Очистка сточных вод от фосфатов: Методы удаления фосфатов из сточной воды

Вода Magazine — Применение коагулянтов для реагентного удаления фосфатов из сточных вод

В статье приведены результаты исследований по эффективности удаления фосфора с применением коагулянтов. Исследования проводились в лабораторных условиях на сточной воде, поступающей на очистку. Рассказано о производственной апробации технологии химического осаждения фосфора на объединенных канализационных очистных сооружениях курортной группы городов. Показано, что применение коагулянтов дает возможность снизить избыточную нагрузку по соединениям фосфора до значения, позволяющего проводить дальнейшую очистку биологическим путем. Полученные результаты исследований могут быть использованы при расчетах доз коагулянтов для реагентного осаждения фосфора.

Ключевые слова: фосфор, коагулянт, дефосфотация, доза коагулянта, биологическое удаление фосфора.

Фосфор наряду с азотом является биогеннным элементом который, находясь в поверхностных водах, вызывает развитие неблагоприятных процессов эвтрофикации [1- 2]. Основным источником фосфора водоемов является сброс сточных вод с концентрациями, превышающими допустимые значения.

Очистка сточных вод от фосфора на канализационных сооружениях может быть биологической и/или химической. Процесс биологического удаления фосфора зависит от многих сопутствующих факторов, важнейшими из которых являются нагрузка на ил по фосфатам и доступность органического вещества.

Объединенные канализационные очистные сооружения (ОКОС) п. Заостровье проектной производительностью 40 тыс. м3/сут. были введены в эксплуатацию в 1988 году. В 2002 году была выполнена реконструкция одного из трех аэротенков с переводом на технологию с применением нитри-денитрификации. Проект реконструкции предусматривал использование ступенчатой схемы денитрификации с нитритным рециклом из конца третьего коридора в начало второго. Перемешивание иловой смеси осуществлялось при помощи механических мешалок, а насыщение кислородом — при помощи аэраторов трубчатого типа. Схема была рассчитана преимущественно на удаление соединений азота (нитраты, нитриты, аммоний), чем на удаление фосфора (рис. 1).

Биологическое удаление фосфатов было недостаточно эффективно, процесс проходил нестабильно, а узел химического удаления не был предусмотрен.

В 2012-2015 гг. на очистных сооружениях была проведена комплексная реконструкция: основная технологическая схема претерпела ряд изменений — акцент был сделан на удаление фосфатов: биологическое удаление фосфора реализовано с учетом современных потребностей ОКОС, добавлен узел химического удаления.

Проект реконструкции очистныхсооружений был разработан специалистами инженерной компании «Экополимер-М» (АО «МАЙ ПРОЕКТ») в соответствии с требованиями технического задания по международной программе оздоровления бассейна Балтийского моря. В рамках проекта реконструкции были построены новые здания механической очистки и обезвоживания осадка, заменено технологическое оборудование, модернизирована биологическая очистка и проведена работа по автоматизации работы сооружений (рис. 2).

Схема биологической очистки состоит из бассейнов перемешивания (емкости первичных отстойников с установленными механическими мешалками), трех коридорных аэротенков и вторичных отстойников. Возвратный ил подается в распределительную камеру бассейнов перемешивания и, смешиваясь с механически очищенными сточными водами, поступает в анаэробную зону биологической очистки (бассейны перемешивания). После бассейнов перемешивания иловая смесь поступает в аноксидную зону (первый коридор аэротенков). Подача нитратного рецикла реализована из конца третьего коридора зоны аэрации в середину первого коридора. Для обеспечения полного смешения и регулирования степени рециркуляции внутри аноксидной зоны в первом коридоре организован дополнительный рецикл из конца зоны перемешивания в ее начало. В зонах перемешивания установлены погружные мешалки, а рециклы внутри аэротенка реализованы посредством низконапорных насосов типа «мешалка-в-трубе». Второй и третий коридоры аэротенка выделены под зону аэрации.

Насыщение иловой смеси кислородом осуществляется при помощи трубчатой системы аэрации, равномерно распределенной по дну каждого коридора. Разделение иловой смеси осуществляется во вторичных радиальных отстойниках. Очищенная вода поступает в контактные резервуары для обеззараживания. Для обезвоживания уплотненного активного ила применяются сгустители в комплексе с ленточными фильтр-прессами.

Для надежного удаления соединений фосфора помимо биологического способа дополнительно предусмотрен узел химического удаления фосфора. В мировом опыте опробованы различные точки дозирования коагулянтов, для осаждения соединений фосфора, рассмотрим основные из них [3-4].

Предварительное осаждение

При методе предварительного осаждения коагулянты добавляют перед песколовками, первичными отстойниками или преаэраторами. В дополнение к фосфатам снижается нагрузка на биологическую очистку по органическим и взвешенным веществам, происходит общее улучшение механической очистки. Преимущество данного метода заключается в простоте реализации, возможном снижении нагрузки по фосфору и органическим веществам на биологический реактор. Недостатками данного метода является перерасход реагента.

Одновременное осаждение

При одновременном осаждении коагулянты дозируются в одну из точек (в отдельных случаях в несколько точек):
— перед биологическим реактором;
— непосредственно в биологический реактор;
— перед поступлением иловой смеси на вторичные отстойники;
— непосредственно в поток возвратного ила.

Преимущество данного метода заключается в простоте реализации, образовании буфера, ликвидирующего пики концентраций фосфатов. Недостатками данного метода является увеличение неорганической части (зольности) ила и возможная пассивация ила.

Постосаждение

При методе постосаждения коагулянты дозируются в поток после вторичного отстойника, образовавшиеся соединения осаждаются в отдельном отстойнике (часто контактный резервуар) или на сооружениях доочистки. Также встречаются схемы одновременной комбинации точек дозирования коагулянта.

Точка ввода реагента (коагулянта) определена на основании объективного анализа схемы глубокой биологической очистки, возможностей схемы и способа обработки избыточного активного ила. Так, применение математического моделирования (программа «ЭкоСим») на этапе проектирования позволило оценить возможности применяемой схемы по эффективности биологического удаления азота и фосфора [5-6]. Результаты моделирования показали высокую степень удаления фосфора, но, учитывая сезонные колебания состава сточных вод и гидравлических нагрузок для достижения стабильных результатов, было принято решение о применении предварительного осаждения фосфатов на стадии механической очистки. Данный метод позволил в дополнение к удалению фосфатов снизить нагрузку на аэротенки по органическим и взвешенным веществам.

Были проведены лабораторные исследования по эффективности применения коагулянтов: сульфата железа (FERRIX-III) и полиоксихлорида алюминия (РАХ-18) с целью снижения концентрации фосфатов.

Предварительным этапом промышленного применения реагентов было определение эффективности химического удаления соединений фосфора с применением коагулянтов на основе солей металлов в лабораторных условиях, а также определение оптимальных доз и наиболее эффективного коагулянта для удаления соединений фосфора из сточных вод. Реагенты поставлены руководством ОКОС в рамках проведенной реконструкции для осуществления пусконаладочных работ. Основные физико- химические свойства и прочие характеристики коагулянтов представлены в таблице 1.

Предварительное осаждение фосфора на стадии механической очистки может быть как часть комбиниро-ванного метода биолого-реагентного удаления фосфора, так и отдельным процессом [7], что и реализовано на ОКОС. Сущность комбинированного метода заключается в удалении части фосфатных соединений химическим путем на этапе механической очистки, а удаление основной части фосфатных соединений — биологическим методом.

На ОКОС п. Заостровье предусмотрено применение жидкого коагулянта, поставляемого на площадку очистных сооружений в виде готового раствора. Подача реагента в поток сточных вод перед комбинированными установками производится станцией автоматического дозирования жидких химических веществ с управлением в трех режимах: ручной, дистанционный и автоматический (в зависимости от расхода поступающих сточных вод).

Исследования эффективности удаления соединений фосфора реагентным способом проводили на реальной сточной воде, поступающей на очистку в приемную камеру ОКОС. Фактический состав поступающих сточных вод приведен в таблице 2.

Вопрос об оптимальных дозах коагулянтов тесно переплетается с вопросом о механизме удаления фосфора. Отсутствие точных стехиометри- ческих соотношений дозы коагулянта (при предварительном осаждении фосфора) для дефосфотации, а также наличие в сточных водах взвешенных, коллоидных и органических веществ, продуцирует протекание сложных реакций. Расчет дозы реагента проводили по рекомендациям [7,8,9] и были приняты следующие соотношения:
— коагулянт на основе железа — 2,7 кг железа /1 кг осажденного фосфора;
— коагулянт на основе алюминия — 1,3 кг алюминия / 1 кг осажденного фосфора.

Расчетные объемные дозы коагулянтов представлены в таблице 3.

Определение концентрации фосфора в сточных водах проводилось специалистами лаборатории ОАО «ОКОС» по принятой методике [10].

С целью максимальной достоверности химических процессов, происходящих в потоке сточных вод при очистке, во взболтанную пробу сточных вод (100 мл) добавляли коагулянт (раствор коагулянта), затем в течение 90 сек. пробу интенсивно перемешивали и давали настояться 300 сек. для полного протекания химических реакций. После истечения времени пробу анализировали на содержание фосфатов. Результаты эксперимента представлены на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость концентрации фосфатов от дозы реагентов

Установлено, что в целом при проведении эксперимента коагулянт на основании сульфата железа оказался эффективнее в среднем на 22,5%, чем эффективность согласно расчету. В то же время полиоксихлорид алюминия показал себя менее эффективным, и удаление фосфатов в среднем не достигало 35,5% от расчетной эффективности (рис. 4).

Рис. 4. Отклонение от расчетной эффективности удаления фосфатов

Необходимо отметить, что эксперимент по химическому удалению фосфора проведен для определения доз реагентов и наиболее эффективного коагулянта. При проведении пусконаладочных работ биологический реактор работал стабильно. Результаты лабораторных анализов биологически очищенной воды без применения коагулянта представлены в таблице 4.

Выводы:

Применение реагентных методов очистки увеличивает эксплуатационные расходы предприятия, но в то же время обеспечивает стабильные концентрации фосфора в очищенной воде. Снижение нагрузки на биологические очистные сооружения по фос- фору от внутренних потоков позволяет эффективно эксплуатировать современные очистные сооружения с глубокой биологической очисткой.

Отмечено, что применение комбинированного биолого-реагентного метода удаления фосфатов позволяет достигать действующих требований на сброс по соединениям фосфора при умеренных эксплуатационных отчислениях. Полученные результаты свидетельствуют о достаточно высоком совпадении с регламентирующими рекомендациями [8, 9], в частности, с применением коагулянта сульфата железа.

Литература:
1. Залетова Н.А., Исаева Н.В. Эффективные процессы удаления фосфора из городских сточных вод. Эффективные технологические процессы и оборудование для очистки сточных вод: Сб. науч. тр. АКХ. — М., 1988. — С.32-40.
2. Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э. Очистка сточных вод: Пер. с англ. — М.: Мир, 2004. — 420 с.
3. Кинебас А.К., Нефедова Е.Д., Рублевская О.Н., Панкова Г.А., Пирогов А.Г., Попова Н.И., Клименко А.И. Опыт внедрения технологии химического осаждения фосфора: от лабораторных тестов до промышленной эксплуатации, // Водоснабжение и санитарная техника. 2011, №1.
4. Васильев Б.В., Мишуков Б.Г., Соловьева Е.А.: Реагентное удаление фосфора из городских сточных вод, // Водоснабжение и санитарная техника. 2009.
5. Щетинин А.И., Есин М.А., Реготун А.А., Малбиев Б.Ю. Моделирование биохимических процессов очистки сточных вод как основа ретехнологизации сооружений // Водоснабжение и санитарная техника. 2010. № 11.
6. Щетинин А.И. Особенности моделирования процессов биологической очистки при помощи имитационной программы «ЭкоСим» // Сб. докладов «ЭТЭВК-2001» г. Ялта 2001.
7. ATV-DVWK-A 202E. Chemical-Physical Methods for the Removal of Phosphorus from Wastewater, Germany: DWA, 2004, 25 p.
8. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения / Госстрой СССР.
— М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.
9. СП 32.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения. Утвержден Минрегионом России, приказ № 635/11 от 29.12.2011. Дата ввода документа в действие 01.01.2013 г.
10. Методика измерений массовой концентрации фосфат-ионов в питьевых, поверхностных и сточных водах фотометрическим методом с молибдатом аммония, ПНД Ф 14.1:2:4.112-97.

Phosphorus Removal from Wastewater by Chemical Precipitation

The article describes the results of studies on the effectiveness of phosphorus removal by chemical precipitation. The studies were conducted with real waste water in the laboratory. Studies confirm that the use of precipitants can reduce extra phosphorus load to a value that allows providing enhanced biological phosphorus removal. The research results can be used in the calculation of dosage of chemical precipitation of phosphorus.

Keywords: рhosphorus, coagulant, removal efficiency, dosage, biological nutrient removal.

Avargina Larisa Petrovna, head of chemical laboratory, JSC «UWWTP», 238590, Russia, Kaliningrad region, Zaostrovye, +7 (906) 235-96-89, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..

Sokolov Aleksey Nikolaevich, process engineer, «MY PROJECT», 115054, Russia, Moscow, B. Strochenovskii lane, 7, +7 (495) 981-98-80, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..

Журнал «Вода Magazine», №8 (96), 2015 г.

