Biotechnologia ścieków

Biotechnologia ścieków

rok wydania: 2020, wydanie pierwsze
ISBN: 978-83-01-16183-5
ilość stron: 238
format: 16,5x23,5 cm
oprawa: miękka

Opis

W książce przedstawiono różne metody biologicznego oczyszczania ścieków, skupiając się na wykorzystywanych tam procesach.

Omówiono:
· ścieki i ich charakterystykę,
· metody biologicznego oczyszczania ścieków,
· przemiany najistotniejszych zanieczyszczeń w nich występujących w warunkach tlenowych i beztlenowych,
· dwa podstawowe procesy – oczyszczanie z wykorzystaniem drobnoustrojów w formie zawieszonej (osad czynny) oraz immobilizowanymi na nośnikach (złoża biologiczne),
· podstawy inżynierii, rozwiązania techniczne i systemy technologiczne bioreaktorów,
· systemy służące do zintegrowanego usuwania związków organicznych, azotu i fosforu,
· obecny stan wiedzy z zakresu gospodarki osadami ściekowymi, które są stałym i uciążliwym produktem ubocznym oczyszczania ścieków.

Publikacja jest przeznaczona dla studentów: biotechnologii, ochrony i inżynierii środowiska, chemii, energetyki, technologii przemysłu spożywczego, rolnictwa, inżynierii chemicznej i procesowej; dla doktorantów i naukowców zajmujących się tym tematem, a także pracowników inżynierii i ochrony środowiska oraz gospodarki wodno-ściekowej różnych instytutów naukowych, inżynierów praktyków – pracowników oczyszczalni ścieków oraz projektantów oczyszczalni.

Spis treści

Słowo wstępne / 5
Spis symboli / 11

1. Ścieki i ich charakterystyka / 17
1.1. Rodzaje ścieków / 17
1.2. Charakterystyka ścieków bytowo-gospodarczych / 17
1.3. Wskaźniki organicznych zanieczyszczeń ścieków / 19
1.3.1. Stosowane wskaźniki / 19
1.3.2. Biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT) / 20
1.3.3. Chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) / 23
1.3.4. Ogólny węgiel organiczny / 24
1.3.5. Zależność między TZT, ChZTCr, BZT i Corg / 25
1.4. Samooczyszczanie wód / 27
1.4.1. Wody stojące / 28
1.4.2. Wody płynące / 29
1.4.3. Organizmy biorące udział w procesie oczyszczania / 30
1.5. Cele oczyszczania ścieków / 32
1.5.1. Rodzaje odbiorników ścieków / 33
1.5.2. Wpływ ścieków na odbiorniki wodne / 33
Literatura / 34

2. Przemiany związków organicznych w warunkach tlenowych / 35
2.1. Wprowadzenie / 35
2.2. Ścieki jako źródło substancji odżywczych dla mikroorganizmów / 36
2.3. Tlenowe procesy przemiany materii / 36
Literatura / 39

3. Przemiany związków organicznych w warunkach beztlenowych / 41
3.1. Wprowadzenie / 41
3.2. Beztlenowe procesy przemiany materii / 44
3.3. Mechanizm procesu fermentacji metanowej / 44
3.4. Czynniki toksyczne / 46
3.5. Parametry procesu fermentacji metanowej / 47
3.6. Sterowanie procesem fermentacji metanowej / 48
Literatura / 49

4. Przemiany związków azotu / 50
4.1. Wprowadzenie / 50
4.2. Krążenie azotu w przyrodzie / 50
4.3. Amonifikacja / 52
4.4. Nitryfikacja / 53
4.4.1. Mikrobiologiczny aspekt nitryfikacji / 53
4.4.2. Zapotrzebowanie na tlen w trakcie nitryfikacji / 55
4.4.3. Nitryfikacja heterotroficzna / 56
4.4.4. Inhibicja nitryfikacji / 56
4.5. Asymilacja związków azotu / 60
4.6. Denitryfikacja / 61
4.6.1. Denitryfikacja autotroficzna / 63
4.6.2. Denitryfikacja aerobowa / 63
4.7. Anammox / 64
Literatura / 66

5. Usuwanie związków fosforu ze ścieków / 68
5.1. Wprowadzenie / 68
5.2. Biologiczne usuwanie fosforu w wyniku „nadmiarowego pobierania” / 70
5.2.1. Podstawy teoretyczne procesu / 70
5.2.2. Parametry procesu / 74
5.2.3. Intensyfikacja procesu biologicznego usuwania fosforu / 77
5.3. Fizyczno-chemiczne usuwanie fosforu / 78
5.3.1. Strącanie solami glinu i żelaza / 79
5.3.2. Strącanie wapnem / 80
5.3.3. Sposoby realizacji chemicznego strącania fosforu / 80
5.4. Porównanie biologicznego i chemicznego usuwania fosforu / 81
Literatura / 82

6. Podstawy inżynierii bioreaktorów / 84
6.1. Wprowadzenie / 84
6.2. Zasady bilansowania wzrostu mikroorganizmów / 84
6.3. Kinetyka wzrostu mikroorganizmów / 85
6.4. Kinetyka procesów oczyszczania ścieków / 89
6.4.1. Kinetyka rozkładu związków organicznych / 89
6.4.2. Kinetyka nitryfikacji / 90
6.4.3. Kinetyka denitryfikacji / 92
6.4.4. Kinetyka nadmiarowej akumulacji fosforanów(V) / 93
6.5. Tryby pracy bioreaktorów / 93
6.5.1. Reaktory o działaniu okresowym / 94
6.5.2. Reaktory o działaniu ciągłym / 94
6.5.3. Wpływ charakteru przepływu ścieków na szybkość rozkładu zanieczyszczeń / 99
6.6. Mieszanie i napowietrzanie bioreaktorów / 103
6.6.1. Urządzenia do mieszania ścieków / 103
6.6.2. Urządzenia do napowietrzania ścieków / 105
6.6.3. Wymiarowanie urządzeń napowietrzających / 107
Literatura / 110

