Słowa kluczowe w języku polskimDENITRYFIKACJA, DEFOSFATACJA, USUWANIE AZOTU, USUWANIE FOSFORU
Opis/streszczenie w języku polskim

Denitryfikacja defosfatacyjna jest po³¹czeniem procesów heterotroficznej denitryfikacji dysymilacyjnej i defosfatacji biologicznej. Proces ten prowadz¹ specyficzne bakterie BAPden, stanowi¹ce czêśæ wszystkich bakterii zdolnych do nadmiarowego wi¹zania ortofosforanów w naprzemiennych warunkach beztlenowo - tlenowych (BAP), ale potrafi¹cych dodatkowo akumulowaæ ortofosforany tak¿e w warunkach anoksycznych z równoczesn¹ redukcj¹ azotanów do azotu gazowego. Równoczesne i wzajemnie od siebie zale¿ne usuwanie azotu i fosforu w warunkach anoksycznych usprawiedliwia określanie tego zjawiska mianem procesu synergicznego. Potencjalne korzyści technologiczne wynikaj¹ce z zastosowania denitryfikacji defosfatacyjnej w uk³adach ze zintegrowanym usuwaniem azotu i fosforu, takie jak: 1) zmniejszenie zapotrzebowania na wêgiel organiczny niezbêdny do przeprowadzenia efektywnej denitryfikacji i defosfatacji biologicznej, 2) oszczêdnośæ energii zwi¹zanej z napowietrzaniem ścieków, 3) produkcja mniejszej ilości osadu nadmiernego, od lat sk³aniaj¹ do poszukiwania uk³adów technologicznych, które mog³yby zapewniæ synergiczne usuwanie biogenów. Dotychczas prezentowane w literaturze wyniki badañ wskazuj¹ jednak na istotne problemy aplikacyjne takich rozwi¹zañ, polegaj¹ce w g³ównej mierze na trudności w zabezpieczeniu w uk³adzie technologicznym warunków, które z jednej strony bêd¹ sprzyja³y wzrostowi i stymulacji aktywności denitryfikuj¹cych bakterii defosfatacyjnych BAPden w biomasie, z drugiej - równoczesnemu anoksycznemu poborowi ortofosforanów. Na podstawie wcześniejszych badañ za³o¿ono, ¿e powy¿sze warunki mo¿e spe³niæ hybrydowy sekwencyjny reaktor porcjowy ze z³o¿em ruchomym (MBSBBR), w którym BAPden i bakterie nitryfikacyjne produkuj¹ce azotany rozwijaæ siê bêd¹ w jednym reaktorze w b³onie biologicznej wykszta³conej na kszta³tkach ruchomego nośnika lub/i k³aczkach osadu czynnego, a warunki anoksyczne po beztlenowych bêdzie mo¿na uzyskaæ w fazach tlenowych cyklu we wnêtrzu biofilmu lub obu biotopów, w zale¿ności od za³o¿onego poziomu stê¿enia tlenu .

G³ówny cel projektu zosta³ sformu³owany w jego temacie, celami cz¹stkowymi by³y: 1)określenie warunków stymuluj¹cych wzrost b³ony biologicznej zawieraj¹cej wysoki udzia³ BAPden w BAP, 2) opracowanie warunków technologicznych umo¿liwiaj¹cych uzyskanie w MBSBBR dominuj¹cego udzia³u procesu denitryfikacji defosfatacyjnej w usuwaniu azotu i fosforu ze ścieków, 3) wyznaczenie minimalnych wartości stosunków ChZT:N i ChZT:P, przy których nadal bêdzie mo¿liwe uzyskanie zak³adanego efektu usuwania zanieczyszczeñ. Badania realizowano w modelu MBSBBR o objêtości 28l, na ściekach syntetycznych, które po wpracowaniu uk³adu, charakteryzowa³y siê poziomem wskaźników zanieczyszczeñ zbli¿onym do ścieków komunalnych. Badania swoim zakresem obejmowa³y charakterystykê ścieków surowych i oczyszczonych oraz badania monitoringowe wybranych cykli pracy reaktora. Kontrolowano stê¿enie zwi¹zków wêgla organicznego (ChZT), zwi¹zków azotu i fosforu. Uzupe³niano je na koñcu ka¿dej serii/okresu o badania BAP i bakterii akumuluj¹cych glikogen (BAG), zmiennośæ bioró¿norodności biocenozy biofilmu i osadu czynnego, aktywnośæ biomasy z wykorzystaniem testu OUR, a tak¿e o pomiar PHA we wnêtrzu komórek i test poboru fosforu umo¿liwiaj¹cy ocenê udzia³u procentowego BAPden w BAP.

