Фосфор у стічних водах - аналіз методів видалення

Ключові слова: виробничі та побутові стоки, видалення фосфору із стічних вод, аналіз методів видалення фосфатів.

Для підприємств харчової промисловості, що знаходяться далеко за межами населеного пункту і змушених скидати очищені виробничі стоки у водойму, особливої ​​значущості набувають ефективні, доступні для реалізації, економічні при будівництві та прості в експлуатації методи видалення фосфору, оскільки концентрація цього елемента в очищених стоках за їх скидання в рибогосподарське водоймище не повинно перевищувати 0,2 мг/л при вихідній концентрації 20-50 мг/л.

При вивченні проектів локальних очисних споруд каналізації (ЛОСК), пропонованих зарубіжними фірмами, частина з яких на сьогодні вже реалізована в Росії, в записці пояснення до проекту, як правило, вказується, що згідно з рекомендованою технологією фосфор на стадії біологічного очищення буде знижуватися до 2 мг / л.

Багаторічний досвід експлуатації (з 2007 по 2016 рр.) біореакторів, які працюють у режимі контактної стабілізації на ЛОСК невеликого заводу з переробки м'яса (Новосибірська область), спростував оптимістичні прогнози фахівців щодо значного зниження фосфору на стадії біологічної очистки. На цій стадії фосфор знижується максимум на 2-5 мг/л, залежно від приросту активного мулу. Ступінь зниження фосфору на міських очисних спорудах каналізації ще нижчий через менший приріст активного мулу.

Видалити фосфор на стадії доочищення також надзвичайно проблематично з низки причин.При надходженні на фільтри стічної рідини з низькою концентрацією іон-фосфатів утворюються в основному зародки і дозародки кристалів ортофосфорної кислоти (FePO 4 або AlPO 4 ), що мають малі розміри і, як правило, складаються з п'яти і більше молекул. Це зумовлено специфічними умовами повільного протікання процесу кристалізації, тому зародки і дозародки не можуть затримуватися в міжпоровому просторі завантаження, що фільтрує, фракцією 1,6-2,5 мм, яка зазвичай приймається для доочищення стічної рідини. При надходженні на фільтри стоків з високою концентрацією іон-фосфатів, наприклад, 20-50 мг/л для отримання в очищеній стічній рідині залишкової концентрації фосфору 0,2 мг/л необхідно забезпечити видалення фосфору більш ніж на 99%. Однак максимально можливий ефект, який досягається при введенні цих реагентів за дотримання оптимального стехіометричного співвідношення, не перевищує 95%. Подальше підвищення ефекту видалення фосфору вимагає невиправдано великої витрати реагенту, а введення реагенту в надмірно великих кількостях призводить до утворення додаткової кількості гідроксиду заліза або алюмінію, підвищення навантаження на фільтри та збільшення їх промивок. До того ж підвищена витрата реагентів збільшує в очищеній стічній рідині концентрацію хлоридів або сульфатів, які також відносяться до показників, що регламентуються.

Способи видалення фосфору зі стічної рідини при простоті, що здається, є не тільки складними в реалізації в порівнянні з видаленням азоту, але і створюють при експлуатації масу небажаних наслідків [4, 5].У цій роботі зроблено спробу проаналізувати існуючі методи вилучення фосфору: фізико-хімічним, біологічним та комбінованим способами та поділитися результатами досліджень, виконаних авторами у лабораторних, напіввиробничих та виробничих умовах.

До фізико-хімічних відносяться реагентні методи, при яких вільні іон-фосфати зв'язуються реагентами у важкорозчинну сіль ортофосфорної кислоти. Біологічний спосіб заснований на видаленні фосфору за рахунок його використання на синтез біомаси у біологічній системі. Комбіновані методи передбачають поєднання біологічних та фізико-хімічних методів.