откуда берутся, методика определения, очистка и удаление

Фосфор и его соединения в сточных водах

Фосфор, как и азот, является биогенным элементом, поэтому его присутствие в водоёмах наблюдается даже в случае отсутствия сброса сточных вод. Однако, этот элемент находит широкое применение человеком, поэтому его концентрация в сточных водах столь высока. Фосфор может присутствовать в воде в виде нерастворимых и растворимых соединений.

Важное свойство фосфора (при условии достаточного наличия в воде азота) – эвтрофикация (стимуляция роста водорослей). Благодаря этому свойству происходит биологическое обрастание систем водооборота.

Общий фосфор

Общим фосфором в контексте изучения сточных вод принято называть общую концентрацию элементарного фосфора и всех его соединений, как органических, так и неорганических. Принято выделять следующие классы фосфорсодержащих загрязнений в сточных водах:

• Ортофосфаты.
• Фосфаты гидролизуемые.
• Органические соединения фосфора.
• Элементарный фосфор.

Для водоочистки наибольшую проблему представляют соли фосфорных кислот – фосфаты.

Фосфаты

Фосфатами называются соли ортофосфорной кислоты H₃PO₄. При этом следует отметить, что из-за строения молекулы данной кислоты, может образовываться ряд фосфатов различного состава и строения. К примеру, растворимые соли щелочных металлов натрия (Na) и калия (K) могут быть представлены как трёхзамещёнными ортофосфатами (Na₃PO₄, K₃PO₄), так и одно- и двузамещёнными (NaH₂PO₄, KH₂PO₄; Na₂HPO₄, K₂HPO₄).

Отдельно стоит упомянуть, что при дегидратации одно- и двузамещённых ортофосфатов происходит образование линейных или кольцевых полимерных фосфатов, отвечающих общей формуле M_n+2P_nO_3n+1. Ключевая особенность полифосфатов –способность радикально изменять свойства (растворимость, термостабильность и т.д.).

Польза и вред фосфатов

Фосфор – важный биогенный элемент. Благодаря этому, фосфор и его соединения нашли широкое применение в самых различных областях жизни человека. Одно из важнейших мест применения этого элемента – производство удобрений для агропромышленности, поскольку фосфор, наряду с калием и азотом, стимулируют рост и плодоношение многих сельскохозяйственных культур. Помимо производства удобрений, соединения фосфора используют в пищевой промышленности: в качестве подкислителей (например, в газированных напитках), загустителей (в хлебопекарном деле), консервантов для масел и замороженных овощей. Бытовое применение соединений фосфора также весьма обширно, поскольку они входят в состав поверхностно-активных веществ для моющих средств и стиральных порошков.

Тем не менее, избыток фосфора может причинять вред человеку и природе. Прямых доказательств вреда фосфатов, содержащихся в стиральных порошках и другой бытовой химии нет, есть опосредованное губительное влияние на среду обитания человека. Например, запуск процессов эвтрофикации водоёмов, куда происходит сброс сточных вод. Совершенно иначе обстоят дела с некоторыми другими соединениями фосфора (в основном органическими). Широко известны боевые отравляющие вещества зоман, зарин, фосфин, новичок, VX. Все эти БОВ имеют в основе фосфор, оказывают нервнопаралитическое воздействие. Отметим, что некоторые инсектициды, применяемые в сельскохозяйственной промышленности, генетически происходят от БОВ. Разумеется, современные разработки в области инсектицидов делают их неопасными для человека.

Откуда берутся в воде?

Фосфаты и другие соединения фосфора попадают в воду в основном антропогенным путём. Небольшие количества этого элемента и его соединений присутствуют в водоёмах как часть биологического цикла. Интересно, что одно из соединений фосфора (фосфин) – это биологический маркер, присутствие которого в атмосфере других планет говорит о возможном наличие жизни.

Промышленность

Химическая, сельскохозяйственная и пищевая промышленность являются основными источниками фосфора и его соединений в сточных водах. Способы применения не ограничиваются сферой производства удобрений, бытовой и пищевой химией. В тяжёлой промышленности соединения фосфора применяются в качестве фреонов, флюсов, пассиваторов, гидрожидкостей.

Бытовой сектор

Бытовой сектор – основной источник фосфатов в сточных водах. Продукция бытовой химии содержит в своём составе фосфорорганические соединения и фосфаты в качестве поверхностно-активных веществ, регуляторов кислотности, смягчителей воды.

Считается, что фосфаты вредны для экологии и здоровья человека. Поэтому их содержание в составе бытовой химии пытаются уменьшить. Пример борьбы с антропогенными причинами повышения концентрации фосфатов в сточных водах – постепенный ввод ограничений в ряде стран Европейского союза на их содержание в стиральных порошках. В данный момент допустимая норма – 0,3-0,5г на один цикл стирки.

Неантропогенные причины

Несмотря на то, что основной источник фосфора – «человеческий фактор», это не означает, что он единственный. Большинство живых организмов так или иначе использует фосфор и его соединения в своей биохимии. Например, для млекопитающих фосфор играет важнейшую роль, поскольку он необходим для существования энергетического обмена при помощи аденозинтрифосфата (АТФ). В 1941 году Фриц Лапман открыл, что именно этот нуклеозидтрифосфат является основным переносчиком энергии в клетке. Таким образом, фосфор необходим для существования высокоорганизованных форм жизни.

Фосфор выделяется в окружающую воду во время процесса автолиза трупов животных и рыб, при разложении растительной биомассы. Затем этот фосфор вновь поступает в живые клетки, участвуя в замкнутом биологическом цикле. Можно сделать вывод, что влияние неантропогенных факторов на концетрацию фосфатов в водах достаточно низкое, поскольку эта система находится в равновесии.

Нормы и ПДК

В природоохранной сфере

В нашей стране нормы содержания фосфора и его соединений в водоёмах регулируются в соответствии с ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования», постановлении Правительства РФ от 29.07.2013 N 644 (ред. от 22.05.2020) «Об утверждении правил холодного водоснабжения и водоотведения и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации» и ряде другой нормативно-технической документации. В общем случае, ПДК зависит от типа водоёма и составляет примерно следующие величины:

• Для объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования: от 0,0001 мг/л для элементарного красного фосфора до 3,5 мг/л (некоторые нерастворимые фосфаты).
• Для объектов рыбохозяйственного значения: от 0,0001 мг/л до 0,1 мг/л (некоторые органические соединения фосфора).

Моющие средства

Роспотребнадзор с 2017 года подготовил изменения в нормативы евразийского экономического союза, которые обязывают производителей бытовой химии снижать количество фосфатов в своей продукции до 1% по массе. Вызваны такие меры во многом тем, что сброс стоков, загрязнённых синтетическими моющими средствами, в водоёмы вызывает неконтролируемый бурный рост сине-зелёных водорослей и цианобактерий.  Последние нарушают природное состояние водоёмов, приводя к исчезновению тех или иных видов водорослей и живых существ.

Методики определения в сточных водах

Существует достаточно широкий перечень методов определения фосфатов в сточных водах. Условно их можно поделить на две группы – простые и сложные. Первые, к сожалению, неточны. Вторые – сложны в применении. В связи с этим, выбор конкретной методики обусловлен целесообразностью:

• Необходимая точность измерений.
• Требования к квалификации оператора.
• Желательная скорость получения результатов измерения.

Исходя из этого, методики определения можно разделить на точные и грубые.

Грубые

К грубым методикам измерения относится органолептический колориметрический анализ проб воды. Данный способ измерения и требования к условиям его проведения регламентируются по ГОСТ 18309-2014 «Вода. Методы определения фосфорсодержащих веществ».

Особенность данного метода состоит в гидролизе полифосфатов с целью их превращения в ортофосфаты, с дальнейшим образованием окрашенных в синий цвет комплексных соединений с молибденом. Затем полученный раствор фотометрически исследуют при длине волны от 690 до 720 нм. Отметим, что определению фосфатов таким способом мешают железо, нитриты и растворимые силикаты. Их влияние нивелируют разбавлением или введением дополнительных реактивов, однако, это снижает точность исследования.

Ход исследования состоит из таких стадий:

• Отбор проб воды в соответствии с ГОСТ 17.1.5.05-85 «Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков»
• Подготовка посуды для удаления следов окрашенного комплекса от прошлых испытаний путём ополаскивания растворами NaOH или NaHCO₃
• Приготовлении ряда рабочих растворов (KH₂PO₃ различной концентрации, раствор молибдата аммония (NH₄)₂MoO₄, 37%-й раствор серной кислоты, 13,6%-й раствор соляной кислоты, раствор SnCl₂)
• Введение растворов молибдата аммония и двухлористого олова в пробу
• Фотометрический анализ пробы на приборе

Для проведения исследований с помощью колориметрического анализа требуется достаточно много времени, опыт работы в лаборатории. Высокие трудозатраты снижают целесообразность применения этого метода.

Точные

На сегодняшний день наиболее точные значения концентрации фосфатов и других соединений фосфора даёт спектрофотометрический метод анализа с использованием электронных приборов. В современном мире спектрофотометрия перестала требовать высокой квалификации оператора прибора, поскольку современная электроника позволяет проводить анализ практически без участия человека. Сущность метода состоит в измерении изменений прохождения света через образец при различной длине волны, сопоставления данных и получения данных о градации спектров образца. Этот метод весьма удобен, поскольку не требует реактивов. Анализ происходит быстро и точно. Это как раз то, что нужно, чтобы обеспечить контроль состава сточных вод.

Очистка, доочистка, удаление фосфатов

Физико-химические способы

Как и со многими другими загрязняющими сточными воды веществами, для очистки вод от фосфатов применяются физико-химические методы. Сточную воду подвергают фильтрованию с целью удаления взвешенных веществ. Благодаря этому из воды удаляют часть фосфатных соединений. Затем в воду, подвергаемую очистке, вводятся коагулянты на основе сульфата алюминия, оксихлорида алюминия или хлорида железа, иногда совместно с флокулянтом – полиакриламидом. Это помогает образованию коллоидных фосфатов, их совместному осаждению с коагулянтами. Потом, вода с уже осаждёнными фосфатами подвергается отстаиванию или очистке флотацией. На этом этапе удаляется до 90% фосфатов. Источником коагулянтов могут служить специальные железные или алюминиевые аноды. В случае электрохимической очистки процесс происходит быстрее, поскольку выделяющиеся при электролизе газы помогают хлопьям оксидов и гидроксидов металлов подыматься на поверхность воды, где они удаляются. Однако, этот метод дорогой в эксплуатации, из-за чего его редко используют.

Биологические способы

Биологическим методом очистки сточной воды называется использование активного ила, содержащего в себе ряд аэробных и анаэробных микроорганизмов, способных использовать загрязняющие фосфаты в своём метаболизме. Как правило, при биологической очистке идёт процесс одновременного удаления из сточных вод фосфора и азота, поскольку оба этих элемента играют важную роль в процессах обмена веществ живых организмов.

Специфика метода заключается во введении в специальных резервуарах (аэротенках и метантенках) в сточные воды активного ила и питательного субстрата для него. Питательный субстрат необходим для создания оптимальных условий для тех бактерий, которые активно участвуют в процессе дефосфоризации. В качестве этого субстрата часто используют низкомолекулярные летучие жирные кислоты, а основной питательной средой выступают уксусная и пропионовая кислоты. В процессе бескислородного потребления бактериями органических кислот полифосфаты начинают разлагаться (до фосфатов). Бактерии используют энергию распада этих соединений в качестве топлива для поддержания процессов жизнедеятельности. Затем уже в аэробных условиях начинается размножение бактерий и водорослей, во время которого свободные фосфаты используются для синтеза АТФ бактериями. Таким образом, фосфаты из воды попадают в биомассу, которая затем отделяется от уже очищенной воды.

Комбинированные

Комбинированным методом очистки сточных вод называется процесс, в котором после химической коагуляции, вода подвергается дополнительно процессу биологической очистки. Использование комбинированного метода весьма выгодно, поскольку происходит более полная и тщательная очистка воды. Однако, существуют нюансы.

Например, введение коагулянтов и извести в фильтруемую воду достаточно сильно повышает показатель рН воды, что губительно для микроорганизмов. Чтобы бороться с этим явлением, воду подвергают карбонизации – насыщают её углекислым газом. Углекислый газ, проходя сквозь воду, образует угольную кислоту, которая помогает снизить рН до допустимых значений.

После прохождения двух этапов очистки, вода фильтруется, из неё удаляются нерастворимые осадки, активный ил, проводится её исследование на соответствие требованиям. После этого очищенная вода отправляется в сброс.

Извлечение фосфора из осадков стоков

Из осадка сточных вод можно выделять фосфорсодержащие соединения. Для такого выделения используют методы кристаллизации и магнитного удаления.

Кристаллизацией называется процесс роста кристаллов различных фосфатов (как поли- так и орто-) в растворе на затравочных центрах. В качестве последних часто используют фосфорсодержащие минералы, либо костяной уголь, шлак доменных печей и др. После выращивания кристаллов удовлетворительного размера и массы, они удаляются из раствора.

Для магнитной очистки фосфаты связывают в нерастворимые формы, вводя соответствующие реагенты (например, хлорид кальция), а затем выделяют их из массы при помощи магнитного металла.

Важно заметить, что мировая добыча фосфора весьма ограничена, поэтому достаточно остро встаёт вопрос переработки остатков сточных вод, зачастую содержащих этот ценный элемент. Ранее считалось, что присутствие тяжёлых металлов и других опасных загрязняющих веществ делает невозможным отделение чистого фосфора от других компонентов осадков стоков, однако, современные исследования приводят к возможности использования диоксида углерода в газообразной или сверхкритической форме для извлечения фосфора и отделения его от других соединений. Более подробно про этот метод можно прочитать в патенте RU 2 531 815 C2.

