Περιβαλλοντική Τεχνολογία και Διαχείριση

Transcript

1 Περιβαλλοντική Τεχνολογία και Διαχείριση Απόστολος Βλυσίδης Καθηγητής ΕΜΠ Σχολή Χημικών Μηχανικών Εργαστήριο Οργανικής Χημικής Τεχνολογίας ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΑΕΡΟΒΙΑ ΧΩΝΕΥΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ

2 Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

3 Νηματώδη Πλεντάζωα Εδραία Βλεφαριδοφόρα ΔΕΥΤΕΡΟΒΑΘΜΙΟΙ ΤΡΟΦΗΜΟΙ (Πρωτόζωα) Ελεύθερα Βλεφαριδοφόρα Μαστιγοφόρα Αμοιβαδοειδή Δευτερογενές ΒΟD Λύση ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ (ΟΡΓΑΝΙΚΟ ΥΠΟΣΤΡΩΜΑ) (Πρωτογενές BOD) Βακτήρια ΠΡΩΤΟΒΑΘΜΙΟΙ ΤΡΟΦΗΜΟΙ (Βακτήρια) ΤΡΟΦΙΚΗ ΕΞΑΡΤΗΣΗ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ

4 Βακτήρια

5 Νηματώδη Βακτήρια

6 Μαστιγοφόρα πρωτόζωα

7 Κινητά βλεφαριοφόρα

8 Εδραία βλεφαριοφόρα

9 Πλεντάζωα Euchlanis (250 μm) Epiphanes (600 μm) Proales (450 μm) Philodina (400 μm)

10 Νηματώδη πρωτόζωα

11 Άλγεα

12 Επίδραση του χρόνου παραμονής των μικροοργανισμών Θc στην ανάπτυξη του οικοσυστήματος της ενεργού ιλύος Νηματώδη Πλεντάζωα Εδραία Βλεφαριδοφόρα Ελεύθερα Βλεφαριδοφόρα Μαστιγοφόρα Βακτήρια Αμοιβαδοειδή Μεγάλος χρόνος παραμονής των αιωρούμενων στερεών (MLSS) Μικρός χρόνος παραμονής των αιωρούμενων στερεών (MLSS) Αύξηση Θ c

13 Ανάπτυξη ποικιλομορφίας και ηλικία Θc ΣΧΕΤΙΚΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ ΧΡΟΝΟΣ ΕΞΕΛΙΞΗΣ (γήρανση λάσπης) ΒΑΚΤΗΡΙΑ ΜΑΣΤIΓΟΦΟΡΑ ΑΜΟΙΒΑΔΕΣ ΚΙΝΗΤΑ ΒΛΕΦΑΡΙΔΟΦΟΡΑ ΕΔΡΑΙΑ ΒΛΕΦΑΡΙΔΟΦΟΡΑ ΠΛΕΤΑΖΩΑ ΝΗΜΑΤΩΔΗ ΑΛΓΕΑ ΜΥΚΗΤΕΣ

14 Καλή καθίζηση Κολλοειδή σωματίδια σε διασπορά (stragglers) Τριχόποδα Λίγα μικρά σωματίδια στην εκροή (pin floc) Σχετική επικράτηση μικροοργανισμών Ελεύθερα (κολυμπώντα) βλεφαριδωτά Μαστιγοφόρα Τριχόποδα Διακλαδισμένα βλεφαριδωτά Ελεύθερα (κολυμπώντα) βλεφαριδωτά Μαστιγοφόρα Διακλαδισμένα βλεφαριδωτά Ελεύθερα (κολυμπώντα) βλεφαριδωτά Μαστιγοφόρα Νηματοειδή Τριχόποδα Διακλαδισμένα βλεφαριδωτά Ελεύθερα (κολυμπώντα) βλεφαριδωτά Νηματοειδή Τριχόποδα Διακλαδισμένα βλεφαριδωτά Ελεύθερα (κολυμπώντα) βλεφαριδωτά Αμοιβαδοειδή Αμοιβαδοειδή Αμοιβαδοειδή Μαστιγοφόρα Αμοιβαδοειδή Μαστιγοφόρα Αμοιβαδοειδή Χαμηλή Υψηλός Θ (ηλικία λάσπης) c F/M (λόγος τροφής/βιόμαζα) Υψηλή Χαμηλός

