POWSTAWANIE STRUWITU PODCZAS NANOFILTRACJI ODCIEKÓW Z FERMENTACJI METANOWEJ

Jednym z problemów występujących na oczyszczalniach ścieków jest wytrącanie się struwitu. Kontrola procesu wytrącania się struwitu stwarza możliwości ochrony instalacji technologicznych przed jego negatywnymi skutkami, a powstały struwit może być wykorzystany jako nawóz mineralny. W pracy omówiono przyczyny tworzenia się struwitu w przewodach do transportu odcieków z odwadniania ustabilizowanych beztlenowo osadów ściekowych. W pracy podjęto próbę sprawdzenia, czy w warunkach zmiennego składu odcieków z fermentacji metanowej o obniżonej zawartości amoniaku jest możliwe odzyskiwanie fosforu w postaci struwitu. Badania prowadzono z wykorzystaniem membrany nanofiltracyjnej. Nadawę stanowiły odcieki pochodzące z odwadniania ustabilizowanych na drodze mezofilnej fermentacji metanowej osadów ściekowych, w których jony amonowe usuwano na drodze nitryfikacji w reaktorach SBR. Odcieki przed skierowaniem na membranę nanofiltracyjną były poddane wstępnemu oczyszczaniu z zawiesin w procesie mikrofiltracji. Przeprowadzono dwa eksperymenty z różnym składem nadawy. W obu eksperymentach podczas zatężania odcieków na membranie nanofiltracyjnej odczyn retentatu wzrastał przy równoczesnym obniżaniu się stężenia jonów magnezowych, wzroście stężenia ortofosforanów i niskich stężeniach azotu amonowego. Zdjęcia z użyciem mikroskopu skaningowego wykazały, że na membranie wytrąciły się kryształy o barwie lekko brunatnej, kształcie słupkowym i przekrojach rombopodobnych. Badania pilotażowe potwierdziły, że na membranach nanofiltracyjnych istnieje możliwość wytrącania struwitu z odcieków pochodzących z odwadniania osadów ściekowych poddanych stabilizacji beztlenowej. Uwzględniając fakt, że wytrącający się struwit tworzy na membranie placek filtracyjny można, w stosunkowo prosty sposób, usuwać go mechanicznie z membrany pod warunkiem, że zastosowane zostaną moduły do membran płaskich.

Pełny tekst (pdf)

[1]    Aikaterini N. Kofina A. N., Demadis K. D., Koutsoukos P.G.: The effect of citrate and phosphocitrate on struvite spontaneous precipitation. Crystal Growth & Design, 2007, vol. 7, nr 12, ss. 2705-2712.

[2]    Booker N.A., Priestly A.J., Fraser I.H.: Struvite formation in wastewater treatment plants: opportunities for nutrient recovery, Environ. Technol. 20, 1999, ss.777-782.

[3]    Borgerding J.: Phosphate deposits in digestion systems, J Water Pollut Control Fed, 44, 1972, ss. 813-819.

[4]    Czajkowska J.: Krystalizacja struwitu z roztworów przy pH 9,5 i zmiennych stężeniach analizowanych składników, Przegląd Naukowy – Inżynieria i Kształtowanie Środowiska, nr 55, 2012, ss. 38-45.

[5]    Czajkowska J.: Warunki wytrącania osadów z zawartością struwitu, Autoreferat rozprawy doktorskiej, Uniwersytet Zielonogórski, Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska, Instytut Inżynierii Środowiska, Zielona Góra 2015.

[6]    Czajkowska J.: Wpływ prędkości przepływu i stężeń poszczególnych jonów na odkładanie się struwitu z roztworów wodnych na wewnętrznych powierzchniach rurociągów stalowych przy pH=9,5,Uniwersytet Zielonogórski, Zeszyty Naukowe nr 152, Inżynieria Środowiska, nr 32, 2013 ss. 105-112.

[7]    Czajkowska J., Siwiec T.: Krystalizacja struwitu w zmiennych warunkach odczynu i stężeń analizowanych składników, Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, nr 7, 2011 ss.145-154.