Применение бадинского цеолита для удаления фосфатов из сточных вод

%PDF-1.3
%
1 0 obj
>
endobj
4 0 obj

/Title
>>
endobj
2 0 obj
>
endobj
3 0 obj
>
stream

Назаренко Ольга Брониславовна; Зарубина Раиса Фёдоровна

endstream
endobj
5 0 obj
>
>>
/Contents [12 0 R 13 0 R 14 0 R]
/CropBox [0 0 595.0 842.0]
/Annots [15 0 R]
>>
endobj
6 0 obj
>
/Contents 20 0 R
/CropBox [0 0 595.0 842.0]
>>
endobj
7 0 obj
>
/Contents 25 0 R
/CropBox [0 0 595.0 842.0]
>>
endobj
8 0 obj
>
/Contents 29 0 R
/CropBox [0 0 595.0 842.0]
>>
endobj
9 0 obj
>
endobj
10 0 obj
>
endobj
11 0 obj
>
stream
x

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РЕАГЕНТНОЙ ДЕФОСФАТИЗАЦИИ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД / New ideas of the new century

Дудченко М. И.,

Миронов В. В.,

Шокурова Е. Е.

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РЕАГЕНТНОЙ ДЕФОСФАТИЗАЦИИ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

В статье кратко описывается роль фосфатов в очистке сточных вод и подчеркивается необходимость контроля за их содержанием на канализационных очистных сооружениях. Помимо бытовых фосфатных загрязнений, авторами изучено содержание фосфатов в промышленных сточных водах на примере водяных систем охлаждения тепловозов. Наиболее подробно рассмотрен реагентный метод дефосфатизации с помощью алюминиевого коагулянта. Кроме распространенного коагуляционного метода очистки, в данной статье затронут вопрос магнитной интенсификации удаления фосфатов. Экспериментально изучены два возможных варианта: обработка алюминиевого коагулянта и отдельно самого модельного раствора слабыми магнитными полями, которые
создавались с помощью постоянного магнита и магнитного аппарата. В работе установлено, что магнитная обработка применяемых при дефосфатизации реагентов примерно на 20% менее эффективна, чем активация очищаемой воды. В статье показано, что после магнитной активации получается более рыхлый и размытый осадок, чем в контрольных пробах.

Ключевые слова:



coagulation,

magnetic field,

phosphates,

wastewaters,

water treatment,

коагуляция,

магнитное поле,

очистка воды,

сточные воды,

фосфаты

Очистка сточных вод фосфатов

Очистка от фосфатов. Фосфор в сточных водах присутствует в виде растворимых соединений — орто- и метафосфатов, а также в виде комплексных неорганических фосфатов, например полифос фатов, используемых в качестве моющих средств [230].[ …]

Вода, прошедшая биологическую очистку, содержит наряду с остатками органических веществ нитраты и фосфаты, которые частично выделяются при биологическом распаде органических соединений. Эти продукты необходимо удалять, так как они активизируют разрастание растительности в очистных сооружениях. Поэтому методы удаления фосфатов и нитратов будут рассматриваться в следующем разделе, как и способы очистки промышленных сточных вод от веществ, не разрушенных биологическими методами.[ …]

Фосфаты необходимы для питания микрофлоры очистных сооружений канализации, участвующей в биологической очистке сточных вод, из расчета 1 часть фосфора на 90-150 частей БПК5 стоков.[ …]

Очистка сточных вод обратным осмосом без их предваритель-обработки проводится на опытной установке в Сан-Диего США). Растворенные соли удаляются из воды более чем на 95%, щелочноземельные элементы, нитрат-, фосфат- и сульфат-ионы — злее чем на 98%. Во избежание этого зедено предварительное фильтрова-ие сточных вод через сетку, а так-:е покрытие мембран прочным со-гавом.[ …]

Определение фосфатов — важный показатель, характеризующий присутствие одного из биогенных элементов, необходимых для процесса биологической очистки. Чем выше БПК сточной воды, тем больше требуется биогенных элементов. Для успешного протекания биохимических процессов состав сточных вод должен удовлетворять пропорции ХПК : N : Р=100 : 5 : 1, при этом отношение БПК: ХПК ОД В поступающей сточной воде содержание фосфатов изменяется от 5 до 10 мг/л, в очищенной — от 1,5 до 5 мг/л.[ …]

После отделения осадка фильтрат направляют в диафрагменный электролизер типа БКГ-13 с железным катодом и графитовым анодом. Фильтрат содержит 1,0— 1,5 г/дм3 органических соединений фосфора в пересчете на фосфор, 2-2,5 мг/дм3и-нитрофенола, следовые количества метанола и 300- 305 г/дм3 хлорида натрия. Проверка метода в течение 30 сут на опытной установке производительностью 60 дм3/ч при нагрузке по току 4500 А, напряжении 9,3 В и скорости подачи стоков 60 дм3/ч показала, что расход электроэнергии на 1 м3 исходного раствора составил 248 кВт • ч (на 1 т хлора при 100 %-м выходе по току — 2710 кВт ч). Остальные показатели процесса следующие. Состав хлор-газа [в % (об.)]: С12 — 96,0; С02 — 3,0; Н2 — 0,3. Содержание водорода — 100 % (об.). ХПК на уровне „глухого опыта”. Выход по току (по щелочи) —81,6%.[ …]

Станция очистки расположена на острове Лидинге, одном из самых больших островов архипелага, находящегося в Балтийском море, напротив Стокгольма. Главный туннель проходит на 18 м ниже уровня моря. Сточные воды попадают сразу Иа вибросито, затем через насосную станцию — в три аэратора для отсева мелких частиц и далее по шести туннелям одинакового размера — в первичные отстойники, вторичные отстойники и танки для коагуляции и осаждения. Для коагуляции добавляются различные химические вещества, способствующие сокращению содержания фосфатов. На выходе вода хлорируется и сбрасывается в море на глубине около 50 м. При этом БПК уменьшается на 95%.[ …]

Фосфор в сточных водах присутствует в виде орто- и метафосфатов, а также в виде комплексных неорганических фосфатов. Методы осаждения фосфатов основаны на обработке вод известковым молоком (до pH = 10-11) или сульфатом алюминия в щелочной среде. В первом случае образуется Са5(Р04)30Н, во втором —- создается сложное нерастворимое в воде соединение алюминия с гидроксильными и фосфатными группами. Эффективность очистки в обоих случаях составляет 90-95 %.[ …]

В бытовых водах соотношение этих величин может быть подсчитано из норм загрязнений на одного жителя. При этом следует учесть, что на сооружения биологической очистки сточная вода, как правило, поступает после прохождения сооружений механической очистки, в результате чего концентрация фосфатов понижается примерно на 20—30%.[ …]

В процессе очистки при движении сточных вод по технологической цепи от блока отстойника до модуля тонкой очистки зафиксировано последовательное снижение концентраций загрязнителей. Резко, на 2 порядка, снижается содержание взвешенных веществ, более чем на порядок уменьшаются значение БПК5, а также концентрация азота аммонийного, фосфатов, нефтепродуктов, в несколько раз снижается концентрация азота нитритного и нитратного.[ …]

Удаление из воды растворенных соединений хрома, свинца, цинка, бария и железа осуществляется физико-механическими методами путем перевода их в малорастворимые соединения (гидроокиси, сульфаты, фосфаты, карбонаты). Осветление стоков после обработки реагентами осуществляется в отстойниках периодического или непрерывного действия. Продукты очистки выводятся в отвал или используются как наполнители при производстве строительных материалов. Очистка сточных вод от водорастворимых солей обычно не производится.[ …]

Для глубокой очистки бытовых сточных вод особенно эффективно применение коагулянтов. При этом вид сооружений и технологические схемы станций доочистки аналогичны применяемым на водопроводных фильтровальных станциях. Наиболее крупные станции доочистки городских биологически очищенных сточных вод с применением коагуляционной обработки воды работают в США [22, 26], Японии [23], Швеции [24]. Для этого, как правило, используется сульфат алюминия или хлорид железа в количестве 50—150 г/м3, что позволяет удалять до 90% фосфатов при одновременном снижении ВПК. на 60—85% (до 9—15 г 02/м3) и ХПК на 40—70%.[ …]

При поступлении сточных вод для предварительной механической очистки в отстойники концентрация фосфатов даже 0,5—1,0 мг/л заметно задерживает осаждение взвешенных веществ (Morgan, Engelbrecht, I960 .[ …]

Практика сброса сточных вод в реки основывалась на предположении, что разбавление и самоочищение движущейся воды достаточно эффективны для обеспечения безопасности здоровья людей и сохранения удовлетворительных условий для размножения рыб. Очистные сооружения возводили с целью удаления подверженных биораспаду органических веществ для поддержания определенного минимального уровня растворенного кислорода в природных водоемах. Позднее было введено хлорирование очищенных сточных вод во избежание заражения природных водных источников патогенными микроорганизмами. По мере того как возможность использования самоочищающих свойств водных источников постепенно исчерпывалась, а потребление воды увеличивалось, возникла необходимость в расширении косвенного повторного использования воды, а это потребовало повышения качества очистки сточных вод. В некоторых случаях оказалось необходимым в дополнение к традиционной биологической очистке ввести доочистку сточных вод, например, с целью удаления фосфатов, стимулирующих рост водорослей. Питательные соли, пена, окрашенные вещества и другие устойчивые загрязнения могут быть удалены только специальными методами очистки.[ …]

Последующая стадия очистки включает удаление из осветленной сточной воды остаточного мышьяка с применением железа или фосфата.[ …]

Современный уровень очистки сточных вод таков, что даже в водах, прошедших биологическую очистку, содержание нитратов и фосфатов достаточно для интенсивного эвтрофирова-ния водоемов.[ …]

Схема восстановления сточной воды (рис. 14.3) включает процессы традиционной обработки и доочистки. После первичного отстаивания и вторичной очистки с использованием биофильтров сточная вода поступает в расположенные последовательно три стабилизационных пруда с общим временем пребывания около 18 сут. Рост водорослей в этих прудах снижает концентрации неорганического азота и фосфатов. В стабилизационных прудах уменьшается также содержание других загрязнений. Вода, выходящая из стабилизационных прудов, подвергается рекарбонизации, в результате чего pH снижается с 9,0 до 7,5, и в нее вводится сульфат алюминия в концентрации 150 мг/л для флотационного отделения водорослей. Плавающие на поверхности водоросли собираются скребками, а затем вода подвергается фракционированию путем ценообразования. Сжатый воздух, вводимый в нижнюю часть резервуара, перемешивает воду и приводит к образованию пены. Последняя собирается с поверхности и разбивается струями воды для облегчения ее удаления. Затем вода подвергается хлорированию до точки перегиба с целью окисления и выведения большой части оставшегося неорганического азота и получения необходимой концентрации свободного остаточного хлора. Небольшая доза извести (около 30 мг/л) добавляется вместе с хлором для улучшения осаждаемости взвешенных частиц. Осветленная вода фильтруется через скорые песчаные фильтры, а затем обрабатывается в колоннах с загрузкой из гранулированного активного угля. Адсорбция с помощью активного угля способствует извлечению остаточных растворенных веществ, что приводит к улучшению органолептических характеристик воды, таких, как вкус, цветность и запах. Периодически проводится обратная промывка колонн, а уголь по мере необходимости заменяется. Отработанный уголь складируется и хранится для последующей регенерации.[ …]

Возможна биологическая очистка промышленных сточных вод без добавки бытовых стоков. В этом случае в аэротенки вводят соли, содержащие биогенные элементы (соли аммония, фосфаты), и применяют схему канализо-вания предприятия, приведенную на рис. 12.1, г.[ …]

Биологически очищенная вода содержит значительное количество аммонийного азота и фосфатов. Азот и фосфор способствуют усиленному развитию водной растительности, последующее отмирание которой приводит к вторичному загрязнению водоема. Контроль процессов биохимической денитрификации проводится аналогично контролю процессов биологической очистки сточной воды в аэрационных сооружениях, и при этом особое внимание уделяется оценке форм и концентраций соединений азота.[ …]

В производстве кормовых фосфатов образуются следующие виды сточных вод: производственные незагрязненные, производственные загрязненные (от уборки помещений), шламовые (от мокрой газо очистки) и бытовые.[ …]

Осаждение и растворение фосфатов кальция составляют важную проблему в биологии, океанологии, при очистке сточных вод и производстве удобрений из фосфорсодержащих минералов [1—3]. До сих пор нет единой точки зрения относительно механизма осаждения фосфатов кальция. Значительное внимание уделяли в основном изучению самопроизвольного, осаждения ![4], но такие процессы редко удается воспроизвести количественно. Для инициирования самопроизвольного осаждения в достаточно короткое время в лабораторных условиях часто процесс проводят при таких высоких концентрациях ионов: и значениях pH, которые для природных процессов не харак-терны. Однако в таких условиях трудно разделить процессы-образования и созревания центров кристаллизации и роста уже существующих центров. Поэтому разработка промышленных методов осаждения редко базируется на лабораторных методах. Для этого обычно требуется дорогостоящая исследовательская работа в условиях, приближенных к производственным. Совершенно очевидно, что для оптимизации процессов осаждения желательны лабораторные методы испытания, которые давали бы воспроизводимые результаты в условиях, близких к условиям «в натуре».[ …]

