Bioloski Procesi Preciscavanja Otpadnih Voda

BIOLOŠKI PROCESI PREČIŠĆAVANJA

OTPADNIH VODA

• Nakon uklanjanja suspendovanih čestica, i koloidno dispergovanih čestica koje mogu da se talože, preostale

netaložive koloidne čestice i rastvorene organske materije moraju se iz vode ukloniti tzv. sekundarnim prečišćavanjem, a to se najčešće izvodi

biološkim procesima prečišćavanja.

• Biološko prečišćavanje zasniva se na aktivnosti

kompleksne mikroflore, koja u toku svog životnog ciklusa

usvaja organske i (mali) deo neorganskih materija koje

čine zagađenje otpadne vode, koristeći ih za održavanje

životnih aktivnosti i za stvaranje novih ćelija.

Biološkim prečišćavanjem je moguće iz otpadne vode ukloniti najveći deo organskog zagađenja, ali je nije

moguće u potpunosti prečistiti.

• Biološki procesi prečišćavanja su u osnovi isti kao i procesi samoprečišćavanja u prirodnim vodama;

• razlika je u tome što se biološki postupci zasnivaju

na većoj ili manjoj kontroli rasta i razvoja mikroflore i

po tome su sličniji procesima industrijske

mikrobiologije, od kojih se pak razlikuju u nekoliko

bitnih elemenata:

(1) mikroflora potiče iz prirodne sredine a njen

rast i razvoj se ne odvijaju u optimalnim fiziološkim uslovima;

(2) koncentracija supstrata je obično preniska (u nekim slučajevima i previsoka) za optimalan rast i razvoj mikroflore;

(3) proces se vodi u cilju razgradnje organskih materija a ne u cilju

stvaranja biomase ili produkata metabolizma mikroflore.

• Zadatak biološkog prečišćavanja je da se u

što većoj meri uklone biološki razgradljive organske materije.

• Razgradnju organskih materija vrše različite

vrste mikroorganizama.

• Biološkim prečišćavanjem koloidne i

rastvorene organske materije prevode se u oblik manje ili više stabilizovanog mulja, koji se pre ispuštanja otpadne vode u prirodnu sredinu mora iz vode odstraniti taloženjem.

• Biološki procesi se takođe koriste i za uklanjanje azota (kao biogenog elementa) iz otpadnih voda, procesima nitrifikacije i denitrifikacije.

• Biološkim putem se može ukloniti i organska frakcija muljeva koji nastaju tokom primarnog prečišćavanja otpadne vode (primarni mulj), i razgraditi višak biomase mikroflore iz procesa biološkog prečišćavanja otpadne vode (sekundarni mulj), što se naziva (biološka) stabilizacija muljeva ili digestija.

• Biološki mulj pokazuje adsorpcionu moć.

• Na njega se mogu adsorbovati biološki teško

razgradljive pa čak i toksične materije i sa

njime zajedno ukloniti.

• Adaptacijom mikroorganizama neke od ovih

materija mogu biti i delimično razgrađene.

• Razlikujemo:

aerobni i

anaerobni biološki proces prečišćavanja,

• Ovi se procesi zasnovane na biološkoj aktivnosti aerobnih, odnosno anaerobnih mikroorganizama.

• Anaerobno biološko prečišćavanje se primenjuje u slučaju znatnog opterećenja otpadne vode biološki razgradljivim organskim materijama.

• Za aerobno biološko prečišćavanje potrebno je dovođenje dovoljne količine kiseonika, kako bi se otpadna voda održala u aerobnim uslovima.

• Zadatak prečišćavanja otpadnih voda nije da se razgrade nečistoće i da se one u prirodne prijemnike ispuste u drugom obliku, nego de se one iz otpadne vode eliminišu, i da se na taj način uklone štete.

• U biološkim procesima učestvuju heterotrofni

organizmi (organizmi koji ne mogu sami da

vrše sintezu sastojaka) koji organske materije

uzimaju iz otpadne vode i koriste kao hranu i

ugrađuju je u biomasu - asimilacija.

