dn. 26.10.2011 r.

Justyna Guzik

Ewa Pisula

Romana Jaworowska

Anna Bystroń

Grupa A,

Sem II

2011/2012

Ćwiczenie nr 7

TEMAT: Usuwanie fosforu ze ścieków

1. Charakterystyka procesu

Ścieki posiadające ponad normatywne zawartości fosforu powinny być poddane procesom oczyszczania, aby mogły zostać odprowadzone do odbiornika.
Można wyróżnić następujące metody usuwania fosforu ze ścieków:

1. Metodę chemicznego strącania solami glinu lub żelaza oraz wapnem,

2. Metodę chemicznego strącania wspomaganego filtracją,

3. Metodę podwyższonej biologicznej defosfatacji poprzez wzrost stopnia asymilacji fosforu przez biomasę zastosowaną w procesie oczyszczania.

Metoda chemiczna jest realizowana z użyciem soli glinu lub żelaza oraz wapnia. W praktyce stosuje się siarczan żelazawy i siarczan żelazowy oraz chlorek żelazowy. Jako reagent bywa stosowany siarczan glinu i glinian sodowy gdy ścieki wykazują niską alkaliczność.

Sole żelazowe z fosforanami reagują wg równania:

FeCl₃ + PO₄^3- FePO₄ + 3Cl^-

Stosunek molowy Fe:P wynosi 1:1, natomiast stechiometryczny stosunek wagowy wynosi 1.8:1

Sole żelazawe z fosforanami reagują wg równania:

3FeSO₄ + 2PO₄^3- Fe₃(PO₄)₂ + 3SO₄^2-

Wówczas stosunek molowy Fe:P = 3:2, natomiast wagowy 2,7:1. Uwzględniając fakt że przebieg reakcji jest uzależniony od innych czynników i dodatkowych reakcji uzyskuje się wartości stosunku molowego Fe:P = 1,5:2,5 zależny od rodzaju zastosowanego reagenta i wartości zasadowości ścieków. Stosując żelazo trójwartościowe (Fe³⁺) optymalna wartość pH powinna zawierać się w przedziale 4,5 - 5,0, aby następował właściwy przebieg reakcji. Zwiększając usuwalność fosforu często zwiększa się pH oraz zużycie reagenta. Przykładowo dla żelaza Fe²⁺ zalecane pH powinno wynosić 8 lub 7-8.

Strącanie fosforu wapnem jest utożsamiane z procesem zmiękczania wody, gdyż dawka wapna zależy od zasadowości i stężenia jonów wodorowych pH, a nie od zawartości fosforu w ściekach.

Przy tzw. „małej dawce”, przy której pH reakcji nie przekracza 10 i tzw. „dużej dawce” przy której pH reakcji podnosi się do przedziału wartości 11 – 11,5, wielkość dawki wapna może wynosić 500 g/m³, a nawet więcej. Wówczas stężenie fosforu w ściekach oczyszczonych uzyskuje się 1gP/m³ i mniejsze. Jednak stosując duże dawki wapna zachodzi potrzeba korekcji PH ścieków oczyszczonych, a ubocznym skutkiem jest zwiększenie wielokrotne osadu w porównaniu do reagentów soli metali użytych przy strącaniu fosforu. Wapno również jest stosowane w metodzie PHOSTRIP aby strącać fosfor uwolniony w komorze beztlenowej, jednak przez nią przepływa tylko 20 – 30% ścieków, zatem wymagana ilość wapna jest znacznie mniejsza niż w systemach małej dawki oraz mniej jest osadów.

Zalecane punkty dawkowania reagentów:

• przed osadnikiem wstępnym

• do urządzeń biologicznego oczyszczania

• do urządzeń trzeciego stopnia oczyszczania

Miejsca te decydują o stosowanych pojęciach: strącanie wstępne, symultaniczne – równocześnie z oczyszczaniem biologicznym – i strącanie wtórne.

Strącanie wstępne przy dawkowaniu do piaskownika lub między piaskownikiem a osadnikiem wstępnym umożliwia dobre wymieszanie reagentów ze ściekami, a także flokulację zawiesin. W wyniku tego zmniejsza się zawartość: fosforu, BZT₅, zawiesin co odciąża kolejne elementy oczyszczalni, przy czym często obniża się denitryfikacja z zewnętrznym źródłem węgla. Nie zapewnia strącanie wstępne całkowitego usunięcia fosforu, gdy w ściekach zawarte są z ortofosforanami również jego formy organiczne.

