tip piston• Elementele de fluid circula in reactor in aceeaşi ordine in care au

intrat , fara sa se amestece intre ale. • Din acest motiv, acest tip de reactor poate fi considerat ca un

număr infinit de culturi celulare care, in timp ce se mişca, suferă schimbări atât in spaţiu cat si in timp. Biomasa trece prin cicluri de modificări fiziologice care au un impact puternic asupra structurii si activităţii sale.

• Condiţiile ideale de curgere tip piston fiind greu de realizat practic, ele sunt aproximate folosind un număr de reactoare cu amestecare perfecta, montate in cascada (inseriate).

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 8

Elemente de Cinetica a bioreactoarelor

• Regim de curgere discontinuu• Regim de curgere continuu

• Amestecare perfecta• Curgere tip piston• Curgere mixta

Page 3: depolbio7print

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 9 2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 10

Reactoare discontinue cu amestecare perfecta

CA

V

1V

dMdt

= - rAA

Vr - )QC( )QC( = dt

dMAiejAj

n

1=jiniAi

n

1=i

A ∑∑ −

Neexistând un proces de curgere prin reactor, primii termeni se anulează si rezulta expresia vitezei de consum a speciei A:

AA

dCdt

= - r

adica

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 11

Reactoare continue cu amestecare perfecta

Vr )QC( )QC( = dt

dmAiejAj

n

1=jiniAi

n

1=i

A −−∑∑

CA

VCA0Q0

CAQ0

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 12

• In regim continuu staţionar, d/dt = 0 si rezulta ca:

unde,Qo = debit volumetric de intrare/ieşire din reactor, [volum/timp]CAo = Concentraţia de intrare a reactantului in reactor, [masa/volum]CA = Concentraţia reactantului in reactor si in efluent, [masa/volum]V = Volum reactor, [volum]

r = (C Q C Q )

VAAo o A o−

r V = C Q C QA Ao o A o−

θ = VQ θ

)C - C( = r AoA

A

Introducând expresia duratei hidraulice de staţionare, se obţine expresia vitezei de consum a speciei A :

Page 4: depolbio7print

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 13

Reactoare cu curgere tip piston

Durata hidraulica de staţionare

Con

cent

r aţie

CA0Q0

CAQ0

Ipoteze:•Amestecare axiala sau longitudinala minima sau inexistenta•In timp ce un element de fluid parcurge reactorul, reactanţii sunt transformaţi in produşi•Reacţia in elementul de fluid este analoga cu reactia intr-un reactor discontinuu. •Diferenţa consta in faptul ca, in aceasta situaţie, fluidul curge prin reactor. Durata hidraulica de staţionare , q, poate fi considerata echivalenta cu durata şarjei, t, pentru reacţia in regim discontinuu.

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 14

• In regim staţionar:

( )

( )

AA A

AAA

C dV Q C r dVt

dV S dx

Q CCS r St x

∂⋅ = −∂ ⋅ + ⋅

= ⋅

∂ ⋅∂⋅ = − + ⋅∂ ∂

0 AA

AA

dCQ r Sdx

dCQrS dx

= − ⋅ + ⋅

=

( ) 0 0AA

d C Vr V

dt⋅

= − − ⋅

Nota: In reactoare discontinue in regim staţionar, cu amestecare perfecta, folosite uneori in tratarea biologica, bilanţul de materiale este:

Expresia vitezei rA este asemănătoare cu relaţia valabila in reactoarele cu curgere tip piston, in care Q/S este viteza longitudinala w, iar x/w este timpul de parcurgere al distantei x

Din bilantul de materiale pentru reactorul cu curgere tip piston rezulta expresia vitezei de consum a reactantului A:

tkAA

AA eCC

dtdCr

0⋅−⋅=−=

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 15

Scheme curente ale procesului de tratare cu microorganisme in suspensie

• A) Recirculare din reactor

• B) Recirculare din conducta de recirculare

NămolNămol

Sedimentare secundara

Nămol activ recirculat Nămol activ recirculat (NAR)(NAR)