[8]    Doyle J. D., Parsons S. A.: Struvite Formation, control and recovery, Water Research, 36, 16, 2002, ss. 3925-3940.

[9]    Hutnik N., Wierzbowska B., Matynia A., Piotrowski K.: Wpływ jonów potasu na jakość kryształów struwitu wydzielanego w procesie ciągłej krystalizacji strąceniowej. Inżynieria i Aparatura Chemiczna 2009, vol. 48, nr 4, ss. 54-55.

[10]  Kołodziejak G.: Możliwość wykorzystania potencjału energetycznego biogazu powstającego w trakcie procesu oczyszczania ścieków. Analiza opłacalności proponowanych rozwiązań, Nafta Gaz, nr 12, 2012 ss.1036-1043.

[11]  Kwiecińska A.: Ekologiczne zagospodarowanie gnojowicy z wykorzystaniem technik membranowych, Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Zakład Chemii Środowiska i Procesów Membranowych, Gliwice 2013.

[12]  Łomotowski J., Siwoń Z.: Wykorzystanie programów symulujących skład jonowy wody do oceny stabilności chemicznej wody wodociągowej. Ochrona Środowiska, 2004, nr 4, ss. 13-16.

[13]  Matynia A., Wierzbowska B., Hutnik N., Mazieńczuk A., Kozik A., Piotrowski K.: Rozwiązanie technologiczno-aparaturowe do odzyskiwania fosforanów(V) ze ścieku z przemysłu nawozowego na drodze ciągłej krystalizacji z reakcją chemiczną, Inżynieria i Aparatura Chemiczna, nr 5, 2011, ss.72-73.

[14]  Mitani Y., Sakai Y., Mishina F., Ishiduka S.: Struvite recovery from wastwater having low phosphate concentration, Journal of Water and Environment Technology, 2003, ss. 13-18.

[15]  Nelson N.O., Mikkelsen R.L., Hesterberg D. L.: Struvite precipitation in anaerobic swine lagoon liquid: effect of pH and Mg:P ratio and determination of rate constant,
Bioresource Technology 2003, ss. 229-236.

[16]  Obarska-Pempkowiak H., Gajewska M., Wojciechowska E.: Koncepcja oczyszczania odcieków o wysokich stężeniach zanieczyszczeń metodą hydrofitową, Mat. Konf. Kongres Inżynierii Środowiska, 2009, ss. 9-18.

[17]  Ohlinger K.N., Mahmood R.J.: Struvite Scale Potential Determination Using a Computer Model, Presented to World Water & Environmental Resources Congress in Philadephia, PA. 2003, ss. 23-26.

[18]  Pietrzyk A., Michałowski T.: Symulacja komputerowa procesu rozpuszczania struwitu MgNH₄PO₄·6H₂O w roztworach wodnych. Wykorzystanie technologii informatycznych w akademickiej dydaktyce chemii. Politechnika Krakowska, 2007, ss. 137-146.

[19]  Poluszyńska J., Ślęzak E.: Możliwości odzysku fosforu z osadów ściekowych, Prace ICiMB nr 22, 2015 ss. 44-55.

[20]  Przech J., Adamczyk W.: Proenergetyczne rozwiązania w oczyszczalni ścieków w Bochni, Wodociągi i Kanalizacja nr 11, 2014 ss. 34-36.

[21]  Sariola S., Ǻkerman M.: Projekt PURE, Dobre praktyki związane z gospodarką osadami ściekowymi, Komisja Środowiska Naturalnego Związku Miast Bałtyckich, Vanha Suurtori, FIN-20500 Turku, Finlandia 2012.

[22]  Strickland J.: Perspectives for phosphorus recovery offered by enhanced biological P removal, Environ Technol, 20, 1999, ss. 721–726.

[23]  Wzorek Z.: Odzysk związków fosforu z termicznie przetworzonych odpadów i ich zastosowanie jako substytutu naturalnych surowców fosforowych, Seria Inżynieria i technologia chemiczna, Kraków, 2008.