16. Biologiczne metody usuwania związków biogennych ze ścieków

Substancje biogenne są związkami azotu i fosforu. To właśnie przez te związki następuje eutrofizacja zbiorników wodnych. Proces eutrofizacji jest niebezpieczny dla człowieka w wykorzystaniu bogactw naturalnych ziemi ze względu na ciągłe gromadzenie związków biogennych w wodach naturalnych i w konsekwencji zmniejszenie zasobów wodnych, szczególnie wód przeznaczonych na cele pitne. Związki te umożliwiają
i intensyfikują procesy wzrostu biomasy. Znajdując się w wodach w nadmiernych ilościach zburzała naturalna równowagę w tym zbiorniku.

Związki azotu i fosforu przedostają się do wód w wyniku wprowadzania do nich różnego rodzaju ścieków. Stosowanie nawozów, zawierających znaczne ilości azotu i fosforu, na terenach rolniczych powoduje spływ obszarowy tych zanieczyszczeń do wód.

Niekorzystne procesy są najwyraźniej widoczne w jeziorach, gdzie stały dopływ biogenów powoduje bujny wzrost roślin i stopniowe zarastanie zbiornika wodnego. Zjawisko takie nazywamy jak wyżej wspomniane eutrofizacją. Piękne i czyste jezioro może zamienić się w płytki, zarośnięty trzcina staw, potem bagno, a z czasem może całkowicie zaniknąć. Graniczne stężenie związków biogennych, przy których rozpoczyna się eutrofizacja, wynoszą 0,3mgN/l-azot i 0,03 mg P/l-fosfor w postaci nieorganicznej. Dopływający azot i fosfor, jako dobre pożywki dla glonów, powodują ich masowy rozwój, zwłaszcza latem - tak zwane zakwity wody. Powoduje to gwałtowne pogorszenie się jakości wody. Ma ona kolor zielony lub niebieskawy, podwyższoną barwę i mętność. Przeważnie występujące wtedy deficyt tlenowy: znajdujący się w wodzie tlen jest zużywany przez bakterie do rozkładu obumierających glonów.

Wdrożenie technologii biologicznego usuwania związków biogennych poprawia działanie oczyszczalni, przyczynia się do usuwania innych związków, obniża koszty eksploatacji i ogólna ilość wyprodukowanego osadu.

Procesy biologicznego usuwania azotu

Azot jest związkiem biogennym niezbędnym wszystkim żywym komórkom.
W procesie biologicznego oczyszczania ścieków część azotu jest usuwana wraz z osadem nadmiernym. Aby azot, występujący w ściekach jako amonowy i organiczny przeprowadzić w formę gazowa należy stworzyć odpowiednie warunki do wzrostu biomasy bakteryjnej powodującej transformację tych form azotu. Proces biologicznego usuwania azotu składa się najczęściej z etapów:

1. Amonifikacja (rozkład azotu organicznego do postaci amonowej)

2. Nitryfikacja ( przemiana azotu amonowego w azotyny, a następnie
   w azotany),

3. Denitryfikacja( przemiana azotanów w azot gazowy, i odprowadzenie go do atmosfery)

Ad1) amonifikacja jest pierwszym etapem usuwania azotu, który polega na przeprowadzeniu azotu organicznego w amonowy w obecności mikroorganizmów heterotroficznych w wyniku reakcji:

Norg -^{org heterotroficzne} NH₃/NH₄

Ad2) nitryfikacja

Proces nitryfikacji jest wynikiem działania autotroficznych bakterii Nitrosomonas
i Nitrobacter i przebiega dwustopniowo:

- utlenianie azotu amonowego do azotu azotanowego przy udziale bakterii Nitrosomonas i utlenianie azotynów do azotanów przy udziale bakterii z rodzaju Nitrobacter.

Parametrami wpływającymi na proces nitryfikacji sa: stężenie rozpuszczonego tlenu, odczyn, temp, zasadowość ogólna, obecność związków toksycznych, stężenie NH₄ -N, wiek osadu, stosunek BZT₅/TKN.

Ad3) denitryfikacja

Denitryfikacja jest procesem, w którym azotany przechodzą w zredukowane formy azotu takie jak: N₂, N₂O, N₂O₃, NO. Zachodzi w warunkach niedotlenionych, zwanych często atoksycznymi oraz przy udziale bakterii heterotroficznych obecnych w ściekach
( Pseudomonas np.).

Rys. 1. Układ oczyszczania ścieków z wydzieloną, wstępną komorą denitryfikacji

Procesy biologicznego usuwania fosforu

Biochemiczna defosfatacja może zachodzić w układach:

1. w połączeniu z usuwaniem węgla ( system PHOREDOX i A/O)

2. w połączeniu z usuwaniem węgla i azotu( system BARDENPHO,

BARDENPHO zmodyfikowany, A₂/O, UCT),

3. w połączeniu z chemicznym straceniem wapnem w obiegu osadu
   ( system PHOSTRIP),

4. wspomagana chemicznym strącaniem solami żelaza bądź glinu

5. wspomagana filtracją,

6. wspomagana chemicznym strącaniem solami żelaza bądź glinu

i filtracja.

Prawidłowo prowadzona biologiczna defosfatacja stwarza odpowiednie warunki do rozwoju i działania bakterii ( np. Acinetobacter i Arthrobacter) przetwarzających i kumulujących fosfor.

Efektywność biologicznego usuwania fosforu zależy miedzy innymi od:

Obecności substancji organicznych przyswajanych przez bakterie kumulujące fosfor, obciążenia i wieku osadu, ilości azotanów w ściekach w strefie beztlenowej warunków tlenowych i czasu zatrzymania ścieków w obu strefach oraz od sprawności działania osadnika wtórnego.

Rys. 2. Schemat systemu A/O

Problem obecności substancji biogennych w oczyszczonych ściekach jest tak ważny, że podlega ustawowej regulacji. Najwyższe dopuszczalne wartości zanieczyszczeń w ściekach odprowadzanych do środowiska, w tym fosforu ogólnego i różnych form azotu, regulują odpowiednie przepisy prawne.

Od początku 2007 roku sa postawione nowe ograniczenia tj. fosforu ogólnego do 1 g P/m³, oraz zmniejszenie azotu ogólnego do 10 g/m³.

Przepisy prawne regulujące problem ścieków

• Przepisy prawne związane z nadzorem nad jakością wody do picia [Ustawa z dnia 07.06.2001r. o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzeniu ścieków (Dz. U. Nr 72, poz. 747),

• Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 27.11.2002r. w sprawie wymagań, jakim powinny odpowiadać wody powierzchniowe wykorzystywane do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia (Dz. U. Nr 204, poz. 1728);

• Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 11.02.2004r. w sprawie klasyfikacji dla prezentowania stanu wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu prowadzenia monitoringu oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód (Dz. U. Nr 32, poz. 284);

• Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 19.11.2002r. w sprawie wymagań dotyczących jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz. U. Nr 203, poz. 1718);

• Ustawa z dnia 22 kwietnia 2005 r. o zmianie ustawy o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków oraz niektórych innych ustaw (Dz. U. Nr 85, poz. 729)].

---