Reactor cu aerare

XXrrQQrr

Q,SQ,S00 QQ--QQww

S,XS,XeeVVrr, X, X

NămolNămol

Sedimentare secundara

Nămol activ recirculat Nămol activ recirculat (NAR)(NAR)

Reactor cu aerare

QQww

XXrrQQr r , , SS

QQ, S, Soo QQ--QQww= = QQee

S,S,XXee

VVrr, X, X

RezidiiRezidiiNămol activ Nămol activ (NA)(NA)

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 16

Modificări ale procesului cu nămol activ

Rezervor Aerare

Nămol activ recirculatNămol activ recirculatNămol activNămol activ

rezidualrezidual

CONVENTIONAL

AMESTECAREPERFECTA

Nămol activ recirculatNămol activ recirculatNămol activNămol activrezidualrezidual

Rezervor Aerare

Decantorsecundar

Decantorsecundar

Page 5: depolbio7print

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 17

STABILIZAREPRIN

CONTACTARE

AERARE INTREPTE

Nămol activ recirculatNămol activ recirculatNămol activNămol activrezidualrezidual

Recipientcontactare

Rezervor aerare

Nămol activ recirculatNămol activ recirculatNămol activNămol activ

recirculatrecirculat

Recipient aerarenămol

Decantorsecundar

Decantorsecundar

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 18

Elemente de microbiologie a procesului de tratare a apelor uzate cu nămol activ

• Microorganisme ce intra in compoziţia nămolului activ:• Bacterii – rol cheie - degradează substratul organic din ape

• Genuri bacteriene – Pseudomonas, Zooglea, Achromobacter, Flavonobacter, Nocardia, Mycobacterium, Nitrosomonas, Nitrobacter

• Forme filamentoase: Sphaerotilus, Thiothrix, Geotricum.• Protozoare – consuma bacteriile dispersate care nu au suferit un

proces de floculare• Rotifere – consuma flocoanele biologice mici care nu au

sedimentat• Ultimele doua finisează efluentul prin înlăturarea bacteriilor

• Bacteriile trebuie• sa descompună substratul organic din influent cat mai rapid

posibil • sa formeze flocoane suficient de mari pentru a se asigura

separarea eficienta a solidelor biologice in decantor. Caracteristicile de sedimentare a flocoanelor bacteriene sunt cu atât mai favorabile cu cat durata medie de staţionare a celulelor in sistem este mai mare

Depoluare Biochimica 8 19

Elemente privind modelarea bioreactoarelor cu nămol activ

• Definirea duratelor de staţionare:• Durata hidraulica de staţionare (DHS)

• θ = Vr/Q

• Durata medie de staţionare a celulelor (durata de staţionare a solidelor -DSS) - raportul dintre masa de microorganisme existenta in sistem si masa de microorgnisme îndepărtate zilnic din sistem

• θc = VrX/QX = Vr/Q = θ• Elemente tehnologice de control a procesului cu nămol activ:

• Condiţiile de aerare• Existenta unui decantor secundar• Raportul de recirculare a nămolului• Debitul de nămol rezidual

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 20

• Bilanţuri de materiale pentru• Substratul organic• Biomasa activa• Biomasa epuizate• Oxigen

• Prin rezolvarea sistemului de ecuaţii de bilanţ de materiale, se pot obţine• Concentraţia substratului• Concentraţia biomasei• Viteza de producere a biomasei• Necesarul de oxigen• Necesarul de nutrienti

Page 6: depolbio7print

Depoluare Biochimica 8 21

Schema unei instalaţii convenţionale cu nămol activ cu amestecare perfecta

Nămol activ rezidual Nămol activ rezidual (NARez)(NARez)

NămolNămolNămol activ recirculat Nămol activ recirculat (NAR)(NAR)

Reactor cu aerare

QQww,,S, XS, Xrr

XXrr

QQr r , S, S

Q, SQ, SooQQ--QQww= Q= Qee

S, XS, Xee

VVrr, X, S, X, S

Sedimentare secundara

•Elemente componente ale instalaţiei cu nămol activ:

