ΜΑΘΗΜΑ: ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΕΡΓΑΣΙΕΣ

Transcript

1 ΜΑΘΗΜΑ: ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΕΡΓΑΣΙΕΣ Υποβοηθητική Άσκηση-Χρήση ημιαντιδράσεων (υποχρεωτική η υποβολή για όσους δεν επέλεξαν το μάθημα Βιοχημικές Διεργασίες στο υδάτινο Περιβάλλον) Λύματα με οργανικό άνθρακα της μορφής C 10 H 19 O 3 N, οξειδώνονται βιοχημικά για παραγωγή ενέργειας και σύνθεση βιομάζας τύπου C 5 H 7 O 2 N. Α) Να καταστρωθούν οι στοιχειομετρικές εξισώσεις με την υπόθεση ότι δέκτης των ηλεκτρονίων είναι το οξυγόνο και πηγή αζώτου το ΝΗ 4, για τέσσερις συντελεστές μετατροπής βιομάζας Υ (mg/mgcod), 0,60 0,50 0,40 και 0 και να υπολογισθούν για κάθε περίπτωση α) η απαίτηση Ν ανά gr COD λυμάτων β) η κατανάλωση οξυγόνου Β) Να καταστρωθούν οι στοιχιομετρικές εξισώσεις με την υπόθεση ότι δέκτης των ηλεκτρονίων είναι τα νιτρικά και πηγή αζώτου το ΝΗ 4, για τέσσερις συντελεστές μετατροπής βιομάζας Υ (mg/mgcod), 0,60 0,50 0,40 και 0 και να υπολογισθούν για κάθε περίπτωση α) η απαίτηση Ν ανά gr COD λυμάτων β) η κατανάλωση οξυγόνου Γ) Να αποδειχθεί ότι α) κατά τη νιτροποίηση, για κάθε gr Ν απαιτούνται 4,57 gr Ο 2. β) κατά την απονιτροποίηση, κάθε γραμμάριο Ν που συμμετέχει στην απονιτροποίηση ισοδυναμεί με 2,86 gr O 2. Δ) Εάν ο τύπος κυττάρου των νιτροποιητικών βακτηριδίων είναι C 5 H 7 O 2 N, να υπολογισθεί ο συντελεστής ισοδυναμίας Ο 2 και Ν (μικρότερος του 4,57). Ε) Εάν ένα πρωτόνιο ισοδυναμεί με αλκαλικότητα (σε όρους CaCO 3 ) 50, να αποδειχθεί ότι κατά τη νιτροποίηση καταναλώνεται 7,1 gr αλκαλικότητας ανά gr αζώτου.

2 Εργασία 1η: Προσδιορισμός ταχύτητας νιτροποίησης Σε εντιδραστήρα με συγκέντρωση ολικών στερεών 2000 mg/l, συγκέντρωση πτητικών στερεών 1500 mg/l και αρχικές συγκεντρώσεις αμμωνιακού αζώτου και νιτρικών 30 mg/l και 10 mg/l, αντίστοιχα, έγινε πείραμα AUR, που έδωσε τα ακόλουθα αποτελέσματα: Χρόνος (min) NO 3 -N (mg/l) ΝΗ 4 -Ν (mg/l) α) Να προσδιοριστεί η ταχύτητα νιτροποίησης σε όρους mg N/grVSS.h β) Να συγκριθούν οι ταχύτητες δημιουργίας νιτρικών και απομάκρυνσης αμμωνιακού αζώτου και να σχολιαστεί ενδεχόμενη διαφορά τους. Ποια από τις δύο ταχύτητες είναι αντιπροσωπευτικότερη της ταχύτητας νιτροποίησης;

3 Εργασία 2η: Προσδιορισμός ταχύτητας απονιτροποίησης Σε αντιδραστήρα με συγκέντρωση ολικών στερεών 1560 mg/l, συγκέντρωση πτητικών στερεών 1215 mg/l και αρχική συγκέντρωση νιτρικών 45 mg/l, έγινε πείραμα ΝUR, που έδωσε τα ακόλουθα αποτελέσματα: Χρόνος (min) NO 3 -N (mg/l) Να προσδιοριστεί η ταχύτητα απονιτροποίησης σε όρους mg N/grVSS.h και να αιτιολογηθεί η μη σταθερότητά της.

