Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Usuwanie fosforu ze ścieków

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Usuwanie fosforu ze ścieków:

-

 

biologicznie

 

* 

wraz z osadem nadmiernym, w wyniku 

asymilacji fosforu przez biomasę

* poprzez „nadmierne pobieranie”

-

 

chemicznie

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Usunięcie fosforu wraz z osadem nadmiernym

Q

X

P

P

0

e

∆

⋅

ω

−

=

Dla elementarnego skład biomasy C

60

H

87

O

23

N

12

P udział fosforu 

ω wynosi około 0,023.

 

ΔX/Q jest tym większe im wiek osadu jest niższy. 

Wydłużenie wieku osadu skutkuje wzrostem P

e

.

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska



Chemiczne strącanie solami glinu i żelaza (w 

postaci roztworów)

Al

2

(SO

4

)

3

•18 H

2

O + 2 PO

4

3-

  2AlPO

4 

+

+ 3 SO

4

2-

 + 18 H

2

O

Optymalne pH 5,5 – 6,5
FeCl

3

 + PO

4

3-

  FePO

4 

+ 3Cl

-

Optymalne pH 4,5 – 5,0
3 FeSO

4

 + 2 PO

4

3-

  Fe

3

(PO

4

)

2

 + 3 SO

4

2-

Optymalne pH

 

~

 

8

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Strącanie wapnem w postaci CaO lub 

Ca(OH)

2 

(ilość wapna zależy od 

zasadowości i pH ścieków)

System „małej dawki” dla pH< 10,
System „dużej dawki” dla pH 11 – 11,5.
Wymagana korekta odczynu odpływu,
Powstaje dużo osadów.

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Skuteczność metody zależy również od miejsca 

dawkowania reagentów:

Wstępne strącanie

70 – 90%,

Symultaniczne

80 –95%,

Wtórne

90 –95%.

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Biologiczne usuwanie fosforu

czas

A

B

faza 
anaerobowa

faza aerobowa

usunięcie

 netto

stężenie 
rozpuszczonych 
fosforanów

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

HO

P

O

OH

O

P

O

OH

OH

P

O

O

OH

n

Struktura polifosforanu

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Schemat metabolizmu fosforanów w komórce

CH

3

COOH

warunki beztlenowe

Acetyl-CoA

Poly-P

PHB

ATP

PO

4

-3

+ADP

PO

4

-3

warunki tlenowe

O

2

PO

4

-3

związki 
organiczne

Poly-P

PHB

łańcuch 

oddechowy

ATP

CO

2 

+ H

2

O

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

(Polifosforan)

n

 + H

2

O 

(Polifosforan)

n-x

 + (Polifosforan)

x

Polifosfohydrolaza polifosforanu (potocznie: endopolifosfataza)

(Polifosforan)

n

 + H

2

O

(Polifosforan)

n-1

 + PO

4

3-

Fosfohydrolaza polifosforanu (potocznie: egzopolifosfataza)

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

(Poli-P)

n

AMP

ADP

(Poli-P)

n-1

ATP

ADP

PO

4

3-

Mechanizm powstawania ATP z polifosforanów przy udziale 

transferaz

Procesy 
wewnątrzkomórkowe 
zużywające energię

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Kiedy można stosować biologiczną defosfatację?

BZT

5 

: P (w ściekach surowych) minimum 20 – 25.

Niskie obciążenie i wysoki wiek osadu wymagają 

BZT

5 

: P powyżej 25.

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

An – warunki anaerobowe

dopływ

An

Aerobowe

osad recyrkulowany

odpływ

OW

osad nadmierny

System PHOREDOX

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

System A2/O

System A2/O

OW

OW

dopływ

dopływ

odpływ

odpływ

Osad 

Osad 

nadmierny

nadmierny

Osad 

Osad 

recyrkulowany 

recyrkulowany 

An

Anox

Aerobowe

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Pięciostopniowy system Bardenpho

Pięciostopniowy system Bardenpho

S

S

Osad 

Osad 

recyrkulowany

recyrkulowany

dopływ

dopływ

odpływ

odpływ

Osad 

Osad 

nadmierny

nadmierny

Recyrkulacja 

Recyrkulacja 

wewnętrzna

wewnętrzna

An

Anox

Anox

Aero

Aero

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

MUCT system

MUCT system

Osad recyrkulowany

Osad recyrkulowany

dopływ

dopływ

odpływ

odpływ

Osad 

Osad 

nadmierny

nadmierny

Recyrkulacja 

Recyrkulacja 

wewn.

wewn.

Recyrkulacja wewn.

Recyrkulacja wewn.

