Zmniejszenie biologicznego zapotrzebowania na tlen (BZT) w ściekach

• 1. Zmniejszenie biologicznego zapotrzebowania na tlen
• 2. Czym jest BOD?
• 3. Usuwanie BZT ze ścieków.
• 4. Nasze technologie służące do redukcji BZT w ściekach.
• 5. Tabela porównawcza technologii stosowanych do redukcji BZT.
• 6. Podsumowanie.

1. Zmniejszenie biologicznego zapotrzebowania na tlen

Biologiczne zapotrzebowanie na tlen (BZT) jest miarą ilości rozpuszczonego tlenu potrzebnego mikroorganizmom tlenowym do rozkładu materii organicznej obecnej w wodzie. Jest to parametr stosowany do oceny jakości wody pod kątem jej zdolności do podtrzymywania życia wodnego.

BZT służy jako wskaźnik jakości wody oraz poziomu jej zanieczyszczenia organicznego. Wysokie poziomy BZT w wodzie mogą wskazywać na obecność zanieczyszczeń organicznych, które mogą powodować wyczerpanie tlenu i mieć negatywny wpływ na ekosystemy wodne. Władze mogą monitorować jakość wody poprzez pomiary poziomu BZT i podejmować działania mające na celu złagodzenie skutków zanieczyszczenia organicznego.

2 Czym jest biologiczne zapotrzebowanie na tlen (BZT)?

Znana pod skrótem (DBO), określa biodegradowalną część materii organicznej zawartej wwodzie. Stanowi część chemicznego zapotrzebowania na tlen (ChZT) i jest wyrażana wmg_O₂/l. Służy jako miara zanieczyszczenia organicznego w zrzucie.

Każda branża, w której powstają ścieki zawierające substancje organiczne lub inne zanieczyszczenia, może wymagać redukcji BZT w celu ochrony środowiska i spełnienia wymogów prawnych.

Niektóre branże, które zazwyczaj wymagają usuwania BZT ze swoich ścieków, to:

• Przemysł spożywczy i napojowy: przemysł spożywczy i napojowy wytwarza duże ilości ścieków zawierających substancje organiczne, takie jak oleje, tłuszcze i smary.
• Przemysł papierniczy: przemysł celulozowo-papierniczy wytwarza ścieki zawierające duże ilości substancji organicznych, ligniny i celulozy.
• Przemysł chemiczny: przemysł chemiczny wytwarza ścieki zawierające różne związki organiczne i inne zanieczyszczenia.
• Przemysł tekstylny: przemysł tekstylny wytwarza ścieki zawierające związki organiczne, barwniki i inne zanieczyszczenia.
• Przemysł farmaceutyczny: przemysł farmaceutyczny wytwarza ścieki zawierające substancje organiczne, chemikalia i inne zanieczyszczenia.

Ścieki przemysłowe, komunalne i rolnicze zawierają zazwyczaj duże ilości substancji organicznych, które mogą ulegać rozkładowi pod wpływem obecnych w nich mikroorganizmów. Proces ten pochłania tlen rozpuszczony w wodzie, co może mieć negatywny wpływ na organizmy wodne, jeśli poziom tlenu spadnie zbyt nisko.

Z tego powodu w procesach utleniania tlenowego należy dostarczać tlen, jeśli chce się przyspieszyć ten proces. Odbywa się to poprzez wdmuchiwanie powietrza za pomocą odpowiednich urządzeń (dmuchaw, turbin napowietrzających itp.) lub poprzez dodawanie czystego tlenu. Istnieją systemy obliczeniowe pozwalające określić ilość_O₂ niezbędną do prawidłowego przebiegu utleniania biologicznego. Przybliżone zużycie wynosi około 1,5–2 kg_O2/kg BZT. Poziom resztkowy_{rozpuszczonego O2} , który zwykle utrzymuje się w procesach biodegradacji tlenowej, wynosi około 2 ppm i jest kontrolowany za pomocą oksymetrów i redoksymetrów.

Można stwierdzić, że ścieki ulegają biodegradacji, gdy stosunek BZT/ChZT wynosi ≥ 0,6

BZT mierzy się zazwyczaj poprzez pobranie próbki wody i inkubowanie jej w ciemności w kontrolowanej temperaturze przez określony czas (zwykle 5 dni). W tym czasie mikroorganizmy obecne w wodzie zużywają dostępną materię organiczną i wyczerpują tlen rozpuszczony w wodzie. Następnie obciążenie biologiczne (BOD) oblicza się, mierząc różnicę w poziomach tlenu rozpuszczonego między początkiem a końcem tego okresu.

