Очисткa сточных вод от фосфора

В коммунально-бытовые сточные воды фосфор может попадать двумя путями: из-за использования в составе моющих средств и как продукт метаболизма фосфора в организме человека. Фосфор является важнейшим биогенным элементом для развития микроорганизмов в очистных сооружениях вследствие его участия в информационных и энергетических процессах клетки. Содержание фосфора в составе сухой биомассы около 1,5 % [3].
Основные потребности в фосфоре удовлетворяются в результате поглощения фосфат-ионов. Эффективное удаление фосфора в процессе очистки сточных вод связано с микробным превращением фосфатов во внутриклеточные полифосфаты (таблица 1) [3]. В технологии полной биологической очистки сточных вод с последующей нитрификацией обычно за счет потребления фосфатов бактериями в аэротенках удаляется не более 10-30 % растворенных форм фосфора [1, 2]. Для эффективного удаления фосфора из сточных вод традиционно используют их реагентную обработку, последовательно дополняющую биологическую очистку, реализуемую до или после нее. В качестве реагентов используются коагулянты, например, Al2(SO4)3, Fe(Cl)2, а также флокулянты, такие как полиакриламид.
В отличие от традиционной последовательной физико-химической и биологической обработки сточных вод реагент VTA Biokat P500 предполагает его внесение непосредственно в биологическую систему (активный ил) для получения максимального эффекта от его использования. Компоненты реагента VTA Biokat P500 являются традиционными, как коагулянты и флокулянты, однако способ приготовления некоторых из них, таких как соединения железа, в форме наночастиц ферромагнетита, а также соотношения между реагентами являются оригинальными. 
Таким образом, реагент VTA Biokat P500 является системным продуктом, обеспечивающим улучшение комплекса показателей очистки.
На основании результатов, полученных в лабораторном масштабе, было решено провести опытно-промышленные испытания на БОСК г. Чистополя с оценкой эффективности применения реагента VTA Biokat P500 для очистки сточных вод и акцентированным исследованием влияния реагента на микробиоценоз активного ила.
Таким образом, целью настоящих исследований являлась оценка эффективности биологических процессов очистки сточных вод по результатам исследования микробиоценоза активного ила в присутствии реагента в среде. Опытно-промышленные испытания были проведены в период с 7 октября 2013 года по 28 ноября 2013 года и заняли 52 суток. 
Расход реагента VTA Biokat P500 составлял от 3 до 8 дм3/ч (в среднем 5 дм3/ч) с его дозированием непосредственно в опытный аэротенк одной из четырех независимых очередей очистки. Расход поступающих сточных вод в каждую очередь составлял в среднем 104 м3/ч (~2500 м3/сут). Таким образом, удельный расход реагента составлял от 0,000029 до 0,000077 м3/м3 сточной воды. Другая очередь системы очистки являлась контрольной и использовалась для сравнения с опытной.
По результатам микроскопической съемки было показано, что хлопья активного ила с реагентом представляют собой морфологически более крупные агрегированные образования. Следствием эффективного агрегирования хлопьев активного ила в присутствии реагента VTA Biokat P500 являлось улучшение важнейшего технологического параметра — скорости их осаждения (седиментации), что позволяет быстрее отделять активный ил от очищенной воды и в итоге определяет производительность процесса очистки. 
Микробиоценоз как контрольной, так и опытной линий очистки характеризовался разнообразием простейших, червей и многоклеточных, являющихся индикаторными организмами: инфузориями, червями, коловратками и др. 
Концентрация активного ила по сухому веществу свидетельствует о некотором его «утяжелении» из-за связывания с реагентом, а также взвешенными веществами и другими примесями, извлекаемыми из воды. Увеличение концентрации также свидетельствует о повышении плотности иловых хлопьев.
Зольность образцов активного ила определялась для оценки накопления в его составе неорганических составляющих вследствие связывания с реагентом VTA Biokat P500, а также фосфатов и других неорганических компонентов сточной воды. Зольность образцов активного ила для опытной и контрольной линий очистки сравнима и составила в опыте от 35 до 38 %, в контроле — от 32 до 37 %.
Вклад реагента в увеличение зольности оказался незначимым, вероятно, из-за небольшого количества минеральных компонентов полиалюминия гидроксихлорида и хлорида железа (II) в его составе, а также с учетом вывода избыточного активного ила в количестве 10-20 %. Другие компоненты, извлекаемые реагентом из воды в хлопья активного ила, такие как фосфаты и нитриты, могут подвергаться биологической трансформации с целью энергетического и конструктивного обмена в клетках, а не накапливаться в виде балластных зольных компонентов.
Извлечение фосфора, накопленного с фосфатами в активном иле, проводилось методом экстракции соляной кислотой по Кирсанову. Определение количества фосфора по указанной методике учитывает его подвижные соединения в пересчете на Р2О5. 
Показано, что фосфор накапливается в опытном активном иле в количестве в среднем в два раза большем, чем в контрольном иле (таблица 2). При достижении определенного равновесия, определяемого его содержанием в среде и биотрансформации, дальнейшего увеличения его количества в активном иле не было отмечено на протяжении всего времени эксперимента.
Более того, по окончании дозирования реагента через 2,5 недели не было отмечено изменений в накоплении фосфора в образцах активного и опытного ила. Это может быть связано с различными процессами биотрансформации полифосфатов, накопленных в клетках опытного ила, высвобождения фосфатов и требует дальнейших исследований. В результате проведенных опытно-промышленных испытаний реагента VTA Biokat P500 на БОСК г. Чистополя с оценкой биологических процессов очистки сточных вод показано:
1. Значительное увеличение эффективности удаления компонентов сточных вод с обеспечением их нормативного содержания в очищенной воде.
2. Экспериментально доказано, что длительное присутствие (более 50 суток) и накопление реагента в системе биологической очистки при непосредственном его внесении в аэротенк с целью удаления фосфатов и других компонентов сточных вод не оказывает негативного воздействия на протекание биологических процессов. 
3. Подтверждена функция реагента как флокулянта-коагулянта иловых хлопьев с образованием плотных компактных флоккул активного ила, что обеспечивает его превосходные эксплуатационные свойства: седиментацию и снижение взвешенных веществ.
4. Результаты микроскопического анализа образцов активного ила подтверждают вышеприведенные выводы. 

