Eva Sýkorová

Vedoucí/Supervisor

Prof. Ing. Jiří Wanner, DrSc.

Jazyk/Language

Czech

Abstrakt

Odstraňování fosforu je nedílnou součástí čištění odpadních vod, díky kterému je eliminována nežádoucí trofizaci vodních zdrojů. Fosfor je z odpadních vod odstraňován nejčastěji srážením. Emisní limity pro fosfor jsou stále více zpřísňovány, a proces odstraňování fosforu je proto třeba intenzifikovat. Pro zajištění dostatečné účinnosti odstraňování fosforu z odpadních vod srážením je důležitá především volba místa dávkování a dávka srážecího činidla. Vhodným místem dávkování je například odtok z aktivační nádrže, kde je srážecí činidlo efektivně rozmícháno do objemu aktivační směsi.

Fosfor není třeba z odpadních vod pouze odstraňovat, ale naopak začíná být stále důležitější jeho opětovné získávání. Pro člověka má fosfor velký význam jakožto hlavní součást hnojiv. Při současné těžbě fosforečnanových hornin však hrozí vyčerpání přírodních zdrojů fosforu, a je proto nutné hledat jeho alternativní zdroje. Při odstraňování fosforu z odpadních vod vzniká nejčastěji málo rozpustná sraženina fosforečnanu železitého, kterou nelze dále využít v zemědělství. Pro recyklaci fosforu je třeba se zaměřit na srážení fosforu ve formě struvitu. Struvit lze srážet z kalových vod nebo z odpadních vod z chovu prasat a je vhodný pro využití v zemědělství.

V budoucnu bude pravděpodobně povinné opětovně získávat fosfor srážením struvitu z kalových vod na čistírnách s anaerobní stabilizací kalu. Byly proto vybrány čtyři čistírny odpadních vod v České republice, na kterých byl testován potenciál srážení struvitu. Struvit byl vysrážen s nízkou účinností, jelikož byla v kalových vodách nedostatečná vstupní koncentrace fosforu. Koncentraci fosforu lze v kalových vodách navýšit omezením dávky flokulantu při odvodňování stabilizovaného kalu nebo eliminací předsrážení fosforu, což však může vést ke snížení účinnosti usazovací nádrže. Zavedení srážení struvitu na vybraných čistírnách by při současném stavu nebylo rentabilní, avšak po úpravě stávající technologie je možné.

Odpadní voda z chovu prasat je dalším významným zdrojem pro recyklaci fosforu, který se však potýká s heterogenním složením a vysokým množstvím organických rozpuštěných i nerozpuštěných látek, které mohou ovlivňovat účinnost srážení struvitu. Organické látky zpomalují kinetiku srážecí reakce, avšak mají pozitivní vliv na vznik robustnějších krystalů struvitu. Účinnost srážení struvitu dále ovlivňuje hodnota pH, teplota a molární poměr N:P a Mg:Ca. Optimální hodnota pH pro srážení struvitu byla stanovena na 8,5, teplota by neměla překročit 20 °C a optimální molární poměr N:P byl roven 3, molární poměr Mg:Ca by měl být větší než 2. Při tomto nastavení parametrů reakce bylo vysráženo až 90 % fosforu, struvit tvořil 80 % sraženiny a únik amoniaku byl minimalizován. Pro realizaci srážení struvitu z odpadních vod z chovu prasat byl vystavěn a testován provzdušňovaný poloprovozní reaktor s filtrací sraženiny přes biodegradabilní materiál.

Abstract

Phosphorus removal is an important part of wastewater treatment process. It prevents an undesirable phenomenon called eutrophication. Phosphorus is removed mostly by precipitation. The emission limits of phosphorus are becoming more stringent which requires the intensification of the disposal methods. The efficiency of phosphorus precipitation depends on the place of dosing and on the kind of the precipitating agent. The suitable place for the dosing is the outlet of the activation tank, where the precipitating agent is effectively dissolved in the activation mixture.

Phosphorus is used in fertilizers to ensure the sufficient production of crops. The current consumption in agriculture and industry will soon lead to the exhaustion of natural phosphorus resources. Technologies must include not only the phosphorus removal but also its recovery. During the phosphorus removal from wastewater the poorly soluble precipitate of ferric phosphate is formed and it cannot be used in agriculture. Therefore, it is necessary to recover phosphorus in another form preferably in the form of struvite. Struvite can be precipitated from sludge liquors or swine wastewater and then used as an effective fertilizer.

It is possible that large wastewater treatment plants with anaerobic sludge stabilization will have to implement phosphorus-recovery technologies in the near future. The precipitation potential and the yield of struvite crystals were evaluated in sludge liquors from four wastewater treatment plants in Czech Republic. Because of low phosphorus concentration in sludge liquors the efficiency of struvite precipitation was insufficient. The concentration of phosphorus can be increased by the restriction of flocculants dose during the sludge dewatering. Another possibility is to eliminate the precipitation of phosphorus in the inlet; however, it leads to the reduction of the sedimentation efficiency. Currently struvite precipitation from tested sludge liquors is not profitable; nevertheless, it is possible after the adjustment of technology.

Another way to recover phosphorus is struvite crystallization from swine wastewater. The disadvantage is the heterogeneous composition and the high amount of organic dissolved and suspended solids in wastewater that affect the efficiency of struvite precipitation. Organic substances slow down the kinetic of precipitation, on the other hand, they have a positive effect on the formation of large struvite crystals. Struvite crystallization is also influenced by pH, temperature, molar ratio N:P and Mg:Ca. The optimum parameters were set up as follows: pH at 8.5, temperature not exceed 20 °C, molar ratio of N:P equals to 3 and molar ratio of Mg:Ca higher than 2. Than 90 % of phosphorus is removed, 80 % of precipitate is in the form of struvite and ammonia volatilization is minimized. The aerated pilot plant reactor was built and tested to perform the struvite precipitation from swine wastewater. Struvite was caught by the filtration through biodegradable material.