Фосфаты по фосфору в сточных водах что это такое

Фосфаты и общий фосфор в воде

Фосфор может содержаться и в нерастворенном состоянии (в твердой фазе воды), присутствуя в виде взвешенных в воде труднорастворимых фосфатов, включая природные минералы, белковые, органические фосфорсодержащие соединения, остат­ ки умерших организмов и др. Фосфор в твердой фазе в природных водоемах обычно находится в донных отложениях, однако может встречаться, и в больших количествах, в сточных и загрязненных природных водах.

Формы фосфора в природных водах представлены в таблице ниже.

Таблица. Формы фосфора в природных водах

Химические формы Р

Общий растворенный и взвешенный фосфор

Общий растворенный фосфор

Общий фосфор в частицах

Общий растворенный и взвешенный фосфор

Ортофосфаты в частицах

Гидролизируемые кислотой фосфаты

Общие растворенные и взвешенные гидролизируемые кислотой фосфаты

Растворенные гидролизируемые кислотой фосфаты

Гидролизируемые кислотой фосфаты в частицах

Общий растворенный и взвешенный органический фосфор

Растворенный органический фосфор

Органический фосфор в частицах

Один из вероятных аспектов процесса эвтрофикации – рост сине-зеленых водорослей ( цианобактерий ), многие из которых токсичны. Выделяемые этими организмами вещества относятся к группе фосфор- и серосодержащих органических соединений (нервно-паралитических ядов). Действие токсинов сине-зеленых водорослей может проявляться в возникновении дерматозов, желудочно-кишечных заболеваний; в особенно тяжелых случаях – при попадании большой массы водорослей внутрь организма – может развиваться паралич.

Содержание соединений фосфора подвержено значительным сезонным колебаниям, поскольку оно зависит от соотношения интенсивности процессов фотосинтеза и биохимического окисления органических веществ. Минимальные концентрации фосфатов в поверхностных водах наблюдаются обычно весной и летом, максимальные – осенью и зимой, в морских водах – соответственно весной и осенью, летом и зимой.

Общее токсическое действие солей фосфорной кислоты возможно лишь при весьма высоких дозах и чаще всего обусловлено примесями фтора.

Без предварительной подготовки проб колориметрически определяются неорганические растворенные и взвешенные фосфаты.

Источник

Химический анализ сточных вод определение растворенных фосфатов и фосфора общего

Фосфор относится к числу биогенных элементов, имеющих особое значение для развития жизни в водных объектах. Соединения фосфора встречаются во всех живых организмах, они регулируют энергетические процессы клеточного обмена. При отсутствии соединений фосфора в воде рост и развитие водной растительно­сти прекращается, однако избыток их также приводит к негативным последст­виям, вызывая процессы эвтрофирования водного объекта и ухудшение качества воды.

Соединения фосфора попадают в природные воды в результате процессов жиз­недеятельности и посмертного распада водных организмов, выветривания и рас­творения пород, содержащих фосфаты, обмена с донными осадками, поступления с поверхности водосбора, а также с бытовыми и промышленными сточными во­дами. Загрязнению природных вод фосфором способствуют широкое применение фосфорных удобрений, полифосфатов, содержащихся в моющих средствах, флотореагентов и др.

Уменьшение содержания фосфатов в воде связано с потреблением его водными организмами, а также переходом в донные отложения при образовании нераство­римых фосфатов

Предельно допустимая концентрация фосфатов (в пересчете на фосфор) в во­де водных объектов рыбохозяйственного назначения составляет

— для олиготрофных водных объектов 0,05 мг/дм;

Предельно допустимая концентрация фосфатов для водных объектов хозяйст­венно-питьевого и культурно-бытового назначения не установлена, в них норми­руется только содержание полифосфатов Предельно допустимая концентрация полифосфатов составляет 3,5 мг/дм 3 в пересчете на фосфат-ион и 1,1 мг/дм 3 в пересчете на фосфор.

В лаборатории «Экологический мониторинг» вы можете заказать комплексный анализ питьевой воды, ливневых сточных вод и промышленных, хозбытовых стоков. Заказать анализ сточных вод, можно оставив заявку на sales@chemanalytica. ru , или воспользовавшись формой обратной связи.