• Energiju koja je za to potrebna organizmi

dobijaju oksidacijom, drugog dela hrane, koja

se vraća u rastvor u obliku minerala -

oksidacija (mineralizacija).

• Organizmi mogu da koriste samo one materije koje imaju karakter hranljive materije. U tom pogledu otpadne vode, kako komunalne tako i industrijske, predstavljaju izuzetno defektne rastvore, iz različitih razloga:

• sadržaj hranljivih sastojaka je relativno mali,

• sastav je promenljiv sa vremenom,

• za heterotrofne bakterije idealan odnos sastojaka u razgradljivim jedinjenjima bio bi C:N=12:1, i C:P=30:1 ili HPK:N:P=100:5:1.

• Pod ovim uslovima količina ugljeničnih jedinjenja bila bi dovoljna da se pri oksidaciji dobije dovoljno energije, tako da se preostali deo ugljeničnih jedinjenja, zajedno sa N i P, potpuno prerade u biomasu organizama.

• U praksi ovaj uslov obično nije ispunjen, jer u komunalnoj otpadnoj vode nedostaje C, a kod industrijskih otpadnih voda često nedostaju N i P.

Neravnomeran odnos C, N i P• Zbog toga pri biološkom prečišćavanju komunalnih

otpadnih voda nije moguće potpuno uklanjanje N i

P, dok kod industrijskih otpadnih voda nedostaje

mogućnost sinteze belančevina tako da se

ugljenična jedinjenja samo delimično asimiluju, dok

se drugi deo delimično metabolizuje i odlazi u

prirodni odvodnik u obliku proizvoda fermentacije.

• Zato je potrebno u svim slučajevima ispitati količinu sastojaka u otpadnoj vodi, da bi se eventualno nedostajući sastojci dodali.

• Za efikasno biološko prečišćavanje otpadne vode potrebno je da se podese i održavaju povoljni uslovi u životnoj sredini (otpadnoj vodi)

• To su pH vrednost,

• temperatura,

• sadržaj bitnih hranljivih elemenata i elemenata koji su potrebni u tragovima,

• podesna koncentracija kiseonika, ili njegovo odsustvo,

• odgovarajući hidrodinamički uslovi (održavanja aktivnog mulja u suspenziji ili obraštaja pogodne debljine na ispuni biološkog filtra).

• Za rast mikroorganizama takođe je potrebno da ostanu u sistemu dovoljno dugo vreme, radi razmnožavanja. Ovaj period zavisi od njihove brzine rasta, koja odgovara brzini kojom oni metabolizuju, odnosno koriste otpadne materije iz otpadne vode.

Relativni brojmikroorg.prilikom prečišćavanja otpadne vode

Najvažniji organizmi za proces ragradnje organske materije su: bakterije(1), fitoflagelate (2), zooflagelate - hrane se hranljivim materijama i bakterijama (3), amebe (4), slobodne cilijate (5), vezane cilijate (6), suctoria (7). Dejstvo prečišćavanja dopunjuju višećelijski organizmi, od kojih se u postrojenju naročito sreću rotifere (8).

Delovanje pojedinačnih mikroorganizama uvek se udružuje kako u prirodi tako i u sistemima za biološku obradu otpada (otpadnih voda) a to znači da ogroman broj ćelija (i preko 106 ćelija po jednom mililitru) istovetnih ili različitih mikrobioloških vrsta deluju u istom smislu.

• Kod biološkog prečišćavanja aktivnim muljem

bakterije zajedno sa organskim materijama

obrazuju pahuljice mulja, pri čemu produžavanjem vremena zadržavanja mulja, odnosno starosti mulja u sistemu, poboljšava se njegova taložljivost.

• U protočnim kulturama mogu se u svakom trenutku, u pojedinim delovima objekta, naći organizmi u različitoj fazi razvoja, zavisno od prisustva i koncentracije hrane, koncentracije i starosti mulja i dr.

