Источники повышения концентрации фосфора в сточной жидкости, поступающей на очистные сооружения канализации, и способы их устранения Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Инженерное обеспечение

УДК 628.35:661.635

ИСТОЧНИКИ ПОВЫШЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ФОСФОРА В СТОЧНОЙ ЖИДКОСТИ, ПОСТУПАЮЩЕЙ НА ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ КАНАЛИЗАЦИИ, И

СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

Амбросова Г.Т., Матюшенко Е.Н., Функ А. А., Синеева Н.В.

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин),

Адрес: 630008, г. Новосибирск, ул. Ленинградская, д.113,

E-mail: [email protected]

Аннотация. Поступающая на очистные сооружения канализации (ОСК) сточная жидкость, имеет несколько источников насыщения фосфором: стоки от жилой застройки и промышленных предприятий, иловая вода уплотнителей избыточного активного ила или иловая вода уплотнителей совместного сгущения сырого осадка и избыточного активного ила, иловая вода уплотнителей промытого осадка в схемах с метантенками и вакуум-фильтрами, а также иловая вода иловых площадок, фугат центрифуг и фильтрат фильтр-прессов. Перечисляются достоинства и недостатки известных способов удаления фосфора. Даётся сравнительная оценка реагентов, применяемых для удаления фосфора, указываются необходимые условия для успешного протекания процесса кристаллизации. Анализируются экспериментальные данные с точки зрения возможного их применения на функционирующих ОСК.

Ключевые слова: сточная жидкость; очистные сооружения канализации; фосфор; фосфаты; реагенты.

Существующая проблема

С начала 1960-х до середины 1980-х годов считалось, что исключить загрязнение водоёмов можно при сбросе в них сточной жидкости, освобождённой от нерастворимых и растворимых органических загрязнений. Предполагалось, что достаточно удалить из сточной жидкости взвешенные вещества и снизить БПК, загрязнение водоёмов будет исключено, а их цветение будет невозможным.

Опасность цветения водоёмов состоит в насыщении природной воды канцерогенными веществами, выделяющимися в окружающую среду в процессе жизнедеятельности некоторых сине-зелёных водорослей (Anabaena, Oscillatoria) и диатомовых водорослей (Asterionella, Synedra, Melosira) [1]. В результате природная вода становится непригодной для питьевых целей, так как при длительном употреблении такой воды у человека развивается цирроз печени или нарушается работа центральной нервной системы. Интенсивное развитие водорослей со временем нарушает и условия обитания флоры и фауны водоёмов, так как к концу вегетационного периода они осаждаются на дно водоёма, загнивают и обогащают природную воду продуктами анаэробного разложения органических веществ. Ухудшаются органолептические и физико-химические показатели природной воды, нарушается кислородный баланс водоёма, снижается эстетический вид.

К концу 1970-х годов в Советском Союзе практически все населённые пункты городского типа обладали комплексами, предусматривающими полную биологическую очистку смеси бытовых и производственных стоков. Однако водные объекты продолжали «цвести». Впоследствии

многочисленные исследования учёных показали, что «цветение» водоёмов вызвано присутствием в сбрасываемых стоках биогенных элементов (азота, фосфора и серы).

Первоначально решить проблему эвтрофирования водоёмов предполагалось путём удаления из сточной жидкости только одного биогенного элемента - азота, применив нитрификацию и денитрификацию. Удаление только одного биогенного элемента на действующих ОСК намного проще технически и экономически. Однако в результате проведения многочисленных отечественных и зарубежных исследований был установлен факт превалирующего воздействия на эвтрофирование водоёмов фосфора. Цветение водоёма возможно даже при очень низких значениях фосфора (более 0,2 мг/л).

На сегодня существует три принципиально отличных метода удаления фосфора из сточной жидкости: биологический, физико-химический и комбинированный. Безусловно, из перечисленных способов самым привлекательным является биологический, однако его крайне сложно организовать в производственных условиях, особенно при совмещении с процессом нитрификации и денитрификации.