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Biodenipho system

Biodenipho system

Osad 

Osad 

recyrkulowany

recyrkulowany

dopływ

dopływ

odpływ

odpływ

Osad 

Osad 

nadmierny

nadmierny

ANOX 

ANOX 

(AEROB)

(AEROB)

AEROB 

AEROB 

(ANOX)

(ANOX)

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Technologia SBR (sequencing batch reactor)

napełnianie

napełnianie

∆

∆

V

V

f

f

V

V

0

0

∆

∆

V

V

f

f

 

 

– objętość wprowadzanych ścieków

– objętość wprowadzanych ścieków

V

V

0

0

 – objętość ścieków i osadu czynnego, pozostająca w reaktorze 

 – objętość ścieków i osadu czynnego, pozostająca w reaktorze 

Vmax = V

Vmax = V

0

0

 + 

 + 

∆

∆

V

V

f

f

 

 

reakcja

reakcja

sedymentacja

sedymentacja

osad 

osad 

nadmierny

nadmierny

∆

∆

V

V

d

d

odpływ

odpływ

odprowadzanie 

odprowadzanie 

oczyszczonych 

oczyszczonych 

ścieków

ścieków

faza 

faza 

jałowa 

jałowa 

cykl

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Paremeters

BARDENPHO

A2/O

UCT

Biodenipho

SBR

Zawartość biomasy, 
g/m

3

2000-4000

3000-

5000

3000-

5000

-

2000-

4000

Obciążenie 
substratowe, 
kgBOD/kgMLSS*d 

0.1 – 0.2

0.15-0.25 0.1-0.2

-

0.1-0.5

Wiek osadu

10 - 30

4 - 8

10 - 30

-

10 – 30

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Czas zatrzymania w 
strefach:

BARDENPHO

A2/O

UCT

Biodenipho

SBR

Anaerobic, h

1 - 2

0.5 – 1.5

1 – 2

1 - 2

1 – 1.5

Anoxic, h

2 - 4

0.5 – 1

2 – 4

6-13, 1 

cycle

1 – 1.5

Aerobic I, h

2 - 13

3.5 – 6

4 – 6

6-13, 1 

cycle

2 – 4

Anoxic II, h

2 - 4

n.e.

n.e.

n.e.

1 – 1.5

Aerobic II,h

0.5 – 1

n.e.

n.e.

n.e.

Sludge 
recirculation, %

100

20 - 50

100

50 - 100

n.e.

Internal recycle I, 
%

400

100 - 300

100

n.e.

n.e.

Internal recycle II, 
%

n.e.

n.e.

300

n.e.

n.e.

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Wpływ cyklicznego wystawienia mikroorganizmów na 

Wpływ cyklicznego wystawienia mikroorganizmów na 

różne warunki na pracę bioreaktora

różne warunki na pracę bioreaktora

Czynnik zmieniany 

cyklicznie

Osiągane efekty

Wysokie i niskie stężenie 
łatwo biodegradowalnych 
substratów

Ograniczony wzrost bakterii nitkowatych 
Mniejsza wrażliwość na przeciążenia ładunkiem 
zanieczyszczeń i inne zmienne parametry, w tym 
zmiany składu ścieków surowych

Wysokie stężenie substratu 
przemiennie z okresami 
głodzenia

Akumulacja zewnętrznych polimerów komórkowych 
oraz ograniczony wzrost bakterii nitkowatych 
Wzbogacenie biocenozy o bakterie formujące kłaczki, 
niezbędne do osiągnięcia wymaganego stopnia 
oczyszczenia

Warunki aerobowe i 
anoksyczne

Wzbogacenie biocenozy o nitryfikatory i 
denitryfikatory niezbędne do usuwania azotu

Warunki anaerobowe i 
aerobowe

Wzbogacenie biocenozy o bakterie akumulujące fosfor 
niezbędne do nadmiernego biologicznego pobierania 
fosforu

 

 

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Elapsed time, (h)

Elapsed time, (h)

T

O

C

, (

m

g/

L

)

T

O

C

, (

m

g/

L

)

Famine

Famine

∆

∆

TOC

TOC

0

0

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

0

0

100

100

200

200

300

300

400

400

fill

fill

react

react

settle

settle

draw

draw

0

0

100

100

200

200

300

300

400

400

0

0

50

50

100

100

150

150

200

200

∆

∆

TOC (mg.L)

TOC (mg.L)

S

V

I,

 (

cm

S

V

I,

 (

cm

3

3

/g

)

/g

)

Cycle time 

Cycle time 

= 6 h

= 6 h

Cycle time 

Cycle time 

= 8 h

= 8 h