4 Εργασία 3η: Σχεδιασμός ανοξικού αντιδραστήρα Στα πλαίσια του θέματος σχεδιασμού του προαπαιτούμενου μαθήματος έγινε πείραμα NUR, CUR στα πρωτοβάθμια λύματα που εισέρχονται στο βιολογικό αντιδραστήρα και μετρήθηκαν οι ταχύτητες απονιτροποίησης και οι αντίστοιχες ταχύτητες πρόσληψης οργανικού άνθρακα. Το πείραμα έγινε σε δοχείο που περιείχε ιλύ από το βιολογικό αντιδραστήρα με συγκέντρωση στο δοχείο δοκιμής 1000 mg/l MLVSS (σταθερή κατά τη διάρκεια του πειράματος) και θερμοκρασία 18 C. Τα αποτελέσματα του πειράματος παρουσιάζονται στον πίνακα που ακολουθεί: χρόνος (min) NO 3 -N mg/l COD mg/l BOD 5 (mg/l) , , , , αμελητέο ,5 20 αμελητέο αμελητέο 600 7,5 20 αμελητέο αμελητέο 720 4,5 20 αμελητέο Με βάση τα αποτελέσματα του πειράματος ζητούνται: α) Οι τέσσερις ταχύτητες απονιτροποίησης και η αιτιολόγησή τους.

5 β) Τα 4 κλάσματα του COD: ευκολοδιασπάσιμο, ευκολοϋδρολύσιμο, δυσκολοϋδρολύσιμο και αδρανές. γ) Ο σχολιασμός των λόγων COD/BOD 5 κατά την εξέλιξη του πειράματος. δ) Ο επανασχεδιασμός της ανοξικής δεξαμενής του θέματος για θερμοκρασία 18 C με βάση τα νέα δεδομένα (δηλαδή δεν θα θεωρηθεί ενιαία ταχύτητα απονιτροποίησης q DN = 0,10grN/grMLVSS.ημέρα ε) Η σύγκριση των ζητήσεων οξυγόνου του θέματος: α) για τον εισερχόμενο άνθρακα και β) για την απονιτροποίηση (αρνητικός όρος εξίσωσης οξυγόνου) και η αιτιολόγηση του συμπεράσματος της σύγκρισης με βάση τα νέα δεδομένα.

6 Εργασία 4η: Αναχαίτιση νιτροποίησης Βιολογικός αντιδραστήρας ενεργού ιλύος όγκου 1000 m 3, δέχεται παροχή λυμάτων 2000 m 3 /ημέρα με συγκέντρωση αμμωνιακού αζώτου 60 mg/l-n. Τα MLVSS του αντιδραστήρα είναι 2500 mg/l. Σταθερή καταγραφή επί 24ωρο δείχνει σταθερά αμελητέα συγκέντρωση αμμωνιακού αζώτου και σταθερή ζήτηση οξυγόνου του ανάμικτου υγρού ίση με 14,14 gro 2 /kgvss.h, ενώ είναι γνωστό ότι στο διάστημα 6h- 10h παρατηρήθηκε εισροή αναχαιτιστικής για τους νιτροποιητές, ουσίας. Σε υπό κανονικές συνθήκες πείραμα AUR (με προσθήκη ΝΗ 4 -Ν) σε δείγμα ανάμικτου υγρού μετρήθηκε ταχύτητα AUR = 4 gr NH 4 -N/kgVSS.h. Υπό τις ίδιες κανονικές συνθήκες η ταχύτητα OUR (συμπεριλαμβανομένης και της ζήτησης λόγω νιτροποίησης) μετρήθηκε ίση με 38,28 gr/kgvss.h, ενώ η αντίστοιχη τιμή σε πείραμα κατά το διάστημα 6h-10h ήταν 31,42 gr/kgvss.h. Ζητούνται τα ακόλουθα: α) Η μέση ημερήσια ταχύτητα νιτροποίησης του συστήματος σε gr NH 4 -N/kgVSS.h. β) Η ενδογενής ταχύτητα ζήτησης οξυγόνου της βιομάζας (gr O 2 /kgvss.h) και η ποιοτική εκτίμηση του βαθμού σταθεροποίησης της ιλύος. γ) Το μέρος της συνολικής ζήτησης οξυγόνου στο πείραμα OUR που αντιστοιχεί στους ετεροτροφικούς οργανισμούς. δ) Η μέγιστη ταχύτητα νιτροποίησης κατά την περίοδο 6h-10h. ε) Η αιτιολόγηση της σταθερά αμελητέας συγκέντρωσης αμμωνιακού αζώτου στην έξοδο. Πρόσθετα δεδομένα i) 1 gr NH 4 -N καταναλώνει 4,57 gro 2 κατά τη νιτροποίησή του. ii) Η αναχαιτιστική ουσία δεν επιδρά στο μεταβολισμό των ετεροτροφικών οργανισμών. iii) Η πρόσληψη του αζώτου από τη βιομάζα γίνεται με τη μορφή νιτρικών.