Физико-химические методы предполагают связывание фосфора в трудно растворимую соль ортофосфорной кислоты путём ввода в сточную жидкость химических реагентов. Самыми распространенными реагентами при физико-химическом методе являются соли алюминия, железа, магния, а также известь. Этот метод позволяет снизить фосфор вплоть до нуля, при любых исходных значениях фосфора. Реагентные методы удаления фосфора были основательно

изучены в нашей стране в конце 1960-х и начале 1970-х годов [2]. Однако существует ряд существенных недостатков, основным из которых является образование больших объёмов осадка, содержащего ионы железа или алюминия и относящегося к химическим осадкам, подлежащим размещению на специальных полигонах.

Комбинированные методы предполагают сочетание биологических и физико-химических методов. К сожалению, данный метод имеет один существенный недостаток, заключающийся в дополнительном строительстве сооружений, что значительно увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты.

Цель исследований. Определение мест

дефосфатирования сточной жидкости

Цель настоящих исследований состоит в изучении мест интенсивного обогащения сточной жидкости фосфором на функционирующих ОСК, разработке простых и эффективных способов его снижения. Авторами настоящей статьи проведен сравнительный анализ методов удаления фосфора и предложен метод удаления фосфора совместно с сульфатами [3, 4].

На сегодня в Российской Федерации ОСК, возведенные по типовым проектам 1960-70-х годов работают по устаревшим технологиям. В данных проектах были включены узлы, являющиеся местом интенсивного дефосфатирования, т. е. обогащения сточной жидкости фосфором: первичные отстойники с подачей в них избыточного активного ила для его уплотнения, преаэраторы в сочетании с первичными отстойниками, регенераторы аэро-тенков, работающих при низкой нагрузке по органическим загрязнениям, илоуплотнители избыточного активного ила, уплотнители, сгустители или накопители сырого осадка и избыточного активного ила, метантенки, аэробные стабилизаторы, иловые площадки с системой отвода дренажной воды, центрифуги и фильтр-прессы. Ниже приводятся конкретные примеры технологических схем и фактические значения фосфора в иловых или дренажных водах, в фугате или фильтрате. На рис. 1 представлена технологическая схема ОСК г. Искитим (Новосибирский район).

На данном объекте первичным местом дефосфатирования считаются преаэраторы, в которые подаётся весь избыточный активный ил. В 60-ые годы прошлого столетия преаэраторы применялись исключительно для повышения качества осветлённой сточной жидкости, т. е. для снижения концентрации органических загрязнений, поступающих в аэротенки. Такая технология не только сокращала размеры аэротенков, но и

уменьшала затраты на электроэнергию, расходуемую на подачу воздуха в аэротенки.

В первичных отстойниках процесс дефос-фатирования получает дальнейшее развитие, т. к. активный ил и сырой осадок находятся в контакте в анаэробных условиях в течение 8 часов (в радиальных) или 24 часов (в вертикальных). Наиболее интенсивно процесс дефосфатирования протекает в теплый период года. По данным эксплуатации за счёт дефосфатирования концентрация фосфатов после первичных отстойников увеличивается примерно на 1-2,5 мг/л.

Другим местом дефосфатирования на данном объекте является регенератор аэротенка. На этой стадии дефосфатирование происходит из-за низкой фактической нагрузки на активный ил по органическим загрязнениям, способствующей самоокислению активного ила; при этом сточная жидкость обогащается фосфатами на 0,2-0,5 мг/л.

Следующим местом дефосфатирования являя-ются метантенки, в которых в результате распада органических веществ иловая вода сброженного осадка насыщается фосфором. Его концентрация может увеличиваться до 40-50 мг/л (по фосфору) в зависимости от глубины распада органических веществ. Ориентировочно за счёт сброса фугата или фильтрата, образующихся при обезвоживании анаэробно сброженного осадка и сбрасываемых в голову сооружений, концентрация фосфатов в поступающей на очистку сточной жидкости может увеличиваться примерно на 1-1,5 мг/л.

