Принципы и технологические процессы биологического удаления фосфора

I. Формы фосфора в сточных водах Фосфор в сточных водах в основном существует в трех формах: Неорганические фосфаты: H₂PO₄⁻, HPO₄²⁻, PO₄³⁻ Полифосфаты Органический фосфор При очистке сточных вод все бактерии поглощают определенное количество фосфора из окружающей среды для удовлетворения своих потребностей в росте. Однако определенная группа бактерий, известная как полифосфат-аккумулирующие организмы (ПАО), также называемые фосфат-аккумулирующими бактериями или бактериями, удаляющими фосфор, могут поглощать фосфор сверх своих физиологических потребностей, накапливая его внутриклеточно в больших количествах в виде полифосфатов. Удаляя этот богатый фосфором осадок, достигается удаление фосфора из системы. II. Основные принципы биологического удаления фосфора Суть биологического удаления фосфора заключается в управлении ПАО через цикл «анаэробное высвобождение фосфора – аэробное поглощение фосфора» посредством чередования анаэробных и аэробных сред.

1. Фаза анаэробного высвобождения фосфора В анаэробных условиях происходят следующие ключевые процессы: (1) Органическое вещество в сточных водах преобразуется в летучие жирные кислоты (ЛЖК) ферментативными ацидогенными бактериями. (2) В этих неблагоприятных анаэробных условиях ПАО разлагают свои внутриклеточные запасы полифосфатов. Выделяющаяся энергия частично используется для поддержания жизнедеятельности клеток, а частично для активного поглощения ЛЖК, которые затем преобразуются и накапливаются внутриклеточно в виде ПГБ (поли-β-гидроксибутират). (3) Неорганический фосфат, образовавшийся при разложении полифосфатов, высвобождается обратно в сточные воды – это и есть «анаэробное высвобождение фосфора».
2. Фаза аэробного поглощения фосфора При попадании в аэробную среду: (1) ПАО аэробно метаболизируют накопленный ПГБ, высвобождая значительную энергию для пролиферации и других физиологических активностей. (2) Часть этой энергии используется для активного поглощения фосфатов из сточных вод, которые накапливаются внутриклеточно в виде полифосфатов в избыточных количествах – это и есть «аэробное поглощение фосфора». (3) Отработанный активный ил, содержащий ПАО, поглотившие избыточный фосфор, представляет собой фосфор, удаленный из сточных вод. Ключевые данные: Обычные процессы с активным илом достигают лишь около 12%–20% удаления фосфора за счет ассимиляции. В отличие от этого, системы, разработанные для биологического удаления фосфора, могут достигать содержания фосфора в иле 5%–6% (по сухой массе), при этом показатели удаления, как правило, достаточны для соответствия нормам сброса. III. Факторы, влияющие на биологическое удаление фосфора
3. Растворенный кислород (РК) Анаэробная зона: должна быть строго анаэробной; даже нитраты (NO₃⁻) должны отсутствовать. Аэробная зона: должна поддерживать достаточный уровень растворенного кислорода для обеспечения адекватного поглощения фосфора ПАО.
4. Время удерживания осадка (ВУО) ВУО значительно влияет на эффективность удаления фосфора – более короткое ВУО дает лучшие результаты: ВУО = 30 дней → ~40% удаления ВУО = 17 дней → ~50% удаления ВУО = 5 дней → до 87% удаления
5. Температура Оптимальный диапазон: 5–30°C.
6. Значение pH Оптимальный диапазон: 6–8.
7. Нагрузка по БПК₅ Соотношение БПК₅/ОФ > 20 является фундаментальным требованием для эффективного удаления фосфора. Легко биоразлагаемые низкомолекулярные органические соединения вызывают более сильное высвобождение фосфора; более полное анаэробное высвобождение приводит к большему последующему аэробному поглощению.
8. Концентрация нитратов Уровень нитратов в анаэробной зоне должен поддерживаться ниже 2 мг/л. Когда отношение ХПК/ТКН > 10, ингибирующее действие нитратов снижается.
9. Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) Зона Диапазон ОВП Аэробная зона +40 до +50 мВ Аноксидная зона -160 до -5 мВ IV. Процессы биологического удаления фосфора
10. Анаэробно-окислительный процесс (процесс А/О) Характеристики процесса: Время гидравлического удерживания (ВГС): 3–6 ч Взвешенные вещества в аэрационной емкости (ВВЕ): 2700–3000 мг/л Эффективность удаления фосфора: ~70%; ТФ в стоках < 1 мг/л Содержание фосфора в осадке: ~4% (высокая ценность для удобрений) ИОС < 100; хорошая осаждаемость, устойчивость к комкованиюПроцесс Phostrip (комбинированный биологический-химический) Процесс Phostrip объединяет биологическое и химическое удаление фосфора: (1) Основной поток проходит обычную биологическую очистку (анаэробно-аэробную). (2) Часть возвратного активного ила поступает в резервуар для отгонки, где фосфор высвобождается в анаэробных условиях. (3) Известь добавляется к богатому фосфором супернатанту для химического осаждения. (4) Отделенный ил возвращается в основную систему. Характеристики процесса Phostrip: Отличное удаление фосфора; ТФ в стоках обычно < 1 мг/л Высокое содержание фосфора в осадке: 2,1%–7,1% Низкий расход извести ИОС < 100; осадок легко осаждается, уплотняется и обезвоживается; высокая питательная/удобрительная ценность; устойчивость к комкованию Вывод Суть биологического удаления фосфора заключается в циклическом механизме «высвобождение-поглощение» ПАО, управляемом чередующимися анаэробно-аэробными условиями. Степень анаэробного высвобождения фосфора напрямую определяет способность к последующему аэробному поглощению; следовательно, строгое поддержание анаэробной среды (отсутствие как растворенного кислорода, так и нитратов) имеет решающее значение для успешного биологического удаления фосфора. Кроме того, соответствующее ВУО, достаточный источник углерода и подходящий pH являются важными факторами для обеспечения высокой эффективности удаления.