У нашій країні ще в 60-70-х роках [1] вивчені та апробовані фізико-хімічні методи зниження фосфору на стадії механічного та біологічного очищення стоків з використанням реагентів [СаО, FeCl 3 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , FeSO 4 або Al 2 (SO 4) 3]. Нині деяких об'єктах Російської Федерації для осадження фосфатів замість сірчанокислого алюмінію використовується оксихлорид алюмінію (ОХА), у якому частку активної частини (Al 2 O 3 ) припадає 20-22%. Реагенти можуть вводитися на стадії механічної або біологічної очистки, а також доочищення стоків. Доза реагенту залежить як від його виду, так і необхідного ступеня вилучення фосфору, а також обраної точки введення. В результаті хімічної взаємодії реагенту з вільними іон-фосфатами утворюються складні солі: Ca 5 OH(PO 4 ) 3 , FePO 4 або АlPO 4 .

Вапно може вводитися як на стадії механічної очистки, так і на стадії доочищення стоків.Введення вапна на стадії механічної очистки призводить іноді до дестабілізації роботи біологічної очистки не через підвищене значення рН стічної рідини, а низької концентрації фосфатів. У біологічній системі нейтралізація стічної рідини з підвищеним значенням рН відбувається як вугільної, так і азотної кислот, які є продуктами розпаду органічних речовин і азотовмісних сполук. Знижена концентрація фосфору (менше 0,2 мг/л) призводить до розвитку у спорудах біологічної очистки явища «спухання» активного мулу, що веде до масового винесення мулу з вторинних відстійників.

Використання для осадження фосфатів солей заліза або алюмінію при їх введенні на стадії біологічного очищення виробничих стоків неможливе, тому що для отримання навіть найнижчого ефекту видалення фосфору (наприклад, 70%) необхідно вводити реагент у кількості від 20 до 50 мг/л (іон) металу). Однак вже при концентрації більше 17 мг/л ці реагенти починають негативно впливати на метаболізм бактерій, найпростіших і мікроскопічних тварин активного мулу.

Введення реагентів на стадії біологічної очистки породжує дві проблеми. Кристали ортофосфорної кислоти міцно закріплюються на аераторах, різко скорочуючи термін їхньої служби та збільшуючи таким чином експлуатаційні витрати. Питома вага активного мулу з кристалами набагато вище питомої ваги активного мулу, тому для підтримки такої суміші у зваженому стані потрібна більша витрата повітря, що також збільшує експлуатаційні витрати. Досвід показав, що надмірне зниження концентрації фосфатів на стадії біологічної очистки виробничих стоків дестабілізує роботу аеротенків або біореакторів.

Авторами цієї роботи протягом тривалого часу налагоджувалась робота біореакторів, що працюють у режимі контактної стабілізації з залишковою концентрацією фосфору від 0,2 до 10 мг/л. Встановлено, що зменшення концентрації фосфору нижче 2 мг/л провокує розвиток такого небажаного явища, як «спухання» активного мулу. Гіпотеза про те, що при концентрації фосфору, близької до 0,2-0,6 мг/л, кристали, що знаходяться в біореакторі, можуть використовуватися мікроорганізмами для метаболізму, не отримала практичного підтвердження. Більш того, для видалення добової кількості фосфору, що зв'язується на стадії біологічної очистки в кристали важкорозчинної солі, необхідно, щоб їх концентрація була приблизно дорівнює концентрації активного мулу. Наприклад, якщо доза мулу в аеротенці або біореакторі дорівнює 4 г/л, з цієї маси 50% повинно припадати на кристали.

Перераховані реагенти можуть вводитися також на стадії доочищення стоків, а саме перед відстійниками фізико-хімічної очистки стоків або перед фільтрами доочищення. Введення реагенту перед відстійниками фізико-хімічної очистки дозволяє вирішити проблему видалення фосфору. При цьому хімічний осад, що утворюється, потрібно вивозити на полігон твердих побутових відходів. На цій стадії використання солей заліза або алюмінію у необхідній кількості може призвести до перевищення в очищеній стічній рідині сульфатів та хлоридів, іонів заліза та алюмінію, які також відносяться до регламентованих показників. Введення реагентів на стадії доочищення, тобто.перед фільтрами, призводить до утворення великої кількості кристалів FeРО 4 або AlPO 4 і викликає масове обростання ними завантаження, що фільтрує, і накопичення гідроксиду заліза або алюмінію, які повертаються в голову споруд З промивною водою. Щоб уникнути цього перед скиданням промивної води в голову споруд, необхідно передбачати вузол для видалення кристалів і гідроксидів алюмінію або заліза.