В процессе биологической очистки сточных вод важно обеспечить достаточное содержание фосфора для поддержания роста микроорганизмов. Бытовые сточные воды обычно имеют избыток фосфатов, а некоторые промышленные стоки характеризуются недостатком питательных веществ из-за высокого содержания углеводов и углеводородов. При осуществлении контроля над загрязнением фосфорными соединениями водных источников основная цель заключается в предотвращении насыщения их питательными веществами во избежание нежелательного роста водорослей и других засоряющих водоемы растений.[ …]

Вопросы обезвреживания и очистки кислых газов, выделяющихся при производстве суперфосфата из природных фторсодержащих фосфатов, а также вопросы переработки образующихся при этом сточных вод рассмотрены выше («Сточные воды заводов искусственных удобрений»).[ …]

Для коагуляции примесей в сточной воде и удаления фосфатов в ряде городов широко применяется известь для образования карбоната и фосфата кальция. Целесообразность обработки сточной воды известью может определиться степенью кинетического ингибирования процесса образования карбоната кальция примесями сточной воды. Успешное использование такой обработки сточной воды в реальных условиях требует детального знания химических принципов, лежащих в основе процессов образования и взаимодействия карбоната кальция в системах очистки сточных вод [12—19]. Обработка сточных вод известью часто усложняется из-за неполного осаждения фосфата и плохого отстаивания воды. На практике для удовлетворительного удаления фосфата и хорошего отстаивания обработку воды проводят при высоких значениях pH (10—11) и при больших дозировках извести.[ …]

Резкое сокращение объемов сточных вод (до 10 м3/ч) значительно расширило выбор очистного оборудования. Хромсодержащие стоки обезвреживаются с помощью электрокоагулятора, после чего они смешиваются с очищенными кисло-щелочными водами и направляются в модуль глубокой доочистки. Причем в данном случае модуль глубокой доочистки будет выполнять свою роль и без введения в обрабатываемую воду фосфатов, так как в сточных водах уже содержится достаточное количество фосфатов (от операции электрохимического полирования). Флотошлам от модуля глубокой доочистки смешивается с флотошламом от первой степени электрофлотационной очистки и направляется на утилизацию, а очищенные воды сбрасываются в канализацию. Конечная концентрация цинка, никеля и олова в сбрасываемой воде после смешения очищенных кисло-щелочных и хромсодержащих стоков не превышает 0,006 мг/л, что соответствует требованиям ПДК.[ …]

В табл. 63 приведены результаты очистки сточных вод от фторидов свежеосажденным фосфатом алюминия.[ …]

В США разработана установка для очистки сточных вод, предназначенная для города с населением 10 тыс. человек и способная ежегодно перерабатывать до 9,9 млн. л отходов. Очищенная вода будет использоваться для питья, а твердые остатки — для получения белковых продуктов. Метод основан на выращивании одноклеточных водорослей, которые поглощают питательные вещества из сточных вод и выделяют при этом кислород. Затем водоросли и вода разделяются с помощью центрифуги. Электронные приборы постоянно следят за количеством кислорода, фосфатов и других веществ в воде, которая для полного обеззараживания обрабатывается хлором. Пропущенные через центрифугу водоросли могут использоваться на корм скоту, в качестве удобрений, а также добавляться в пищу человека.[ …]

Таки! образом, особенности состава сточных вод гидролизных заводов требуют их предварительной подготовки к очистке (оптимальная температура, pH, ВПК и др.). Применяемый для нейтрализации стоков аммиак в случае передозировки, покупая вместе с фосфатами и органическими веществами в водоемы, вызывает цветение воды и образование сине-зеленых водорослей, резко ухудшающих качество воды и при отмирании в холодный период года вызывающих вторичное загрязнение водоемов. Нейтрализацию сточяых вод перед подачей на очистные сооружения необходимо производить не аммиаком, а известковым молоком. Применяемые на многих гидролизных заводах отстойники и биофильтры оказались неэффективными. Из отстойников выносится большое количество взвешенных веществ, а .биофильт-) ры оказались малоэффективными. Значительно лучшие показатели очистки получены при применении аэротен-ков со вторичными отстойниками.[ …]

Биогенная установка. Биохимическая очистка сточных вод может происходить при наличии в них 15 мг/л азота аммонийных солей (в пересчете на N) и 3 мг/л фосфатов (в пересчете на Р2О5).[ …]

В последнее время, главным образом при выпуске сточных вод в непосредственной близости от водохранилищ, используемых для отдыха и туризма, предусматривается так называемая «третья степень очистки» вслед за биохимической очисткой. Она состоит в выделении из сточной воды азот- и фосфорсодержащих соединений, которые, будучи биогенными элементами, могут вызвать усиленный рост водорослей в водохранилищах и тем самым нанести им вред. В процессе биохимической обработки фосфаты можно осаждать солями железа или алюминия. Нитратный азот можно удалить в промежуточной анаэробной установке с помощью бактерий, потребляющих кислород нитратов и выделяющих азот в форме N2 или ИгО, Если возможно, то, разумеется, предпочитают всю сточную воду отвести, минуя водохранилища, с помощью обводного канала.[ …]

Значимость влияния концентрации солей на степень очистки сточных вод определяется не только налагаемыми требованиями по содержанию нитратов и фосфатов в сбрасываемых и входящих на общие очистные сооружения стоках, но и способностью микроорганизмов использовать их в качестве питательных компонентов.[ …]

Биологические пруды предназначены для биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Их выполняют в виде каскада прудов, состоящих из 3…5 ступеней. Процесс очистки сточных вод реализуется по следующей схеме: бактерии используют для окисления загрязнений кислород, выделяемый водорослями в процессе фотосинтеза, а также кислород из воздуха. Водоросли, в свою очередь, потребляют диоксид углерода, фосфаты и аммонийный азот, выделяемый при биохимическом разложении органических веществ. Поэтому для нормальной работы прудов необходимо соблюдать оптимальные значения pH и температуру сточной воды. Температура должна быть не менее 6°С, в связи с чем в зимнее время пруды не эксплуатируются.[ …]

Существующая в настоящее время станция восстановления воды (рис. 14.4) с расчетной производительностью 28 ООО м3/сут состоит из сооружений традиционной биологической очистки и оборудования для третичной физико-химической очистки. Первичная и вторичная очистка проводится с использованием активного ила, причем избыточный активный ил обезвоживается и сжигается. Стоки освобождаются от фосфора и азота посредством обработки известью и воздушной отдувки аммиака. Для максимального осаждения фосфатов необходима дозировка извести 400 мг/ л (в пересчете на СаО). Сточная вода с получаемым высоким значением pH перекачивается через противоточные градирни для удаления азота. Затем перед фильтрованием через напорные фильтры со смешанной загрузкой проводится рекарбонизация воды для снижения pH до 7,5. Адсорберы из активного угля поглощают устойчивые растворимые органические вещества, не удаленные при коагуляции известью, а на последней стадии очистки производится окончательное хлорирование. Известковый осадок рекальцинируется для повторного использования в технологическом процессе.[ …]

При использовании сульфата железа высокая эффективность очистки сточных вод от соединений фосфора достигается при соотношении Fe:P = 2:5 при оптимальной величине pH = 5. Поскольку норма величины pH для биологической очистки составляет около 7, при совместном проведении этих двух процессов может образовываться осадок в коллоидной форме, который коагулируется путем добавления полимера. Известь осаждает фосфаты в виде гидроксилапатитов при pH = 9-10,5.[ …]

В настоящее время постоянно возрастает стоимость питьевой воды, используемой в стирке, что обусловлено ростом энергетических затрат на водоподготовку и транспортировку воды, а также на очистку сточных вод перед сбросом в водоемы. Ресурсосбережение позволяет сократить производственные расходы, в том числе стоимость. Вместе с тем, экологические аспекты прачечного производства продолжают оставаться малоизученными. Чтобы предотвратить загрязнение водоемов СПАВ, фосфатами и удаленными из одежды загрязнениями, сбросы прачечных производств необходимо очищать. В России и за рубежом этим проблемам уделяется большое внимание.[ …]

Принципиальные вопросы применения флокулянтов в технологии .очистки сточных .вод рассмотрены в п. IV. 1. Наибольшее практическое применение (за рубежом) получило использование флокулянтов как самостоятельно, так и в сочетании с коагулянтами и известью для очистки сточной воды от взвешенных веществ, органических веществ, фосфатов и других загрязнений в отстойниках, осветлителях со взвешенным осадком и флотаторах. Дальнейшая очистка сточных вод от растворенных органических веществ производится в случае необходимости на сооружениях биологической (аэротенки, биофильтры) или физико-химической очистки (адсорберы с активным углем) [8,25].[ …]

По мнению большинства исследователей, применение коагулянтов при очистке сточных вод от фосфатов не оказывает влияния на последующий процесс метанового сбраживания осадка [102, 106, 128], однако объем осадка возрастает в 1,5—2 раза [102, 104].[ …]

Огромное количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные воды со сточными водами предприятий черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, лесной, целлюлозно-бумажной промышленности, предприятий сельского и коммунального хозяйства, поверхностным стоком с прилегающих территорий. Существенное влияние на содержание биогенных и органических веществ оказывают сельскохозяйственные угодья, а также пастбища и животноводческие фермы. Современный уровень очистки сточных вод таков, что даже в водах, прошедших биологическую очистку, содержание нитратов и фосфатов достаточно для интенсивного эвтрофирования водоемов.[ …]

Осаждение взвешенных веществ и отделение избыточного активного ила на.станциях очистки сточных вод происходит обычно без применения реагентов. Для интенсификации процесса и уменьшения содержания в очищенной воде фосфатов в последнее время начали применять коагулянты и флокулянты.[ …]

Большое внимание уделяется использованию хлорного железа и сульфата алюминия при очистке сточных вод от фосфатов (до 0,3-0,7 мг/л) и при удалении из растворов ионов тяжелых металлов (свинца, меди, мышьяка, хрома и ртути) в виде гидроксидов в результате их соосаждения с гидроксидами железа и алюминия. Этот метод позволяет достичь степени очистки более 90% при удалении свинца, мышьяка и трехвалентного хрома, но он менее эффективен при удалении меда (примерно 50%). В целях уменьшения расходов коагулянтов процесс коагуляции следует осуществлять в диапазоне оптимальных величин pH: для А1(0Н)з — при pH = 4,5-8; для солей железа — при pH > 9.[ …]

В соответствии с программой перспективного внедрения новых технологических решений в области очистки сточных вод Управление по охране окружающей среды США предполагает широкое внедрение коагуляции для удаления фосфатов [61]. Уже теперь коагуляция как способ очистки воды от фосфатов используется примерно на 300 пунктах обработки сточных вод [62]. В перспективном плане развития канализации реагентным методам очистки отведена доминирующая роль [63].[ …]

Ультрафильтрация и обратный осмос в настоящее время применяются для деминерализации солоноватых вод, очистки шахтных, городских и промышленных сточных вод. Эти методы также используются в биологической, фармацевтической, атомной промышленности и сельском хозяйстве. Очевидно, что обратный осмос и ультрафильтрация могут найти применение и для очистки сточных вод ТЭС. Однако основная область их применения на ТЭС — в схемах подготовки воды. Это позволяет существенно сократить потребление реагентов на очистку воды, так как на процесс обратного осмоса практически не требуется затраты реагентов (иногда практикуйся ввод фосфатов для предотвращения образования отложений).[ …]

Лабораторная аппаратура, предназначенная для исследования аэробной обработки, показана на рис. 9.3. Сточная вода перекачивается из охлаждаемой емкости в аэрационную камеру; воздух подается через расположенный на дне пористый диффузор. Аэрированная смесь перетекает через соединительную трубу в отстойник для гравитационного разделения. Чистый поверхностный слой удаляется, а осажденный ил возвращается в аэрационный цилиндр с помощью эрлифта. Период аэрации и нагрузка по БПК должны быть такими же, как в реальной очистной системе, работа которой имитируется. Степень очистки сточной воды легче всего измеряется но эффективности снижения БПК или ХПК, осаждаемости ила в смеси и путем микроскопирования активного ила. Установка должна обрабатывать как чисто производственные стоки, так и смесь последних с бытовыми сточными водами. Если производственные сточные воды обрабатываются отдельно, то может потребоваться их нейтрализация или добавление неорганического азота и фосфатов для поддержания баланса питательных веществ. Совместную очистку проводят при нескольких различных соотношениях производственных сточных вод к бытовым для определения степени разбавления, которая должна использоваться на реальных очистных сооружениях.[ …]

Неорганические соли, содержащие азот и фосфор, вызывают рост водорослей и водных сорняков на поверхности воды. Присутствие фосфатов в природных водных источниках обусловлено тем, что они вымываются из удобрений, применяемых на сельскохозяйственных угодьях, а также попадают в воду вместе с синтетическими моющими средствами, содержащими фосфатные компоненты. Последний источник дает приблизительно 60% фосфора в бытовых сточных водах, а часто и большую его часть в промышленных сточных водах. Аммонийные соли очень быстро растворяются и легко переносятся поверхностным стоком с культивируемых сельскохозяйственных участков. При очистке сточных вод азот освобождается из органических соединений в виде растворимого неорганического азота. При традиционной технологии биологической очистки сточных вод обычно удаляется только 30—50% азота и фосфора.[ …]