Aerobni proces prečišćavanja

• Postupak sa aktivnim muljem

• Lagune

• Bofilter

• Biodisk

• Primenjuje se u obradi otpadnih voda sa malom i srednjom koncentracijom organskog zagađenja, tj. u obradi slabo i srednje opterećenih otpadnih voda.

• Aerobno prečišćavanje delimo na postupke:

• sa suspendovanom mikroflorom i

• postupke sa imobilisanim slojem, tj. mikroflorom imobilisanom na pogodnom inertnom nosaču.

Aerobni postupci sa suspendovanom mikroflorom

• Postupci sa suspendovanom mikroflorom su najrašireniji vid aerobnog procesa prečišćavanja, u prvom redu za obradu velikih količina slabo i srednje opterećenih otpadnih voda, kao što je, na primer, komunalna otpadna voda.

• U daleko najvećem broju slučajeva primenjuju se:

• postupci sa aktivnim muljem,

• a sreću se još aerobne aerisane lagune i

• aerobna (plitka) jezera.

Postupci sa aktivnim muljem

Aktivni mulj je naziv za biološki aktivnu biomasu aerobne mikroflore, suspendovane u otpadnoj vodi u obliku flokula, pri čemu se u flokulama sem živih, aktivnih, mikroorganizama nalaze i mrtve ćelije kao i organska (biorazgradljiva i bionerazgradljiva) i neorganska materija iz otpadne vode koja se prećišćava.

• Otpadna voda se uvodi u reaktor u kome se aktivni mulj održava u suspenziji.

• Posredstvom aerobne mikroflore aktivnog mulja odigrava se biološka oksidacija organskog dela zagađenja otpadne vode, odnosno teku, praktično istovremeno, reakcije disimilacije, tj. oksidacije organske materije.

Šema cirkulacionog aeracionog bazena 1-pumpna stanica, 2-propelerna pumpa, 3-cirkulacioni kanal

Sastav mikroflore aktivnog mulja• Najvažniji i najzastupljeni]i mikroorganizmi aktivnog mulja su bakterije. Uglavnom se radi o gram-negativnim bakterijama rodova Pseudomonas, Zooglea, Achroniubiiaer, Flavobacterium, Nocardia,

Mycobacterium, kao i o • nitrifikacionim bakterijama Nitrosomonas i Nitrobacter.• Javljaju se i filamentozne bakterije, rodovi Sphaerottius, • Thiothrix, Lecicothrix, Geomchum i slične. • Važnu ulogu u prečišćavanju aktivnim muljem imaju i druge vrste mikroorganizama: protozoe, koje se hrane dispergovanim (neinokulisanim) bakterijama i nilifere koje uklanjaju male, neistaložene flokule aktivnog mulja, igraju

značajnu ulogu u završnom prečišćavanju, tzv. poliranju, efluenta aerobnog reaktora.

Uloga kiseonika

• Kiseonik za biološku oksidaciju se obezbeđuje stalnom aeracijom otpadne vode u reaktoru, čime se obično postiže i potreban stepen mešanja za održavanje flokula aklivnog mulja u suspenziji, a ukoliko to nije dovoljno potpuno mešanje se obezbeduje mehaničkim mešanjem.

Osnovni tehnološki parametri

• Osnovni tehnološki parametri prečišćavanja

aktivnim muljem su:

• opterećenje procesa,

• specifična brzina razgradnje (utroška) zagadjenja, i

• srednje vreme zadržavanja mikroorganizama (ili starost mulja).

• Proces prečišćavanja aktivnim muljem se kontroliše količinom mulja iznetog iz sistema (koja zavisi od koncentracije mulja u reaktoru) i srednjim vremenom zadržavanja mikroflore u sistemu. Količina mulja koja se iznosi iz sistema mora biti manja od neto priraštaja mikroflore, kako ne bi došlo do „ispiranja" mikroflore, tj. do smanjivanja koncentracije aktivnog mulja u reaktoru.

Izbor postupka sa aktivnim muljem

• Izbor reaktora.

