Одновременное эффективное удаление углерода и азота и восстановление фосфора в интегрированной системе мембранного биореактора с периодической аэрацией.

Научные отчеты, том 5, Номер статьи: 16281 (2015) Цитировать эту статью

3507 Доступов

11 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Извлечение питательных веществ, особенно фосфатов, из сточных вод в последнее время вызывает все больший интерес. Здесь был разработан мембранный биореактор с периодической аэрацией (MBR) с сетчатым фильтром для одновременного химического потребления кислорода (COD), общего азота (TN) и удаления фосфора с последующим восстановлением фосфора из богатого фосфором ила. Эта интегрированная система показала улучшенные показатели нитрификации и денитрификации, а также удаления фосфора без сброса избыточного ила. Удаление ХПК, TN и общего фосфора (TP) в модифицированном MBR составило в среднем 94,4 ± 2,5%, 94,2 ± 5,7% и 53,3 ± 29,7% соответственно. Удаленный ТФ хранился в биомассе, а 68,7% запасенного фосфора в иле можно было восстановить в виде концентрированного раствора фосфата с концентрацией фосфата выше 350 мг/л. Осадок после выброса фосфора можно было бы вернуть обратно в МБР для поглощения фосфора, при этом можно было бы восстановить 83,8% его емкости.

Избыточный сброс азота и фосфора в водоемы приводит к эвтрофикации и ухудшению качества воды1, что угрожает здоровью и среде обитания человека2. По иронии судьбы, ресурсы этих важнейших питательных веществ, особенно добываемого фосфора, ограничены и становятся стратегическим материалом для многих стран3. Таким образом, удаление и восстановление этих питательных веществ из сточных вод не только имеет дополнительные преимущества, заключающиеся в минимизации эвтрофикации водоема, но и смягчении потенциального фосфорного кризиса4,5. По этим причинам процесс восстановления фосфатов должен быть интегрирован в существующие очистные сооружения для удаления питательных веществ6,7.

Биологические подходы широко используются на очистных сооружениях для удаления азота и фосфора8,9,10. Чередуя анаэробные, бескислородные и аэробные (A2O) процессы, возвращая сточные воды и ил и выгружая богатый фосфатами ил из системы в виде избыточного ила, можно добиться одновременного удаления азота и фосфора11,12. Однако такие традиционные технологии очистки сточных вод по-прежнему имеют серьезные технические, экономические и экологические ограничения, вызванные их сложной эксплуатацией и удалением осадка, высокими потребностями в энергии, плохим качеством сточных вод и отсутствием процесса восстановления фосфора13.

В последние годы процесс MBR получил все более широкое применение благодаря его высокой эффективности очистки, низкому образованию осадка и хорошему качеству сточных вод14,15,16. Сообщалось, что аэрированный МБР может быть связан с анаэробными и/или бескислородными процессами для достижения одновременного удаления углерода, азота и фосфора во время очистки сточных вод17,18,19. Однако эти процессы просто последовательно соединяют некоторые отдельные реакторы, что увеличивает сложность эксплуатации. В последние годы были разработаны MBR с периодической аэрацией для очистки сточных вод, и было изучено влияние чередующегося режима включения/выключения аэрации на производительность системы20,21,22. В нашем предыдущем исследовании был разработан MBR с периодической аэрацией с использованием сетчатого фильтра из нержавеющей стали для одновременного удаления химической потребности в кислороде (ХПК) и азота в режиме непрерывного потока без сброса избыточного ила23. Однако удаление фосфора в этой системе не исследовалось. Чтобы сделать эту технологию более жизнеспособной на практике, необходимо дополнительно оптимизировать конфигурацию и работу системы, а также рассмотреть возможность удаления и восстановления фосфора. Фактически, некоторые стратегии извлечения фосфора из сточных вод с использованием модифицированного усиленного биологического удаления фосфора24,25 или биологически индуцированного осаждения фосфора26 можно использовать в качестве эталона в МБР с периодической аэрацией.

В данной работе MBR с периодической аэрацией был дополнительно разработан для повышения извлечения фосфора из сточных вод. В настоящем исследовании изучалась возможность одновременного удаления ХПК, ТН и ТФ в одном реакторе без сброса избыточного ила. Кроме того, было изучено извлечение фосфора. Кроме того, был проанализирован механизм удаления ТН и ТФ в периодически аэрируемом МБР.