На Новосибирской станции аэрации существует несколько мест обогащения иловой воды фосфатами: уплотнители избыточного активного ила, метантенки, уплотнители промытого осадка, центрифуги, фильтр-прессы и иловые площадки.

На этом объекте избыточный активный ил уплотняется в радиальных илоуплотнителях в течение 13-16 часов в зависимости от времени года. Особенно высока степень обогащения иловой воды фосфатами в теплый период, когда загружаемый активный ил очень быстро погружается в анаэробные условия, в результате чего и происходит дефосфатирование. Согласно производственным данным концентрация фосфора в иловой воде после уплотнителей возрастает с 4-6 мг/л до 20-25 мг/л (по Р).

В метантенках иловая вода сброженного осадка обогащается фосфором в основном за счёт распада органических веществ и макро- и микронуклеусов. Как уже отмечалось при описании ОСК г. Искитим, иловая вода сброженного осадка имеет концентрацию фосфора примерно 30-40 мг/л (по Р).

Рис. 1 - Технологическая схема очистных сооружений канализации г. Искитим 1 - камера гашения напора; 2 - здание комминуторов; 3 - песколовки горизонтальные с круговым движением воды (I очередь); 4 - песколовки горизонтальные с круговым движением воды (II очередь); 5 -преаэратор (I очередь); 6 - преаэратор (II очередь); 7 - первичный вертикальный отстойник

(I очередь); 8 - первичный радиальный отстойник (II очередь); 9 - аэротенки двухкоридорные (I очередь); 10 - аэротенки трёхкоридорные (II очередь); 11 - вторичные вертикальные отстойники (I очередь); 12 - вторичные радиальные отстойники (II очередь); 13 - фильтры щебёночные (I очередь); 14 -фильтры песчаные (II очередь); 15 - хлораторная (I очередь); 16 - хлораторная (II очередь); 17 - контактный резервуар (I очередь); 18 - контактный резервуар (II очередь); 19 - резервуар грязной воды; 20 - резервуар чистой воды; 21 - воздуходувная станция; 22-метантенки; 23 - цех механического обезвоживания осадка; 24 - иловые площадки на естественном основании без дренажа; НК 1 - напорный трубопровод сточной жидкости от 2 НС; НВ 3 - напорный трубопровод технической воды на промывку барабанной сетки и песчаных фильтров; К 13 - К16 - самотечный трубопровод смеси сырого осадка и избыточного активного ила I очереди; НК 13 - НК 16 - напорный трубопровод смеси сырого осадка и избыточного активного ила I очереди; К 14 - самотечный трубопровод активного ила; НК 14 - напорный трубопровод циркулирующего и избыточного активного ила; НК 15 - напорный трубопровод циркулирующего активного ила; НК 16 -напорный трубопровод избыточного активного ила (II очередь); К 16 - самотечный трубопровод избыточного активного ила (I очередь); К 18 - самотечный трубопровод сброженного осадка; К 23 -аварийный трубопровод; К 25 - пульпопровод; К 27 - самотечный трубопровод иловой воды из бункеров песка; К 28 - самотечный трубопровод грязной воды от песчаных фильтров (II очередь); НК 28 - напорный трубопровод грязной промывной воды; РО - газопровод; АО - воздуховод

Согласно проектной схеме на ОСК г. уплотнители для сгущения промытого осадка перед Новосибирска для обезвоживания осадка были его подачей на вакуум-фильтры. Из-за принци-приняты вакуум-фильтры, которые через несколько пиально измененной технологии обезвоживания лет их эксплуатации были заменены на центрифуги осадка уплотнители промытого осадка начали и фильтр-прессы. В настоящее время центрифуги использовать в качестве сооружений для используются для обезвоживания уплотненного совместного уплотнения сырого осадка и избыточного ила, а фильтр-прессы для смеси сырого избыточного ила перед его подачей на фильтр-осадка и уплотненного избыточного ила. В прессы. Продолжительность нахождения смеси в проектной схеме в состав узла механического анаэробных условиях превышает 24 часа. Именно обезвоживания осадка входили резервуар для это сооружение является местом интенсивного промывки анаэробно сброженного осадка и обогащения иловой воды фосфором. Согласно

