Строительство и архитектура/7. Водоснабжение и канализация

к.т.н., доцент Н.Ю. Большаков

Санкт-Петербургский Государственный Университет кино и телевидения, г. Санкт-Петербург, ул. Правды д. 13

Вторичное высвобождение фосфора при реализации технологии биологической дефосфотации

Актуальность проблемы удаления из сточных вод соединений азота и фосфора обусловлена все более возрастающей степенью эвтрофикации поверхностных водоемов, которая в значительной мере определяет экологическую ситуацию, как в России, так и за рубежом. 

Для обеспечения требуемого качества очистки по биогенным элементам (азот и фосфор), при разработке и эксплуатации технологий глубокой биологической очистки важно учитывать влияние вторичных загрязнений, возникающих при обработке осадков сточных вод, т.к. в нормативной документации [1, 3] подобные рекомендации отсутствуют.

В процессе очистки сточных вод по технологии биологической дефосфотации ФАО (фосфор-аккумулирующие организмы), способные накапливать фосфор внутриклеточно в гранулах волютина, используют его как энергетический резерв, расходуемый на потребление субстрата в анаэробных условиях. На рис. 1 представлены данные электронного микроскопа, описывающие поведение ФАО в анаэробных (а) и аэробных (б) условиях. Эти бактерии в анаэробных условиях потребляют простые легкоокисляемые органические субстраты, например, летучие жирные кислоты (среди которых излюбленная уксусная кислота) и запасают их внутри клетки в виде полигидроксиалканатов (наиболее распространен поли-b-гидроксибутират (ПГБ)), что сопровождается внутриклеточной деградацией накопленных в аэробной стадии соединений фосфора. Энергия деградации (гидролиза) фосфатов тратится на накопление и потребление легкоокисляемой органики, клеточный синтез и транспортный перенос в процессе дыхания в анаэробных условиях [2]. Эти процессы сопровождаются отдачей накопленного клеткой фосфора в воду (рис. 1, а). Результат успешно протекающей анаэробной стадии: накопление запаса органики в клетках и стимуляция у бактерий "жадного" потребления фосфатов в последующей аэробной стадии. Таким образом, потребление фосфатов сверх нормального уровня вызывается у ФАО их предварительным стрессированием в анаэробных условиях. При попадании бактерий в аэробную стадию накопленный субстрат в виде полигидроксиалканатов начинает потребляться как источник углерода на питание и прирост биомассы бактерий, что сопровождается выделением углекислого газа и воды и повышенным потреблением из окружающей среды фосфатов, которые откладываются в клетках в полифосфатных гранулах (рис. 1, б).

а) ФАО в анаэробной зоне	б) ФАО в аэробной зоне
Рис. 1.	Данные электронного микроскопа

На вышеописанной цикличности накопления и использования энергии накопленных соединений фосфора в клетках бактерий основана технология глубокого изъятия из сточных вод соединений фосфора при сочетании анаэробных и аэробных стадий биологической очистки.

Избыточный активный ил, обогащенный фосфатом в процессе биологической очистки поступает на стадию обработки осадков. Образующиеся при обработке осадков надыловая вода, фугат, либо фильтрат рециркулируются либо в «голову» очистных сооружений, либо в начало аэротенка. В анаэробных условиях происходит интенсивное выделение фосфора в среду (рис. 1, а), поэтому, для эффективного удаления фосфора необходимо избегать длительного пребывания избыточного активного ила в анаэробных условиях. В противном случае, возможна ситуация, когда практически весь накопленный в основном процессе (в системе аэротенк - вторичный отстойник) фосфор будет выделен на стадии обработки и возвращён в систему биологической очистки с внутренними потоками, что приведет к увеличению нагрузки на аэротенк и существенному снижению эффективности очистки от фосфора.

Для получения практических данных об уровне вторичного загрязнения фосфором в процессе обработки осадков сточных вод, проведена серия экспериментальных исследований. Данные, полученные в результате проведенных исследований, приведены на рис. 2. График зависимости выделения фосфора фосфатов в среду от времени пребывания осадка в анаэробных условиях показывает, что наиболее существенное выделение фосфора фосфатов из осадка происходит при смешении избыточного ила с сырым осадком (органическими веществами), выделение же фосфатов из избыточного ила и сырого осадка значительно ниже. Таким образом, для обеспечения эффективной очистки от фосфора на городских очистных сооружениях недостаточно использовать только технологию биологической дефосфотации, необходимо также предусмотреть специальные меры по минимизации вторичных загрязнений от стадии обработки осадков сточных вод. С этой целью могут быть рекомендованы следующие мероприятия:

1. Максимальное сокращение времени пребывания смеси сырого осадка и избыточного ила (уплотненного ила) в анаэробных условиях.

2. Отказ от совместного уплотнения сырого осадка и избыточного ила.

3. При отсутствии возможности отказаться от совместного уплотнения и/или сократить время пребывания осадка в анаэробных условиях - дозирование реагента, например сульфата железа.

4. Дозирование реагента в основном процессе позволяет свести нулю вторичное загрязнение фосфором фосфатов во вторичных отстойниках.

Рис. 2.

Высвобождение фосфора фосфатов на городских очистных сооружениях производительностью 330 000 м^3/сут.

ЛИТЕРАТУРА

1. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. – М.: ОАО «ЦПП», 2008. – 87 с.

2. Очистка сточных вод: Пер. с англ./ Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э. – М.: Мир, 2006. – 480 с.

3. Паль Л.Л., Кару Я.Я., Мельдер Х.А., Репин Б.Н.. Справочник по очистке природных и сточных вод.– М.: Высшая школа, 1994. – 336 с.

Сведения об авторе

Большаков Николай Юрьевич – к.т.н., доцент кафедры Химической технологии и экологии Санкт-Петербургского Государственного Университета кино и телевидения

198330, г. Санкт-Петербург, ул. Маршала Захарова 37-2, кв. 87

тел. 8-921-645-07-63, NBolshakov@yandex.ru,