Jednostką stosowaną do pomiaru BZT jest_BZT₅, która określa ilość tlenu zużywaną przez bakterie i inne mikroorganizmy obecne w wodzie w ciągu 5 dni, w temperaturze 20°C, w procesie tlenowego rozkładu substancji organicznej.

Cykl rozkładu biodegradowalnej materii organicznej trwa 21 dni, ale zazwyczaj już po 5 dniach można ograniczyć to zanieczyszczenie o około 75%.

Wskaźnik TOC (całkowita zawartość węgla organicznego) nie ma związku z zapotrzebowaniem na tlen w przypadku danego zrzutu, choć można go wykorzystać do ustalenia korelacji z BZT i ChZT, które będą się różnić w zależności od przypadku.

3. Usuwanie BZT ze ścieków

Aby określić skuteczność usuwania BZT ze ścieków, mierzy się jego stężenie przed oczyszczaniem(_{BZT_i)} oraz po oczyszczaniu (_{BZT_f})_, a następnie stosuje się wzór:

Skuteczność usuwania BZT (%) = [(BZT_i – BZT_f) / BZT_i] × 100 %

Istnieje kilka metod stosowanych w celu usuwania BZT ze ścieków, w tym procesy fizyczne, chemiczne i biologiczne:

• Procesy fizyczne, takie jak przesiewanie, sedymentacja i filtracja, usuwają z ścieków duże cząstki i zawiesiny.
• W procesach chemicznych, takich jak koagulacja, flokulacja i utlenianie, wykorzystuje się środki chemiczne do usuwania zawiesin i substancji organicznych z wody.
• W procesach biologicznych, takich jak oczyszczanie z wykorzystaniem osadu czynnego, mikroorganizmy rozkładają i zużywają substancję organiczną zawartą w ściekach. W procesie tym ścieki są mieszane z kombinacją bakterii i innych mikroorganizmów w zbiorniku napowietrzającym (mieszanka). Mikroorganizmy odżywiają się materią organiczną i przekształcają ją w dwutlenek węgla i wodę, zużywając przy tym rozpuszczony w procesie tlen.

Wybór procesu usuwania BZT zależy od wielu czynników, takich jak charakterystyka ścieków, ich ilość, wymagana jakość ścieków oczyszczonych, obowiązujące przepisy, dostępne zasoby itp. Często stosuje się kombinację różnych procesów, aby osiągnąć pożądany poziom usuwania BZT.

PROCESY	ZALETY	WADY
Urządzenia fizyczne (sita, kraty, osadniki, flotatory, filtry…)	– Oddzielają duże cząstki stałe – Niski koszt – Prosty proces	– Nie ma wpływu na cząstki zawieszone ani rozpuszczone. – Wymaga intensywnej konserwacji i czyszczenia
Środki chemiczne (koagulacja/flokulacja, neutralizacja, utlenianie…)	– Ułatwiają usuwanie zawiesin. – Mogą zmniejszać stężenie substancji rozpuszczonych i organicznych. – Mogą poprawiać biodegradowalność	– Są drogie i generują niebezpieczne odpady. – Wymagają specjalistycznego nadzoru technicznego.
Biologiczne (baseny napowietrzające, dyski biologiczne…)	– Mogą usuwać substancje organiczne w postaci rozpuszczonej i zawieszonej. – Niski koszt. – Przyjazne dla środowiska.	– Wymagają dużej powierzchni i zbiorników o dużej pojemności. – Wrażliwe na pH, temperaturę i inne czynniki. – Powstają osady.

Turbiny napowietrzające stanowią klasyczny przykład mechanicznego systemu doprowadzania powietrza do ścieków w celu ich biologicznego oczyszczania, jednak powodują one powstawanie bioaerozoli, które są niebezpieczne dla środowiska i zdrowia.

4. Nasze technologie służące do redukcji BZT w ściekach

Ścieki zawierają zanieczyszczenia organiczne, których skład różni się w zależności od ich pochodzenia. Znaczna część substancji organicznych występuje zazwyczaj w wodzie w postaci zawiesiny. Często zdarza się, że ponad 30% tych substancji występuje w postaci koloidalnej, co daje nam wyobrażenie o tym, jak ważne jest posiadanie systemu oczyszczania wstępnego, który skutecznie je oddziela, ponieważ substancje organiczne znajdujące się w stanie rozpuszczonym nie mogą zostać oddzielone metodami fizykochemicznymi.

4.1. Flotacja powietrzem rozpuszczonym (DAF)

Flotacja powietrzem rozpuszczonym (DAF) to wysoce skuteczna technologia usuwania BZT, zwłaszcza w oczyszczaniu ścieków przemysłowych. Flotacja powietrzem rozpuszczonym to proces oczyszczania wody, w którym wykorzystuje się mikropęcherzyki do przywierania do zanieczyszczeń i wypływania ich na powierzchnię wody, gdzie można je łatwo usunąć.