Если у Вас возникли вопросы, направляйте их к нам на почту по адресу sales@chemanalytica.ru или звоните по телефонам

8-800-600-62-40; 8(495)969-35-06.

Источник

Общий фосфор и фосфатные соединения в стоках: ПДК, причины появления, методы определения

Фосфор и его соединения в сточных водах

Фосфор, как и азот, является биогенным элементом, поэтому его присутствие в водоёмах наблюдается даже в случае отсутствия сброса сточных вод. Однако, этот элемент находит широкое применение человеком, поэтому его концентрация в сточных водах столь высока. Фосфор может присутствовать в воде в виде нерастворимых и растворимых соединений.

Важное свойство фосфора (при условии достаточного наличия в воде азота) – эвтрофикация (стимуляция роста водорослей). Благодаря этому свойству происходит биологическое обрастание систем водооборота.

Общий фосфор

Общим фосфором в контексте изучения сточных вод принято называть общую концентрацию элементарного фосфора и всех его соединений, как органических, так и неорганических. Принято выделять следующие классы фосфорсодержащих загрязнений в сточных водах:

Для водоочистки наибольшую проблему представляют соли фосфорных кислот – фосфаты.

Фосфаты

Фосфатами называются соли ортофосфорной кислоты H₃PO₄. При этом следует отметить, что из-за строения молекулы данной кислоты, может образовываться ряд фосфатов различного состава и строения. К примеру, растворимые соли щелочных металлов натрия (Na) и калия (K) могут быть представлены как трёхзамещёнными ортофосфатами (Na₃PO₄, K₃PO₄), так и одно- и двузамещёнными (NaH₂PO₄, KH₂PO₄; Na₂HPO₄, K₂HPO₄).

Отдельно стоит упомянуть, что при дегидратации одно- и двузамещённых ортофосфатов происходит образование линейных или кольцевых полимерных фосфатов, отвечающих общей формуле M_n+2P_nO_3n+1. Ключевая особенность полифосфатов –способность радикально изменять свойства (растворимость, термостабильность и т.д.).

Польза и вред фосфатов

Фосфор – важный биогенный элемент. Благодаря этому, фосфор и его соединения нашли широкое применение в самых различных областях жизни человека. Одно из важнейших мест применения этого элемента – производство удобрений для агропромышленности, поскольку фосфор, наряду с калием и азотом, стимулируют рост и плодоношение многих сельскохозяйственных культур. Помимо производства удобрений, соединения фосфора используют в пищевой промышленности: в качестве подкислителей (например, в газированных напитках), загустителей (в хлебопекарном деле), консервантов для масел и замороженных овощей. Бытовое применение соединений фосфора также весьма обширно, поскольку они входят в состав поверхностно-активных веществ для моющих средств и стиральных порошков.

Тем не менее, избыток фосфора может причинять вред человеку и природе. Прямых доказательств вреда фосфатов, содержащихся в стиральных порошках и другой бытовой химии нет, есть опосредованное губительное влияние на среду обитания человека. Например, запуск процессов эвтрофикации водоёмов, куда происходит сброс сточных вод. Совершенно иначе обстоят дела с некоторыми другими соединениями фосфора (в основном органическими). Широко известны боевые отравляющие вещества зоман, зарин, фосфин, новичок, VX. Все эти БОВ имеют в основе фосфор, оказывают нервнопаралитическое воздействие. Отметим, что некоторые инсектициды, применяемые в сельскохозяйственной промышленности, генетически происходят от БОВ. Разумеется, современные разработки в области инсектицидов делают их неопасными для человека.

Откуда берутся в воде?

Фосфаты и другие соединения фосфора попадают в воду в основном антропогенным путём. Небольшие количества этого элемента и его соединений присутствуют в водоёмах как часть биологического цикла. Интересно, что одно из соединений фосфора (фосфин) – это биологический маркер, присутствие которого в атмосфере других планет говорит о возможном наличие жизни.

Промышленность

Химическая, сельскохозяйственная и пищевая промышленность являются основными источниками фосфора и его соединений в сточных водах. Способы применения не ограничиваются сферой производства удобрений, бытовой и пищевой химией. В тяжёлой промышленности соединения фосфора применяются в качестве фреонов, флюсов, пассиваторов, гидрожидкостей.

