Biologiczne aspekty oczyszczania ścieków (Mieczysław Kazimierz Błaszczyk)

Tytuł Biologiczne aspekty oczyszczania ścieków Autor Mieczysław Kazimierz Błaszczyk Język polski Wydawnictwo Wydawnictwo Naukowe PWN ISBN 978-83-01-20354-2 Rok wydania 2019 Warszawa Wydanie 1 ilość stron 600 Format epub, mobi Spis treści Od Autora 13
1. Bakteryjny metabolizm w procesie oczyszczania ścieków w warunkach beztlenowych 15
1.1. Wprowadzenie 15
1.2. Ektoenzymy i egzoenzymy zewnątrzkomórkowe 17
1.3. Fermentacje węglowodanów 18
1.4. Fermentacja białek 20
1.5. Beztlenowa degradacja tłuszczów i lipidów 25
1.6. Metagenomy bakterii fermentujących ścieki 26
1.7. Produkcja metanu 27
Literatura 35
2. Fizykochemiczna charakterystyka ścieków 37
2.1. Wprowadzenie 37
2.2. Charakterystyka fizyczna ścieków 39
2.3. Chemiczna charakterystyka ścieków 40
2.3.1. Związki nieorganiczne 42
2.3.2. Związki ekologiczne 44
2.4. Priorytetowe skażenia 45
2.5. Przykłady ilości wytwarzanych ścieków 46
2.6. Wody podgrzane 46
2.7. Ścieki radioaktywne 47
2.8. Typy ścieków przemysłowych 50
Literatura 51
3. Wspólnoty mikroorganizmów w biologicznych systemach oczyszczania ścieków 53
3.1. Wprowadzenie 53
3.2. Kłaczki osadu czynnego 54
3.2.1. Bakterie w osadzie czynnym 55
3.2.2. Metagenomy bakterii w osadzie czynnym 56
3.2.3. Analiza użyteczna wspólnoty mikroorganizmów osadu czynnego 58
3.2.4. Grupy mikroorganizmów występujące w osadzie czynnym 59
3.2.5. Charakterystyki osadu czynnego 64
3.2.6. Gromadzenie substancji zapasowych w osadach czynnych 65
3.2.7. Analiza metagenomiczna bakterii w beztlenowych osadach w komorach fermentacyjnych (anaerobic sludge digester) 67
3.3. Biofilm 68
3.3.1. Mikroorganizmy błony biologicznej 70
3.3.2. Pierwotniaki w błonie biologicznej 71
3.3.3. Mocne strony biofilmu 71
3.3.4. Ograniczenia biofilmu 72
3.4. Osady granularne 72
3.4.1. Tlenowe osady granularne 73
3.5. Beztlenowe osady granularne 79
3.5.1. Inoculum do granulacji osadu w UASB 79
3.5.2. Skład granul beztlenowego osadu 80
3.6. Eukaryota w rożnych bioreaktorach w procesie oczyszczania ścieków 81
Literatura 84
4. Bioreaktory powszechnie stosowane w hodowlach mikroorganizmów 87
4.1. Wprowadzenie 87
4.2. Bioreaktory rozproszonego wzrostu mikroorganizmow (zawiesina bakterii i/albo osad czynny sflokulowany) 88
4.2.1. Bioreaktory osadu czynnego (Activated Sludge) 88
4.2.2. Proces ACP 90
4.2.3. Bioreaktory typu CSTR (Continuous Stirred-Tank Reactor) 91
4.2.4. Bioreaktory rodzaju ALR (Airlift Reactors) 92
4.2.5. Bioreaktory rodzaju SBR (Sequencing Batch Reactor) 93
4.3. Bioreaktory do wzrostu mikroorganizmów w postaci osadu granularnego 95
4.3.1. Bioreaktory typu UASB (Upfl ow Anaerobic Sludge Blanket) 95
4.3.2. Bioreaktory typu EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) 98
