STABILIZACJA BEZTLENOWA

STABILIZACJA BEZTLENOWA JEDNOSTOPNIOWA TERMOFILOWA

CEL I ZAKRES ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest ocena rozkładu związków organicznych zawartych w osadach ściekowych w procesie fermentacji metanowej termofitowej. Zakres badań będzie obejmował ocenę zmian jakości osadu przed i po procesie fermentacji termofitowej oraz ilości i powstającego biogazu.

APARATURA I SPRZĘT

1.       Laboratoryjny model komory fermentacyjnej Labfermenter L 1523 szwajcarskiej firmy Bioengineering (rys.8.2).

2.       Zestaw do oznaczania suchej masy (łaźnia wodna, suszarka, eksykator, waga analityczna, parownice porcelanowe).

3.       Zestaw do oznaczania strat po prażeniu (piec muflowy z temperaturą prażenia 550⁰C, eksykator, waga analityczna, parownice porcelanowe).

4.       Zestaw szkła i  odczynników do oznaczania zasadowości.

5.       Zestaw szkła i odczynników do oznaczania ChZT.

6.       Pehametr.

7.       Zestaw do destylacji z parą wodną.

8.       Wirówka laboratoryjna.

9.       Waga szalkowa.

1.   Termometr pokojowy.

1.   Barometr.

WYKONANIE ĆWICZENIA

Model komory fermentacyjnej o pojemności 19 dm³ (rys. 8.2 ) został napełniony osadem przefermentowanym do objętości 16 dm³ . Nastawiona temperatura procesu wynosi 55⁰C.

        Prędkość mieszania powinna zapewniać utrzymanie osadu w stanie zawieszonym i należy ją dobrać indywidualnie (orientacyjnie ok. 300 obr/h).

        W stanie wyjściowym zbiornik biogazu jest całkowicie napełniony wodą, a niewielki nadmiar wody powinien znajdować się w naczyniu zbiorczym. Przemawiają za tym względy bezpieczeństwa, ponieważ mieszanina biogazu z powietrzem w pewnych porcjach jest wybuchowa.

        Rozpoczynając badania należy odczytać z podziałki znajdującej się na zbiorniku biogazu stan początkowy oraz zanotować temperaturę otoczenia i wartość ciśnienia atmosferycznego. Podczas odczytów należy wyrównać poziom cieczy w naczyniu zbiorczym i zbiorniku gromadzącym biogaz, aby odczytać początkową objętość biogazu zebranego w zbiorniku dla rzeczywistego ciśnienia. Rzeczywistą objętość biogazu należy przeliczyć na warunki normalne, przekształcając równanie (8.2).

        Po odczycie objętości biogazu zbiornik należy opróżnić, korzystając w tym celu z przewodu wentylacyjnego (należy otworzyć zawór umieszczony nad zbiornikiem). W  miejsce usuwanego biogazu napływa woda z naczynia zbiorczego.

Należy pamiętać, że biogaz jest gazem palnym. Dlatego podczas jego wypuszczania trzeba upewnić się, że w pomieszczeniu nie ma otwartego ognia.

        Objętość produkowanego biogazu należy kontrolować codziennie. W sytuacji gdy zbiornik jest wypełniony powyżej 75%, należy usunąć biogaz w sposób opisany powyżej. Objętość wytworzonego biogazu przelicza się na 1 kg substancji organicznej zasilającej komorę z równania (8.3).

              V_os=Vo/G, dm³/kg s.m.o               (8.3)

gdzie: V_os- objętość biogazu powstająca z 1 kg substancji organicznej zasilającej komorę,

            V_o- objętość biogazu przeliczona na warunki normalne, dm³,

            G- zawartość suchej masy organicznej dodanej do komory, kg s.m.o.

        Z równania (8.3) można policzyć produkcję biogazu dla całego okresu badań.

Zasilanie komory.