Бытовой сектор

Бытовой сектор – основной источник фосфатов в сточных водах. Продукция бытовой химии содержит в своём составе фосфорорганические соединения и фосфаты в качестве поверхностно-активных веществ, регуляторов кислотности, смягчителей воды.

Считается, что фосфаты вредны для экологии и здоровья человека. Поэтому их содержание в составе бытовой химии пытаются уменьшить. Пример борьбы с антропогенными причинами повышения концентрации фосфатов в сточных водах – постепенный ввод ограничений в ряде стран Европейского союза на их содержание в стиральных порошках. В данный момент допустимая норма – 0,3-0,5г на один цикл стирки.

Неантропогенные причины

Несмотря на то, что основной источник фосфора – «человеческий фактор», это не означает, что он единственный. Большинство живых организмов так или иначе использует фосфор и его соединения в своей биохимии. Например, для млекопитающих фосфор играет важнейшую роль, поскольку он необходим для существования энергетического обмена при помощи аденозинтрифосфата (АТФ). В 1941 году Фриц Лапман открыл, что именно этот нуклеозидтрифосфат является основным переносчиком энергии в клетке. Таким образом, фосфор необходим для существования высокоорганизованных форм жизни.

Фосфор выделяется в окружающую воду во время процесса автолиза трупов животных и рыб, при разложении растительной биомассы. Затем этот фосфор вновь поступает в живые клетки, участвуя в замкнутом биологическом цикле. Можно сделать вывод, что влияние неантропогенных факторов на концетрацию фосфатов в водах достаточно низкое, поскольку эта система находится в равновесии.

Нормы и ПДК

В природоохранной сфере

В нашей стране нормы содержания фосфора и его соединений в водоёмах регулируются в соответствии с ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования», постановлении Правительства РФ от 29.07.2013 N 644 (ред. от 22.05.2020) «Об утверждении правил холодного водоснабжения и водоотведения и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации» и ряде другой нормативно-технической документации. В общем случае, ПДК зависит от типа водоёма и составляет примерно следующие величины:

Моющие средства

Роспотребнадзор с 2017 года подготовил изменения в нормативы евразийского экономического союза, которые обязывают производителей бытовой химии снижать количество фосфатов в своей продукции до 1% по массе. Вызваны такие меры во многом тем, что сброс стоков, загрязнённых синтетическими моющими средствами, в водоёмы вызывает неконтролируемый бурный рост сине-зелёных водорослей и цианобактерий. Последние нарушают природное состояние водоёмов, приводя к исчезновению тех или иных видов водорослей и живых существ.

Методики определения в сточных водах

Существует достаточно широкий перечень методов определения фосфатов в сточных водах. Условно их можно поделить на две группы – простые и сложные. Первые, к сожалению, неточны. Вторые – сложны в применении. В связи с этим, выбор конкретной методики обусловлен целесообразностью:

Исходя из этого, методики определения можно разделить на точные и грубые.

Грубые

К грубым методикам измерения относится органолептический колориметрический анализ проб воды. Данный способ измерения и требования к условиям его проведения регламентируются по ГОСТ 18309-2014 «Вода. Методы определения фосфорсодержащих веществ».

Особенность данного метода состоит в гидролизе полифосфатов с целью их превращения в ортофосфаты, с дальнейшим образованием окрашенных в синий цвет комплексных соединений с молибденом. Затем полученный раствор фотометрически исследуют при длине волны от 690 до 720 нм. Отметим, что определению фосфатов таким способом мешают железо, нитриты и растворимые силикаты. Их влияние нивелируют разбавлением или введением дополнительных реактивов, однако, это снижает точность исследования.

Ход исследования состоит из таких стадий:

Для проведения исследований с помощью колориметрического анализа требуется достаточно много времени, опыт работы в лаборатории. Высокие трудозатраты снижают целесообразность применения этого метода.