4.3.3. Bioreaktory rodzaju SPAC (Spiral Automatic Circulation) 100
4.3.4. Bioreaktory rodzaju SGBR (Static Granular Bed Reactor) 101
4.3.5. Bioreaktory rodzaju ABR (Anaerobic Baff led Reactor) 102
4.4. Bioreaktory stosowane do wzrostu mikroorganizmów na powierzchni fazy stałej w postaci biofilmu 104
4.4.1. Złoża nieruchome 105
4.4.2. Złoża ruchome (Moving Beds) 108
4.4.3. Wetlandy inżynieryjne (Constructed Wetland) 112
4.5. Bioreaktory membranowe (Membrane Bioreactors) 113
Literatura 115
5. Likwidowanie azotu i fosforu ze ścieków z użyciem nowych technice 117
5.1. Biologiczne likwidowanie azotu 117
5.1.1. Wprowadzenie 117
5.1.2. Badania ilości azotu w ściekach 117
5.1.3. Rekomendowane systemy intensywnego usuwania azotu ze ścieków 120
5.2. Biologiczne eliminowanie fosforu 138
5.2.1. Wprowadzenie 138
5.2.2. Opis cyklu EBPR 139
5.2.3. Biochemiczne aspekty procesów EBPR 140
5.2.4. Mikroorganizmy PAO i GAO 142
5.2.5. Powstawanie struwitu 145
Literatura 146
6. Naturalne metody biologicznego oczyszczania ścieków 149
6.1. Wprowadzenie 149
6.1.1. Nawadnianie pól (Irrigation of fields) 149
6.1.2. Pola filtracyjne (Filtration fields) 155
6.1.3. Stawy biologiczne 155
6.1.4. Napowietrzane laguny (Aeration lagoons) 162
6.1.5. Filtry piaskowe 163
6.1.6. Wetlandy inżynieryjne 165
Literatura 166
7. Postępowe biologiczne systemy oczyszczania ścieków 171
7.1. Wprowadzenie 171
7.2. Konwencjonalne systemy beztlenowego oczyszczania ścieków 172
7.2.1. Fermentory osadów 173
7.2.2. Szamba 175
7.2.3. Rowy utleniające 175
7.3. Rozwój technologii reaktorów beztlenowych o wysokiej sprawności 177
7.4. Podsumowanie 179
7.5. Typy beztlenowo-tlenowych systemów oczyszczania 180
7.5.1. Systemy beztlenowo-tlenowe z użyciem oddzielnych wysokowydajnych bioreaktorów 180
7.5.2. Systemy zintegrowane beztlenowo-tlenowych bioreaktorów 187
Literatura 197
8. Ścieki przemysłu spożywczego i ich oczyszczanie 201
8.1. Wprowadzenie 201
8.2. Ścieki rolno-spożywcze 201
8.3. Przemysłowe wykorzystanie kukurydzy 203
8.3.1. Ścieki i ich charakterystyka 205
8.3.2. Oczyszczanie ścieków z procesowania kukurydzy 205
8.4. Produkcja drożdży piekarniczych 206
8.4.1. Skład ścieków z produkcji drożdży i ich charakterystyka 207
8.4.2. Oczyszczanie ścieków z produkcji drożdży 208
8.5. Przemysł cukierniczy 209
8.5.1. Ścieki i ich charakterystyka 209
8.5.2. Oczyszczanie ścieków cukierniczych 210
8.6. Przetwórstwo ziemniaków 211
8.6.1. Ścieki i ich charakterystyka 211
8.6.2. Oczyszczanie ścieków z przeróbki ziemniaków 212
8.7. Przemysł mleczarski 214
8.7.1. Podatność ścieków mleczarskich na degradację 216
8.7.2. Oczyszczanie ścieków mleczarskich 217
8.8. Przemysł browarniczy 225
8.8.1. Ścieki browarnicze 226
8.8.2. Oczyszczanie ścieków browarniczych 228
8.9. Przemysł mięsny 229
8.9.1. Oczyszczanie ścieków przemysłu mięsnego 231