В органический слой переходят анионные ПАВ, взаимодействующие с аминами. Для повышения эффективности процесса через сточную воду барботируют воздух. Вода, вытекающая из экстрактора, нейтрализуется известью и направляется в аппарат, аналогичный цилиндрическому осветлителю со взвешенным слоем осадка, в котором выпадают в виде шлама трудно растворимые фосфаты кальция. Этот шлам сорбирует остаточные количества анионных ПАВ, благодаря чему степень очистки сточных вод от ПАВ повышается.[ …]

Важной проблемой является также удаление основной массы азотных и фосфорных соединений, которые, попадая со сбросными водами в водоемы, вызывают рост водорослей. Кроме того, нитраты отличаются токсичностью. Поскольку в результате первичной и вторичной обработок из сточных вод нитраты и фосфаты не удаляются, необходимость третичной очистки становится весьма актуальной.[ …]

Анионные флокулящгы, включая полиакриламид, были эффективны только с минеральными коагулянтами. Минеральные коагулянты с ПАА оказались наиболее эффективными при очистке сточных вод от органических загрязнений, характеризуемых ХПК и ВПК, а также фосфатов; ПЭИ —при удалении ПАВ, нефтепродуктов, солей тяжелых металлов и красителей. Действие ПЭИ объясняется взаимодействием аминогрупп, флокулянта с кислотными группами ПАВ и нефтепродуктов и способностью ПЭИ к образованию комплексных .соединений с солями тяжелых металлов.[ …]

способ очистки сточных вод от фосфатов — патент РФ 2498942

Изобретение может быть использовано для очистки стоков от фосфатов в химической, металлургической и нефтехимической промышленности. Для осуществления способа проводят обработку воды сульфатом алюминия с образованием нерастворимых частиц фосфата алюминия и выведение из обработанной воды твердых продуктов очистки. Обработку ведут в присутствии в воде диспергированных целлюлозных волокон, содержащих, в мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм. Полученные твердые продукты очистки в виде композиционного материала состоят из этих волокон с прочно сорбированными ими химически осажденными частицами фосфата алюминия. Выведение композиционного материала ведут напорной флотацией. В предпочтительном варианте волокна диспергируют в воде в количестве 40-150 мг/дм³ , при этом композиционный материал выводят из обработанной воды при содержании в нем фосфата алюминия 50-300 мас.ч. на 100 мас.ч. целлюлозных волокон, а часть флотошлама возвращают в процесс очистки. Способ обеспечивает упрощение способа очистки за счет возможности очищать воду с большой объемной скоростью, равной скорости образования осадка, что сокращает длительность процесса очистки. 3 з.п. ф-лы, 4 пр.

Формула изобретения

1. Способ очистки сточных вод от фосфатов, включающий обработку воды сульфатом алюминия с образованием химическим осаждением нерастворимых частиц фосфата алюминия, выведение из обработанной воды твердых продуктов очистки, отличающийся тем, что обработку ведут в присутствии в воде диспергированных целлюлозных волокон, содержащих, в мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм, с образованием твердых продуктов очистки в виде композиционного материала, состоящего из этих волокон с прочно сорбированными ими химически осажденными частицами фосфата алюминия, а выведение композиционного материала ведут напорной флотацией.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокна диспергируют в воде в количестве 40-150 мг/дм ³.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что композиционный материал выводят из обработанной воды при содержании в нем фосфата алюминия 50-300 мас.ч. на 100 мас.ч. целлюлозных волокон.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть флотошлама возвращают в процесс очистки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам очистки фосфатсодержащих сточных вод и может быть использовано во многих производствах.

Известен способ очистки фосфатсодержащих сточных вод, включающий обработку воды сульфатом магния, нейтрализацию воды в присутствии солей аммония, осаждение фосфатов в виде малорастворимого фосфата магния с последующим отделением осадка (а.с. № 856985, C02F 1/58, опубл. 23.08.81).

Недостатками способа являются большая длительность процесса, его сложность, значительная остаточная концентрация фосфатов в очищенной воде.

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является способ очистки сточных вод от фосфатов, включающий обработку воды сульфатом алюминия и тетрахлоридом титана при их массовом соотношении (2-5):1 с образованием химическим осаждением нерастворимых частиц фосфорнокислого алюминия и фосфорнокислого титана, выведение из обработанной воды твердых продуктов очистки осаждением, а также фильтрацию осветленной воды (SU, № 1699948, C02F 1/58, опубл. 23.12.91).

Недостатками способа являются большая длительность процесса, сложность обработки осадка, необходимость использования дорогостоящего химиката — тетрахлорида титана.

Новыми результатами от использования предлагаемого изобретения являются упрощение процесса, сокращение его длительности, обеспечение возможности очищать воду с объемной скоростью, равной, например, скорости образования стока.

Указанные результаты достигаются тем, что в способе очистки сточных вод от соединений фосфора, включающем обработку воды сульфатом алюминия с образованием химическим осаждением нерастворимых частиц фосфата алюминия, выведение из обработанной воды твердых продуктов очистки, согласно изобретению, обработку ведут в присутствии в воде диспергированных целлюлозных волокон, содержащих, в мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм, с образованием твердых продуктов очистки в виде композиционного материала, состоящего из этих волокон с прочно сорбированными ими химически осажденными частицами фосфата алюминия, а выведение композиционного материала ведут напорной флотацией с образованием флотошлама, при этом волокна диспергируют в воде в количестве 40-150 мг/дм³. Композиционный материал выводят из обработанной воды при содержании в нем фосфата алюминия 50-300 мас.ч. на 100 мас.ч. целлюлозных волокон. Часть флотошлама можно возвращать в процесс очистки, а выводимый из процесса флотошлам утилизировать.

Способ осуществляют следующим образом. Готовят дисперсию целлюлозных волокон (ЦВ), например, с их концентрацией 1%, а также раствор сульфата алюминия с концентрацией, например, 10%. Для приготовления дисперсии используют волокна, содержащие, в мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм. Очистку в непрерывном режиме проводят в установке, содержащей смеситель, реактор, сатуратор и флотатор. В проточный смеситель подают сточную воду и дисперсию ЦВ в количестве, обеспечивающем концентрацию волокон в воде в диапазоне 40-150 мг/дм³ . Полученную дисперсию из смесителя подают в проточный реактор, в который подают также раствор сульфата алюминия в количестве, стехиометрически равном содержанию в сточной воде фосфатов. В результате реакции ионов алюминия и фосфата образуются нерастворимые в воде частицы фосфорнокислого алюминия, которые под действием сил стяжения прочно сорбируются целлюлозными волокнами с образованием композиционного материала в виде волокнистой дисперсии.

Целлюлозные волокна в воде без перемешивания в 10-20 сек образуют флоккулы и хлопья. Волокна и эти образования из них хорошо удерживают мелкие пузырьки воздуха и поэтому легко поддаются флотированию. Такими же свойствами обладают волокна с сервированными ими частицами фосфата алюминия. Поэтому для выведения твердых продуктов очистки целесообразно использовать метод флотации, например, напорной флотации.

Дисперсию композиционного материала из реактора направляют в сатуратор, насыщают ее воздухом под давлением, например, 2-3 атм, и подают в водораспределитель в камере флотатора. Давление снижается до нормального, растворенный в воде воздух выделяется в виде мелких пузырьков, которые захватывают быстро образующиеся флоккулы и хлопья и выносят их к поверхности воды в камере флотатора. Образующийся флотошлам отбирают с поверхности воды, например, черпаками, и подают на переработку. Часть флотошлама в некоторых случаях в установившемся режиме очистки возвращают в смеситель.

Флотошлам содержит, в расчете на сухие вещества, от 50 до 300 мас.ч. фосфата алюминия на 100 мас.ч. волокон. Емкость волокон сорбента намного выше 300 мас.ч., на 100 мас.ч. волокон, однако при более высокой величине этого соотношения возникают осложнения при обезвоживании флотошлама вследствие резкого увеличения водоудержания композиционным материалом.

Следующие примеры иллюстрируют возможности предлагаемого способа.

Пример 1. Очищают воду с содержанием фосфора в составе фосфата 6 мг/дм³. Готовят раствор сульфата алюминия с концентрацией 10%. В смесителе в сточной воде диспергируют целлюлозные волокна (ЦВ), содержащие, в мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм, при их расходе 40 мг/дм ³. Дисперсию подают в реактор и добавляют в нее сульфат алюминия в количестве, стехиометрически равном содержанию в воде фосфатов (0,87 мас.ч. Al на 1 мас.ч. P). Образующиеся в результате реакции ионов алюминия и фосфата нерастворимые частицы AlPO ₄ прочно сорбируются на ЦВ. Композиционный продукт очистки состоит, в расчете на 1 дм³ воды, из 40 мг ЦВ и 23,62 мг AlPO₄, или же 59 мас.ч. на 100 мас.ч. ЦВ. Суспензию подают в сатуратор, насыщают ее воздухом при давлении 2 атм и подают во флотатор. Взвешенные вещества флотируются к поверхности воды во флотаторе и накапливаются с образованием слоя флотошлама. Его выводят из флотатора, например, с использованием черпака или переливом. Поскольку полная емкость сорбента значительно выше связанного в этом цикле очистки количества фосфата, в начальный период работы очистной системы весь флотошлам в качестве сорбента равномерно подают в смеситель. В каждом цикле на одной и той же порции ЦВ сорбируются 23,62 мг AlPO₄. Полное рециркулирование флотошлама продолжают до достижения соотношения в продукте очистки фосфат алюминия (ФА): целлюлозное волокно, равного, например, в масс.ч, 100:40, или 250:100. С этого момента подачу флотошлама снижают, например, до 30 мг/дм³ воды, и начинают подавать свежий сорбент в количестве, например, 10 мг/дм³. В установившемся режиме остальную часть флотошлама с соотношением 280-300:100 выводят из процесса и направляют на утилизацию.

Пример 2. В отличие от примера 1, очищают воду с содержанием фосфора в составе фосфатов 75 мг/дм³. Целлюлозное волокно расходуют в количестве 100 мг/дм³ . При очистке образуются ~395 мг продуктов в виде композиционного материала при соотношении в нем ФА:ЦВ=295:100. Флотошлам выводят из процесса и направляют на утилизацию.

Пример 3. В отличие от примера 1, очищают воду с содержанием фосфора 60 мг/дм³. Целлюлозное волокно расходуют в количестве 150 мг/дм³. При очистке образуются 236 мг продуктов при соотношении ФА:ЦВ=157:100 (в мас.ч.) Флотошлам полностью выводят из процесса и направляют на утилизацию.

Пример 4. В отличие от примера 1, подлежащая очистке вода содержит фосфор в составе фосфата в количестве 300 мг/дм³. Воду разбавляют до содержания фосфора 60 мг/дм³ и разбавленную воду очищают в условиях, аналогичных использованным в примере 3, с получением аналогичных результатов. В установившемся режиме для разбавления исходной воды используют очищенную воду.

Во всех примерах в очищенной воде фосфаты не обнаруживаются. Выводимый из процесса флотошлам промывают и используют в качестве наполнителя в производстве бумаги.

Биокомпозитный материал для очистки сточных вод от фосфатов

Изобретение относится к материалам, используемым при очистке фосфатсодержащихсточных вод и может быть использовано в процессе биологической очистки промышленных и бытовых сточных вод.

В последнее время значительно увеличилось концентрация фосфатов в бытовых и промышленных сточных водах. Санитарная норма их содержания в питьевой воде составляет не более 3,5 мг/л, предельно допустимая концентрация для водоемов и рыбохозяйственных производств 0,2 мг/л. Оба значения в настоящее время превышают нормативный показатель. Загрязнение водных объектов фосфатами приводит к развитию процесса эвтрофикации (постепенному зарастанию водоемов водорослямии высшими растениями). Употребление воды с повышенной концентрацией фосфатов негативно сказывается на здоровье человека и животных. Фосфор способен накапливаться в тканях организма и вызывать заболевания центральной нервной системы, желудочно-кишечного тракта, зубов и костей.

Наряду с химическими и физическими методами очистки сточных вод от загрязняющих веществ широкое распространение получили также биологические методы очистки. Они основаны на способности микроорганизмов использовать загрязняющие вещества в качестве источников питания в процессе своей жизнедеятельности. Биологические методы являются экономически выгодными и безопасными, однако не всегда высокоэффективным. Поиск способов повышения эффективности биологической очистки сточных вод является весьма актуальной задачей в настоящее время.

Известен способ очистки сточных вод от фосфатов (RU, патент 2197436, опубл. 27,01,2003), который заключается в использовании инертного загрузочного материала, обрастающего биопленкой, в непосредственный контакт с которой введен металл, создающий условия для процессов биологической коррозии. Очистку ведут с помощью биопленки, образующейся на границе контакта загрузочного материала с металлом.

Недостатком данного способа является возможность вторичного загрязнения воды металлом, используемым для получения биопленки, и нерастворимыми солями, выпадающими в осадок в результате электрохимических реакций.

Известен способ очистки сточных вод (RU, патент 2448056, опубл. 20.04.2012) в аэротенках в присутствии кислорода активным илом, иммобилизованным на плавающей полимерной загрузке. Поверхностный слой плавающей полимерной загрузки модифицируют полифункциональным катализатором при массовом соотношении минерального катализатора и полимера 60:40, соответственно. Глубина модифицированного слоя гранул составляет 2-2,5 мм. В качестве полифункционального катализатора используют смесь оксидов и шпинелей поливалентных металлов при соотношении компонентов, масс. %: оксид марганца 67-75; оксид молибдена 9-12; оксид хрома 5-8; шпинели поливалентных металлов 11-13. Гранулы загрузки имеют сферическую форму диаметром 18-22 мм с шипообразными выступами по всей поверхности сферы высотой 3-4,5 мм, которые располагают рядами с расстоянием между ними в 5,0 мм.