•Bazinul de aerare (bioreactorul)

•Sistemul de aerare

•Decantorul secundar

•Pompe pentru suspensii

•Conducte 2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 22

Lista de notaţii• µmax - viteza specifica maxima de creştere a bacteriilor (timp-1) • KS - coeficientul de semisaturatie (mg/L) – concentraţia substratului când

viteza de creştere atinge jumătate din viteza maxima de creştere• Y - este randamentul teoretic de utilizare a substratului [masa celulara/masa

substrat consumat]• kd – coeficient de degradare endogena, timp-1

• rc - viteza neta de creştere• YObs - randament observat de utilizare a substratului• k = μmax / Y - viteza maxima de utilizare a substratului per unitatea de masa de

microorganisme.

Ipoteze suplimentare ale modelului cinetic al procesului cu nămol activ

• Stabilizarea substratului organic decurge numai in bioreactorul cu aerare• Durata medie de staţionare a celulelor se determina raportat doar la volumul bioreactorului• Decantorul serveşte ca un rezervor de unde solidele biologice sunt recirculate in bioreactor spre a menţine o anumita concentraţie de microorganisme in acesta

23

•Durata hidraulica de staţionare pentru instalaţia completa:

•Durata hidraulica de staţionare pentru bioreactor:

•Durata medie de staţionare a celulelor (durata de staţionare a solidelor biologice)

r decTS

V VVQ Q

θ += =

rVQ

θ =

rc

w e e

V XQ X Q X

θ =+

Ecuaţii ale modelului bioreactorului cu amestecare perfecta

24

Bilanţuri de materiale•Bilanţ de materiale pentru microorganisme in întregul sistem

•Substituind ecuaţia (2) in ecuaţia (1), pentru regim staţionar, si rearanjând termenii, rezulta inversul DSS:

•Concentraţia microorganismelor in reactor:

( ) '0 (1)r w e e r c

dX V Q X Q X Q X V rdt⋅ = ⋅ − ⋅ + ⋅ + ⋅

Acumularea de microorganisme in sistem

=Debitul de microorganisme care intra in sistem

-Debitul de microorganisme care ies din sistem

+

Creşterea neta de microorganisme in sistem

( )( )

0

1c

c d

Y S SX

kθθ θ

⋅ −=

+ ⋅

( )' 2mc d US d

S

XSr k X Yr k XK Sμ

= − = − −+

( ) 00

1w e e USd

r c

USr

Q X Q X rY kV X X

unde

S SQr S SV

θ

θ

+= − − =

−= − − = −

Page 7: depolbio7print

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 25

•Bilanţ de materiale pentru substrat:

•Concentraţia substratului in efluent rezulta din ecuaţiile de bilanţ pentru microorganisme si substrat

•Randamentul observat de utilizare a substratului:

( )

( ) ( )

0

0

r r e r US

USS

r r e w rS

dS V Q S Q S Q S V rdt

k X SrK S

dS k X SV Q S Q S Q Q S Vdt K S

⋅ = ⋅ + ⋅ − ⋅ − ⋅

⋅ ⋅=

+

⋅ ⋅⋅ = ⋅ + ⋅ − + ⋅ − ⋅

+

( )( )

11

S c d

c d

K kS

Yk kθ

θ+

=− −

1obsc d

YYkθ

=+

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 26

Relaţii practice de proiectare si control a procesului cu nămol activ

•Relaţiile de determinare a concentraţiilor de microorganisme si de substrat sunt nepractice din cauza numărului mare de constante pe care le conţin

•Se introduce noţiunea de viteza specifica de utilizare a substratului U, inca insuficient de comoda ca parametru de control, pentru determinarea sa trebuind sa fie cunoscute masa de substrat utilizat si masa de microorganisme eficiente in utilizarea substratului