Strącanie symultaniczne z dawkowaniem do osadnika wstępnego lub bezpośrednio do komory napowietrzania. Uzyskuje się wyższe strącanie fosforu przy czym jeszcze wyższy stopień można uzyskać przy zwiększeniu liczby punktów dawkowania i dodatkowe wprowadzenie wód nadosadowych.

Strącanie wtórne odbywa się przy dawkowaniu reagentów przed osadnikiem wtórnym. Uzyskuje się duże efekty usuwania fosforu przy małych ilościach reagentów.

Efektywność chemicznego strącania fosforu ze ścieków jest zależna od następujących czynników:

• rodzaju oczyszczanych ścieków

• stężenia i form występowania fosforu

• rodzaju reagentów, ich dawki i miejsca, wprowadzania w ciągu technologicznym

• intensywności mieszania

• flokulacji i sorpcji zawiesin

Jeżeli reagentami są sole metali to następuje zmniejszenie efektywności do 70 – 90% natomiast strącanie symultaniczne z wielopunktowym dodawaniem reagentów wzrasta do 80 – 95%, a stosując strącanie wtórne można osiągać 90 – 95% usuwania fosforu. Po osadniku wtórnym zawartość zawiesin w ściekach powinna być mniejsza od 15 g/m³, a obciążenie ich przy maksymalnym przepływie godzinowym nie powinno przekraczać 1,4 m³/m²h. Minusem chemicznego strącania jest wzrost ilości osadów.

1. Cel i zakres ćwiczenia

Celem badań technologicznych jest ustalenie optymalnej dawki PIX-u oraz wpływu niektórych parametrów tj. odczynu, substancji wspomagających na przebieg procesu.

1. Część doświadczalna

Ustalenie optymalnej dawki PIX-u

Do 4 jednakowych zlewek zawierających po 1 dm³ badanych ścieków dodać PIX w ilościach obliczonych na podstawie zawartości fosforu oznaczonej w ściekach (100%, 120%,….). Po dodaniu PIX-u mieszać próbki z szybkością 100 obr/min przez 1min. Następnie zmniejszyć szybkość obrotów do około 10 obr/min, które powinno trwać ok. 15 min. Próby pozostawić do sedymentacji przez okres 30 min. w trakcie których należy dokonać wizualnej oceny prób pod względem mętności, barwy, szybkości opadania zawiesiny. W próbach po sedymentacji należy oznaczyć pH, zawartość fosforu, żelaza i chlorków.

Badanie wpływu odczynu na proces usuwania fosforu

Do 4 zlewek zawierających po 1 dm³ badanych ścieków dodać HCl lub NaOH w celu uzyskania zróżnicowanego pH (5-11). Do prób dodać wyznaczoną optymalną dawka PIX-u. Po jego dodaniu mieszać próbki z szybkością 100 obr/min, które powinno trwać około 15 min. Próby pozostawić do sedymentacji przez okres 30 min., w ich trakcie należy dokonać wizualnej oceny prób pod względem mętności, barwy, szybkości opadania zawiesiny. W próbach po sedymentacji należy oznaczyć pH, zawartość fosforu, żelaza i chlorków.

Ustalenie wpływu polielektrolitu na przebieg usuwania fosforu

Do 4 zlewek zawierających po 1 dm³ badanych ścieków dodać optymalną dawkę PIX-u. Do pierwszej próby, która będzie stanowić próbę porównawczą nie dodaje się polielektrolitu, natomiast do następnych zlewek należy dodać wzrastające objętości czynnika wspomagającego. Proces należy przeprowadzić zgodnie z poprzednio opisanymi zasadami.

1. Wyniki badań

Badanie prowadzone było w warunkach:
30 sekund – szybkie mieszanie

20 minut – wolne mieszanie

15 minut – sedymentacja

Parametr	Woda surowa	0,1 dm^3	0,2 dm^3	0,3 dm^3	0,4 dm^3
pH	8,37	8,10	7,88	7,63	7,18
Fosfor mgPO4/l	17,6	8,2	0,9	0,2	0
Żelazo ogólne mg/l	1,5	1,21	0,7	0,6	0,5
Mętność SiO2/l	20	25	10	9,8	7
Barwa Pt/l	480	192	21	20	5

1. Wnioski

W przeprowadzonych badań wynika, iż wraz ze wzrostem ilości dodawanego PIX–u do wody surowej maleje ilość fosforu zawartego w wodzie. Przy dawce 0,4 dm³ PIX–u fosfor został całkowicie usunięty.

Również maleje ilość żelaza w wodzie oraz poprawiają się właściwości organoleptyczne wody.