Комбінований спосіб видалення фосфору (рис. 1) авторами вивчено досить глибоко [2, 3]. Суть цього методу полягає в біологічному дефосфатуванні активного мулу на стадії біологічного очищення та хімічному зв'язуванні іон-фосфатів у важкорозчинні кристали ортофосфорної кислоти з подальшим їх осадженням у відстійниках фізико-хімічного очищення. Особливість цього методу вилучення фосфору полягає у попередній підготовці циркулюючого активного мулу перед його подачею в аеротенки.

Рис.1. Комбінований спосіб видалення фосфору зі стічної рідини

Активний мул із вторинних відстійників направляють над аеротенк, а споруду (ущільнювач), де він, залежно від температури мулової суміші, перебуває без доступу кисню протягом 5-24 годин. Опинившись в анаеробних умовах, мікроорганізми активного мулу починають перебудовувати свій обмін речовин з аеробного дихання на анаеробне зброджування. В аеробних умовах мікроорганізми для метаболізму продукують 36 молекул АТФ (аденозинтрифосфату), що складаються приблизно на 80-90% ортофосфорної кислоти (Н 3 РО 4 ). В анаеробних умовах потреби клітини в АТФ у 6 разів нижчі. Тому бактеріальна клітина, потрапивши з аеробних умов в анаеробні, починає виділяти в навколишнє середовище надлишки аденозинтрифосфату.

Ілова вода, збагачена іон-фосфатами, відводиться з ущільнювача у відстійники фізико-хімічного очищення, перед якими вводиться вапно у кількості, що забезпечує підвищення рН до 10,5-11. На цій стадії Са(ОН)2 взаємодіє з фосфатами, утворюючи кристали солі Са 5 ОН(РО 4 ) 3 які разом з частинками активного мулу зневоднюються на стрічкових фільтр-пресах. Циркулюючий активний мул, що втратив частину фосфору в ущільнювачі, прямує в аеротенки, де завдяки присутності кисню та поживного субстрату він починає «жадібно» поглинати фосфор, відновлюючи його втрату в ущільнювачі. Робота споруд налаштовується таким чином, щоб кількість фосфору, що надійшов на очисні споруди каналізації, дорівнює кількості фосфору, що виділяється з клітин мікроорганізмів на стадії ущільнення циркулюючого мулу, зі збереженням залишкової концентрації фосфору в аеротенці на рівні 2 мг/л. Для подальшого зниження фосфору до 0,2 мг/л також потрібно доочищення.

Достоїнствами цього способу є: забезпечення необхідного ступеня зниження фосфору на стадії біологічної очистки і використання хімічного осаду, що утворюється, як низькосортного добрива для кислих грунтів. При використанні цього методу виключаються всі недоліки, притаманні методу введення реагентів у споруди біологічної очистки.До недоліків цього способу відноситься необхідність будівництва: ущільнювачів-дефосфатизаторів великих розмірів, іноді порівнянних з вторинними відстійниками; відстійників фізико-хімічного очищення, розрахованих на двогодинне відстоювання; фільтрів для доочищення стоків; реагентного господарства; вузла для вилучення з промивних вод кристалів ортофосфорної кислоти з подальшим зневодненням в природних або штучних умовах. При експлуатації потрібна велика кількість вапна, іноді необхідний живильний субстрат для прискорення занурення біологічної системи в анаеробні умови, утворюється великий обсяг хімічного осаду. На всіх етапах, де протікають процеси кристалізації, неминуче утворення відкладень у трубопроводах, арматурі, обладнанні та спорудах, при цьому, чим вищий тиск у трубах, тим міцніше тверді відкладення.

