Biologiczne oczyszczanie cieków i gazów ... - chem.pg.edu.pl ?· Przedmiot: Podstawy Biotechnologii…

Embed Size (px)

Text of Biologiczne oczyszczanie cieków i gazów ... - chem.pg.edu.pl ?· Przedmiot: Podstawy...

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

Parametry technologiczne ciekw

ChZT - chemiczne zapotrzebowanie na tlen

Ilo tlenu potrzebna do cakowitego utlenienia prbki do CO2 i H2O metodami chemicznymi Oznaczenie: Prbka gotowane jest 2 h w roztworze zawierajcym okrelon ilo K2Cr2O7 w stonym kwasie siarkowym, w obecnoci Ag2SO4 i HgSO4. Pozostaydichromian jest miareczkowany.

BZT biologiczne zapotrzebowanie na tlen

Ilo tlenu zuywana do utleniania organicznych skadnikw prbki przez drobnoustroje w niej zawarte.Oznaczenie wartoci BZT5: Prbka inkubowana jest w zamknitej szczelnie kolbie, w temperaturze 20 C, przez 5 dni. Nastpnie oznacza si ilo zuytego tlenu.

Inne parametry: oglny wgiel organiczny (OWO), azot oglny (TKN), azot organiczny, fosfor oglny, osad oglny, osad zawieszony

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

Maksymalne zuycietlenu

Konsekwencje postpujcego zanieczyszczenia rzek ciekami

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

...The River Thames is the cleanest river in the world that flows through a major city. This is a major feat considering that fifty years ago the river was so polluted that it was declared biologically dead...

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

From 1830 to 1860 tens of thousands of people died of cholera as a result of the pollution in the Thames. Sewage was being discharged directly into the Thames. Despite the foul smell, people continued to wash, bathe and drink from the river.

In 1855, a letter from Michael Faraday in The Times newspaper, London, describedthe polluted state of the River Thames he had observed on a boat trip:"The whole of the river was an opaque pale brown fluid. ....... surely the river which flows for so many miles through London ought not to be allowed to become a fermenting sewer."

A few years later the curtains in the Houses of Parliament had to be soaked in lime to stop the odours (bad smells) from preventing government from carrying on.

In 1878 the pleasure steamship Princess Alice sunk in a river collision. Most of the 600 or so passengers who died did not die from drowning, they died because of the pollution in the river.

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

Charakterystyka ciekw komunalnych

Typowy skad ciekw komunalnych

300 1200100 35080 290250 1000110 40020 8520 - 4212 50004 - 15

Osad oglnyOsad zawieszonyOWOChZTBZT5Azot oglnyAzot organicznyAmoniakAzotany(III)Azotany(V)Fosfor oglny

Warto (mg/dm3)Parametr

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

Etapy procesu oczyszczania ciekw

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

Konstrukcja filtru zraszanego do oczyszczania ciekw

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

Oczyszczanie ciekw z uyciem osadu czynnego

Zasada procesu: cieki przepywaj wzdu bioreaktora zawierajcegomieszan populacj drobnoustrojw, ktre wykorzystuj zwizki organiczne zawarte w ciekach jako rdo wgla.

materia organiczna + drobnoustroje + O2 przyrost biomasy + CO2Odciek z bioreaktora przepywa do odstojnika, gdzie nastpuje oddzielenie biomasy i nie zdegradowanego osadu. Okoo 20% biomasy jest zawracanej na pocztek bioreaktora.

Klasyczny ukad bioreaktora do oczyszczania ciekw z osadem czynnym jest przykadem chemostatu z zawracaniem czci populacjikomrek.

