Przegląd i ocena stanu badań nad oczyszczaniem ścieków w sekwencyjnych reaktorach porcjowych

• Autorzy: Podedworna J.

Warianty tytułu

EN

Review and evaluation of a state of research on wastewater treatment in sequencing batch reactors

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł zawiera obszerny przegląd i ocenę stanu badań nad oczyszczaniem ścieków w sekwencyjnych reaktorach typu SBR. Autorka analizuje relacjonowane w literaturze przedmiotu wyniki badań nad przebiegiem procesów jednostkowych z podziałem na reaktory, w których poza rozkładem związków węgla przebiega tylko usuwanie azotu lub tylko usuwanie fosforu oraz układy ze zintegrowanym usuwaniem obu biogenów. Szczegółowa analiza warunków technologicznych zachodzenia procesu nitryfikacji, denitryfikacji, uwalniania i wiązania ortofosforanów w reaktorach SBR (z uwzględnieniem czynników inhibitujących) porządkuje dostępną wiedzę w tym zakresie. W artykule zasygnalizowano rezultaty badań laboratoryjnych nad oczyszczaniem ścieków w reaktorze SBR z długotrwałym dawkowaniem ścieków w zmiennych warunkach tlenowych poprzez selektor, "przeciwstawiając" tę technologię dość szczegółowo opisanej w literaturze technologii dump fill (o krótkim czasie napełniania). Wskazano na konieczność prowadzenia dalszych badań nad technologią SBR, ponieważ przebieg procesów jednostkowych w porcjowych systemach oczyszczania ścieków ciągle nie jest tak dobrze udokumentowany w literaturze jak analogiczne procesy zachodzące w reaktorach przepływowych.

EN

The article contains an extensive review and assessment of the research status of the sequencing batch reactors - SBR. The author analyses the research outcome of elementary processes in which the decomposition of carbon compounds is accompanied only by the elimination of denitrification or dephosphorisation as well as the circuits with the integrated elimination of both biogens. Detailed analysis of the technological conditions of nitrification, denitrification, release and accumulation of ortophosphates in SBRs (with the consideration of inhibitors) shows the available knowledge in this respect. A significant obstacle in the integrated nitrogen and phosphorus removal in batch reactors is the different optimal sludge age for nitrfication, denitrification and biological phosphorus removal. In the cycle of nitrogen transformations the most significant process is nitrification, which eliminates ammonia nitrogen from wastewater and supplies substrats for denitrification. Since nitrificants have much longer time of generation than heterotrophs, the sludge age, which enables the development and the growth of nitrification bacteria, is required in order to secure nitrification in the system. Their growth rate depends on temperature, dissolved oxygen concentration and pH. The high sludge age for nitrification is in the conflict with the requirements for denitrification. In consequence in conventional SBR reactors it leads to decrease of C:N ratio and to drop of the total nitrogen removal efficiency. High sludge age is not conductive to development of appropriate big population of phosphorus accumulation bacteria (PAO). As essential parameter in integrated nitrogen and phosphorus removal also the right selection of oxic, anaerobic or anoxic phases duration time is given. The article highlights positive results of lab research on wastewater treatment in the SBRs of long lasting sewage filling in the variable anaerobic and aerobic conditions juxtaposing this technology to the dump fill technology described in detail in the literature. The need for further research on SBRs was indicated because the unitary processes in the period systems of wastewater treatment is not documented in the literature so well as the analogous processes, which take place in the flow reactors.

Słowa kluczowe

PL

reaktor SBR; nitryfikacja; denitryfikacja; defosfatacja biologiczna

EN

sequencing batch reactor; nitrification; denitrification; biological phosphorus removal

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2004
• Tom: T. 7, nr 2
• Strony: 227--247
• Opis fizyczny: Bibliogr. 79 poz.

Twórcy

autor

Podedworna J.