Точные

На сегодняшний день наиболее точные значения концентрации фосфатов и других соединений фосфора даёт спектрофотометрический метод анализа с использованием электронных приборов. В современном мире спектрофотометрия перестала требовать высокой квалификации оператора прибора, поскольку современная электроника позволяет проводить анализ практически без участия человека. Сущность метода состоит в измерении изменений прохождения света через образец при различной длине волны, сопоставления данных и получения данных о градации спектров образца. Этот метод весьма удобен, поскольку не требует реактивов. Анализ происходит быстро и точно. Это как раз то, что нужно, чтобы обеспечить контроль состава сточных вод.

Очистка, доочистка, удаление фосфатов

Физико-химические способы

Как и со многими другими загрязняющими сточными воды веществами, для очистки вод от фосфатов применяются физико-химические методы. Сточную воду подвергают фильтрованию с целью удаления взвешенных веществ. Благодаря этому из воды удаляют часть фосфатных соединений. Затем в воду, подвергаемую очистке, вводятся коагулянты на основе сульфата алюминия, оксихлорида алюминия или хлорида железа, иногда совместно с флокулянтом – полиакриламидом. Это помогает образованию коллоидных фосфатов, их совместному осаждению с коагулянтами. Потом, вода с уже осаждёнными фосфатами подвергается отстаиванию или очистке флотацией. На этом этапе удаляется до 90% фосфатов. Источником коагулянтов могут служить специальные железные или алюминиевые аноды. В случае электрохимической очистки процесс происходит быстрее, поскольку выделяющиеся при электролизе газы помогают хлопьям оксидов и гидроксидов металлов подыматься на поверхность воды, где они удаляются. Однако, этот метод дорогой в эксплуатации, из-за чего его редко используют.

Биологические способы

Биологическим методом очистки сточной воды называется использование активного ила, содержащего в себе ряд аэробных и анаэробных микроорганизмов, способных использовать загрязняющие фосфаты в своём метаболизме. Как правило, при биологической очистке идёт процесс одновременного удаления из сточных вод фосфора и азота, поскольку оба этих элемента играют важную роль в процессах обмена веществ живых организмов.

Специфика метода заключается во введении в специальных резервуарах (аэротенках и метантенках) в сточные воды активного ила и питательного субстрата для него. Питательный субстрат необходим для создания оптимальных условий для тех бактерий, которые активно участвуют в процессе дефосфоризации. В качестве этого субстрата часто используют низкомолекулярные летучие жирные кислоты, а основной питательной средой выступают уксусная и пропионовая кислоты. В процессе бескислородного потребления бактериями органических кислот полифосфаты начинают разлагаться (до фосфатов). Бактерии используют энергию распада этих соединений в качестве топлива для поддержания процессов жизнедеятельности. Затем уже в аэробных условиях начинается размножение бактерий и водорослей, во время которого свободные фосфаты используются для синтеза АТФ бактериями. Таким образом, фосфаты из воды попадают в биомассу, которая затем отделяется от уже очищенной воды.

Комбинированные

Комбинированным методом очистки сточных вод называется процесс, в котором после химической коагуляции, вода подвергается дополнительно процессу биологической очистки. Использование комбинированного метода весьма выгодно, поскольку происходит более полная и тщательная очистка воды. Однако, существуют нюансы.

Например, введение коагулянтов и извести в фильтруемую воду достаточно сильно повышает показатель рН воды, что губительно для микроорганизмов. Чтобы бороться с этим явлением, воду подвергают карбонизации – насыщают её углекислым газом. Углекислый газ, проходя сквозь воду, образует угольную кислоту, которая помогает снизить рН до допустимых значений.

После прохождения двух этапов очистки, вода фильтруется, из неё удаляются нерастворимые осадки, активный ил, проводится её исследование на соответствие требованиям. После этого очищенная вода отправляется в сброс.

Извлечение фосфора из осадков стоков

Из осадка сточных вод можно выделять фосфорсодержащие соединения. Для такого выделения используют методы кристаллизации и магнитного удаления.

Кристаллизацией называется процесс роста кристаллов различных фосфатов (как поли- так и орто-) в растворе на затравочных центрах. В качестве последних часто используют фосфорсодержащие минералы, либо костяной уголь, шлак доменных печей и др. После выращивания кристаллов удовлетворительного размера и массы, они удаляются из раствора.

Для магнитной очистки фосфаты связывают в нерастворимые формы, вводя соответствующие реагенты (например, хлорид кальция), а затем выделяют их из массы при помощи магнитного металла.