АВТОРЫ:
СИРОТКИН А.С., заведующий кафедрой промышленной биотехнологии Казанского национального исследовательского технологического университета, д.т.н., профессор;

Кубингер У., генеральный директор компании VTA Austria GmbH, почетный доктор;

БУТТИНГЕР А., технический директор компании VTA Austria GmbH;

КОБЕЛЕВА Й.В., аспирант кафедры промышленной биотехнологии Казанского национального исследовательского технологического университета;

ЕРЕМЕЕВА Т.М., начальник биологических очистных сооружений г. Чистополя, филиал ООО «Водоканалсервис»;

ЛЕНВЕБЕР В., научный консультант компании VTA Austria GmbH;

ХАЙРУЛЛИН Р.Н., президент ООО «ВТА-Татарстан»;

ЧУХЛАНЦЕВ А.В., директор ООО «ВТА-Татарстан»

Список литературы
1. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками / Н.С. Жмур. — М.: Акварос, 2003. — 512 с.
2. Кузнецов А.Е. Научные основы экобиотехнологии: учеб. пособие: в 2 т. - Т.1 / А.Е. Кузнецов, Н.Б. Градова. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. — 629 с.
3. Терентьев В.И. Биотехнология очистки воды. В 2-х ч. Ч. 1. / В.И. Терентьев, Н.М. Павловец. — СПб.: Гуманистика, 2003. — 272 с.