• Politechnika Warszawska, Instytut Zaopatrzenia w Wodę i Budownictwa Wodnego, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa

Bibliografia

• [1] ATV-M210. 1997. Porcjowe urządzenia osadu czynnego (Wytyczne ATV: Ścieki-Odpady).
• [2] Dennis R.W., Irvine R.L., Effect of fill: react ratio on sequencing batch biological reactors, J. Wat. Polutt. Control Fed. 1979, 2, 255-263.
• [3] Manning J.F., Irvine R.L., The biological removal of phosphorus in a sequencing batch reactor, J. Wat. Pollut. Control Fed. 1985, 1, 87-94.
• [4] Danesh S., Sears K.J., Barnard J.L., Oleszkiewicz J.A., Biologiczne usuwanie związków biogennych w cyklicznych systemach SBR, Materiały Międzynarodowej Konferencji nt. Usuwanie związków biogennych ze ścieków, Kraków 1997, 6.1-6.21.
• [5] Irvine R.L., Miller G., Bhamrah A.S., Sequencing batch treatment of wastewater in rural areas, J. Wat. Pollut. Fed. 1979, 2, 244-254.
• [6] Sheker R.E., Aris R.M., Shieh W.K., The effect of fill strategies on SBR performance under nitrogen deficiency and rich conditions, Wat. Sei. Technol. 1994, 28, 259-266.
• [7] Palis J.C., Irvine R.L., Nitrogen removal in a low loaded single tank SBR, J. Wat. Pollut. Control Fed. 1985,1, 82-96.
• [8] Okada M., Sudo R., Performance of sequencing batch reactor activated sludge processes for simultaneous removal of nitrogen, phosphorus and BOD as applied to small community sewage treatment, Wat. Sei. Technol. 1986, 18, 363-370.
• [9] Mąkinia J., Wybrane aspekty usuwania azotu w miejskich oczyszczalniach ścieków, GWiTS, 1996, 8, 285-289.
• [10] Oleszkiewicz J.A., Biologiczne usuwanie azotu, Materiały Międzynarodowej Konferencji nt. Usuwanie związków biogennych ze ścieków, Kraków 1997, 3.1-3.37.
• [11] Irvine R.L., Miller G., Bhamrah A.S., Sequencing batch treatment of wastewater in rural areas, J. Wat. Pollut. Fed. 1979, 2, 244-254.
• [12] Alleman J.E., Irvine R.L., Nitrification in the sequencing batch biological reactor, J. Wat. Pollut. Control Fed. 1980, 11, 2747-2754.
• [13] Silverstein J., Shroeder E.D., Performance of SBR activated sludge processes with nitrification/ denitrification, J. Wat. Pollut. Control Fed. 1983,4, 377-384.
• [14] Oleszkiewicz J.A., Berquist S.A., Low temperature nitrogen removal in sequencing batch reactors, Wat. Res. 1988, 22(9), 1163-1171.
• [15] Mc Cartney D.M., Oleszkiewicz J.A., Carbon and nutt removal in a sequencing batch reactor at low temperatures, Envir. Technol. 1990, 11, 99-112.
• [16] van Haandel A.C., Ekama G.A., Marais G.v.R., The activated sludge process-3. Single sludge denitrification, Wat. Res. 1981, 15, 1135-1152.
• [17] Klimiuk E., Wpływ warunków środowiskowych na mechanizmy usuwania związków biogennych metodą osadu czynnego, Zeszyty Naukowe AR-T w Olsztynie - Protectio Aquarum et Piscatoria 1996,21,5-19.
• [18] Błaszczyk M., Gałka E., Sakowicz E., Mycielski R., Denitrification of high concentration nitrites and nitrates in synthetic medium with different sources of organic carbon. III. Methanol, Acta Microbiol. Pol. 1985, 34, 195-206.
• [19] Grabińska-Łoniewska A., Wpływ wybranych związków węgla na kształtowanie się biocenozy w procesie usuwania azotu metodą denitryfikacji, Prace Naukowe PW, Inżynieria Sanitarna i Wodna 1990, 10.
• [20] Grabińska-Łoniewska A., Denitrification unit biocenosis. Wat. Res. 1991, 25, 1565-1573.