Важно заметить, что мировая добыча фосфора весьма ограничена, поэтому достаточно остро встаёт вопрос переработки остатков сточных вод, зачастую содержащих этот ценный элемент. Ранее считалось, что присутствие тяжёлых металлов и других опасных загрязняющих веществ делает невозможным отделение чистого фосфора от других компонентов осадков стоков, однако, современные исследования приводят к возможности использования диоксида углерода в газообразной или сверхкритической форме для извлечения фосфора и отделения его от других соединений. Более подробно про этот метод можно прочитать в патенте RU 2 531 815 C2.

Источник

Существуют разные методы удаления фосфатов из производственных и бытовых стоков: физико-химические, биологические и комбинированные, отличающиеся по способам их реализации, строительным и эксплуатационным затратам. В статье рассматриваются примеры практической реализации методов, приводится опыт наладочных работ и результаты экспериментальных исследований, посвященные изучению методов удаления фосфатов.

Ключевые слова: производственные и бытовые стоки, удаление фосфора из сточных вод, анализ методов удаления фосфатов.

Для предприятий пищевой промышленности, находящихся далеко за пределами населенного пункта и вынужденных сбрасывать очищенные производственные стоки в водоем, особую значимость приобретают эффективные, доступные для реализации, экономичные при строительстве и простые в эксплуатации методы удаления фосфора, так как концентрация этого элемента в очищенных стоках при их сбросе в рыбохозяйственный водоем не должна превышать 0,2 мг/л при исходной концентрации 20-50 мг/л.

При изучении проектов локальных очистных сооружений канализации (ЛОСК), предлагаемых зарубежными фирмами, часть из которых на сегодня уже реализована в России, в пояснительной записке к проекту, как правило, указывается, что согласно рекомендуемой технологии фосфор на стадии биологической очистки будет снижаться до 2 мг/л.

Многолетний опыт эксплуатации (с 2007 по 2016 гг.) биореакторов, работающих в режиме контактной стабилизации на ЛОСК небольшого завода по переработке мяса (Новосибирская область), опроверг оптимистические прогнозы специалистов по поводу значительного снижения фосфора на стадии биологической очистки. На этой стадии фосфор снижается максимум на 2-5 мг/л в зависимости от прироста активного ила. Степень снижения фосфора на городских очистных сооружениях канализации еще ниже из-за меньшего прироста активного ила.

Удалить фосфор на стадии доочистки также чрезвычайно проблематично по ряду причин. При поступлении на фильтры сточной жидкости с низкой концентрацией ион-фосфатов образуются в основном зародыши и дозародыши кристаллов ортофосфорной кислоты (FePO 4 или AlPO 4 ), имеющие малые размеры и состоящие, как правило, из пяти и более молекул. Это обусловлено специфическими условиями медленного протекания процесса кристаллизации, поэтому зародыши и дозародыши не могут задерживаться в межпоровом пространстве фильтрующей загрузки фракцией 1,6-2,5 мм, которая обычно принимается для доочистки сточной жидкости. При поступлении на фильтры стоков с высокой концентрацией ион-фосфатов, например, 20-50 мг/л, для получения в очищенной сточной жидкости остаточной концентрации фосфора 0,2 мг/л необходимо обеспечить удаление фосфора более чем на 99%. Однако максимально возможный эффект, который достигается при введении этих реагентов при соблюдении оптимального стехиометрического соотношения, не превышает 95%. Дальнейшее повышение эффекта удаления фосфора требует неоправданно большого расхода реагента, а ввод реагента в чрезмерно больших количествах приводит к образованию дополнительного количества гидроксида железа или алюминия, повышению нагрузки на фильтры и увеличению количества их промывок. К тому же повышенный расход реагентов увеличивает в очищенной сточной жидкости концентрацию хлоридов или сульфатов, которые также относятся к регламентируемым показателям.

Способы удаления фосфора из сточной жидкости при кажущейся простоте являются не только сложными в реализации в сравнении с удалением азота, но и создают при эксплуатации массу нежелательных последствий [4, 5]. В данной работе сделана попытка проанализировать существующие методы извлечения фосфора: физико-химическим, биологическим и комбинированным способами и поделиться результатами исследований, выполненных авторами в лабораторных, полупроизводственных и производственных условиях.