На рис. 2 наведено технологічну схему поетапного зниження фосфору у виробничих стоках невеликого заводу з переробки м'яса (Новосибірська область).

Мал. 2. Поетапний метод зниження фосфору у виробничих стоках

ЛОСК цього підприємства призначені для усереднення та нейтралізації стоків, механічного очищення у флотаторах, біологічного очищення в біореакторах, доочищення стоків на піщаних та вугільних фільтрах, знезараження гіпохлоритом з подальшим скиданням у рибогосподарську водойму II категорії. Згідно з проектними даними, максимальну кількість фосфору передбачалося видаляти на стадії біологічного очищення з 13-39 мг/л до 2 мг/л, подальше його зниження до 0,2 мг/л мало відбуватися на стадії доочищення. Практика показала, що, на жаль, декларованого проектувальниками зниження фосфору на стадії біологічної очистки не відбулося, цього не спостерігається і зараз.На стадії біологічної очистки він знижується максимум на 2-5 мг/л.

У зв'язку з цим на стадії налагоджувальних робіт було поставлено завдання підібрати такий спосіб видалення фосфору, який дозволить досягти його зниження до 0,2 мг/л з мінімальними витратами на реконструкцію. У період із 2008 по 2009 роки. авторами була проведена велика серія дослідів спочатку в лабораторних, а потім і у виробничих умовах, в ході яких було вивчено кілька видів реагентів - вапна, солей магнію, заліза, алюмінію - при введенні їх у різних кількостях і на різних етапах очищення стоків. Виконані дослідження дозволили визначити найефективніші реагенти та вибрати вдалі точки їх введення. Відповідно до запропонованого методу зниження фосфору починається на стадії усереднення та нейтралізації стоків з використанням вапна.

Необхідний ступінь видалення фосфору регулюється значенням рН стічної рідини в резервуарі-усреднителі і кількістю вапна. На цьому етапі фосфор знижується приблизно з 13-39 мг/л до 4-7 мг/л. Запропонований варіант має дві основні переваги. По-перше, він вписується в проектну технологію очищення стічної рідини, згідно з якою на стадії усереднення та нейтралізації використовується луг. По-друге, іон кальцію (Са 2+ ) не має інгібуючого впливу на активний мул, оскільки цей елемент поряд з магнієм, калієм і натрієм відноситься до макроелементів, життєво необхідних для бактерій, найпростіших і мікроскопічних тварин.

Другий етап видалення фосфору протікає в біореакторі, де фосфор видаляється природним шляхом за рахунок його використання на синтез біомаси активного мулу.У біореакторі фосфор знижується в залежності від кількості забруднень, що надходять, і віку активного мулу приблизно на 2-5 мг/л. У процесі експлуатації здійснюється строгий контроль за підтриманням залишкової концентрації фосфору в біореакторі не менше 2 мг/л.

Третій етап зниження фосфору відбувається на стадії доочищення у піщаних фільтрах. Від хлорного заліза, яке було передбачено проектом, довелося відмовитись, оскільки залишкова концентрація цього елемента в очищеній стічній рідині перевищувала гранично допустиму концентрацію на скидання у водойму. При виборі реагенту, який вирішено було використовувати на цій стадії очищення, керувалися такими міркуваннями: реагент повинен бути ефективним і його введення не має породжувати додаткових проблем.

Після проведення низки лабораторних випробувань з трьох реагентів - FeCl 3 , Al 2 (SO 4 ) 3 *18Н 2 Про ОХА зупинилися на оксихлорид алюмінію з більш високою часткою активної частини. При проведенні лабораторних випробувань запровадження ОХА у співвідношенні Р:Al 3+:З =1:2 призводило до зниження фосфору на 85-90%; залишкова концентрація фосфору визначалася профільтрованої через паперовий фільтр пробі. Виробничі випробування показали, що завантаження, що фільтрує, дуже швидко забивалось гідроксидом алюмінію, доводилося збільшувати кількість промивок, що негативно позначалося на роботу всього комплексу, так як резервуари-усреднители мали обмежені можливості. Крім того, введення реагенту перед фільтрами з великим завантаженням забезпечувало зниження фосфору максимум на 20-25%.