Do komory fermentacyjnej należy wprowadzić odpowiednią ilość osadu, którą wyznacza się jako stosunek objętości użytecznej komory do czasu fermentacji V_u/t. W tym celu należy zamknąć zawór między komorą fermentacyjną a zbiornikiem na biogaz. Następnie doprowadzić do cylindra miarowego odpowiednią ilość osadu, który będzie poddawany fermentacji. Następnie doprowadzić do niego przewód ssący pompy. Po włączeniu pompki perystaltycznej przetłoczyć zalecaną objętość osadu, odbierając taką samą objętość osadu przefermentowanego. Podczas zasilania osad  przefermentowany  odpływa przewodem spustowym do cylindra miarowego. Należy zwracać uwagę na to, aby objętość w komorze nie ulegała zmianie i wynosiła 16 dm³.

        Proces fermentacji termofitowej prowadzić przez 14 dni.

Odczyt objętości gazu na skali zbiornika biogazu należy wykonywać codziennie, a częstotliwość opróżniania zbiornika dostosować do potrzeb. Podobnie należy prowadzić zasilanie i odbiór osadu z komory fermentacji codziennie. Analizę jakościową osadu przefermentowanego należy wykonywać co 7 dni.

        Analizie należy poddać osad przed i po procesie fermentacji na podstawie oznaczeń:

- suchej masy,

-suchej masy organicznej,

-suchej masy mineralnej,

-pH,

-zasadowości,

ChZT,

-lotnych kwasów tłuszczowych(LKT),

A także zanotować ilość biogazu i przeliczyć na warunki normalne.

W cieczy osadowej należy oznaczyć  pH, zasadowość, LKT  zgodnie z metodyką podaną w rozdziale 8.3.2.

Wyniki analiz osadu przed i po fermentacji należy zebrać w tabeli 8.3.

Tabela 8.3

Zmiana charakterystyki osadu w procesie fermentacji termofilowej

Oznaczenie	Jednostka	Osad surowy	Osad przefermentowany
Ph Zasadowość ChZT Lotne kwasy tłuszczowe Uwodnienie Sucha masa Sucha masa organiczna Sucha masa mineralna	- mval/dm3 mg O2/dm3 mg/dm3 % % % s.m % s.m

W ćwiczeniu należy obliczyć obciążenie komory ładunkiem substancji organicznych i stopień przefermentowania osadu ilość gazu powstającą w procesie na 1 kg s.m.o. zgodnie z równaniami podanymi w rozdziale 8.3.2

OPRACOWANIE WYNIKÓW I WNIOSKÓW

W sprawozdaniu z ćwiczenia należy podać:

-krótką charakterystykę procesu fermentacji termofitowej,

-omówienie zakresu wykonywanych badań,

-opis wykonywanych badań technologicznych,

-tabelaryczne zestawienie wyników,

-obliczenie obciążenia komory ładunkiem zanieczyszczeń organicznych oraz stopnia przefermentowania osadu,

-omówienie jakości osadu przed i po procesie.

Studnie chłonne

10.Studnie chłonne     

           

Studnie chłonne stosowane są do wyprowadzania ścieków do gruntu po uprzednim ich doczyszczaniu w warstwie filtracyjnej. Ścieki wsiąkają w grunt przez pozorne dno oraz przez otwory w ścianach umieszczonych na wysokości warstwy filtracyjnej. Ich stosowanie ma szczególne uzasadnienie wówczas, gdy nie ma możliwości odprowadzenia ścieków oczyszczonych do wód powierzchniowych. W takim przypadku oczyszczone w wysokim stopniu ścieki, wprowadzane są do studni chłonnej, gdzie po dalszym oczyszczeniu odprowadzane są do gruntu. Ścieki te nie stanowią żadnego zagrożenia dla wód gruntowych.     Studnie chłonne można stosować tylko w gruntach piaszczystych i wówczas, gdy ilość ścieków nie przekracza 1,0 m³/d, a poziom wody gruntowej znajduje się, co najmniej  1,0 m poniżej dna studni.                                                                                                 