Po blisko 21 tygodniach wpracowywania uk³adu, w warunkach stopniowego zwiêkszania obci¹¿enia reaktora dop³ywaj¹cym ze ściekami ³adunkiem zwi¹zków organicznych i azotu amonowego (przy stê¿eniu osadu czynnego na poziomie 1 g/l , wieku osadu 1-2 dni oraz stê¿eniu tlenu w fazach tlenowych cyklu 6-7 gO2/l) na ruchomym z³o¿u uzyskano wzrost b³ony biologicznej, zawieraj¹cej aktywne nitryfikatory, co potwierdzono utrzymuj¹c¹ siê w d³u¿szym czasie efektywności¹ nitryfikacji na poziomie 83% i stê¿eniem azotu amonowego w odp³ywie średnio 4,57 mgN-NH4+/l . Po zwiêkszeniu stê¿enia s.m. osadu czynnego do 2 g/l uzyskano praktycznie pe³n¹ nitryfikacjê z poziomem N-NH4+ w ściekach oczyszczonych poni¿ej 1 mgN-NH4+/l. W dalszym etapie badañ analizowano wp³yw ró¿nych czynników technologicznych na udzia³ BAPden w BAP w biomasie zasiedlaj¹cej MBSBBR oraz na wydajnośæ procesu denitryfikacji defosfatacyjnej w odniesieniu do ca³kowitej wydajności usuwania biogenów, w tym:1) sekwencji i czasu trwania kolejnych faz cyklu, 2) krotności i sposobu dawkowania ścieków w cyklu, oraz 3) poziomu stê¿enia tlenu w fazach tlenowych (5,0 mgO2/l, 4,0 mgO2/l, 3,0 mgO2/l, 2,0 mgO2/l i 1,5 mgO2/l ). Najwy¿szy udzia³ BAPden w BAP (odpowiednio w biofilmie i osadzie czynnym 93,6% i 79,5%) oraz denitryfikacji defosfatacyjnej w usuwaniu biogenów (25%) uzyskano dla udzia³u czasu trwania faz bez napowietrzania w fazie reakcji na poziomie 30%. W badaniach wykazano tak¿e, ¿e bardziej korzystnym rozwi¹zaniem technologicznym jest dwukrotne dawkowanie ścieków w cyklu w proporcji 2/3 i 1/3 ca³kowitej ilości ścieków dop³ywaj¹cej do urz¹dzenia w ca³ym cyklu (w stosunku do trzykrotnego w proporcji dawkowania 1/3, 1/3, 1/3) z uwagi na uzyskiwany wy¿szy udzia³ denitryfikacji defosfatacyjnej w usuwaniu fosforu (odpowiednio 19,8% i 14,4%), przy porównywalnym udziale BAPden w BAP w biomasie biofilmu na poziomie 100% i oko³o 75% w osadzie czynnym. Obni¿anie stê¿enia tlenu z pocz¹tkowego poziomu 5 mgO2/l (charakterystycznego dla czystej technologii z³o¿a ruchomego) do poziomu 2,0 mgO2/l powodowa³o wzrost udzia³u denitryfikacji defosfatacyjnej w wydajności usuwania fosforu z poziomu 15% do 55%; udzia³ BAPden w BAP w biomasie biofilmu zmienia³ siê w granicach 62-92%, w biomasie osadu czynnego odpowiednio 79-94%. Uznano, ¿e mimo i¿ w osadzie czynnym oznaczano wysoki udzia³ BAPden w BAP, przy stê¿eniu tlenu 3 mgO2/l i powy¿ej, proces denitryfikacji defosfatacyjnej zachodzi³ jedynie we wnêtrzu biofilmu (ma³e prawdopodobieñstwo istnienia strefy niedotlenionej w k³aczkach). W przedziale stê¿enia tlenu 5-2,0 mgO2/l uzyskiwano wysoko efektywne oczyszczanie ścieków ze zintegrowanym usuwaniem zwi¹zków wêgla i biogenów. Obni¿enie stê¿enia tlenu do 1,5 mgO2/l spowodowa³o spadek efektywności nitryfikacji, rzutuj¹cy na dostêpnośæ azotu utlenionego jako akceptora elektronów. W analizowanym uk³adzie MBSBBR pracuj¹cym w cyklu 8-godzinnym, przy przyjêtych na podstawie wcześniejszych wyników badañ, uznanych za najkorzystniejsze warunkach oczyszczania (dwukrotne dawkowanie ścieków w cyklu, udzia³ faz bez napowietrzania na poziomie 30% czasu reakcji, stê¿enie tlenu w fazach tlenowych 2 mgO2/l), obni¿enie stosunku ChZT:N i ChZT:P w oczyszczanych ściekach do poziomu odpowiednio 5,2 i 34,7 spowodowa³o gwa³towny spadek efektywności usuwania biogenów. Badania mikrobiologiczne potwierdzi³y spadek procentowego udzia³u BAP w biomasie biofilmu do 20%, z poziomu 30% (dla ChZT:N i ChZT:P odpowiednio 9,7% i 65,2%), a tak¿e blisko dwukrotny wzrost udzia³u procentowego BAG (odpowiednio do poziomu 9,7% z pocz¹tkowego 5,1%). Tym samym wykazano, ¿e w reaktorach porcjowych denitryfikacja defosfatacyjna mo¿e byæ alternatyw¹ dla dawkowania zewnêtrznego źród³a wêgla tylko dla ograniczonego zmniejszenia ChZT:N i ChZT:P w oczyszczanych ściekach. Nadal jednak mo¿e byæ korzystna w kontekście mniejszej produkcji osadu nadmiernego i oszczêdności energii na napowietrzanie (znacz¹ca czêśæ zwi¹zków organicznych jest utleniana w warunkach anoksycznych).