System DAF skutecznie usuwa zawiesiny, w tym substancje organiczne. Jest on szczególnie skuteczny w usuwaniu tłuszczów, olejów i smarów, które mogą przyczyniać się do podwyższenia poziomu BZT w ściekach. Ponadto urządzenie DAF może służyć jako etap wstępnego oczyszczania przed innymi procesami redukcji BZT, takimi jak oczyszczanie biologiczne. Pozwoli to uprościć dalszą instalację i uzyskać lepszą wydajność oczyszczania.

Oto niektóre zalety flotacji powietrzem rozpuszczonym (DAF) :

• Wysoka skuteczność w usuwaniu substancji organicznych i innych zanieczyszczeń.
• Można go stosować w przypadku szerokiego zakresu rodzajów i stężeń ścieków.
• Zajmuje mniej miejsca w porównaniu z innymi metodami obróbki fizycznej.

Oprócz systemów DAF oferujemy również inne rozwiązania służące do usuwania i redukcji BZT, wśród których na szczególną uwagę zasługują nasze technologie biologicznego oczyszczania ścieków.

4.2. Systemy MBR (bioreaktory membranowe)

Systemy MBR (bioreaktor membranowy) to rodzaj oczyszczania ścieków, który łączy procesy biologiczne z filtracją membranową. Proces biologiczny polega na wykorzystaniu mikroorganizmów zawieszonych w ściekach (biomasy) do rozkładu substancji organicznych zawartych w ściekach, natomiast etap filtracji membranowej oddziela oczyszczoną wodę od cząstek stałych i mikroorganizmów.

Systemy MBR skutecznie usuwają zarówno cząstki zawieszone, jak i rozpuszczone, a także pozwalają osiągnąć wysoki stopień usuwania BZT. Systemy MBR są skuteczne w usuwaniu BZT ze ścieków z następujących powodów:

• Systemy MBR charakteryzują się wysoką skutecznością oczyszczania i mogą usuwać nawet 99% BZT ze ścieków. Systemy MBR mogą osiągać wyższy poziom usuwania BZT w porównaniu z konwencjonalnymi systemami oczyszczania dzięki zastosowaniu filtracji membranowej, która pozwala usuwać najmniejsze cząsteczki i zawiesiny stałe skuteczniej niż inne metody. Ponadto umożliwiają one uzyskanie wyższych stężeń biomasy w reaktorze, wynoszących od 6000 do 12000 mg/l MLSS.
• Wykorzystują one membrany ultrafiltracyjne, które charakteryzują się większą skutecznością separacji niż metody konwencjonalne. Membrany ultrafiltracyjne mają wielkość porów wynoszącą 0,1 mikrona lub mniej, co pozwala na skuteczniejsze usuwanie zawiesin, bakterii i wirusów.
• Systemy MBR są mniej wrażliwe na wahania jakości wody dopływającej i mogą utrzymywać stałą wydajność w dłuższej perspektywie czasowej oraz zapewniać stałą jakość ścieków oczyszczonych.
• Systemy MBR zapewniają wysokiej jakości uzdatnioną wodę, którą można ponownie wykorzystać, na przykład do nawadniania lub do celów przemysłowych.
• Systemy MBR wytwarzają mniej osadu niż konwencjonalne systemy oczyszczania, co może obniżyć koszty jego utylizacji.
• Są to urządzenia wszechstronne, które można wykorzystać jako samodzielny system oczyszczania lub zintegrować z innymi procesami oczyszczania, w zależności od konkretnych wymagań danego zastosowania.
• Systemy MBR zajmują mniej miejsca niż konwencjonalne systemy oczyszczania, ponieważ nie wymagają osadnika ani klarownika do oddzielania cząstek stałych.

4.3. REAKTORY MBBR

Systemy MBBR (reaktor z biofilmem na ruchomym złożu) stanowią kolejny rodzaj oczyszczania ścieków, który jest skuteczny w usuwaniu BZT.

Reaktory MBBR wykorzystują proces reaktora z biofilmem na ruchomym złożu, który polega na obecności przylegającej biomasy (biofilmu), która rozwija się na nośniku i przemieszcza się w zbiorniku reaktora. Mikroorganizmy tworzące biofilm rozkładają substancje organiczne zawarte w ściekach, zmniejszając w ten sposób BZT.

Reaktory te wykorzystują połączenie procesów biologicznych i fizycznych do usuwania substancji organicznych ze ścieków. Skutecznie obniżają poziom BZT, a ponadto zajmują mniej miejsca i zużywają mniej energii w porównaniu z tradycyjnymi systemami oczyszczania biologicznego. Reaktory MBBR mogą jednak być wrażliwe na zmiany temperatury i pH.