 Studnie chłonne są jednym z elementów przydomowych oczyszczalni ścieków przedstawionych w normie  DIN 4261*.  Rozwiązania studni chłonnych pokazano na rysunku 10-1. Ścieki do studni chłonnej należy wprowadzić przewodem o średnicy nie mniejszej niż 150 mm, przy czym wypływające ścieki powinny trafiać na płytę zabezpieczającą przed rozmywaniem warstw filtracyjnych.  Górna warstwa filtracyjna o wysokości, co najmniej 0,5 m powinna być wykonana z piasku, natomiast dolna – tzw. właściwa warstwa filtracyjna – z drobnego żwiru. Wysokość tej drugiej warstwy nie powinna być mniejsza niż 1,0 m. W obudowie studni, na całej wysokości właściwej warstwy filtracyjnej, należy wykonać otwory o średnicy 20÷30 mm, służącej do odprowadzania ścieków przefiltrowanych. Wokół studni, w poszerzonym wykopie należy wykonać jakby przedłużoną warstwę filtracyjną (rys. 10-1) dla złagodzenia wypływu ścieków oczyszczonych odprowadzanych do gruntu.                     Według zaleceń polskich **, przy określaniu wymiarów studni (kołowych lub prostokątnych) uwzględnia się jako powierzchnię filtracji powierzchnię dna oraz ścian do wysokości ok. 1 m nad dnem.  Wydajność studni chłonnej Q_s bądź jej średnicę, przy założonej wydajności (ilości odprowadzonych ścieków), można wyznaczyć ze wzoru:

Q_s = Π∙ q ∙(0,25∙ +d_s∙l_p), m³/d                                          (10-1)

gdzie:

q- dopuszczalne obciążenie ściekami w przeliczeniu na 1 m² powierzchni wsiąkania obejmującej powierzchnię dna i powierzchnię ścian do wysokości 1,0 m, m³/m²∙d;       wielkość tę zaleca się przyjmować:

·         dla piasków średnio- i gruboziarnistych q= 0,1, m³/m²∙d,

·         dla piasków drobnoziarnistych i gruntów piaszczysto-gliniastych: q= 0,08, m³/m²∙d,

·         dla gruntów gliniasto-piaszczystych q= 0,04 , m³/m²∙d,

Uwaga: powyższe wartości obciążeń można zwiększyć o 10÷20%, jeżeli woda gruntowa znajduje się ok. 2,0 m poniżej dna studni chłonnej,

ds- średnica wewnętrzna studni chłonnej, m

l_p- wysokość perforacji w ścianach studni, m; jako wielkość obliczeniową zaleca się przyjmować 

l_p = 1,0 m.

 

            Według normy DIN 4261* wymiary studni chłonnej można ustalić przy założeniu, że na jednego mieszkańca przypada 1 m² powierzchni wsiąkania, natomiast średnica studni nie może być mniejsza od 1,0 m.  Założenia amerykańskie *** , że powierzchnię wsiąkania (filtracji) określa się tylko dla ścian studni, gdyż dno studni chłonnej ulega szybkiej kolmatacji przez osady. Powierzchnię tę określa się, uwzględniając grubość poszczególnych warstw gruntu w wykopie oraz ich przesiąkliwość.

Przykładowe powierzchnie wsiąkania F_ws dla różnych średnic wykopu D_w oraz głębokości wykopu poniżej wlotu ścieków(H_w) podano w tabeli 10-1.   

Tab. 10-1.       Przykładowe powierzchnie wsiąkania dla studni chłonnych, obliczone przy wykorzystaniu wzoru 10-1.

Dw m	Fws w m2, dla różnych wartości Hw
	Hw=1,2 m	Hw=1,8 m	Hw=2,4 m	Hw=3,0 m
1.	2.	3.	4.	5.
1,0	3,4	5,1	6,7	8,5
1,5	5,7	8,5	11,3	14,1
2,0	7,9	12,9	15,8	17,8
2,5	9,0	13,6	18,1	20,3

Źródło: Heidrich Z.: Przydomowe oczyszczalnie ścieków. Wyd. COIB. Warszawa 1998.