Недостатками данного способа является сложность модификации плавающей полимерной загрузки и не сильно эффективная очистка по фосфатам (около 86,5%).

Описан способ получения биокомпозитного материала для очистки сточных вод от нитрит-, нитрат- и фосфат-ионов (RU, патент 2608527, опубл. 19.01.2017), состоящего из нетканого полимера на основе сополимера акрилонитрила и метилметакрилата, полученный методом аэродинамического формования, заполненногонаполнителем, представляющим собой активированный уголь и измельченные нестерильные растения рода Сфагнум (Sphagnum) или активированный уголь и клеточные стенки водных растений семейства Рясковые (Lemnaceae), и иммобилизованную ассоциацию микроорганизмов, снижающую концентрации нитрат-, нитрит- и фосфат-ионов, в качестве которой используют ассоциацию, содержащую метилотрофные дрожжи рода Torula, бактерии родов Arthrobacter, Bacillus, Pseudomonas.

Недостатком данного изобретения является сложных многокомпонентный состав материала для очистки сточных вод.

Наиболее близким аналогом изобретения являетсябиофильтр (RU, полезная модель 49525, опубл. 27.11.2005 г.), содержащий загрузку из полимерной сетки с пучками волокон, закрепленную на каркасном блоке из прямоугольных пластиковых рамок, скрепленных между собой в параллелепипед. В результате контакта со сточной водой на сетчатой загрузке с пучками волокон образуется биопленка из иммобилизованных микроорганизмов. Обрабатываемая жидкость свободно обтекает нити сетки и закрепленные на ней волокна, благодаря чему достигается необходимый массообмен между сточной водой и прикрепленными микроорганизмами. Применение данного биофильтра позволяет достичь более 60% очистки сточных вод по фосфатам.

Недостатком данного материала является низкая степень очистки воды от фосфатов.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка материала, обеспечивающего высокоэффективную очистку сточных вод от фосфатов с минимальным риском вторичного загрязнения очищаемой воды.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного биокомпозитного материала, состоит в достижении 98,5% степени очистки сточных вод от фосфатов.

Технический результат достигается тем, что при разработке биокомпозитного материала используют иммобилизованную микрофлору на поверхности углеродного носителя, обеспечивающую высокую степень очистки сточных вод за счет наличия микроорганизмов деструкторов-фосфатов и носителя с высокой сорбирующей способностью.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный биокомпозитный материал для очистки сточных вод от фосфатов, полученный путем иммобилизации консорциума микроорганизмов на углеродный носитель, причем для получения материала используют микроорганизмы-деструкторы фосфатов, процесс иммобилизации проходит в течение 2-6 часов при температуре 30°С и постоянном перемешивании.

Предпочтительно качестве микроорганизмов-деструкторов фосфатов использованы бактерии родов Bacillus и Pseudomonas, а в качестве носителя для иммобилизации использован активированный уголь, соответствующий следующим техническими характеристикам: насыпная плотность 240 г/дм³, размер частиц — от 3,6 мм до 7 мм, массовая доля золы и влаги не более 10%, обладающий сильно развитой общей пористостью от 1,45 до 1,55 см³/г, широким диапазоном пор диаметром примерно от 2 до 45 мкм, высокой химической и биологической стойкостью.

Разработанный материал используют следующим образом.

При очистки сточные воды подают в установку сверху, затем они стекают самотеком вниз, проходя через слои разработанного биокомпозитного материала в режиме рециркуляции. Внутри установки разрабатываемый материал располагают либо в виде слоев, либо используют в качестве наполнителя биофильтров. Сточная вода проходит через слои биокомпозитного материала, бактерии начинают использовать фосфаты в качестве источников энергии и питания. Фосфаты участвуют в биоэнергетических процессах бактерий, регулируют и поддерживают на нужном уровне концентрацию аденозин-трифосфата (АТФ) в клетках, который играет важную роль в обмене энергии и веществ в живых организмах. Очистка воды происходит с помощью адсорбции загрязняющих веществ на поверхности активированного угля и биохимического окисления микроорганизмами консорциума.

Пример выполнения и использования изобретения.

При создании консорциума выбрали штаммы бактерии Bacillus sp. В5061, Pseudomonas aeruginosa В8243 и Pseudomonas pitida В1827 (зарегистрированные в ГосНИИгенетика), которые обладают высокой ферментативной и сахаролитичекой активностью, способны использовать фосфаты в качестве источника питания и проявляют симбиотические отношение друг с другом.

В качестве носителя для иммобилизации консорциума использовали активированный уголь со следующими техническими характеристиками: насыпная плотность 240 г/дм³, размер частиц — от 3,6 мм до 7 мм, массовая доля золы и влаги не более 10%, обладающий сильно развитой общей пористостью (1,45-1,55 см³/г), широким диапазоном пор (диаметр примерно 2-45 мкм), высокой химической и биологической стойкостью. Так же активированный уголь используется как адсорбент и при очистки сточных вод может адсорбировать на своей поверхности часть загрязняющих веществ, тем самым способствуя их более быстрому биохимическому окислению иммобилизованными микроорганизмами.

Для получения биокомпозитного материала иммобилизацию микроорганизмов проводили с использованием адсорбционного метода. Для этого готовили суспензию микроорганизмов с концентрацией 10⁷-10⁸ КОЕ/мл и инкубировали активированный уголь и суспензию микроорганизмов при соотношении 1:1 при температуре 30°С и постоянном перемешивании в течение 2-6 часов. Адсорбция происходила за счет ионного и электростатического взаимодействия между носителем и поверхностью клетки. Данный вид иммобилизации является наиболее мягким для живых клеток. По окончанию процесса иммобилизации полученный биокомпозиционный материал промывали дистиллированной водой минимум 3 раза, для удаление не прикрепившихся микроорганизмов.

Бытовые сточные воды поступали в установку сверху и вниз, проходя через слои разрабатываемого биокомпозитного материала и циркулировали в ней в течение 48 часов. Сточная вода свободно проходит через слои биокомпозитного материала, фосфаты и другие загрязняющие вещества адсорбировались на поверхности активированного угля и взаимодействовали с иммобилизованными микроорганизмами. Степень очистки по фосфатам составила 98,5%. Остаточная концентрация фосфора не превышала показатели ПДК.

Срок эксплуатации разрабатываемого биокомпозитного материала составляет более 5 месяцев без потери показателей эффективности очистки.

Результаты сравнительных испытаний очистки сточных вод представлены в таблице 1.

Сравнение показало, что разрабатываемый биокомпозиционный материал на основе активированного угля и иммобилизованный на его поверхности консорциум микроорганизмов родов Bacillus и Pseudomonas является более эффективным материалом по сравнению с представленным аналогом. Повышение эффективности процесса очистки сточных вод происходит за счет использования микроорганизмов-деструкторов фосфатов, иммобилизованных на поверхности адсорбента, который сорбирует на своей поверхности часть загрязняющих веществ.

Биокомпозитный материал для очистки сточных вод от фосфатов, полученный путем иммобилизации микроорганизмов на углеродный носитель, отличающийся тем, что использованы микроорганизмы-деструкторы фосфатов Bacillus sp. ВКПМ В-5061, Pseudomonas aeruginosa ВКПМ В-8243 и Pseudomonas putida ВКПМ В-1827, а в качестве углеродного носителя — активированный уголь, соответствующий следующим техническими характеристикам: насыпная плотность 240 г/дм, размер частиц от 3,6 мм до 7 мм, массовая доля золы и влаги не более 10%, обладающий общей пористостью от 1,45 до 1,55 см/г, диапазоном пор диаметром примерно от 2 до 45 мкм.

Удаление фосфора из сточных вод

Контроль за сбросом фосфора из городских и промышленных очистных сооружений является ключевым фактором предотвращения эвтрофикации поверхностных вод. Фосфор — одно из основных питательных веществ, способствующих усилению эвтрофикации озер и природных вод. Его присутствие вызывает множество проблем с качеством воды, включая увеличение затрат на очистку, снижение рекреационной и природоохранной ценности водохранилищ, гибель скота и возможное летальное воздействие токсинов водорослей на питьевую воду.

Удаление фосфатов в настоящее время в основном достигается за счет химического осаждения, которое является дорогостоящим и приводит к увеличению объема осадка до 40%. Альтернативой является биологическое удаление фосфатов (BPR).

Городские сточные воды могут содержать от 5 до 20 мг / л общего фосфора, из которых 1-5 мг / л являются органическими, а остальное — неорганическими. Индивидуальный вклад имеет тенденцию к увеличению, поскольку фосфор является одним из основных компонентов синтетических моющих средств. Индивидуальный вклад фосфора колеблется от 0.65 и 4,80 г / жителя в день, в среднем около 2,18 г. Обычные формы фосфора, обнаруженные в водных растворах, включают:

• Ортофосфаты: доступны для биологического метаболизма без дальнейшего разложения
• Полифосфаты: молекулы с 2 или более атомами фосфора, кислорода и в некоторых случаях атомов водорода объединяются в сложную молекулу. Обычно полифосфаты подвергаются гидролизу и превращаются в ортофосфатные формы. Этот процесс обычно довольно медленный.

Обычно вторичная очистка может удалить только 1-2 мг / л, поэтому большой избыток фосфора сбрасывается с конечными стоками, вызывая эвтрофикацию поверхностных вод.Новое законодательство требует максимальной концентрации выбросов фосфора в чувствительную воду на уровне 2 мг / л.

Удаление фосфора из сточных вод включает включение фосфата в TSS и последующее удаление из этих твердых частиц. Фосфор может быть включен как в твердые биологические вещества (например, микроорганизмы), так и в химические осадки.

Осаждение фосфата

Химическое осаждение используется для удаления неорганических форм фосфата путем добавления коагулянта и смешивания сточных вод и коагулянта.Чаще всего используются многовалентные ионы металлов — это кальций, алюминий и железо.

Кальций:

обычно добавляется в виде извести Ca (OH) ₂ . Он реагирует с естественной щелочностью сточных вод с образованием карбоната кальция, который в первую очередь отвечает за улучшение удаления SS.

Ca (HCO ₃ ) ₂ + Ca (OH) ₂ à 2CaCO ₃ ↓ + 2H ₂ O

По мере увеличения значения pH сточных вод выше 10, избыток ионов кальция будет затем реагирует с фосфатом с осаждением в гидроксилапатите:

10 Ca ²⁺ + 6 PO ₄ ^3- + 2 OH ^— ↔ Ca ₁₀ (PO ₄ ) * 6 (OH ) ₂ ↓

Поскольку происходит реакция между известью и щелочностью сточных вод, требуемое количество, как правило, не зависит от количества присутствующего фосфата.Это будет зависеть в первую очередь от щелочности сточных вод. Требуемая доза извести может быть приблизительно в 1,5 раза выше щелочности, как CaCO ₃ . Для снижения pH перед последующей обработкой или утилизацией может потребоваться нейтрализация. Рекарбонизация диоксидом углерода (CO ₂ ) используется для понижения значения pH.

Алюминий и железо:

Квасцы или гидратированный сульфат алюминия широко используются для осаждения фосфатов и фосфатов алюминия (AlPO ₄ ). Основная реакция:

Al ³⁺ + H _n PO ₄ ^3-n ↔ AlPO ₄ + nH ⁺

Эта реакция обманчиво проста и должна быть учтена В свете многих конкурирующих реакций и связанных с ними констант равновесия, а также влияния щелочности, pH, микроэлементов, обнаруженных в сточных водах.Требуемая дозировка зависит от необходимого удаления фосфора. Эффективность коагуляции падает с уменьшением концентрации фосфора. На практике степень удаления 80-90% достигается при дозировке коагулянта от 50 до 200 мг / л. Дозировки обычно устанавливаются на основе лабораторных испытаний, а иногда и натурных испытаний, особенно если используются полимеры. Алюминиевые коагулянты могут отрицательно влиять на микробную популяцию в активном иле, особенно на простейшие и коловратки, при дозах выше 150 мг / л.Однако это не сильно влияет ни на БПК, ни на удаление TSS, поскольку осветляющая функция простейших и коловраток в значительной степени компенсируется усиленным удалением SS путем химического осаждения.

Хлорид или сульфат железа и сульфат железа, также известные как медь, широко используются для удаления фосфора, хотя фактические реакции полностью не изучены. Основная реакция:

Fe ³⁺ + H _n PO ₄ ^3-n ↔ FePO ₄ + nH ⁺

Ионы железа объединяются с образованием фосфата железа.Они медленно реагируют с естественной щелочностью, поэтому обычно добавляют коагулянт, такой как известь, для повышения pH и улучшения коагуляции.

Стратегии

Основными процессами удаления фосфатов являются (см. Рисунок ниже):

1. Очистка неочищенных / первичных сточных вод

2. Очистка конечных стоков биологических заводов (пост-осаждение)

3. Обработка современных до вторичная биологическая реакция (соосаждение).

Первый процесс включен в общую категорию процессов химического осаждения. Фосфор удаляется с эффективностью 90%, а конечная концентрация P ниже 0,5 мг / л. Дозировка химикатов для удаления P такая же, как и дозировка, необходимая для удаления BOD и SS, в которых используется основная часть этих химикатов. Как упоминалось выше, расход извести зависит от щелочности сточных вод: только 10% подаваемой извести используется в реакции удаления фосфора.Оставшееся количество реагирует со щелочностью воды, смягчаясь. Чтобы определить необходимое количество извести, можно использовать диаграммы: т.е. известь, используемая для достижения pH 11, в 2-2,5 раза больше щелочности воды.