8.10. Produkcja soków z owoców i warzyw 233
8.10.1. Soki z owoców cytrusowych 233
8.10.2. Sok jabłkowy 234
8.10.3. Przetwórstwo pomidorów 235
8.10.4. Przetwórstwo marchwi 235
8.10.5. Nektary 236
8.10.6. Ścieki z przetwórstwa owoców i warzyw 236
8.10.7. Oczyszczanie ścieków z przetwórstwa owoców i warzyw 237
Literatura 238
9. Oczyszczanie ścieków farmaceutycznych 243
9.1. Wprowadzenie 243
9.2. Mikrobiologiczna produkcja antybiotyków 243
9.2.1. Historia penicyliny 244
9.3. Komercyjna produkcja penicylin 245
9.4. Ścieki farmaceutyczne 247
9.5. Oczyszczanie ścieków farmaceutycznych 250
9.5.1. Bioreaktor typu AnMBR (Anaerobic Membrane Bioreactor) 254
9.5.2. Bioreaktor UASB 255
9.5.3. Bioreaktor typu EGSB (Expanded Granular Sludge Blanket) 256
9.5.4. Bioreaktor UASR (hybryda – czterostopniowy system bioreaktorów UASB) 257
9.5.5. Bioreaktor typu AnSBR 257
9.5.6. Hybrydowe systemy beztlenowo-tlenowe 257
9.6. Kluczowa mikroflora w oczyszczaniu ścieków farmaceutycznych 258
9.6.1. Analiza metagenomiczna w biologicznej oczyszczalni ścieków farmaceutycznych 258
9.6.2. Analiza metagenomiczna wspólnot mikroorganizmów w beztlenowych bioreaktorach oczyszczających ścieki farmaceutyczne 259
Literatura 261
10. Oczyszczanie ścieków rafineryjno-petrochemicznych 265
10.1. Wprowadzenie 265
10.2. Skład ścieków rafineryjno-petrochemicznych 267
10.3. Oczyszczanie ścieków rafineryjno-petrochemicznych 269
10.3.1. Degradacja fotokatalityczna 270
10.3.2. Zasadnicze oczyszczanie ścieków rafineryjno-petrochemicznych 273
10.3.3. Analiza metagenomiczna osadów w komorach tradycyjnych i reaktorach membranowych w procesie oczyszczania ścieków rafineryjno-petrochemicznych 275
10.3.4. Analiza metagenomiczna wspólnot bakterii oczyszczających ścieki petrochemiczne w dwustopniowym systemie mikroaerofilno/anoksy tlenowym 277
10.4. Szlaki degradacji węglowodorów poprzez mikroorganizmy obecne w osadach 279
10.4.1. Szlaki degradacji węglowodorów w warunkach tlenowych 279
10.4.2. Mikrobiologiczna degradacja węglowodorów w warunkach beztlenowych 282
10.5. Podsumowanie 284
Literatura 285
11. Oczyszczanie ścieków celulozowo-papierniczych 289
11.1. Wprowadzenie 289
11.2. Charakterystyka odpadów i ich źródło 292
11.3. Skład chemiczny ścieków 293
11.4. Minimalizacja odpadów 294
11.5. Oczyszczanie ścieków celulozowo-papierniczych 294
11.5.1. Laguny z napowietrzaniem (baseny stabilizacyjne) 297
11.5.2. Oczyszczanie ścieków w warunkach beztlenowych 297
11.6. Analiza metagenomiczna wspólnoty bakterii degradujących drewno 300
11.7. Usuwanie zanieczyszczeń w ściekach celulozowo-papierniczych z wykorzystaniem grzybów 302
11.8. Inne metody oczyszczania ścieków celulozowo-papierniczych 303
11.8.1. Koagulacja/strącanie 303
11.8.2. Adsorpcja 304
11.8.3. Utlenianie chemiczne 304
11.8.4. Filtracja membranowa 304