Oferta wykorzystania wyników w języku polskim

I Sprawozdanie merytoryczne omawiaj¹ce kolejne zadania badawcze (za³¹cznik do raportu koñcowego)

II Referaty

· Podedworna J., ¯ubrowska-Sudo³ M.: Denitryfikacja defosfatacyjna jako alternatywa dla konwencjonalnych metod usuwania biogenów ze ścieków . Seminarium Zak³adu Zaopatrzenia w Wodê i Odprowadzania Ścieków PW, marzec 2012

· Podedworna J., ¯ubrowska-Sudo³ M., Sytek K., Surmacz-Górska J., Gnida A.: Wyniki badañ wstêpnych nad synergicznym usuwaniem biogenów w MBSBBR . Materia³y konferencyjne nt. „Oczyszczanie ścieków komunalnych i unieszkodliwianie osadów ściekowych - procesy, technologie i urz¹dzenia” wydane na p³ycie CD. Warszawa, kwiecieñ 2013.

· Podedworna J., ¯ubrowska-Sudo³ M., Sytek K., Surmacz-Górska J., Gnida A.: Wp³yw wybranych czynników technologicznych na synergiczne usuwanie biogenów w hybrydowym reaktorze porcjowym ze z³o¿em ruchomym (MBSBBR). XXIII-rd International Scientific and Technical Conference, Water Supply and Water Quality, Toruñ, czerwiec 2014.

III Zg³oszenie patentowe

· Marciocha D., Gnida A., Surmacz-Górska J., Podedworna J., ¯ubrowska-Sudo³ M.: Sposób termicznej hydrolizy zwi¹zków wielocz¹steczkowych . Numer zg³oszenia P.408223, Urz¹d Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej.


Kompletny rekord (bez zakładek)

Pobierz odnośnik do tego rekordu

Powrót
Potwierdzenie
Czy jesteś pewien?