•Folosind aceasta noţiune, rezulta relaţia de dependenta a sa de DSS

•Folosirea DSS ca parametru de control al procesului de tratare se bazează pe faptul ca pentru a controla procesul de creştere a microorganismelor, un anumit procent din ele trebuie evacuat zilnic din sistem. De pilda, daca se stabileşte ca pentru eficienta dorita a procesului de tratare este nevoie de o DSS de 10 zile, in fiecare zi 10% din masa celulara este evacuata din sistem

0 0US

r

r S S S SQUX X V Xθ

− −= = =

1d

c

YU kθ= −

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 27

Parametrul F/M=S0/θ.X

•Un alt parametru de control este raportul hrana/microorganisme F/M = S0 / θX•F/M este raportul intre hrana/microorganisme; este un parametru care defineşte faza de creştere a nămolului activ

Vi te

za m

etab

oli s

mul

ui

F/M

FazaFazaendogenaendogena

Viteza de creViteza de creşştereterein faza de declinin faza de declin

CreCreşştere tere exponenexponenţţialaiala

Domeniu obiDomeniu obişşnuitnuitpentru nămol pentru nămol activactiv

SedimentareSedimentare bunabuna Sedimentare dificilaSedimentare dificila

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 28

•Introducând noţiunea de eficienta a procesului de epurare

E=100.(S0-S)/S0

•relaţia dintre raportul F/M si U este:

100E FU

M= ⋅

Page 8: depolbio7print

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 29

F/M si raportul performanta/costuri

Vit e

za m

etab

oli s

mu l

ui

F/M

Domeniu obiDomeniu obişşnuitnuitpentru nămol pentru nămol activactiv

CBO efluent mare

Costuri de aeraremai mari

Concentraţie mare SSsau costuri mari

de limpezire

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 30

Elemente privind proiectarea sistemelor de tratare a apelor uzate cu nămol activ

1. Alegerea tipului de bioreactor2. Criterii privind încărcarea cu poluanţi3. Producerea de nămol4. Necesarul de oxigen/transferul de oxigen5. Necesarul de nutrienti6. Controlul creşterii microorganismelor filamentoase7. Caracteristicile efluentului

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 31

1. Alegerea tipului de bioreactor• Factorii operaţionali implicaţi in alegerea tipului de bioreactor sunt:

• Cinetica reacţiilor implicate in procesului de tratare a apelor uzate• Cele doua tipuri obişnuite de reactoare folosite sunt reactorul continuu

cu amestecare perfecta si cel cu curgere tip piston. Din punct de vedere practic este interesant de remarcat ca duratele hidraulice de staţionare in cele doua tipuri de reactoare sunt aproximativ identice. Motivul este ca îndepărtarea a substratului combinat (solubil+insolubil) decurge cu o cinetica de ordin aproximativ zero in raport cu concentraţia de substrat si cu o cinetica de ordin aproximativ I in raport cu concentraţia de microorganisme

• Necesitatile de transfer de oxigen• In sistemele de aerare cu curgere tip piston s-a constatat ca asigurarea

necesarului de oxigen la capătul final al reactorului nu este posibila. Spre a rezolva problema, au fost concepute procese modificate:

• Procese cu aerare focalizata, in care se încearcă sa se alimenteze o cantitate de aer care sa corespunda necesarului de oxigen a sistemului

• Procesul cu alimentare in trepte, in care debitul de apa bruta este distribuit pe lungimea reactorului in mai multe puncte (de obicei la fiecare sfert)

• Procesul cu amestecare perfecta, in care aerul alimentat uniformcorespunde sau depaseste necesarul de aer al procesului

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 32

• Natura apelor reziduale• Ape cu încărcare mare de solide – acestea trebuie mentinute in

suspensie – necesare condiţii eficiente de agitare• Condiţiile locale de mediu

• Temperatura – afectează viteza reacţiilor biochimice. Daca sunt de aşteptat variaţii mari de temperatura ale influentului, se recomanda folosirea unei cascade de reactoare cu amestecare perfecta