11.9. Odpady stałe i ich utylizacja 305
11.9.1. Fermentacja 305
11.9.2. Kompostowanie 306
11.9.3. Wprowadzanie do gruntu 306
11.9.4. Spalanie odpadów 306
11.9.5. Piroliza 306
11.9.6. Reforming parowy 307
11.9.7. Katalityczne utlenianie na mokro 308
11.9.8. Emisja gazów 308
11.10. Podsumowanie 309
Literatura 309
12. Oczyszczanie wód kopalnianych przez bakterie redukujące siarczany(VI) 313
12.1. Wprowadzenie 313
12.2. Charakterystyka biotechnologiczna bakterii redukujących siarczany(VI) 314
12.3. Skład fizyko-chemiczny AMD 321
12.4. Wspólnota mikroorganizmów w kwaśnych wodach kopalnianych 323
12.5. Biotechnologie usuwania skażeń z AMD 324
12.5.1. Ekstensywne biotechnologie 327
12.5.2. Bioreaktory 330
12.5.3. Mikroorganizmy występujące w systemach oczyszczających AMD 333
12.5.4. Podsumowanie 334
Literatura 334
13. Odpady ekologiczne i ich utylizacja 341
13.1. Wprowadzenie 341
13.2. Typy odpadów 343
13.2.1. Odpady komunalne 343
13.2.2. Odpady przemysłowe 343
13.2.3. Odpady niebezpieczne 343
13.2.4. Odpady płynne 344
13.2.5. Komunalne osady ściekowe 344
13.3. Ilości wyprodukowanych odpadów w Polsce 344
13.4. Gospodarka odpadami stałymi 345
13.5. Hierarchia w sektorze gospodarki odpadami 347
13.6. Składowisko odpadów komunalnych 348
13.7. Mikrobiomy składowisk odpadów komunalnych 350
13.8. Technologie odzyskiwania tworzyw i energii 351
13.8.1. Kompostowanie 352
13.8.2. Zgazowanie 360
13.8.3. Piroliza 360
13.8.4. Spalanie 361
13.8.5. Zagospodarowywanie osadów ściekowych pierwotnych i wtórnych 362
13.9. Akta prawne 363
13.10. Podsumowanie 364
Literatura 371
14. Biologiczne oczyszczanie odcieków ze składowisk odpadów komunalnych 375
14.1. Wprowadzenie 375
14.2. Składowanie odpadów komunalnych 376
14.3. Tworzenie odcieków składowiskowych 377
14.4. Oczyszczanie odcieków ze składowisk komunalnych 382
14.4.1. Fizykochemiczne likwidowanie skażeń w odciekach 383
14.4.2. Biologiczne oczyszczanie odcieków składowiskowych 385
14.5. Naturalna biologiczna oczyszczalnia odcieków 391
14.6. Wspólnoty mikroorganizmow w procesie oczyszczania odcieków składowisk komunalnych 392
14.6.1. Relacje między charakterystykami stawów oczyszczających odcieki a liczebnością OTU 393
14.6.2. Bakterie w stawach doczyszczających z roślinnością 394
14.6.3. Populacje archeonów w procesach oczyszczania odcieków 394
14.6.4. Wspólnoty bakterii występujące w odciekach, w stawach biologicznych i w bioreaktorach oczyszczających odcieki 395
14.7. Grzyby w oczyszczaniu odcieków 396
14.7.1. Oczyszczanie odcieków w bioreaktorach z grzybami 396
Literatura 397
15. Mechaniczno-biologiczna oczyszczalnia ścieków komunalnych w Ostrzeszowie 401
15.1. Wprowadzenie 401
15.2. Schemat techniczny oczyszczalni ścieków 403
15.3. Produktywność oczyszczania ścieków komunalnych 406
Literatura 408