• [21] Abufayed A.A., Schroeder E.D., Performance of SBR/ denitrification with a primary sludge carbon source, J. Wat. Pollut. Control Fed. 1986, 58, 387-397.
• [22] Abufayed A.A., Schroeder E.D., Kinetics and stoichiometry of SBR/ denitrification with a primary sludge carbon source, J. Wat. Pollut. Control Fed. 1986, 58, 398-405.
• [23] Tam N.F.Y., Leung G.L.W., Wong Y.S., The effects of external carbon loading on nitrogen removal in sequencing batch reactor, Wat. Sei. Technol. 1994, 30, 73-81.
• [24] Demuynack C., Vanrollegham P., Mingneau C., Lissens J.I., Verstraete W., NDBEPR process optimization in SBRs: reduction of external carbon-source and oxygen supply, Wat. Sei. Technol. 1994, 30(4), 169-179.
• [25] Carucci A., Ramadori R., Rosetti S., Tomei M.C., Kinetic of denitrification reaction in single sludge systems, Wat. Res. 1996, 30, 51-56.
• [26] Klimiuk E., Kinetyka przemian związków azotu i fosforu w osadzie czynnym w warunkach beztlenowo-tlenowych. Rozprawy i monografie 3, ART, Olsztyn 1998.
• [27] Barnard J.L., Biologiczne usuwanie fosforu, Materiały Międzynarodowej Konferencji nt. Usuwanie związków biogennych ze ścieków, Kraków 1997,4.1-4.18.
• [28] Daigger G.T., Waltrip G.D., Romm E.D., Morales L.M., Enhanced secondary treatment incorporating biological nutrient removal, J. Wat. Polutt. Control Fed. 1988, 60, 1833-1841.
• [29] Pittman A.R., Design consideration for nutrient removal activated sludge plants, Wat. Sei. Technol. 1991,23, 781-792.
• [30] Colmenarejo M.F., Bustos A., Garcia M.G., Borja R., Banks C.J., An analysis of the factors that influence biological phosphorus removal (BPR) in a sequencing batch anaerobic/ aerobic reactor, Bioprocess Eng. 1988, 19, 171-174.
• [31] Barnard J.L., Projektowanie oczyszczalni z osadem czynnym usuwających związki biogenne, Materiały seminarium szkoleniowego nt. Filozofia projektowania a eksploatacja oczyszczalni ścieków, Kraków 2000, 21-59.
• [32] Marklund S., Morling S., Biological phosphorus removal at temperature from 3 to 10“C: a full-scale study of a sequencing batch reactor unit, Can. J. Civ. Eng. 1994, 21, 81-88.
• [33] Morling S., Doświadczenia z oczyszczalni ścieków SBR w Szwecji, Materiały forum współpracy polsko-szwedzkiej w ochronie wód nt. Eksploatacja i badanie oczyszczalni ścieków SBR, Nowy Targ 1998, 55-64.
• [34] Kosarewicz O., Firlus I., Uniejewska G., Ocena porównania usuwania fosforu ze ścieków miejskich, Materiały XXIX Konferencji nt. Postęp techniczny w dziedzinie oczyszczania ścieków, Katowice 1995, 141-155.
• [35] Bernacka J., Kurbiel J., Pawłowska L., Usuwanie związków biogennych ze ścieków miejskich, Inst. Ochr. Śród., Warszawa 1992.
• [36] Smolders G.J.F., van der Meij J., van Loosdrecht M.N.M., Heijnen J.J., Model of anaerobic metabolism of the biological phosphorus removal process: stoichiometry and pH influence, Biotechnol. Bioengineer. 1994, 43, 461-470.
• [37] Alleman J.E., Irvine R.L., Storage induced denitrification using sequencing batch reactor operation, Wat. Res. 1980, 14, 1483-1488.
• [38] Gerber A., Mostert E.S., Winter C.T., de Villiers R.H., Interaction between phosphate, nitrate and organic substrate in biological nutrient removal processes, Wat. Sei. Technol. 1987, 19, 183-189.
