Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Usuwanie fosforu ze ścieków

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Usuwanie fosforu ze ścieków:

-

biologicznie

*

wraz z osadem nadmiernym, w wyniku

asymilacji fosforu przez biomasę

* poprzez „nadmierne pobieranie”

-

chemicznie

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Usunięcie fosforu wraz z osadem nadmiernym

Q

X

P

P

0

e

∆

⋅

ω

−

=

Dla elementarnego skład biomasy C

60

H

87

O

23

N

12

P udział fosforu

ω wynosi około 0,023.

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

Wydłużenie wieku osadu skutkuje wzrostem P

e

.

Metody biotechnologii w ochronie środowiska



Chemiczne strącanie solami glinu i żelaza (w

postaci roztworów)

Al

2

(SO

4

)

3

•18 H

2

O + 2 PO

4

3-

 2AlPO

4

+

+ 3 SO

4

2-

+ 18 H

2

O

Optymalne pH 5,5 – 6,5
FeCl

3

+ PO

4

3-

 FePO

4

+ 3Cl

-

Optymalne pH 4,5 – 5,0
3 FeSO

4

+ 2 PO

4

3-

 Fe

3

(PO

4

)

2

+ 3 SO

4

2-

Optymalne pH

~

8

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Strącanie wapnem w postaci CaO lub

Ca(OH)

2

(ilość wapna zależy od

zasadowości i pH ścieków)

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

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Skuteczność metody zależy również od miejsca

dawkowania reagentów:

Wstępne strącanie

70 – 90%,

Symultaniczne

80 –95%,

Wtórne

90 –95%.

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Biologiczne usuwanie fosforu

czas

A

B

faza
anaerobowa

faza aerobowa

usunięcie

netto

stężenie
rozpuszczonych
fosforanów

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

HO

P

O

OH

O

P

O

OH

OH

P

O

O

OH

n

Struktura polifosforanu

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Schemat metabolizmu fosforanów w komórce

CH

3

COOH

warunki beztlenowe

Acetyl-CoA

Poly-P

PHB

ATP

PO

4

-3

+ADP

PO

4

-3

warunki tlenowe

O

2

PO

4

-3

związki
organiczne

Poly-P

PHB

łańcuch

oddechowy

ATP

CO

2

+ H

2

O

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

(Polifosforan)

n

+ H

2

O

(Polifosforan)

n-x

+ (Polifosforan)

x

Polifosfohydrolaza polifosforanu (potocznie: endopolifosfataza)

(Polifosforan)

n

+ H

2

O

(Polifosforan)

n-1

+ PO

4

3-

Fosfohydrolaza polifosforanu (potocznie: egzopolifosfataza)

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

(Poli-P)

n

AMP

ADP

(Poli-P)

n-1

ATP

ADP

PO

4

3-

Mechanizm powstawania ATP z polifosforanów przy udziale

transferaz

Procesy
wewnątrzkomórkowe
zużywające energię

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Kiedy można stosować biologiczną defosfatację?

BZT

5

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

Niskie obciążenie i wysoki wiek osadu wymagają

BZT

5

: P powyżej 25.

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

An – warunki anaerobowe

dopływ

An

Aerobowe

osad recyrkulowany

odpływ

OW

osad nadmierny

System PHOREDOX

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

System A2/O

System A2/O

OW

OW

dopływ

dopływ

odpływ

odpływ

Osad

Osad

nadmierny

nadmierny

Osad

Osad

recyrkulowany

recyrkulowany

An

Anox

Aerobowe

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Pięciostopniowy system Bardenpho

Pięciostopniowy system Bardenpho

S

S

Osad

Osad

recyrkulowany

recyrkulowany

dopływ

dopływ

odpływ

odpływ

Osad

Osad

nadmierny

nadmierny

Recyrkulacja

Recyrkulacja

wewnętrzna

wewnętrzna

An

Anox

Anox

Aero

Aero

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

MUCT system

MUCT system

Osad recyrkulowany

Osad recyrkulowany

dopływ

dopływ

odpływ

odpływ

Osad

Osad

nadmierny

nadmierny

Recyrkulacja

Recyrkulacja

wewn.

wewn.