производственным данным при концентрации фосфора в избыточном активном иле 2-3 мг/л, а в сыром осадке 10-20 мг/л, в иловой воде после уплотнителей его концентрация возрастает до 30-50 мг/л (по Р).

На ОСК г. Новосибирска иловые площадки были запроектированы на круглогодичный приём сброженного осадка, их общая площадь превышает 140 га. На сегодня часть карт заполнена осадком влажностью 75-80%, часть осадком влажностью более 80%, а часть используется в аварийных случаях, принимая осадок при вынужденной остановке цеха механического обезвоживания осадка. Иловые площадки заполнены осадком более чем на 95%; имеют асфальтобетонное основание, оборудованы системами отвода поверхностной и дренажной воды. Согласно данным лабораторно-производственного контроля смесь иловой и дренажной воды, поступающая в голову сооружений, содержит фосфор в количестве 25-35 мг/л (по Р).

Центрифугирование, как и фильтр-прессование, является причиной обогащения фугата и фильтрата фосфором. В первом случае это происходит за счёт действия центробежной силы, способствующей при высокой скорости вращения ротора (2500-3500 об/мин) высвобождать фосфор из клеток активного ила. При фильтр-прессовании с рабочим давлением сжатия 4-6 атм обогащение фильтрата фосфором происходит за счёт механического разрушения частиц осадка. Как уже отмечалось, на данном объекте центрифугированию подвергается уплотненный избыточный активный ил, а фильтр-прессованию сырой осадок или предварительно уплотненная смесь сырого осадка и избыточного активного ила. Фактически концентрация фосфор в фугате составляет 40-70 мг/л, а в фильтрате 50-70 мг/л. Таким образом, с учётом иловых и дренажных вод, фугата и фильтрата концентрация фосфора на входе Новосибирской станции аэрации увеличивается примерно на 1-2 мг/л и составляет 4-6 мг/л (по Р).

На ОСК г. Якутск местом дефосфа-тирования является анаэробная зона биореактора, в которой иловая смесь в зависимости от времени суток находится примерно 1-4 часа. На этом объекте для биологической очистки принято два семизонных биореактора, каждый состоящий из двух анаэробных, трёх бескислородных (денитрификатор) и двух аэробных (нитрификатор) зон. В анаэробных и бескислородных зонах сточная жидкость обогащается фосфором на 2-3 мг/л.

Следующим местом дефосфатирования на этом объекте является резервуар-накопитель сырого осадка и избыточного активного ила, предусмотренный для равномерной подачи осадка в барабанные гравитационные сгустители, работающие с флокулянтом. Согласно данным эксплуатации фосфор в фильтрате после барабанных сгустителей составляют 30-60 мг/л в зависимости от

времени года и продолжительности нахождения смеси в накопителе. В летний период при повышении температуры смеси осадка процессы дефосфатирования интенсифицируются.

Значительная доля фосфатов поступает в голову сооружений от фильтр-прессов, обезвоживающих анаэробно сброженный осадок. Согласно данным эксплуатации в фильтрате содержание фосфора составляет 55-85 мг/л.

В 2013 году на ОСК г. Якутска в эксплуатацию введён резервуар-усреднитель, принимающий в основном стоки выгребных ям. На сегодня это сооружение является местом максимального обогащения сточной жидкости фосфором, его концентрация может возрастать в зависимости от качества содержимого выгребных ям до 60-120 мг/л. При этом доля стоков из выгребных ям составляет 1-2 % по отношению к общему количеству сточной жидкости, поступающей на ОСК.