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

Mikroorganizmy w osadzie czynnym

1. Bakterie: od 5 109 komrek/ml do 1,5 1010 komrek/ml.

Dominujce rodzaje: Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Alcaligenes, Moraxella, Flavobacterium; bakterie nitryfikacyjne Nitrosomonas, Nitrobacter; Thiobacillus

2. Pierwotniaki orzski (osiade, pezajce, wiciowe, zarodziowe,wolnopywajce), wrotki

Cecha charakterystyczna:wzrost w postaci kaczkw(sflokulowany)

Mikroskopowy obraz kaczkaosadu czynnego

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

Biowiea

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

Technologia wirujcych biokontaktorw

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

Reaktor ze zoem fluidalnym

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

Gbokoszybowy proces oczyszczania ciekw z zastosowaniemreaktora typu air-lift

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

Schemat reaktora membranowego do oczyszczania ciekw

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

Technologia cinieniowa Unox

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

Schemat dwustopniowego oczyszczania ciekw, umoliwiajcegoprzeprowadzenie nitryfikacji i denitryfikacji

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

Metabolizm azotu amonowego i azotanw w bakteriach

Nitryfikacja

I. Utlenianie azotu amonowego

NH4+ O2 NO2

- H+ H2O2 ++ 3 2 4 + 2

Bakterie z rodzajw: Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosocystis. Reakcja jest dwuetapowa i katalizowana kolejno przez monooksygenaz amonow oraz oksydoreduktaz hydroksyloaminow

II. Utlenianie azotanw(III) do azotanw (V)

O2NO2- +2 2 NO3

-

Bakterie z rodzajw: Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

Denitryfikacja

Azotany(V) w rodowisku wodnym mog by redukowane do:

(a) azotu amonowego (szlak asymilacyjny, warunki tlenowe)(b) tlenkw azotu i azotu czsteczkowego (szlak dysymilacyjny,

warunki anoksyczne). Proces ten nazywany jest denitryfikacj

W obu szlakach I etapem jest redukcja azotanw(V) do azotanw(III)

NO2-H++NO3

-3 6 3 + H2O3

W szlaku asymilacyjnym reakcj katalizuje reduktaza azotanowa A,natomiast w szlaku dysymilacyjnym reduktaza azotanowa B.

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

II etapem szlaku dysymilacyjnego jest redukcja azotanw(III) do N2.

2 + + 4+ 6NO2- H+8 e- N2 H2O

Reakcja przebiega w warunkach beztlenowych i jest trjstopniowa.

NO2- NO N2O N2

reduktazaazotynowa

reduktazatlenku azotu

reduktazatlenku diazotu

Donorami elektronw w poszczeglnych etapach s zwizki organiczne,m.in. metanol. Sumaryczna reakcja ma wwczas posta:

2 + ++ 2H2ONO2- N2CH3OH CO2 + OH

-

Zdolno do prowadzenia reakcji denitryfikacji przejawiaj bakterie:Pseudomonas, Alcaligenes, Achromobacter, Arthrobacter, Flavobacterium, Moraxella, Chromobacterium, Bacillus, Hyphomicrobium

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Wykad 12 Biologiczne oczyszczanie ciekw i gazw odlotowych

Wewntrzkomrkowa kumulacja polifosforanwNiektre gatunki drobnoustrojw wykazuj zdolno zwikszonego pobierania fosforanw ze rodowiska i ich magazynowania w komrkach w postaci polifosforanw.

Pi Pi

bonakomrkowa

ADP

ATP

kinaza polifosforanowaMg(II)

(Pi)nnierozpuszczalne

rozpuszczalne(Pi)n

polifosfataza

kwasy nukleinowe

(Pi)n + ATP (Pi)n+1 + ADP

Schemat reakcji katalizowanej przez kinazpolifosforanow

Przedstawiony mechanizm akumulacji polifosforanw zostaje uruchamianyw warunkach niedoboru azotu lub siarki.Zostaje wwczas zahamowany wzrost komrek i ronie stosunek ATP/ADP

Uproszczony schemat metabolizmu fosforu w Aeromonas aerogenes

Politechnika Gdaska, Inynieria BiomedycznaPrzedmiot: TECHNOLOGIA CHEMICZNAPodstawy Biotechnologii

Wykad 12 Biologiczne oc