Последующее осаждение — это стандартная обработка вторичных стоков, обычно с использованием только металлических реагентов. Это процесс, обеспечивающий наивысшую эффективность удаления фосфора. Эффективность может достигать 95%, а концентрация P в сточных водах может быть ниже 0,5 мг / л. Пост-осаждение также дает хорошее удаление SS, которые ускользают от окончательного осаждения вторичного процесса.Его преимущество также состоит в том, чтобы гарантировать эффективность очистки в определенной степени, даже если биологический процесс по какой-то причине неэффективен. Химическое действие сильнее, так как предыдущая биологическая обработка превращает часть органических фосфатов в ортофосфаты. Недостатки — высокая стоимость очистных сооружений (большие пруды и смесительные устройства), а иногда и слишком разбавленные сточные воды. Использование солей трехвалентного железа также может привести к появлению в сточных водах некоторого количества железа с остаточным окрашиванием.Дозировка ионов металлов составляет около 1,5-2,5 ионов на каждый ион фосфора (в среднем около 10-30 г / м3 воды).

Процесс соосаждения особенно подходит для установок по производству активного ила, где химикаты подают непосредственно в аэротенк или перед ним. Непрерывная рециркуляция ила вместе с процессом коагуляции-флокуляции и адсорбции за счет активного ила позволяет снизить потребление химикатов. Кроме того, затраты на установку ниже, так как нет необходимости в больших прудах для сбора осадков.В этом процессе добавляются только железо и алюминий, известь добавляется только для коррекции pH. Более низкие затраты и большая простота контрастируют с более низкой эффективностью удаления фосфора, чем при постосаждении (ниже 85%). Концентрация фосфора в конечном эффлюенте составляет около 1 мг / л. Другой недостаток заключается в том, что биологический и химический ил смешиваются, поэтому их нельзя использовать отдельно на следующих этапах. Для смешанного ила требуются отстойники большего размера, чем для активного ила.

Биологические процессы

За последние 20 лет для биологического удаления фосфора использовалось несколько конфигураций процесса биологического приостановленного роста.Наиболее важные из них показаны на следующем рисунке.

Основными преимуществами биологического удаления фосфора являются сниженные химические затраты и меньшее образование осадка по сравнению с химическим осаждением.

При биологическом удалении фосфора фосфор поступающих сточных вод включается в биомассу клеток, которая впоследствии удаляется из процесса в результате потери ила. Конфигурация реактора обеспечивает организмам, накапливающим фосфор (PAO), конкурентное преимущество перед другими бактериями.Таким образом, ПАО рекомендуется выращивать и потреблять фосфор. Конфигурация реактора состоит из анаэробного резервуара и резервуара с активированным илом. Время нахождения в анаэробном резервуаре составляет от 0,50 до 1,00 часа, и его содержимое перемешивается для обеспечения контакта с возвращаемым активным илом и поступающими сточными водами.

В анаэробной зоне : В анаэробных условиях PAO ассимилирует продукты ферментации (то есть летучие жирные кислоты) в продукты хранения внутри клеток с одновременным высвобождением фосфора из хранящихся полифосфатов.Ацетат получают путем ферментации bsCOD, который представляет собой растворенный разлагаемый органический материал, который легко усваивается биомассой. Используя энергию, доступную от хранимых полифосфатов, ПАО ассимилирует ацетат и производит продукты хранения внутриклеточного полигидроксибутирата (ПОБ). Одновременно с поглощением ацетата происходит высвобождение ортофосфатов, а также катионов магния, калия, кальция. Содержание ПОБ в ПАО увеличивается с уменьшением полифосфата.

В аэробной зоне : энергия вырабатывается окислением продуктов накопления, и накопление полифосфатов внутри клетки увеличивается.Сохраненный PHB метаболизируется, обеспечивая энергию окисления и углерод для роста новых клеток. Некоторое количество гликогена вырабатывается в результате метаболизма ПОБ. Энергия, выделяемая при окислении ПОБ, используется для образования полифосфатных связей при хранении клеток. Растворимый ортофосфат удаляется из раствора и включается в полифосфаты внутри бактериальной клетки. Использование ПОБ также увеличивает рост клеток, и эта новая биомасса с высоким содержанием полифосфатов отвечает за удаление фосфора. По мере того, как часть биомассы тратится впустую, сохраненный фосфор удаляется из реактора биологической обработки для окончательной утилизации вместе с осадком отходов.

Количество фосфора, удаляемого биологическим хранилищем, можно оценить по количеству bsCOD, которое доступно в сточных водах. Лучшая производительность для систем BPR достигается, когда ацетат bsCOD доступен на постоянной основе.

Источники:

§ «Конструирование сточных вод», Metcalf & Eddy, International Edition, 2003 г.

§ «Водные технологии», N.F. Gray, Elsevier, 2005

§ «Depurazione acque», Луиджи Масотти, Кальдерини, 2005

Снижение содержания фосфора при очистке сточных вод

Фосфор, обычно в форме фосфатов, происходит из таких источников, как отходы жизнедеятельности человека и животных, детергенты и остатки пищи.Заводы по производству продуктов питания и напитков очень часто получают фосфаты из всех этих источников.

Системы очистки сточных вод, которые обычно используются в пищевой промышленности и производстве напитков, обычно позволяют эффективно снизить биохимическую потребность в кислороде (БПК) и азоте, но часто не так эффективны в снижении содержания фосфора до приемлемых уровней.

В целях защиты окружающей среды перед промышленными очистными сооружениями стоит задача снизить уровень загрязняющих веществ, включая фосфор, чтобы очищенные сточные воды соответствовали экологическим стандартам перед их сбросом в местный водоем.

Воздействие фосфора на окружающую среду

Фосфор — это естественное питательное вещество, содержащееся в почве и горных породах, которое требуется всем живым организмам. Фосфор (фосфаты) вместе с азотом (нитратами) является важным питательным веществом для растений, которое легко усваивается растениями для роста. Однако, когда эти питательные вещества доступны в нежелательных чрезмерных количествах, они могут способствовать быстрому росту растений — вот почему они широко используются в удобрениях.

Высокий уровень фосфатов в водной среде может способствовать росту водорослей, что приводит к цветению водорослей, которое потенциально может привести к эвтрофикации, поскольку толстые маты водорослей блокируют солнечный свет, вызывая отмирание клеток водорослей.Кислород удаляется из водной толщи, когда мертвые клетки водорослей разлагаются, что приводит к бескислородным условиям, которые могут привести к массовой гибели рыбы и других водных организмов. По мере разложения водорослей и других мертвых организмов органическая форма фосфора, связанная с мертвым органическим веществом, может быть преобразована в ортофосфат, что снова делает фосфат доступным для водных растений и водорослей. Таким образом, рециркулируемый внутри фосфор может способствовать новому цветению водорослей, и этот цикл может продолжаться постоянно.

Удаление фосфора

Эффективность удаления фосфора во время очистки сточных вод может варьироваться в зависимости от имеющегося оборудования и используемых методов очистки. Только очистные сооружения, использующие специальные методы удаления фосфора, обычно способны удалять фосфор до желаемого уровня.

Многие предприятия пищевой промышленности в конечном итоге очищают сточные воды, сбрасывая их в аэрируемые отстойники, где органические отходы расщепляются аэробными бактериями.Перед этим аэробным биологическим процессом может быть какой-то процесс первичной очистки, такой как DAF или, возможно, анаэробный пруд; однако ни одна из этих стадий лечения не обеспечивает удовлетворительного снижения фосфорных нагрузок, если оно вообще есть.

Существует два метода удаления фосфора из сточных вод: биологическое удаление и химическое удаление. Биологическое удаление фосфора может быть достигнуто путем циклирования активного ила в анаэробных и аэробных условиях, что может создать популяцию микроорганизмов, способных накапливать фосфор внутриклеточно в виде полифосфата.Если эти специфические микроорганизмы существуют в достаточном количестве, то фосфор будет удален вместе с отработанным активным илом. К сожалению, однако, создание и поддержание биологических условий для эффективного и непрерывного удаления фосфора оказалось довольно сложной задачей для сектора пищевых продуктов и напитков.

Гораздо более простой метод удаления фосфора может быть реализован путем дозирования коагулянта на металлической основе в сточные воды. Металл воздействует на фосфаты двумя путями:

1. Когда металл добавляется в сточные воды, он непосредственно вступает в реакцию с фосфатами, присутствующими в сточных водах, с образованием нерастворимого фосфата металла.
2. Ионы металлов гидролизуются в воде, образуя плотный гелеобразный осадок (гидроксид металла), который связывается с фосфором с образованием фосфата металла.

Когда металл соединяется с фосфором с образованием фосфата металла в виде дискретных хлопьев, эти хлопья можно удалить из водной фазы.

Отделение фосфата металла — довольно простой процесс, который может быть осуществлен фильтрацией или осветлением, последнее — с использованием методов осаждения или флотации.Фильтрация редко используется в качестве единственного метода обработки, поскольку уровень взвешенных твердых частиц после стадии химической обработки обычно слишком высок, хотя фильтрация обычно используется после стадии осветления как средство защиты и полировки.

Когда дело доходит до флотации (точнее, системы флотации растворенным воздухом или DAF) по сравнению с осветлителем, подойдет любой процесс. Небольшая доза полимера перед разделительным устройством позволит вывести чистый поток, практически не содержащий твердых частиц.Какой процесс выбрать, может зависеть от доступного места, стоимости или текущих затрат или может просто зависеть от личных предпочтений.

Заключение

Фосфор является важным питательным веществом для растений, которое вызывает цветение водорослей как в пресноводных, так и в морских экосистемах, и является ключевым фактором, вызывающим обширное цветение сине-зеленых водорослей (цианобактерий), которые могут быть токсичными для людей и диких животных. Высокие концентрации фосфатов, поступающие в результате воздействия человека, например, сбросы промышленных сточных вод, могут вызывать эвтрофикацию, приводящую к гибели рыб, моллюсков и других видов.В результате природоохранные агентства уделяют больше внимания содержанию фосфора в сточных водах и устанавливают ограничения на то, сколько фосфора может сбрасываться с промышленными сточными водами. Для обеспечения уверенности в непрерывном и эффективном удалении фосфора в соответствии с заданными пределами сброса физико-химическая система безоговорочно выигрывает.

* Эндрю Майли — директор по развитию глобального рынка — Hydroflux Group. Он является опытным старшим специалистом в водной отрасли с более чем 25-летним опытом работы в водной отрасли.

Подпись к изображению вверху: Химическая обработка в сочетании с физическим удалением в системе флотации растворенного воздуха обеспечивает эффективное решение для удаления фосфатов из промышленных сточных вод, позволяя безопасно сбрасывать очищенные очищенные сточные воды.

Фосфор и его влияние на очистные сооружения

Несколько лет назад наши стиральные порошки использовались не только для стирки белья. Если, например, на подъездной дорожке произошло разливание масла, вы можете налить на него немного Tide и воды, а затем выйти через час и смыть все, включая масло.Точно так же, если вы когда-либо красили дом и использовали TSP, тринатрийфосфат, вы знаете, какой это невероятный очиститель.

Но в наши дни все по-другому. Сегодняшние моющие средства вообще не используют фосфат (вместо этого используются ферменты), и TSP больше не является основой для всех наших чистящих средств. Почему? Поскольку, как только мы осознали опасность для здоровья, которую эти химические вещества представляют для нашего водоснабжения, некоторые вещи пришлось изменить.

Что такое фосфор и как он влияет на водные системы?

Фосфор — это питательное вещество, ускоряющее рост растений; он отлично подходит для продовольственных культур, но не подходит для водных систем, потому что способствует росту растений по сравнению с ростом других диких животных — эвтрофикации.Одним из наиболее значительных последствий эвтрофикации является рост цветения водорослей (цианобактерий), некоторые из которых выделяют токсины, вредные для людей и животных.

Как очистные сооружения поглощают фосфор?

Итак, как вообще фосфор попадает в наши водные системы? Вода в озера попадает из ливневых стоков, удобрений для газонов, сельского хозяйства, дождя и животных, а также сбросов сточных вод, которые не производятся должным образом; все эти источники усиливают эвтрофикацию.

Хотя большинство сообществ относительно осторожны, чтобы избежать добавления большего количества фосфатов в систему водоснабжения, и даже несмотря на то, что мы не использовали их в наших моющих средствах в течение многих лет, дождь удерживает их в нашем водоснабжении, что усугубляет проблему.

Как регулируется сброс сточных вод?

Недавно вышли новые правила, касающиеся того, сколько фосфора может быть возвращено в окружающую среду. На данный момент эти правила выполняются на государственном уровне; в большинстве штатов уже начали (или скоро начнут) регулировать уровень фосфора.Например, в Колорадо действует правило, согласно которому уровень фосфора должен быть снижен почти до одной части на миллион.

Как можно улучшить воду? Можно ли удалить фосфор?

Удаление фосфора — это то, с чем борются почти все очистные сооружения, даже те, которые предназначены для этого. Но хотя это может быть трудная проблема, она не является неразрешимой.

Вода может быть улучшена биологически или химически. В ATS мы специализируемся на химических растворах, которые помогают бороться с фосфором в вашей воде, чтобы помочь вам снизить его уровень и соответствовать требованиям.