15 5 F/M, kg BOD/kg MLSS-d Ελάττωση BOD και παραγωγή βιόμαζας Φάση αύξησης Φάση απόκλισης Φάση ενδογενής Περιοχή Modified aeration Περιοχή High rate Παραμένον BOD Περιοχή καλής κροκίδωσης αλλά κακής καθίζησης Φάση προσαρμογής Περιοχή Conventional Περιοχή καλής κροκίδωσης και καθίζησης Περιοχή extended aeration Ζωντανά κύτταρα Φάση καθαρά ενδογενής Σύνολο κυτταρικής μάζας Θ c Περιοχή κακής κροκίδωσης αλλά καλής καθίζησης, days α β γ δ ε Εκθετική φάση ανάπτυξης Λογαριθμική φάση ανάπτυξης Φάση στασιμότητας Φάση λογαριθμικού θανάτου Περιοχή καλής καθίζησς αλλά και διασποράς (pin floc) C Απόστολος Βλυσίδης

16 Αερόβιος βιολογικός αντιδραστήρας M Q S o X, V, S e Q S e O 2

17 Δεξαμενή δευτερογενούς καθίζησης Τύμπανο ηρεμίας Q(1+r) Q-w Υπερχείλιση X, S X, S e e e Δεξαμενή δευτερογενούς καθίζησης X r, S Q +w r Απομάστευση λασπών e

18 Τομή και κάτοψη της δεξαμενής καθίζησης A A

19 ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΕΡΟΒΙΟΥ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΥ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ CO 2 ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΗ ΚΑΘΙΖΗΣΗ ΥΓΡΟ ΑΠΟΒΛΗΤΟ ΑΕΡΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ: ΤΑΧΥΡΥΘΜΗ ΒΙΟ-ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΑΕΡΟΒΙΟΣ ΒΙΟΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ MODIFIED AERATION HIGH RATE CONVENTIONAL ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΕΙΣ ΛΑΣΠΕΣ ΕΝΟΣ ΣΤΑΔΙΟΥ HIGH RATE

20 Σύστημα Ενεργού ιλύος M Δεξαμενή καθίζησης (Πάχυνση και διαύγαση) A Q-w Q S o X, V, S e Q+Q r X, S e O2 S e X e Αερόβιος αντιδραστήρας Χr Q, X, S r r e Ανακυκλοφορία w, X, S r e Εξαγωγή περίσσειας λάσπης

21 Ορισμός της ηλικίας της λάσπης Θc = X*V/(Xr*W) F/M = Q*So/(X*V)

22 Σχέση FM και Θc F/M Kg B OD /kg M LVSS-d F / M = 1, Θ c 0, Χρονος παραμονής των M LVSS, Θ c,days

23 Σχεση ηλικίας της λάσπης και παραμέτρους σχεδιασμού της ενεργούς ιλύος Τύπος διεργασίας Θ c F / M V L X Θ r Modified aeration High rate aeration 0,2 0,5 1,5 5,0 1,2 2, ,5 3 0,05 0,15 0,5 5 0,4 1,5 1,6 3, ,5 2 1,0 5,0 Conventional ,2 0,4 0,3 0, ,25 0,5 Extended aeration ,05 0,15 0,1 0, ,75 1,5

24 ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΕΡΟΒΙΟΥ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΥ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ CO 2 CO 2 N 2 CO 2 1ο ΣΤΑΔΙΟ 2ο ΣΤΑΔΙΟ ΤΑΧΥΡΥΘΜΗ ΒΙΟ-ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΑΡΓΟΡΥΘΜΗ ΒΙΟ-ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΝΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗ-ΑΠΟΝΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΑΠΟΦΩΣΦΟΡΩΣΗ ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΕΙΣ ΛΑΣΠΕΣ ΔΥΟ ΣΤΑΔΙΩΝ HIGH-LOW RATE

