Metody biotechnologii w ochronie
środowiska
Usuwanie fosforu ze
ścieków
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
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
43-
2AlPO
4
+
+ 3 SO
42-
+ 18 H
2
O
Optymalne pH 5,5 – 6,5
FeCl
3
+ PO
43-
FePO
4
+ 3Cl
-
Optymalne pH 4,5 – 5,0
3 FeSO
4
+ 2 PO
43-
Fe
3
(PO
4
)
2
+ 3 SO
42-
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
cz
as
A
B
faza
anaerobow
a
faza
aerobowa
usunięcie
netto
stężenie
rozpuszczon
ych
fosforanów
Metody biotechnologii w ochronie
środowiska
HO
P
O
O
H
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
organicz
ne
Poly-
P
PH
B
łańcuch
oddecho
wy
AT
P
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
wewnątrzkomór
kowe 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
Aerobo
we
osad
recyrkulowany
odpływ
OW
osad
nadmierny
System
PHOREDOX
Metody biotechnologii w ochronie
środowiska
System A2/O
System A2/O
OW
OW
dopły
dopły
w
w
odpły
odpły
w
w
Osad
Osad
nadmiern
nadmiern
y
y
Osad
Osad
recyrkulowan
recyrkulowan
y
y
An Ano
x
Aerobo
we
Metody biotechnologii w ochronie
środowiska
Pięciostopniowy system Bardenpho
Pięciostopniowy system Bardenpho
S
S
Osad
Osad
recyrkulow
recyrkulow
any
any
dopły
dopły
w
w
odpły
odpły
w
w
Osad
Osad
nadmiern
nadmiern
y
y
Recyrkulacja
Recyrkulacja
wewnętrzna
wewnętrzna
A
n
Ano
x
Ano
x
Aer
o
Aer
o
Metody biotechnologii w ochronie
środowiska
MUCT
MUCT
system
system
Osad
Osad
recyrkulowany
recyrkulowany
dopły
dopły
w
w
odpły
odpły
w
w
Osad
Osad
nadmier
nadmier
ny
ny
Recyrkulac
Recyrkulac
ja wewn.
ja wewn.
Recyrkulacja wewn.
Recyrkulacja wewn.
Metody biotechnologii w ochronie
środowiska
Biodenipho system
Biodenipho system
Osad
Osad
recyrkulowany
recyrkulowany
dopły
dopły
w
w
odpły
odpły
w
w
Osad
Osad
nadmiern
nadmiern
y
y
ANOX
ANOX
(AEROB
(AEROB
)
)
AEROB
AEROB
(ANOX)
(ANOX)
Metody biotechnologii w ochronie
środowiska
Technologia SBR (sequencing batch
reactor)
napełnia
napełnia
nie
nie
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
reakcj
reakcj
a
a
sedymenta
sedymenta
cja
cja
osad
osad
nadmiern
nadmiern
y
y
V
V
d
d
odpły
odpły
w
w
odprowadzani
odprowadzani
e
e
oczyszczonyc
oczyszczonyc
h ścieków
h ścieków
faza
faza
jałowa
jałowa
cykl
Metody biotechnologii w ochronie
środowiska
Paremeters
BARDENP
HO
A2/O
UCT
Biodeni
pho
SBR
Zawartość
biomasy, g/m
3
2000-
4000
3000-
5000
3000-
5000
-
2000-
4000
Obciążenie
substratowe,
kgBOD/kgMLS
S*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:
BARDENP
HO
A2/O
UCT
Biodenip
ho
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
Wpływ cyklicznego wystawienia
mikroorganizmów na różne warunki na
mikroorganizmów na różne warunki na
pracę bioreaktora
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
)
Fami
Fami
ne
ne
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
fil
fil
l
l
reac
reac
t
t
settl
settl
e
e
dra
dra
w
w
0
0
10
10
0
0
20
20
0
0
30
30
0
0
40
40
0
0
0
0
5
5
0
0
10
10
0
0
15
15
0
0
20
20
0
0
TOC (mg.L)
TOC (mg.L)
S
V
I,
(
c
m
S
V
I,
(
c
m
3
3
/g
)
/g
)
Cycle
Cycle
time =
time =
6 h
6 h
Cycle
Cycle
time =
time =
8 h
8 h