Аналіз даних дозволив виявити причини низького ефекту видалення фосфору цьому етапі очищення стоків.Перш за все, це пов'язано з розмірами завантаження, що фільтрує (1,6-2,5 мм), не здатної затримувати зародки і дозародки кристалів ортофосфорної кислоти. Активний мул, що залишається у завантаженні через неякісне промивання, в результаті дефосфатування в окремі дні збільшував концентрацію фосфору після фільтрів на 1,5-2,5 мг/л. Фільтри згідно з проектом мали лише водяне промивання, до того ж зі зниженою інтенсивністю 8,4 л/с*м2.

В даний час на даному об'єкті проводяться інтенсивні випробування, спрямовані на скорочення витрати вапна або повної його заміни, що дозволить різко скоротити обсяг хімічного осаду. Проходять експериментальні дослідження з апробації способів видалення фосфору на кінцевій стадії очищення стічної рідини з використанням бруситу, цеоліту і реагенту, що містить алюмо. Випробування, проведені на моделі фільтра, показали, що фосфор при використанні алюмосодержащих реагенту можна знизити до 0,05-0,1 мг/л.

На жаль, запропонований для даного комплексу метод видалення фосфору також не позбавлений недоліків, частина вже прокоментована вище. До додаткових можна віднести обов'язкове введення до складу очисних споруд піщаних фільтрів і фільтрів, завантажених алюмосодержащим реагентом. У процесі експлуатації фільтри, завантажені реагентом, потрібно регенерувати (лужним та підкисленим розчинами). Потрібно регенерувати через кожні 2-3 роки мембрани аераторів у біореакторах і через 3-5 років - стрічки фільтр-пресів, оскільки вони заростають кристалами Са 5 ОН(РО 4 ) 3 .

З усього різноманіття існуючих і апробованих на сьогодні методів видалення фосфору зі стічної рідини в кожному конкретному випадку повинен вибиратися той, який є найбільш ефективним, дешевим, простим у реалізації та експлуатації.

Література:
1.Довідник проектувальника за редакцією Самохіна В.М. Каналізація населених місць та промислових підприємств. М.: Будвидав, 1981.
2. Патент № 2230041, СО2 F. Спосіб видалення фосфору зі стічної рідини. Автори: Амбросова Г.Т., Меркель О.М., Бойко Т.О. та ін. Пріоритет від 10.10.2002., опубліковано 10.06.2004 у «Бюлетень винаходів» №16.
3. Патент № 2276108, СО2F3/30. Спосіб видалення фосфору зі стічної рідини. Автори: Амбросова Г.Т., Бойко Т.О., Максуров М.Ю. та ін. Пріоритет від 05.08.2004, опубліковано 10.06.2006 у «Бюлетень винаходів» №13.
4. Амбросова Г.Т., Бойко Т.А., Ксенофонтова О.В., Функ О.О. Вивчення способу видалення фосфору зі стічної рідини. Журнал "Будпрофіль", № 3, 2007, м. Санкт-Петербург.
5. Амбросова Г.Т., Ксенофонтова О.В. Прогнозування інтенсивності процесів кристалізації у системах каналізації свинокомплексів. Журнал «Известия вузів. Будівництво». Новосибірськ 2003 №10.

Phosphorus in wastewater - analysis of the removal methods

Існують різні методи ремісничих фосфатів від індустріальних і домашніх waste water: фізично-хімічної, біологічної, і поєднуються з різними способами їх implementation, construction and maintenance costs. Матеріали роздумів про те, як практична реалізація методів є комісія experiments і результати experimentals studies, розгортання методів ремісничих робіт.