• Konvencionalni postupak

• Stepenasta aeracija

• Kontaktni postupak

• Postupak sa produženom aeracijom

• Reaktor sa potpunim mešanjem

Aerobne aerisane lagune i aerobna jezera

• Postupci aerobnog biološkog prečišćavanja sa suspendovanom mikroflorom koji su bliski prirodnim aerobnim procesima samoprečišćavanja su aerobne aerisane lagune i (naročito) aerobna jezera. • Radi se o velikim otvorenim zemljanim bazenima (prirodnim ili veštačkim kopanim) koji služe kao biološki reaktori u kojima se aerobnim putem prečišćava otpadna voda. • Ovi se postupci koriste kada se ima na raspolaganju dovoljna površina zemljišta i kada se može tolerisati emisija intenzivnih mirisa nastala zbog aeracije i zbog velike površine vode (obično u slučaju dovoljne udaljenosti od stambenih četvrti). • Veštačke, kopane, lagune ili jezera su obično pravougaonog ili kvadratnog oblika, dok su prirodne nepravilnog oblika odnosno prate konfiguraciju terena.

Aerobne aerisane lagune i aerobna jezera

Aerobni postupci sa imobilisanom mikroflorom

• Aerobno prečišćavanje otpadne vode sa imobilisanim slojem (fiksiranim filmom) mikroorganizama na inertnom nosaču, tzv. aerobna biofiltracija, je postupak koji se uglavnom koristi za prečišćavanje komunalne otpadne vode manjih naselja i za prethodnu obradu pojedinih industrijskih otpadnih voda.

• Od postupaka aerobne biofiltracije danas se najviše koriste:

• kapajući filtar i tzv. biodisk, tj. biofiltar sa rotirajućim pločama (diskovima) kao nosačima imobilisanog sloja mikroorganizama.

Šematski prikaz biofilma u kapljućem filtru

Biodisk• „Biodisk" je aerobni biofiltar sa rotirajućim plastičnim

perforiranim diskovima (koji slaže kao nosači imobilisane mikroflore) postavljenim na malom rastojanju na horizontalnoj osovini i uronjenim skoro do polovine (obično oko 40%) u sud sa opadnom vodom

ANAEROBNI PROCESI PREČIŠĆAVANJA OTPADNIH

VODA

Proizvodnja biogasa

• Proizvodnje biogasa relativno je jednostavan, i obuhvata tri osnovne faze:

• pripremu sirovina• anaerobno vrenje (koje se još naziva i truljenje,

digestija, metansko vrenje) • prihvat i obrada proizvedenog gasa i anaerobno

prevrele tečnosti.• Biogas koji se dobija metanskim vrenjem može se

koristiti na više načina. On je pre svega značajan kao energetski izvor, ali se može koristiti i kao sirovina za proizvodnju različitih hemijskih proizvoda.

Blok šema tehnološkog

procesa proizvodnje i

korišćenja biogasa

VODA ZA RAZBLAŽIVANJE

PRIPREMA SIROVINA

SIROVINE ZA PROIZVODNJU

BIOGASA

DODACI ZA KORIGOVANJE SASTAVA

SIROVINE

ANAEROBNO VRENJE

PRIHVAT PREVRELE TEČNOSTI

PRIHVAT GASA

OBRADA PREVRELE TEČNOSTI

KORIŠĆENJE/ODLA-GANJE PREVRELE

TEČNOSTISAGOREVANJE

GASA

ĐUBRIVO

KORIŠĆENJE GASA

PREČIŠĆAVANJE GASA

HEMIJSKA SIRO

VINA itd.

POGONSK

O GORI

VO

AEROBNA

OBRADA itd.

ODLAGANJ

E OKOL

INU

STOČNA

HRANA

ELEKTRO-

ENERGIJA

TOPLOTNA ENER

GIJA

TOPLOTNA ENERGIJA

BIOGAS

RECIRKULACIJA MULJA

RECIRKULACIJA

IZBISTRENE TEČNOSTI

ANAEROBNO PREVRELA TEČNOST

TIPOVI ANAEROBNIH BIOLOŠKIH REAKTORA