К физико-химическим относятся реагентные методы, при которых свободные ион-фосфаты связываются реагентами в труднорастворимую соль ортофосфорной кислоты. Биологический способ основан на удалении фосфора за счет его использования на синтез биомассы в биологической системе. Комбинированные методы предусматривают сочетание биологических и физико-химических методов.

Известь может вводиться как на стадии механической очистки, так и на стадии доочистки стоков. Ввод извести на стадии механической очистки приводит иногда к дестабилизации работы биологической очистки не из-за повышенного значения рН сточной жидкости, а низкой концентрации фосфатов. В биологической системе нейтрализация сточной жидкости с повышенным значением рН происходит как угольной, так и азотной кислотами, которые являются продуктами распада органических веществ и азотсодержащих соединений. Пониженная концентрация фосфора (менее 0,2 мг/л) приводит к развитию в сооружениях биологической очистки явления «вспухания» активного ила, что ведет к массовому выносу ила из вторичных отстойников.

Использование для осаждения фосфатов солей железа или алюминия при их вводе на стадии биологической очистки производственных стоков невозможно, так как для получения даже самого низкого эффекта удаления фосфора (например, 70%) необходимо вводить реагент в количестве от 20 до 50 мг/л (по иону металла). Однако уже при концентрации более 17 мг/л эти реагенты начинают оказывать негативное воздействие на метаболизм бактерий, простейших и микроскопических животных активного ила.

Ввод реагентов на стадии биологической очистки порождает две проблемы. Кристаллы ортофосфорной кислоты прочно закрепляются на аэраторах, резко сокращая срок их службы и увеличивая таким образом эксплуатационные затраты. Удельный вес активного ила с кристаллами намного выше удельного веса активного ила, поэтому для поддержания такой смеси во взвешенном состоянии требуется больший расход воздуха, что также увеличивает эксплуатационные затраты. Опыт показал, что чрезмерное снижение концентрации фосфатов на стадии биологической очистки производственных стоков дестабилизирует работу аэротенков или биореакторов.

Авторами настоящей работы в течение длительного времени отлаживалась работа биореакторов, работающих в режиме контактной стабилизации с остаточной концентрацией фосфора от 0,2 до 10 мг/л. Установлено, что уменьшение концентрации фосфора ниже 2 мг/л провоцирует развитие такого нежелательного явления, как «вспухание» активного ила. Гипотеза о том, что при концентрации фосфора, близкой к 0,2-0,6 мг/л, находящиеся в биореакторе кристаллы могут использоваться микроорганизмами для метаболизма, не получила практического подтверждения. Более того, для удаления суточного количества фосфора, связываемого на стадии биологической очистки в кристаллы труднорастворимой соли, необходимо, чтобы их концентрация была примерно равна концентрации активного ила. К примеру, если доза ила в аэротенке или биореакторе равна 4 г/л, то из этой массы 50% должно приходиться на кристаллы.

Перечисленные реагенты могут вводиться также на стадии доочистки стоков, а именно: перед отстойниками физико-химической очистки стоков или перед фильтрами доочистки. Ввод реагента перед отстойниками физико-химической очистки позволяет решить проблему удаления фосфора. При этом образующийся химический осадок требуется вывозить на полигон твердых бытовых отходов. На этой стадии использование солей железа или алюминия в необходимом количестве может привести к превышению в очищенной сточной жидкости сульфатов и хлоридов, ионов железа и алюминия, которые также относятся к регламентируемым показателям. Ввод реагентов на стадии доочистки, т.е. перед фильтрами, приводит к образованию большого количества кристаллов FeРО 4 или AlPO 4 и вызывает массовое обрастание ими фильтрующей загрузки и накопление гидроксида железа или алюминия, которые возвращаются в голову сооружений С промывной водой. Во избежание этого перед сбросом промывной воды в голову сооружений необходимо предусматривать узел для удаления кристаллов и гидроксидов алюминия или железа.