Подробнее об этих правилах и о том, как их соблюдать, мы поговорим в следующем сообщении в блоге. А пока звоните нам, если у вас возникнут какие-либо вопросы по этой или любой проблеме с водой. Мы будем рады помочь.

Химическое и биологическое удаление фосфора

Опубликовано 13 сентября 2018 г. компанией Applied Technologies

Удаление фосфора во время очистки сточных вод имеет жизненно важное значение для обеспечения общественной безопасности и защиты окружающей среды. Удаление этого питательного вещества из потоков отходов является ключом к предотвращению эвтрофикации — естественного процесса, вызывающего цветение водорослей.Цветение водорослей может задушить экосистемы, создавая мертвые зоны, в которых животные не могут выжить. Более того, это вызывает другие проблемы с качеством воды, угрожающие нашей питьевой воде.

В целях защиты здоровья и благосостояния людей Висконсин принял новые стандарты содержания фосфора в сточных водах, очищаемых сточными водами, в 2010 году. Соседние штаты и Агентство по охране окружающей среды США в настоящее время рассматривают результаты применения этих новых правил. Между тем, эти более низкие нормы сброса фосфора (<0,075 мг / л) создают новые проблемы для очистных сооружений, которым поручено их удовлетворить.Большинство очистных сооружений (ОСВ) используют две стратегии удаления фосфора: химическое удаление фосфора (CPR) и биологическое удаление фосфора (BPR).

Химическое удаление фосфора обычно включает осаждение поступающего фосфора с помощью соли железа или алюминия. Использование соли железа, такой как хлорид железа, обеспечивает дополнительные преимущества, заключающиеся в уменьшении накипи при вторичной обработке и управлении сульфидами и запахами в анаэробно сброженном иле. Добавление химикатов также может ограничить образование струвитов, что может стать проблемой, когда установка переходит на систему BPR и в варочном котле выделяется больше фосфора.К недостаткам CPR относятся требования к хранению и увеличение образования осадка от 20% до 30%.

При биологическом удалении фосфора в твердых биологических веществах накапливается повышенный уровень фосфора. Твердые биологические вещества и связанный с ними фосфор удаляются из процессов жидкого потока через отработанный активный ил (WAS). Для достижения BPR необходима анаэробно-аэробная последовательность для отбора организмов, накапливающих полифосфаты (ПАО). Сначала сточные воды проходят через анаэробную зону.В отсутствие кислорода ПАО выделяют фосфор при накоплении и хранении углеводов. За анаэробной зоной следует аэробная зона, где ПАО потребляют накопленные углеводы, одновременно поглощая избыток фосфора. Между двумя зонами может быть расположена аноксическая зона для денитрификации (т.е. удаления нитратов из) возвратного активного ила (RAS).

Для обеспечения успешного BPR качество поступающих сточных вод должно соответствовать следующим ключевым критериям в отношении общего фосфора:

Мы обычно рекомендуем провести лабораторное исследование перед внедрением системы BPR, чтобы подтвердить, что она может эффективно очищать Сточные Воды.И BPR, и CPR могут быть эффективными инструментами для удаления фосфора.

Эта запись была размещена в Общие, Промышленные, Муниципальные, Управление питательными веществами, Отходы и помечена как antioch illinois, beaver dam wisconsin, биологическое удаление фосфора, bpr, химическое удаление фосфора, cpr, крафт-сыр. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Новый фильтр USGS удаляет фосфор из сточных вод

Взгляните на недорогой фильтр для воды для удаления фосфора, над которым USGS работает уже несколько лет. Мэтью Морган, Научный центр Литауна (общественное достояние.)

Разработанная небольшой группой геологической службы США, эта экономичная и экологически чистая система фильтрации воды использует выброшенные побочные продукты горнодобывающей промышленности, называемые охрой шахтного дренажа, в качестве основного фильтрующего агента для удаления фосфора из городских и сельскохозяйственных сточных вод.

Несмотря на то, что фосфор является жизненно важным питательным веществом для людей, животных и сельскохозяйственных культур, он может вызывать проблемы в водосборных бассейнах. Пищевой фосфор, который потребляют животные и люди, выделяется в сточные воды, где он может накапливаться и питать цианобактерии, вызывая вредоносное цветение водорослей.

Вредное цветение водорослей приводит к взрывному росту водорослей и подпитывается избытком питательных веществ в воде, таких как фосфор и азот. Цветение может привести к накоплению толстых матов на поверхности воды и может снизить концентрацию кислорода в воде, создавая гипоксические мертвые зоны, ответственные за гибель рыбы и моллюсков. Некоторые виды водорослей могут даже создавать различные токсины, вредные для человека и диких животных.

«Вредное цветение водорослей — глобальная проблема», — сказал Филип Сибрелл, инженер Геологической службы США и ведущий разработчик фильтра.«Поскольку фосфор является одним из основных факторов, вызывающих цветение пресной воды, возможность его удаления из сточных вод имеет некоторые реальные перспективы для снижения воздействия на окружающую среду, вызываемого вредоносным цветением водорослей».

За последние несколько лет в Научном центре Геологической службы США в Литауне, где она была разработана, исследователи добились значительных успехов в создании системы фильтров. Теперь команда готова вынести фильтр из лаборатории и ввести его в общественное пользование.

«Сейчас мы находимся на той стадии, когда эта система фильтров могла бы поддерживать небольшой город, может быть, около 1000 человек», — сказал Сибрелл.«Обнаружение кооператоров, желающих работать с нами и внедрять эту технологию, позволит системе продолжать расти в размерах и со временем улучшаться».

Система фильтрации фосфора охры шахтного дренажа USGS разрабатывалась долгое время. В то время как первый прототип фильтра был построен в качестве демонстрации в 2012 году, ученые Геологической службы США начали исследование охры шахтного дренажа как возможного агента для удаления фосфора из воды в 1999 году. Удобрения, наполненные питательными веществами, используются для приусадебных участков, ухода за газонами, полей для гольфа и сельскохозяйственных полей.

Хотя существующие системы удаления фосфора из сточных вод эффективны при удалении питательных веществ из воды, они дороги и имеют некоторые проблемы, для решения которых был разработан фосфорный фильтр USGS.

Фосфорный фильтр USGS состоит из больших резервуаров, каждый из которых вмещает около 600 фунтов гранулированной шахтной дренажной охры, и использует процесс гравитационного потока, при котором вода, содержащая фосфор, подается по трубопроводу к верхней части резервуара, позволяя ей проходить через пористую охру. среды, и отфильтрованная вода сливается со дна резервуара.

Простая конструкция фосфорного фильтра USGS и тот факт, что в качестве фильтрующего агента в нем используется охра шахтного дренажа, снижаются затраты на любое водоочистное сооружение, которое рассматривает возможность использования этой технологии.

«Все компоненты системы очистки воды были приобретены как коммерческие, готовые к продаже», — сказал Сибрелл. «Ничего не было специально заказано и ничего не было изготовлено на заказ, что действительно помогло нам снизить затраты».

В дополнение к простой конструкции и экономическим преимуществам использования побочных продуктов шахтного дренажа в качестве фильтрующего агента, фосфорный фильтр USGS также имеет дополнительный бонус в виде решения серьезной проблемы кислотного дренажа шахт.

Кислотный дренаж шахт происходит, когда определенные минералы в земле, такие как пирит или другие сульфидные минералы, нарушаются в результате добычи, рытья и выемки грунта, подвергая эти минералы воздействию воздуха и влаги. Когда это происходит, в сульфидных минералах возникает химическая реакция, в результате которой образуется серная кислота и различные растворенные металлы. Эта кислая вода с примесью тяжелых металлов в конечном итоге попадает в местные водоразделы, изменяя pH воды и вводя новые загрязнители в экосистемы.

Из-за этих тяжелых металлов не все охры шахтных дренажных систем подходят для использования в качестве фильтрующего фосфорного агента, поскольку некоторые из них могут загрязнять очищенную воду.Следовательно, охра, используемая в фосфорном фильтре USGS, поступает из дренажей угольных шахт, что обычно приводит к более низким уровням токсичных металлов, таких как медь, свинец и мышьяк. Вода, обработанная этими охрами дренажа угольных шахт, прошла лабораторные испытания, и ученые подтвердили, что тяжелые металлы не присутствуют в отфильтрованной воде в заметных количествах.

Помимо использования побочного продукта кислотного дренажа шахт, системы также могут стать еще одним источником фосфора.В процессе фильтрации, когда охра шахтного дренажа насыщается фосфором, фосфор может быть отделен от охры, регенерируя среду для повторного использования и повторно улавливая фосфор для повторного использования.

«Мир полагается на удобрения с высоким содержанием фосфора для производства продуктов питания, и многие запасы этого жизненно важного минерала истощаются», — сказал Сибрелл. «Из-за этого способность извлекать фосфор из охры имеет большое значение, что позволяет нам замкнуть цикл рециркуляции, снова используя охру и фосфор.”

Команда недавно вышла на первый этап конкурса George Barley Water Prize, конкурса инновационных задач, спонсируемого Everglades Foundation, для разработки технологии удаления фосфора из сточных вод и сельскохозяйственных стоков. Из более чем 180 первоначальных заявок со всего мира технология USGS вошла в пятерку лучших на первом этапе конкурса. Команда готовится к участию во втором этапе конкурса, который представляет собой лабораторную демонстрацию технологии и состоится этой осенью.

Для получения дополнительной информации об использовании побочных продуктов охры шахтного дренажа для удаления фосфора из воды щелкните здесь.

(PDF) Методы удаления фосфатов из сточных вод

Гидроксид железа трудно осаждать, и часто необходимо использовать органические полимеры в

, чтобы получить прозрачную надосадочную воду.

Использование извести в качестве коагулянта включает следующие реакции:

Ca (OH) 2 + HCO3

—

o

CaCO3

p

+ h3O + OH-

5Ca + 4OH- + 3HPO2 2-

o

Ca5 OH (PO4)

p

+ 3h3O

Известь взаимодействует с ионами бикарбоната сточных вод с образованием карбоната кальция; при добавлении

он реагирует с фосфатами> 4 @.Ортофосфат осаждается ионами кальция, и

производит оксиапатит кальция, в то время как полифосфаты удаляются посредством адсорбции на частицах оксиапатита кальция, образовавшихся до

. По мере увеличения pH растворимость оксиапатита кальция

быстро снижается, а удаление фосфора улучшается. Практически весь ортофосфат

осаждается при pH> 9,5. При pH <9,5 фосфор адсорбируется на карбонате кальция.

Интересно успешное использование гранулированного материала из строительных отходов для очистки

фосфорсодержащих сточных вод; результаты были вполне положительными> 3 @.

К настоящему времени доступен целый ряд физико-химических методов, позволяющих удалить

фосфора из сточных вод. К таким методам относятся:

— адсорбционный метод, при котором фосфор поглощается поверхностью сорбента. Сорбент

может быть изготовлен из гранулированного оксида алюминия, активированного оксида алюминия и сульфата алюминия

, гидратированного диоксида титана, активированного оксидами металлов 3-й и 4-й групп периодической системы

, с компонентами, нанесенными на волокнистые материалы; доломит обладает высокой адсорбционной способностью

по отношению к примесям соединений фосфора (при этом удалено более

95% фосфора).Проводятся исследования легких вспучивающихся глин, используемых для удаления фосфора

из сточных вод и т. Д. Эффективность удаления фосфора с помощью этого процесса может быть

достаточно высокой, в некоторых случаях повышаясь до 100%;

— метод удаления фосфатов в магнитном поле. Здесь фосфаты связываются с реагентом

в нерастворимых соединениях, после чего добавляется магнитный материал для создания магнитного поля

, которое изолирует фосфатсодержащий осадок;

— электрокоагуляция и флотационная обработка; этот метод может использовать электроды как из алюминия

, так и из железа / стали, а также обеспечивает полное удаление фосфора;

— метод кристаллизации, основанный на выращивании кристаллов фосфата в сточных водах на

центрах кристаллизации, которые впоследствии удаляются из системы; кристаллизация происходит на фильтрах

или во взвешенном иле.

Однако ни один из вышеупомянутых физико-химических методов не нашел широкого практического применения

из-за высокой стоимости, необходимой для реализации их процессов, и относительной сложности.

3.2 Биологические методы очистки для удаления соединений фосфора из

Сточных вод

Большой интерес представляют биологические методы, обеспечивающие наилучшее удаление фосфора, поскольку они

помогают максимально увеличить биологический потенциал активного ила. Процесс обычной биологической очистки

удаляет только 20-40% фосфора.Удаление фосфора

может быть увеличено до 50% за счет увеличения количества используемого осадка, но этого

недостаточно, потому что для достижения уровня ПДК необходимо удалить до 95% фосфатов.

К настоящему времени существует целый ряд технологий для биологического удаления фосфора

, а именно: Phostrip, А / О (анаэробно-оксидный), EASC (процесс расширенного анаэробного контакта с осадком

) и другие технологии.

Для одновременного удаления фосфора и азота из дренажных жидкостей можно использовать

такие системы, как UCT, Bardenpho, Phoredox и т. Д., с апгрейдами.

Процесс UCT является наиболее эффективным методом одновременного удаления фосфора и азота при

. В UCT рециркулирующий ил направляется из вторичного осаждения

DOI: 10.1051 /

, 07006 (2017) 71060

MATEC Web of Conferences matecconf / 201

106

SPbWOSCE-2016

7006

7006

7006

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
  браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie
потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт
не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к
остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

.