Процесс дефосфотирования возможен даже на стадии доочистки сточной жидкости. Это происходит при некачественной промывке фильтров. Активный ил, накапливающийся в фильтрующей загрузке, подвергается дефос-фатированию и увеличивает концентрацию фосфора на 0,5-2,5 мг/л. При этом степень дефосфатирования зависит не только от количества накопившихся частиц ила, но и времени их нахождения в загрузке.

На сооружениях биологической очистки часть фосфора расходуется на синтез биомассы, причём абсолютные значения расходуемого фосфора зависят от прироста избыточного активного ила. Так, например, при приросте активного ила 100-1500 мг/л фосфор на стадии биологической очистки может снижаться примерно на 0,7-10 мг/л.

Эффективность удаления фосфора реагентами

В настоящей работе дан краткий анализ применяемым реагентам с указанием их достоинств и недостатков, а также приведены результаты исследований, на основании которых разработаны методы удаления фосфора, позволяющие использовать полученный осадок в качестве органоминерального удобрения.

На сегодня в отечественной и зарубежной практики очистки сточной жидкости для удаления фосфора используются следующие виды реагентов: Л12(804)3-18И20, Л12(804)3-24И20, оксихлорид алюминия (ОХА), РеС13-6Н2О, Ре804-7Н2О, Ре2(804)э'9Н2О, Ыя804-7Н2О, МдСЬ'б^О, Са0. Наиболее часто в отечественной практике используют нормальные и основные сульфаты и хлориды алюминия, а также соли железа: сульфат железа (II) и хлорид железа (III).

Влияние дозы вводимого реагента на эффект удаления фосфора, а также предельно-допустимая концентрация ионов вводимого реагента приведены в таблице 1.

Интенсивность процессов, протекающих при введении реагента в сточную жидкость, зависят от многих факторов: температуры и рН среды, концентрации реагирующих веществ, интенсивности перемешивания и наличия пузырьков воздуха, продолжительности контакта сточной

жидкости с реагентом и присутствия веществ, ускоряющих или затормаживающих процесс кристаллизации. Кристаллизация протекает только в пересыщенных растворах, а их можно создать концентрацией реагирующих веществ, рН и температурой.

Таблица 1

№ п/п Ион металла Доза вводимого реагента Ме+:Р Эффект удаления фосфора, % Допустимая остаточная концентрация Ме+ в очищенных стоках при сбросе в водоём рыб.-хоз. /ком.-быт. назначения, мг/л

1:1 75

1. А13+ 1,5:1 85 0,04/0,2

2:1 95

1:1 75

2. Бе3+ 1,25:1 85 0,1/0,3

5:1 95

71,5:1 60

3. Са2+ 143:1 75 180/ -

214,5:1 99,5-99, 7

286:1 около 100

2:1 75

4. Mg2+ 5:1 85 40/50

6:1 95

10:1 около 100

Примечание. В таблице активная часть реагента сокращенно обозначена как Ме+.

Для солей железа и алюминия благоприятны низкие значения рН, кристаллы ортофосфорной кислоты образуются при рН от 4 до 5,5, хотя возможно образование этих кристаллов при более высоких значения. Для солей щелочноземельных металлов (кальций и магний) благоприятно увеличение рН до 10,5-11 [5]. При рН более 11 происходит растворение ранее образовавшихся кристаллов осадка.

Для большинства кристаллизующихся веществ наиболее благоприятна низкая температура. Кристаллизация некоторых веществ (например, солей кальция и магния СаСО3 и MgCOз) начинается при температуре 100ОС.

Основным условием успешного протекания процесса кристаллизации является интенсивное перемешивание с наличием большего количества пузырьков газа. Способ перемешивания также является важным фактором, влияющим на процесс кристаллизации, т.к. при перемешивании увеличивается количество соударений реагирующих веществ, что интенсифицирует процессы зарождения и роста кристаллов.