Комбинированный способ удаления фосфора (рис. 1) авторами изучен достаточно глубоко [2, 3]. Суть этого метода состоит в биологическом дефосфатировании активного ила на стадии биологической очистки и химическом связывании ион-фосфатов в труднорастворимые кристаллы ортофосфорной кислоты с последующим их осаждением в отстойниках физико-химической очистки. Особенность этого метода извлечения фосфора заключается в предварительной подготовке циркулирующего активного ила перед его подачей в аэротенки.

Рис.1. Комбинированный способ удаления фосфора из сточной жидкости

Активный ил из вторичных отстойников направляют не в аэротенк, а в сооружение (уплотнитель), где он, в зависимости от температуры иловой смеси, находится без доступа кислорода в течение 5-24 часов. Оказавшись в анаэробных условиях, микроорганизмы активного ила начинают перестраивать свой обмен веществ с аэробного дыхания на анаэробное сбраживание. В аэробных условиях микроорганизмы для метаболизма продуцируют 36 молекул АТФ (аденозинтрифосфата), состоящих примерно на 80-90% из ортофосфорной кислоты (Н 3 РО 4 ). В анаэробных условиях потребности клетки в АТФ в 6 раз ниже. Поэтому бактериальная клетка, попав из аэробных условий в анаэробные, начинает выделять в окружающую среду излишки аденозинтрифосфата.

Достоинствами этого способа являются: обеспечение требуемой степени снижения фосфора на стадии биологической очистки и использование образующегося химического осадка в качестве низкосортного удобрения для кислых почв. При использовании этого метода исключаются все недостатки, присущие методу ввода реагентов в сооружения биологической очистки. К недостаткам этого способа относится необходимость строительства: уплотнителей-дефосфатизаторов больших размеров, иногда соизмеримых со вторичными отстойниками; отстойников физико-химической очистки, рассчитанных на двухчасовое отстаивание; фильтров для доочистки стоков; реагентного хозяйства; узла для извлечения из промывных вод кристаллов ортофосфорной кислоты с последующим их обезвоживанием в естественных или искусственных условиях. При эксплуатации требуется большое количество извести, иногда необходим питательный субстрат для ускорения погружения биологической системы в анаэробные условия, образуется большой объем химического осадка. На всех этапах, где протекают процессы кристаллизации, неизбежно образование отложений в трубопроводах, арматуре, оборудовании и сооружениях, при этом, чем выше давление в трубах, тем прочнее твердые отложения.

На рис. 2 приведена технологическая схема поэтапного снижения фосфора в производственных стоках небольшого завода по переработке мяса (Новосибирская область).

Рис. 2. Поэтапный метод снижения фосфора в производственных стоках

ЛОСК этого предприятия предназначены для усреднения и нейтрализации стоков, механической очистки во флотаторах, биологической очистки в биореакторах, доочистки стоков на песчаных и угольных фильтрах, обеззараживания гипохлоритом с последующим сбросом в рыбохозяйственный водоем II категории. Согласно проектным данным максимальное количество фосфора предполагалось удалять на стадии биологической очистки с 13-39 мг/л до 2 мг/л, дальнейшее его снижение до 0,2 мг/л должно было происходить на стадии доочистки. Практика показала, что, к сожалению, декларированного проектировщиками снижения фосфора на стадии биологической очистки не произошло, этого не наблюдается и в настоящее время. На стадии биологической очистки он снижается максимум на 2-5 мг/л.

Необходимая степень удаления фосфора регулируется значением рН сточной жидкости в резервуаре-усреднителе и количеством вводимой извести. На этом этапе фосфор снижается примерно с 13-39 мг/л до 4-7 мг/л. Предложенный вариант имеет два основных достоинства. Во-первых, он вписывается в проектную технологию очистки сточной жидкости, согласно которой на стадии усреднения и нейтрализации используется щелочь. Во-вторых, ион кальция (Са 2+ ) не оказывает ингибирующего воздействия на активный ил, так как этот элемент наряду с магнием, калием и натрием относится к макроэлементам, жизненно необходимым для бактерий, простейших и микроскопических животных.

Второй этап удаления фосфора протекает в биореакторе, где фосфор удаляется естественным путем за счет его использования на синтез биомассы активного ила. В биореакторе фосфор снижается в зависимости от количества поступающих загрязнений и возраста активного ила примерно на 2-5 мг/л. В процессе эксплуатации осуществляется строгий контроль за поддержанием остаточной концентрации фосфора в биореакторе не менее 2 мг/л.