Keywords: промислові та домашні effluents, фосфор remove від wastewater, аналіз методів для phosphate removal.

Ambrosova Galina Tarasovna, candidate of technical Sciences, Professor, NGASU («Sibstrin»). 630008, Новосибірськ, Leningradskaya St., 101/2. E-mail: Адреса електронної пошти приховується від різних спамерських пошукових роботів. Для перегляду адреси у вашому браузері має бути включений Javascript.

Funk Anna Aleksandrovna, candidate of technical Sciences, associate Professor, NGASU («Sibstrin»). 630008, Новосибірськ, Leningradskaya str., 113.E-mail: Адреса електронної пошти приховується від різних спамерських пошукових роботів. Для перегляду адреси у вашому браузері має бути включений Javascript.

Matyushenko Evgeny Nikolaevich, engineer of 1st category of MUP Novosibirsk «Gorvodokanal». 630008, Новосибірськ, Leningradskaya str. 100, apt 15. E-mail: Адреса електронної пошти приховується від різних спамерських пошукових роботів. Для перегляду адреси у вашому браузері має бути включений Javascript.

Журнал "Вода Magazine" №7 (107), 2016 р.

Видалення фосфатів з води: 3 ефективні реагентні методи.

Фосфати у басейні - Це сполуки, що містять фосфор. У воду басейну фосфати можуть потрапляти по-різному.

- вихідна вода (може містити достатню для проблемної експлуатації басейну кількість фосфат-іона);
- миючі засоби, що потрапляють у басейн;
- засоби гігієни, гелі для душу, шампуні, не випрані порошки в купальних костюмах;
- рослини (листя, що потрапили у чашу басейну);
- Деякі види засобів для басейну теж містять фосфати.

У ЧОМУ ПРОБЛЕМА ФОСФОРУ?

Різні форми ФОСФОРУ у воді перебувають у безперервній взаємодії та активно споживаються синьо-зеленими та іншими водоростями та мікроорганізмами, дозволяючи їм активно розмножуватися.

«ФОСФАТИ» - мікроелемент, що найбільш легко засвоюється фітопланктоном! Бувають органічні та неорганічні.
Також мікроорганізми живляться азотистими сполуками (їх ми видаляти теж навчилися ефективно – про це Ви можете поставити запитання індивідуально нам електронною поштою та зателефонувавши на телефон +7 (499) 3478747, і попросивши консультацію з хіміком.

Здебільшого це: 1) ОРТОФОСФАТ (H2PO4 – При Ph 3-7. HPO4 – при Ph 8-12) – органічний.

За наявності великої кількості ФОСФАТІВ у воді плавального басейну, навіть при досить високому рівні дезінфекції (рівня вільного хлору), можлива проблема боротьби з водоростями та іншими мікроорганізмами. Зазвичай додавання альгіцидів мало допомагає у разі.

У плавальних басейнах не складно видалити фосфорні сполуки за допомогою реагентного методу (у водопостачанні та водовідведенні іноді використовується біологічний метод видалення фосфору за допомогою запуску бактерій певного виду, які ефективно з'їдають фосфати).

На жаль, контроль рівня фосфатів у плавальному басейні на сьогоднішній день не включений до обов'язкової програми виробничого контролю законодавчо. Однак наша компанія рекомендує підтримувати цей показник у водах плавальних басейнів близьким до НУЛЮ.

Ми пропонуємо 3 швидкі варіанти видалення ФОСФОРУ з води плавальних басейнів:

1) АНТИФОСФАТ від компанії FLUIDRA AstralPOOL (у складі хлорид лантану).

Використання на основі коагулянту "Еко-флок" на основі сульфату алюмінію допоможе знижувати фосфати на постійній основі, якщо зможете організувати правильне дозування правильним насосом дозації. Але тут необхідно оцінювати швидкість осадження сульфатом алюмінію фосфатів та надходження нових порцій фосфатів у воду.