Присутствие в растворе некоторых веществ ускоряет или затормаживает процесс кристалл-лизации. Например, высокая концентрация хлоридов ускоряет образование многих кристаллов.

Механизм процесса удаления фосфора состоит в химическом взаимодействии вводимых ионов алюминия, железа, кальция или магния со свободными ион-фосфатами (Р043-), присутствующими в сточной жидкости, с образованием

труднорастворимых солей ортофосфорной кислоты А1Р04, РеР04, Са50Н(Р04)3, MgNH4P04, Са1МН4Р04.

В задачи настоящих исследований входило изучение влияния дозы вводимых реагентов на эффект удаления фосфора при разных значениях рН. Опыты проведены на натуральной сточной жидкости ОСК г. Новосибирск и г. Искитим с концентрацией фосфора от 2 до 28,5 мг/л (по Р). Средняя температура и рН сточной жидкости в период проведения опытов составляли соответственно 15,5-21ОС и 7,1-7,4 единицы, ХПК 90-260 мг/л, концентрация азота аммонийного 8,642 мг/л, нитритов 0,04-0,23 мг/л, нитратов 0,4-4,8 мг/л, хлориды 10-100 мг/л, сульфаты 22-52 мг/л, общая жесткость (13,2-17,1 °Ш). Азот всех форм приведён в пересчёте на N.

Во всех опытах, после введения реагента пробы перемешивались в течение 20 минут на перемешивающем устройстве ПЭ-6500 при 350 колебаний в минуту, фильтровались через фильтр «синяя» лента. После перемешивания замерялась температура и рН сточной жидкости. Затем в профильтрованной пробе определялась остаточная концентрация фосфора. В таблице 2 представлены результаты исследований с хлорным железом при различных значениях активной реакции среды и дозы вводимого реагента. Исследования показали, что в области рекомендуемых значений рН 4-8 и дозе вводимого реагента [2] обеспечивается удаление фосфора лишь на 53,2-77,8%. Увеличение значений рН до 9,5-10,5 повышает эффект извлечения фосфора до 92,8-97,2%.