• pH – important mai ales in procese de nitrificare, in care valori mici de pH inhiba cresterea bacteriilor nitrifiante

• Alcalinitate – valorile reduse ale alcalinităţii duc la o capacitate scăzuta de tamponare a sistemului, iar pH-ul poate scădea datorita bioxidului de carbon rezultat in urma respiraţiei bacteriene

• Costurile procesului – costuri de capital, funcţionare, întreţinere

2. Criterii privind încărcarea cu poluanţi• Raportul F/M• Durata medie de staţionare a celulelor (a solidelor – DSS)

• Raportata numai la volumul reactorului – folosita daca conversia completa a substratului are loc in bazinul de aerare

• Raportata la volumul sistemului (incuzand si decantorul) – folosita când in decantor este prezenta o cantitate mare de solide care continua sa consume substrat

Page 9: depolbio7print

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 33

3. Producerea de nămol

• Cantitatea de nămol care se produce zilnic poate fi estimata cu relaţia:

PX = YobsQ(S0 – S)

In care:PX – cantitatea zilnica de nămol rezidual produs, exprimata in termeni de solide suspendate volatile [kg/zi]

4. Necesarul de oxigen/transferul de oxigen

• Necesarul teoretic de oxigen se determina cunoscând concentraţiile de substrat in influent si in efluent, ca si cantitatea de bacterii care se elimina pe zi, folosind considerente stoechiometrice

• Debitul de aer alimentat trebuie sa asigure următoarele:• Sa satisfacă Necesarul biochimic de oxigen a apelor uzate• Sa satisfacă necesarul pentru respiraţia endogena a organismelor din

nămol• Sa asigure o agitare corespunzătoare in bioreactor• Sa menţină o concentraţie minima de oxigen dizolvat in bazinul de aerare

de 1 – 2 mg/L

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 34

5. Necesarul de nutrienti

• Nutrienti de baza – azotul si fosforul• Pentru o compoziţie medie a biomasei de tipul C5H7NO2, este necesar cca. 12,4 %

N si cam 1/5 din aceasta cantitate fosfor.• Alţi nutrienti necesari – Na, K, Ca, fosfaţi. Cloruri, sulfaţi, bicarbonaţi• Micronutrienti – Fe, Cu, Mn, B, V, Co, I, Se

6. Controlul cresterii bacteriilor filamentoase

• proliferarea acestora duce la formarea unui nămol care sedimentează greu• Metoda de control – folosirea unui compartiment “selector” separat ca zona

iniţiala de contact a bioreactorului, in care se amesteca influentul cu nămolul activ recirculat. Compartimentul poate fi si un rezervor separat de bioreactor. In acesta este condus un proces de creştere selectiva a bacteriilor care formează flocoane prin asigurarea unui raport F/M mare la nivele controlate ale concentraţiei de oxigen. Valoarea mare a concentraţiei substratului determina absorbţia sa rapida de către bacteriile care formează flocoane, ramanand putina hrana pentru cele filamentoase

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 35

7. Caracteristicile efluentului

• Principalul parametru de calitate al efluentului este conţinutul de substanţe organice. Acesta cuprinde trei categorii de constituenţi:

a) Substante organice biodegradabile solubile – 2 – 10 mg/L in ape tratate eficient

• Organice care nedegradate in etapa de tratare• Organice formate ca produşi intermediari in degradarea biologica a

reziduurlor• Componenţi celulari ( rezultat al proceselor de declin si de liza

celulara)b) Substanţe organice suspendate – 5 – 15 mg/L

• Solide biologice rezultate in timpul tratarii si neseparate in decantor• Solide organice coloidale provenind din influent, care nu au fost

îndepărtate prin tratare si separarec) Substanţe organice nebiodegradabile - 2 – 5 mg/L

• Cele prezente original in influent• Produşi secundari ai biodegradării

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 36

Controlul procesului cu nămol activ

• Factorii principali folosiţi pentru controlul procesului cu nămol activ sunt:

1. Menţinerea concentraţiilor corespunzătoare de oxigen dizolvat in bazinele de aerare

2. Reglarea cantităţii de nămol activ recirculat3. Controlul cantităţii de nămol activ rezidual

Page 10: depolbio7print

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 37

1. Menţinerea concentraţiilor corespunzătoare de oxigen dizolvat/transferat in bazinele de aerare

• Important pentru dezvoltarea bacteriilor care formează flocoane, deci a unui nămol sedimentabil

• Sisteme de aerare• Mecanice

• Tip placa• Ascensional• Cu distribuitor de aer• Tip perie

• Difuzoare• Poroase• Neporoase

• Oxigen pur

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 38

Bazin de aerare cu nămol activ

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 39

Forma bazinului de aerare

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 40

Sisteme mecanice de aerare

•Tip Placa – aeratorul ridica solidele suspendate spre interfaţa cu aerul. Se creaza un model de circulaţie care permite aerarea întregii mase de suspensie

In repaus In funcţiune

Page 11: depolbio7print

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 41

•Tip turbina cu distribuitor inelar de aer – atât inelele distribuitoare de aer cat si turbina sunt submerse. Debitul de aer se poate opri in timp ce lichidul este inca agitat

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 42

Aerator mecanic plutitor

Paleta amestecătorului se afla in tubul central, ceea ce va determina o circulaţie ascendenta a apei prin tub când agitatorul funcţionează

Agitator plutitor in funcţiuneApa uzata este împinsa ascendent prin tubul central si aruncata in aer pentru aerare

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 43

Impeller fix

•Forma paletelor este astfel proiectata incat sa asigure circulaţia ascendenta a api uzate către aer pentru aerare. Este prevăzut cu un motor cu turaţie variabila. Viteza agitatorului determina nivelul de aerare realizat

•Nefuncţional

Funcţional

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 44

Aerator tip perie

Page 12: depolbio7print

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 45

Difuzor poros de aer cu saci

•Saci din fibre de nylon sunt întinşi pe rame si fixaţi de acestea cu cleme. Bulele de aer sub presiune trec din sac înspre lichid, rezultând bule fine de aer

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 46

Difuzor de bule fine de aer

•Tuburi de cauciuc flexibil, asemanatoare cu camera de bicicleta, in care s-au practicat mici fante sunt introduse forţat peste un cadru de plastic•Dimensiunea bulelor de aer este controlata prin presiunea aerului. O presiune ridicata tine deschiderile larg deschise si permite trecerea unui debit mai mare de aer. Variaţiile de presiune sunt folosite si pentru operaţii de curatare a dispozitivelor

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 47

Difuzoare neporoase

•Aerul sub presiune străbate ascendent tuburile difuzorului. Bulele formate sunt mari

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 48

Aerare cu oxigen pur

•Pomparea oxigenului pur in rezervorul de aerare. In felul acesta se asigura de cinci ori mai mult oxigen in sistem decât folosind aer (20% oxigen). Sistemele sunt sisteme acoperite

Page 13: depolbio7print

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 49

Suflante

Cu piston Centrifugala

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 50

Decantoare

•Decantoare dreptunghiulare – curgere tip piston, suspensia intra la un capăt si curge in linie dreapta spre celalalt capăt, timp in care sedimentează nămolul. Acesta este evacuat prin canalul colector de la baza decantorului

2. Reglarea cantităţii de nămol activ recirculat3. Controlul cantităţii de nămol activ rezidual

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 51

Decantoare circulare

•Suspensia intra in zona centrala si curge către exteriorul acestuia. Nămolul decantat este direcţionat spre centru spre a fi evacuat

2005-2006 Depoluare biochimica - curs 7 52

Reglarea/controlul cantitatii de namol

•Nămolul este îndepărtat din decantor cu regularitate. O parte din nămol este pompat înapoi spre bazinul de aerare (recirculat), pentru insamantarea sistemului biologic din bioreactor. Excesul (nămol rezidual) este îndepărtat din sistem si condus spre zona de condiţionare a nămolurilor