• [39] Barnard J.L., A review of biological phosphorus removal in activated sludge process, Wat. SA. 1976, 2(3), 136-144.
• [40] Osborn D.W., Nicholls H.A., Optimization of the activated sludge process foe the biological removal of phosphorus, Prog. Wat. Technol. 1978, 10, 261-277.
• [41] Marais G. v R., Loewenthal R.C., Siebritz J.P., Review: Observations supporting phosphate removal by biological excess uptake, Wat. Sei. Technol. 1983, 15, 15-41 (Phosphate removal in biological treatment processes. Proceedings of a seminar ed. H.N.S. Wiechers, 1982).
• [42] Kuba T., Wachtmaister A., van Loosdrecht M.C.M., Heijnen J.J., Effect of nitrate on phosphorus release in biological phosphorus removal systems, Wat. Sei. Technol. 1994, 30, 263-269.
• [43] Iwema A., Meunier A., Influence of nitrate on acetic acid induced biological phosphorus removal, Wat. Pollut. Control Fed. 1985, 17, 289-294.
• [44] Wachtmeister A., Kuba T., van Loosdrecht M.N.M., Heijnen J.J., A sludge characterization assay for aerobic and denitrifying phosphorus removing sludge, Wat. Res. 1997, 31, 471-478.
• [45] Artan N., Tasli R., Őzgűr N., Orhon D., The fate of phosphorus under anoxic conditions in biological nutrient removal activated sludge systems, Proceedings 2nd International Conference on Microorganisms in Activated Sludge and Biofilm Processes, Berkeley, California 1997, 319-376.
• [46] Kerrn-Jespersen J.P., Henze M., Biological phosphorus uptake under anoxic and aerobic conditions, Wat. Res. 1993, 27, 617-626.
• [47] Wanner J., Comparison of biocenosis from continuos and sequencing batch reactor, Wat. Sei. Technol. 1992, 25, 239-249.
• [48] Mino T., Liu W-T., Kurisu F., Matsuo T., Modeling glycogen storage and denitrification capability of microorganisms in enhanced biological phosphate removal processes, Wat. Sei. Technol. 1995,31,25-34.
• [49] Sorm R., Bortone G., Saltarelli R., Jenicek P., Wanner J., Tilche A., Phosphate uptake under anoxic conditions and fixed-film nitrification in nutrient removal activated sludge systems, Wat. Res. 1996, 30, 1573-1584.
• [50] Podedworna J., Potencjał redox a ocena przebiegu oczyszczania ścieków w reaktorze SBR w świetle badań własnych, GWiTS 1999, 2, 52-57.
• [51] Comeau Y., Hall H., Hancock R.E.W., Oldham W.K., Biochemical model for enhanced biological phosphate removal, Wat. Res. 1986, 20, 1511-1522.
• [52] Hascoet M.C., Florentz M., Granger P., Biochemical aspects of enhanced phosphorus removal from wastewater, Wat. Sei. Technol. 1985, 17, 23-41.
• [53] Meganck M., Malinou D., le Flohic P., Faup G.M., Rovel J.M., The importance of the acidogenic microflora in biological phosphorus removal, Wat. Sei. Technol. 1985, 17, 199-212.
• [54] Fuhs G.W., Chen M., Phosphate removal in the activated sludge process, Microbiol. Ecology 1975,2, 119-119.
• [55] Lőtter L.H., The role of bacterial phosphate metabolism in enhanced phosphorus removal from the activated sludge process, Wat. Sei. Technol. 1985, 17, 127-138.
• [56] Jones P.H., Tadwalker A.D., Hsu C.L., Enhanced uptake of phosphorus by activated sludge-effect of substrate addition, Wat. Res. 1987, 21, 301-308.
• [57] Schön G., Geywitz S., Mertens F., Influence of dissolved oxygen and oxidation-reduction potential on phosphate release and uptake by activated sludge from sewage plants with enhanced biological phosphorus removal, Wat. Res. Technol. 1993, 27, 349-354.