Третий этап снижения фосфора происходит на стадии доочистки в песчаных фильтрах. От хлорного железа, которое было предусмотрено проектом, пришлось отказаться, так как остаточная концентрация этого элемента в очищенной сточной жидкости превышала предельно допустимую концентрацию на сброс в водоем. При выборе реагента, который решено было использовать на этой стадии очистки, руководствовались следующими соображениями: реагент должен быть эффективным и его ввод не должен порождать дополнительные проблемы.

Анализ полученных данных позволил выявить причины низкого эффекта удаления фосфора на этом этапе очистки стоков. Прежде всего, это связано с размерами фильтрующей загрузки (1,6-2,5 мм), не способной задерживать зародыши и дозародыши кристаллов ортофосфорной кислоты. Активный ил, остающийся в загрузке по причине некачественной промывки, в результате дефосфатирования в отдельные дни увеличивал концентрацию фосфора после фильтров на 1,5-2,5 мг/л. Фильтры согласно проекту имели только водяную промывку, к тому же с пониженной интенсивностью 8,4 л/с*м2.

В настоящее время на данном объекте проводятся интенсивные испытания, направленные на сокращение расхода извести или полной ее замены, что позволит резко сократить объем химического осадка. Проходят экспериментальные исследования по апробации способов удаления фосфора на конечной стадии очистки сточной жидкости с использованием брусита, цеолита и алюмосодержащего реагента. Испытания, проведенные на модели фильтра, показали, что фосфор при использовании алюмосодержащего реагента можно снизить до 0,05-0,1 мг/л.

Вывод

Из всего многообразия существующих и апробированных на сегодня методов удаления фосфора из сточной жидкости в каждом конкретном случае должен выбираться тот, который является наиболее эффективным, дешевым, простым в реализации и эксплуатации.

Литература:
1. Справочник проектировщика под редакцией Самохина В.Н. Канализация населенных мест и промышленных предприятий. М.: Стройиздат, 1981.
2. Патент № 2230041, СО2 F. Способ удаления фосфора из сточной жидкости. Авторы: Амбросова Г.Т., Меркель О.М., Бойко Т.А. и др. Приоритет от 10.10.2002., опубликовано 10.06.2004 в «Бюллетень изобретений» №16.
3. Патент № 2276108, СО2F3/30. Способ удаления фосфора из сточной жидкости. Авторы: Амбросова Г.Т., Бойко Т.А., Максуров М.Ю. и др. Приоритет от 05.08.2004, опубликовано 10.06.2006 в «Бюллетень изобретений» №13.
4. Амбросова Г.Т., Бойко Т.А., Ксенофонтова О.В., Функ А.А. Изучение способа удаления фосфора из сточной жидкости. Журнал «Стройпрофиль», № 3, 2007, г. Санкт-Петербург.
5. Амбросова Г.Т., Ксенофонтова О.В. Прогнозирование интенсивности процессов кристаллизации в системах канализации свинокомплексов. Журнал «Известия вузов. Строительство». Новосибирск 2003, №10.

There are different methods of removing phosphates from industrial and domestic waste water: physicochemical, biological, and combined with different ways of their implementation, construction and maintenance costs. The article discusses examples of the practical implementation of the methods is commissioning experience and the results of experimental studies, devoted to methods of removing phosphates.

Keywords: industrial and domestic effluents, phosphorus removal from wastewater, analysis of methods for phosphate removal.

Ambrosova Galina Tarasovna, candidate of technical Sciences, Professor, NGASU («Sibstrin»). 630008, Novosibirsk, Leningradskaya St., 101/2. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Funk Anna Aleksandrovna, candidate of technical Sciences, associate Professor, NGASU («Sibstrin»). 630008, Novosibirsk, Leningradskaya str., 113. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Matyushenko Evgeny Nikolaevich, engineer of the 1st category of MUP Novosibirsk «Gorvodokanal». 630008, Novosibirsk, Leningradskaya str. 100, apt 15. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Журнал «Вода Magazine» №7 (107), 2016 г.

Источник