25 Σύστημα ενεργούς ιλύος δύο σταδίων M Q X 1, V 1, S1,e S o Q+w 2+Q1,r Δεξαμενή καθίζησης 1ου σταδίου A 1 X 1,e M Δεξαμενή καθίζησης 2ου σταδίου Q-w 1 X 2, V 2, S2,e S 1,e X 2,e A 2 S 2,e Αερόβιος αντιδραστήρας 1ου σταδίου O 2 X 1,r Αερόβιος αντιδραστήρας 2ου σταδίου O 2 X 2,r Q, X, S 1,r 1,r 1,e Ανακυκλοφορία 1ου σταδίου Q, X, S 2,r 2,r 2,e Ανακυκλοφορία 2ου σταδίου Ανακυκλοφορία περίσσειας λάσπης 2ου σταδίου στο 1ο στάδιο w, X, S 2 2,r 2,e Εξαγωγή περίσσειας λάσπης όλου του συστήματος w, X, S 1 1,r 1,e

26 ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΒΟD BOD + O 2 ένζυμα CO 2 + H 2 O + ενέργεια (αντίδραση ενέργειας) BOD + N + P + ενέργεια μικροοργανισμοί μικροοργανισμοί C 5 H 7 O 2 NP 0,2 (αντίδραση σύνθεσης)

27 Ενεργειακή στάθμη BOD A B Αντίδραση σύνθεσης Αντίδραση ενέργειας C H O N CO + H O + ενέργεια 2 60% 2 Θερμότητα 40% dx dt Y ds dt - b X ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΣΥΝΘΕΣΗΣ U ds Xdt k k K max S S S ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

28 r C X w V X Θ b - S K S k Y Θ 1 e S e max C 1 - b - k Y Θ Θ b 1 K S max C C S e

29 1 Y k max S O - b lim Θ C K S S O lim Θ C Y 1 k max - b 1 μ max t ln2 lim d Θ C

30 X X r - r 1 V Q Θ 1 r C C e O X Θ b 1 ) - S (S Q Y P Θ Θ Θ b 1 ) S (S Q Y X C C e O r=q r /Q

31 k k T-20 max, BOD,T max,bod, KS, K 1.06 BOD,T S,BOD,20 20-T b b T-20 BOD, T BOD,201.12

32

33 Βιολογικός των Χανίων

34

35

36 Σύστημα ΑΟ N 2 = ; kg/d Q No m 3 /d mg/l So mg BOD /l Q R V ; D X D m 3 ; mg/l ΒΙΟΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΑΠΟΝΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗΣ V X m 3 mg/l ΒΙΟΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΝΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗΣ ΟΞΥΓΟΝΟ Se mg/l N-NH 4 = N-NO 3 = mg/l mg/l Xr g/l Qr w m 3 /d

37 Σύστημα Α2Ο N 2 = ; kg /d Q R = 5Q Q = 2000 m 3 /d ΔΕΞΑΜΕΝΗ No= 120 mg/l ΔΕΞΑΜΕΝΗ ΔΕΞΑΜΕΝΗ ΝΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗΣ P o = 75 mg/l ΑΠΟΦΩΣΦΟΡΩΣΗΣ ΑΠΟΝΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗΣ V N = 1400 m 3 Vp = 30 m 3 V D = 800 m 3 X = 3.5 g/l Xp = ; X D = ; X N = 150 mg/l T= 12 o C DO = 1.0 mg/l ph = 7.6 Q r = Q X r = 9 g/l Q e = ; m 3 /d ( N-NH 4 ) e = ; mg/l ( N-NO 3 ) e = ; mg/l P e = ; mg/l W = 128 m 3 /d

38 ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΕΡΟΒΙΟΥ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΥ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ CO 2 N 2 CO 2 ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΗ ΚΑΘΙΖΗΣΗ ΥΓΡΟ ΑΠΟΒΛΗΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ: ΑΕΡΑΣ ΑΡΓΟΡΥΘΜΗ ΒΙΟ-ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΑΕΡΟΒΙΟΣ, ΑΝΟΞΕΙΚΟΣ, ΑΝΑΕΡΟΒΙΟΣ ΒΙΟΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΝΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗ-ΑΠΟΝΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΑΠΟΦΩΣΦΟΡΩΣΗ EXTENDED AERATION AO A 2 O ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΕΙΣ ΛΑΣΠΕΣ ΕΝΟΣ ΣΤΑΔΙΟΥ LOW RATE

39 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα» του ΕΜΠ έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.