Recyrkulacja wewn.

Recyrkulacja wewn.

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Biodenipho system

Biodenipho system

Osad

Osad

recyrkulowany

recyrkulowany

dopływ

dopływ

odpływ

odpływ

Osad

Osad

nadmierny

nadmierny

ANOX

ANOX

(AEROB)

(AEROB)

AEROB

AEROB

(ANOX)

(ANOX)

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Technologia SBR (sequencing batch reactor)

napełnianie

napełnianie

∆

∆

V

V

f

f

V

V

0

0

∆

∆

V

V

f

f

– objętość wprowadzanych ścieków

– objętość wprowadzanych ścieków

V

V

0

0

– objętość ścieków i osadu czynnego, pozostająca w reaktorze

– objętość ścieków i osadu czynnego, pozostająca w reaktorze

Vmax = V

Vmax = V

0

0

+

+

∆

∆

V

V

f

f

reakcja

reakcja

sedymentacja

sedymentacja

osad

osad

nadmierny

nadmierny

∆

∆

V

V

d

d

odpływ

odpływ

odprowadzanie

odprowadzanie

oczyszczonych

oczyszczonych

ścieków

ścieków

faza

faza

jałowa

jałowa

cykl

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Paremeters

BARDENPHO

A2/O

UCT

Biodenipho

SBR

Zawartość biomasy,
g/m

3

2000-4000

3000-

5000

3000-

5000

-

2000-

4000

Obciążenie
substratowe,
kgBOD/kgMLSS*d

0.1 – 0.2

0.15-0.25 0.1-0.2

-

0.1-0.5

Wiek osadu

10 - 30

4 - 8

10 - 30

-

10 – 30

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Czas zatrzymania w
strefach:

BARDENPHO

A2/O

UCT

Biodenipho

SBR

Anaerobic, h

1 - 2

0.5 – 1.5

1 – 2

1 - 2

1 – 1.5

Anoxic, h

2 - 4

0.5 – 1

2 – 4

6-13, 1

cycle

1 – 1.5

Aerobic I, h

2 - 13

3.5 – 6

4 – 6

6-13, 1

cycle

2 – 4

Anoxic II, h

2 - 4

n.e.

n.e.

n.e.

1 – 1.5

Aerobic II,h

0.5 – 1

n.e.

n.e.

n.e.

Sludge
recirculation, %

100

20 - 50

100

50 - 100

n.e.

Internal recycle I,
%

400

100 - 300

100

n.e.

n.e.

Internal recycle II,
%

n.e.

n.e.

300

n.e.

n.e.

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Wpływ cyklicznego wystawienia mikroorganizmów na

Wpływ cyklicznego wystawienia mikroorganizmów na

różne warunki na pracę bioreaktora

różne warunki na pracę bioreaktora

Czynnik zmieniany

cyklicznie

Osiągane efekty

Wysokie i niskie stężenie
łatwo biodegradowalnych
substratów

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

Wysokie stężenie substratu
przemiennie z okresami
głodzenia

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

Warunki aerobowe i
anoksyczne

Wzbogacenie biocenozy o nitryfikatory i
denitryfikatory niezbędne do usuwania azotu

Warunki anaerobowe i
aerobowe

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

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Elapsed time, (h)

Elapsed time, (h)

T

O

C

, (

m

g/

L

)

T

O

C

, (

m

g/

L

)

Famine

Famine

∆

∆

TOC

TOC

0

0

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

0

0

100

100

200

200

300

300

400

400

fill

fill

react

react

settle

settle

draw

draw

0

0

100

100

200

200

300

300

400

400

0

0

50

50

100

100

150

150

200

200

∆

∆

TOC (mg.L)

TOC (mg.L)

S

V

I,

(

cm

S

V

I,

(

cm

3

3

/g

)

/g

)

Cycle time

Cycle time

= 6 h

= 6 h

Cycle time

Cycle time

= 8 h

= 8 h