В таблице 3 представлены результаты исследований с оксихлоридом алюминия при

различных значениях активной реакции среды дозы вводимого реагента. Таблица 2

Изучаемый диапазон рН Соотношение по массе Р:Ре3+

1:0,8 1:1,3 1:1,8

4 Ср=14,10 мг/л Эр=19,9% Ср=15,40 мг/л Эр=12,5% Ср=13,80 мг/л Эр=21,6%

5 Ср=12,40 мг/л Эр=29,5% Ср=13,70 мг/л Эр=22,2% Ср=12,80 мг/л Эр=27,3%

6 Ср=11,10 мг/л Эр=36,9% Ср=7,97 мг/л Эр=54,7% Ср=6,96 мг/л Эр=60,5%

7 Ср=9,10 мг/л Эр=48,3% Ср=6,87 мг/л Эр=61% Ср=3,99 мг/л Эр=77,3%

8 Ср=8,24 мг/л Эр=53,2% Ср=6,22 мг/л Эр=64,7% Ср=3,94 мг/л Эр=77,6%

9,5 Ср=2,71 мг/л Эр=84,6% Ср=1,56 мг/л Эр=91,1% Ср=1,27 мг/л Эр=92,8%

10,5 Ср=1,27 мг/л Эр=92,8% Ср=0,587мг/л Эр=96,7% Ср=0,489мг/л Эр=97,2%

и

Таблица 3

Эффект удаления фосфора ОХА при разных значениях рН и дозах вводимого реагента

Изучаемый диапазон рН Соотношение по массе Р:А13+

1:1 1:2 1:4

5 Ср=5,48 мг/л Эр=14,2% Ср=5,48 мг/л Эр=14,2% Ср=4,68 мг/л Эр=26,8%

6 Ср=4,68 мг/л Эр=26,8% Ср=4,02 мг/л Эр=37,1% Ср=2,87 мг/л Эр=55,1%

7 Ср=3,64 мг/л Эр=43% Ср=3,35 мг/л Эр=47,6% Ср=2,22 мг/л Эр=65,3%

8 Ср=3,5 мг/л Эр=45,3% Ср=2,76 мг/л Эр=56,8% Ср=1,6 мг/л Эр=74,9%

9 Ср=2,1 мг/л Эр=67,1% Ср=2,06 мг/л Эр=67,8% Ср=1,24 мг/л Эр=80,6%

Как видно из таблицы 3 даже при превышении реагента по массе в 4 раза максимальный эффект составил 80,6 % при значении рН 9, что находится в противоречии с данными, согласно которым оптимальный эффект достигается при рН 4-5,5 и соотношении по массе Р:А13+=1:2 [2]. При этом как отмечается в [5] величина рН растворения гидроксида алюминия находится в пределах 7,8-10.

В таблице 4 показаны результаты исследований с хлоридом магния, который вводился из расчёта по массе Р:Mg2+ (1:1,3; 1:3; 1:6). Исследования выявили, что при использовании MgC12•6H2O можно достичь значения, близкого к 0,2 мг/л, при рН=11 и дозе вводимого реагента, начиная с соотношения P:Mg2+ =1:1,3.

В таблице 5 представлены результаты исследований с сульфатом магния, который вводился из расчёта по массе P:Mg:NH4+ (1:2:2; 1:5:5; 1:10:10).

В результате химического взаимодействия сернокислого магния и свободных ион-фосфатов образовывалась в присутствии ионов аммония трудно растворимая соль ортофосфорной кислоты

MgNH4PO4•6H2O. Это подтверждено микроскопией и рентгенофазовым анализом образовавшегося кристаллического осадка. При использовании реагента MgSO4•7H2O достигается высокий эффект (97,1-99,1%) удаления ион-фосфатов при избыточном количестве в сточной жидкости ионов магния и аммония и высоких значениях. Оптимальным вариантом является соотношение P:Mg:NH4=1:2:2, в котором остаточная концентрация фосфора соответствует ПДК (0,2 мг/л).

В таблице 6 представлены результаты исследований с известью. Таким образом, при использовании извести можно достичь 100 % удаления фосфора при рН раствора 10,5-11, при этом образующийся осадок можно использовать в качестве низкосортного органоминерального удобрения.

Хлорное железо, ОХА, сернокислый магний и хлорид магния, а также известь могут обеспечить снижение фосфора в сточной жидкости до ПДК (0,2 мг/л) при соответствующей дозе вводимого реагента. Осадок, содержащий ионы железа и алюминия, необходимо размещать на специализированных полигонах.

Таблица 4

Эффект удаления фосфора хлоридом магния при разных значениях рН и дозах вводимого реагента

Изучаемый диапазон рН Соотношение по массе Р: Mg2+

1:1,3 1:3 1:6

9 Ср=1,44 мг/л Эр=28% Ср=1,35 мг/л Эр=32,5 % Ср=1,35 мг/л Эр=32,5 %

9,5 Ср=1,2 мг/л Эр=40% Ср=1,196 мг/л Эр=40,2 % Ср=1,137 мг/л Эр=43,11 %

10 Ср=0,6 мг/л Эр=70 % Ср=0,639 мг/л Эр=68,05 % Ср=0,689 мг/л Эр=65,546 %

10,5 Ср=0,709 мг/л Эр=64,6 % Ср=0,842 мг/л Эр=57,9 % Ср=0,542 мг/л Эр=72,9 %

11 Ср=0,23 мг/л Эр=88,5 % Ср=0,23 мг/л Эр=88,4 % Ср=0,14 мг/л Эр=92,8 %

Таблица 5

Эффект удаления фосфора сульфатом магния при разных значениях рН и дозах вводимого реагента

