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