Systemy MBBR skutecznie usuwają BZT z następujących powodów:

• Nośniki stosowane w systemach MBBR charakteryzują się dużą powierzchnią, co umożliwia rozwój mikroorganizmów o dużej gęstości oraz ich przyleganie do nośników. Efektem tego jest wysoka wydajność usuwania substancji organicznych oraz skuteczne usuwanie BZT, co wynika z wysokiego stężenia biomasy, sięgającego nawet 4000–8000 mg/l MLSS.
• Reaktory MBBR mają budowę modułową i można je dostosować do różnych zastosowań w zakresie oczyszczania ścieków. System można łatwo rozbudować lub zmodyfikować, aby dostosować go do zmian natężenia przepływu lub właściwości ścieków.
• Są to urządzenia zajmujące mniej miejsca niż konwencjonalne systemy oczyszczania, ponieważ nie wymagają oddzielnego osadnika ani klarownika do oddzielania cząstek stałych.
• Reaktor MBBR zużywa mniej energii podczas pracy w porównaniu z konwencjonalnymi systemami oczyszczania, ponieważ nie wymaga mechanicznego napowietrzania ani mieszania.
• Systemy MBBR są wytrzymałe i potrafią radzić sobie ze zmianami jakości dopływających ścieków oraz w natężeniu przepływu. Utrzymują stałą wydajność w dłuższej perspektywie czasowej, dzięki czemu stanowią niezawodny sposób oczyszczania.

5. Tabela porównawcza technologii stosowanych do redukcji BZT

Wychodząc od przykładowego strumienia ścieków ulegających biodegradacji, zawierającego następujące stężenia zanieczyszczeń:

• ChZT = 1 000 mg_O₂/l
• BOD₅ = 600 mg O₂/l
• TSS = 500 mg/l
• Oleje i tłuszcze = 30 mg/l

Technika	ChZT mg/l	BZT mg/l	SST mg/l	Oleje / Tłuszcze	Powierzchn powierzchnia Powierzchnia Powierzchnia Powierzchnia P powierz Powierz Powierz	Energia	Konto kontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokontokonto	Błota
FQ (dekantacja)	700	400	≤100	≤15	DUŻY	WYŁĄCZ	BAS	REJESTRACJA
FQ(DAF)	500	300	≤50	≤5	MEDIA	MEDIA	BAS	MEDIA
Napowietrzanie + Dekantacja 2.	≤150	≤50	≤40	≤5	BARDZO DUŻE	WYŁĄCZ	BAS	BARDZO WYSOKA
Napowietrzanie + DAF	≤120	≤40	≤30	≤2	DUŻY	NISKA – ŚREDNIA	BAS	REJESTRACJA
Napowietrzanie + MBR	≤100	≤25	≤10	≤1	MEDIA	MEDIA	ŚREDNIA	STOP
MBBR	≤150	≤40	≤40	≤5	MEDIA	WYŁĄCZ	ŚREDNI – NISKI	WYŁĄCZ
Szkolnictwo wyższe (UF)	≤50	≤10	≤1	≤0,5	WYŁĄCZ	ŚREDNIA – WYSOKA	ŚREDNI – WYSOKI	WYŁĄCZ

Wskazane w tabeli oczekiwane wyniki oczyszczania oraz porównanie poszczególnych procesów mają charakter orientacyjny.

6. Podsumowanie

Obniżenie poziomu BZT w ściekach ma zasadnicze znaczenie dla zapewnienia zgodności z wymogami dotyczącymi ostatecznego odprowadzenia. Jest to prawdopodobnie jeden z najczęściej występujących zanieczyszczeń, a jednocześnie jeden z tych, które mogą wywierać największy wpływ na środowisko.

W SIGMADAF zobowiązujemy się do dostarczania spersonalizowanych rozwiązań, które zaspokoją indywidualne potrzeby naszych klientów. Dlatego oferujemy szeroki wybór opcji oczyszczania i ściśle współpracujemy z naszymi klientami, aby opracować rozwiązania dostosowane do ich konkretnych potrzeb. Niezależnie od tego, czy działasz w branży spożywczej i napojowej, w produkcji chemicznej, czy w jakiejkolwiek innej gałęzi przemysłu, dysponujemy doświadczeniem i zasobami niezbędnymi do zapewnienia skutecznych rozwiązań w zakresie usuwania BZT.

Skontaktuj się z nami już dziś , aby uzyskać więcej informacji o tym, jak możemy pomóc Ci osiągnąć cele związane z oczyszczaniem ścieków oraz zapewnić zdrowie i bezpieczeństwo naszego środowiska.