Изучаемый диапазон рН Соотношение по массе Р: Mg2+

1:2:2 1:5:5 1:10:10

10 Ср = 0,088 мг/л Эр= 99,1 % - -

10,5 - Ср = 0,121 мг/л Эр= 98,8 % -

11 - - Ср = 0,3 мг/л Эр = 97,1 %

Таблица 6 Эффект удаления фосфора известью

Номер пробы Значение показателя при рН 10,5-11

исх Ср кон Ср Эр, %

1 10 0 - 0,027 99,7 - 100

2 100 0,067 - 0,16 99,8 - 99,9

Выводы

В настоящее время в результате применения на стадии биологической очистки или доочистки стоков железо- или алюминий содержащих реагентов образуется химический осадок, который необходимо размещать на специальных полигонах, удаленных на значительном расстоянии от очистных сооружений канализации. В результате эксплуатационные затраты увеличиваются не только за счёт приобретения реагентов для осаждения фосфатов и транспортировки химического осадка к месту размещения, но и за счёт его размещение на полигоне.

С целью сокращения эксплуатационных затрат и использования химического осадка в качестве органоминерального удобрения рекомендуется для осаждения фосфатов применять реагенты щелочноземельных металлов.

Список литературы

1. Ивчатов А.Л., Малов В.И. Химия воды и микробиология: учебник. - А. Л. Ивчатов, В. И. Малов. - М.: ИНФРА-М, 2014. - 218 с.

2. Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Справочник проектировщика; под ред. В.Н. Самохина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1981. - 638 с.

3. Амбросова Г.Т. Сравнительная оценка применяемых методов удаления фосфора из сточной жидкости / Г.Т. Амбросова, А.А. Функ, С.Д. Иванова, Ш. Ганзориг // Водоснабжение и санитарная техника. - 2016, №2. - С. 25-36.

4. Пат. 2593877 Российская Федерация, МПК С 02 F 9/04, С 02 F 1/58, С 02 F 101/10, С 02 F 103/28, С 02 F 103/32. Способ очистки сточной жидкости от фосфатов и сульфатов / Г.Т Амбросова, Е.Н. Матюшенко, К.П. Гавриленко, М.Ю. Немшилова, К.А. Разгоняева; заявитель и патентообладатель НГАСУ (Сибстрин). - № 2014144829/05; заявл. 05.11.2014; опубл. 10.08.2016, Бюл. № 22. - 9 с.

5. Долина Л.Ф. Очистка сточных вод от биогенных элементов: монография / Л.Ф. Долина. -Днепропетровск: Континент, 2011. - 198 с.

6. Предельно-допустимые концентрации веществ в водных объектах [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.mosecom.ru/water/pdk/.

Ambrosova G. T., Matyushenko E. N., Funk A. A., Sineeva N. V.

SOURCES OF PHOSPHORUS CONCENTRATION INCREASE IN WASTEWATER INCOMING TO WASTEWATER TREATMENT PLANTS AND METHODS OF ITS

REMOVAL

Summary. Wastewater incoming to a wastewater treatment plant (WWTP) has several sources of phosphorus saturation: wastewater from housing estate and industrial enterprise, sludge water of excessive activated sludge compactors, sludge water seals the joint condensation of raw sludge and excess activated sludge or sludge water of sludge dewatering basin of combined thickening raw sludge and excessive activated sludge, sludge water of sludge dewatering basin of washed sludge in schemes with sludge digesters and vacuum filters, as well as sludge water of sludge beds, centrifuge effluent of centrifuges and filtrate of filter presses. Advantages and disadvantages of known methods of phosphorus removal are listed. Comparative evaluation of reagents used for phosphorus removal is made and necessary conditions for a successful crystallization process are shown. Experimental data are analyzed from the point of view of their possible application at functioning WWTPs.

Key words: wastewater; wastewater treatment plant; phosphorus; phosphates; reagents.