7. Oczyszczanie ścieków metodą osadu czynnego / 111
7.1. Zasada oczyszczania ścieków metodą osadu czynnego / 111
7.2. Wpływ charakteru oczyszczanych ścieków na proces osadu czynnego / 113
7.3. Struktura fizyczna osadu czynnego – pęcznienie osadu / 114
7.4. Parametry technologiczne procesu osadu czynnego / 115
7.4.1. Czas napowietrzania / 115
7.4.2. Stężenie zawiesin osadu czynnego w reaktorze i recyrkulacja osadu / 115
7.4.3. Stężenie rozpuszczonego tlenu w reaktorze / 116
7.4.4. Obciążenie komór napowietrzania ładunkiem zanieczyszczeń / 116
7.4.5. Obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń / 116
7.4.6. Wiek osadu / 117
7.4.7. Hydrauliczne i masowe obciążenie osadników wtórnych / 117
7.5. Modele osadu czynnego / 118
7.5.1. Struktura zanieczyszczeń w modelach biokinetycznych / 119
7.5.2. Procesy jednostkowe uwzględniane w modelach biokinetycznych / 122
7.5.3. Charakterystyka równań kinetycznych / 122
Literatura / 130

8. Oczyszczanie ścieków w złożach biologicznych / 131
8.1. Wprowadzenie / 131
8.2. Tworzenie biofilmu / 131
8.3. Zastosowanie biofilmów w biotechnologii środowiskowej / 137
8.4. Warunki oczyszczania ścieków w złożach biologicznych / 138
8.5. Parametry pracy złóż biologicznych / 138
8.6. Typy reaktorów z biofilmem stosowane w oczyszczaniu ścieków / 142
8.6.1. Złoża zraszane, spłukiwane i wieżowe / 142
8.6.2. Złoża obrotowe zanurzane / 144
8.6.3. Złoża fluidalne / 146
8.6.4. Reaktory typu airlift – Biofilm Airlift Suspension (BAS) / 146
8.7. Zasady obliczania złóż biologicznych / 147
Literatura / 148

9. Rozwiązania techniczne i systemy technologiczne bioreaktorów stosowanych w procesach oczyszczania ścieków / 150
9.1. Systemy osadu czynnego / 150
9.1.1. Podział reaktorów ze względu na obciążenie / 150
9.1.2. Reaktory zasilane czołowo / 151
9.1.3. Reaktory stopniowego zasilania / 151
9.1.4. Systemy wielostopniowe / 152
9.1.5. System kontaktowo-stabilizacyjny / 153
9.1.6. Reaktory o działaniu sekwencyjnym (SBR) / 153
9.1.7. Reaktory stosowane w procesach beztlenowych / 154
9.2. Systemy złóż biologicznych / 157
9.2.1. Złoża dwustopniowe / 157
9.2.2. Złoża biologiczne aktywowane / 157
9.2.3. Złoża stosowane do usuwania związków biogennych / 158
9.2.4. Systemy hybrydowe, wykorzystujące biocenozę osiadłą i osad czynny / 158
9.3. Bioreaktory membranowe / 161
9.3.1. Techniki membranowe w oczyszczaniu ścieków / 162
9.3.2. Oczyszczanie ścieków w układach z bioreaktorami membranowymi / 163
Literatura / 165

10. Zintegrowane systemy biologicznego usuwania zanieczyszczeń organicznych i związków biogennych ze ścieków / 167
10.1. Wprowadzenie / 167
10.2. Zintegrowane systemy biologiczne / 168
10.2.1. Systemy do usuwania C i P ze ścieków komunalnych / 168
10.2.2. Systemy do usuwania C i N ze ścieków komunalnych / 170
10.2.3. Systemy do usuwania C, N i P ze ścieków komunalnych / 173
10.2.4. Systemy oczyszczania ścieków o wysokiej zawartości azotu / 180
10.3. Zintegrowane systemy biologiczno-chemiczne / 187
10.4. Zasady wyboru optymalnego systemu biologicznego oczyszczania ścieków / 190
10.5. Zasady obliczania reaktorów do biologicznego usuwania związków biogennych / 193
10.6. Sterowanie procesem usuwania związków biogennych / 198
10.6.1. Kontrola procesu usuwania związków biogennych / 198
10.6.2. Regulacja procesu usuwania związków biogennych / 199
Literatura / 208

11. Gospodarka osadami ściekowymi / 210
11.1. Podział i właściwości osadów / 210
11.2. Fizyczne procesy przeróbki osadów / 213
11.2.1. Zagęszczanie osadów / 213
11.2.2. Odwadnianie osadów / 214
11.3. Biochemiczne procesy stabilizacyjne osadów / 217
11.3.1. Fermentacja osadów / 218
11.3.2. Stabilizacja tlenowa / 223
11.3.3. Kompostowanie osadów / 224
11.3.4. Chemiczna stabilizacja osadów / 224
11.4. Ostateczne unieszkodliwianie osadów / 225
11.4.1. Przyrodnicze i gospodarcze zagospodarowanie osadów / 226
11.4.2. Procesy termiczne przeróbki i utylizacji osadów / 227
11.4.3. Składowanie osadów / 230

Literatura / 230
Skorowidz / 232