• [58] Wentzel M.C., Lőtter L.H., Ekama G.A., Loewenthal R.E., Marais G.v.R., Evaluation of biological excess phosphorus removal, Wat. Sei. Technol. 1991, 23, 567-576.
• [59] Wentzel M.C., Ekama G.A., Marais G.v.R., Review: Processes and modeling of nitrification-denitrification biological excess phosphorus removal systems, Wat. Sei. Technol. 1992, 25, 59-82.
• [60] Henze M., Characterization of wastewater for modeling of activated sludge process, Wat. Sei. Technol. 1992, 25, 1-15.
• [61] Henze M., Mladenovski C., Hydrolysis of particulate substrate by activated sludge under aerobic, anoxic and anaerobic conditions, Wat. Res. 1991, 25, 61-64.
• [62] Gerber A., Mosten E.S., Winter C.T., de Villiers R.H., The effect of acetate and other short- chain carbon compounds on the kinetic of biological nutrient removal, Water S.A. 1986, 12, 7-12.
• [63] Gerber A., de Villiers R.H. Mostert E.S., van Riet C.J.J., The phenomenon of simultaneous phosphate uptake and release and its importance in biological nutrient removal, (in:) Biological phosphate removal from wastewater, ed. R. Ramadori, Pergamon Press, Oxford 1987, 123-134.
• [64] Mostert E.S., Gerber A., van Riet C.J.J., Fatty acid utilization by sludge from full-scale nutrient removal plants, with special references to the role of nitrate, Water S.A. 1988,179-184.
• [65] Head H., Oleszkiewicz J.A., Sears K„ Poprawa nitryfikacji poprzez gospodarowanie wodami osadowymi, Materiały seminarium szkoleniowego nt. Filozofia projektowania a eksploatacja oczyszczalni ścieków, Kraków 2000, 97-115.
• [66] Podedworna J., Biologiczne oczyszczanie ścieków w sekwencyjnym reaktorze porcjowym - badania własne, Materiały II ogólnopolskiego sympozjum nt. Biotechnologia w Uczelniach Technicznych, Warszawa 1997, 221-233.
• [67] Kurbiel J., Żeglin K., Zastosowanie wstępnej fermentacji dla zintensyfikowania biologicznego usuwania związków biogennych, Materiały XXIX Konferencji nt. Postęp techniczny w dziedzinie oczyszczania ścieków, Katowice 1995, 109-124.
• [68] Randall C.W., Benefield L.D., Hill W.E., Nicol J.P., Boman G.K., Jing S.R., The effect volatile fatty acids on enhanced biological phosphorus removal and populations structure in anaerobic/ aerobic sequencing batch reactor, Wat. Sei. Technol. 1997, 35, 153-160.
• [69] Barnard J.L., Projektowanie procesów fermentacji wstępnej, Materiały seminarium szkoleniowego nt. Filozofia projektowania a eksploatacja oczyszczalni ścieków, Kraków 2000, 61-76.
• [70] Czerska B., Miksch K., Pelczar J., Płonka L., Surmacz-Górska J., Biologiczna defosfatacja ścieków metodą osadu czynnego w systemie naprzemiennego napowietrzania, GWiTS 1996, 6, 230-234.
• [71] Jodłowski A., Badania laboratoryjne nad usuwaniem związków węgla, azotu i fosforu ze ścieków w sekwencyjnym reaktorze biologicznym, GWiTS 1996, 9, 311-316.
• [72] Podedworna J., Witkowski A., Ziółkowska T., Kwapisz W., Badania nad przebiegiem oczyszczania ścieków i stabilizacją tlenową osadów w sekwencyjnym reaktorze porcjowym (SBR), Sprawozdanie z pracy 501/ 080/ 903/ 1. Program priorytetowy Bioinżynieria 1996/ 97, Materiały archiwalne Inst. Zaop. w Wodę i Bud. Wodnego PW, 1997.
• [73] Janczukowicz W., Trybe K., Szewczyk M., Efektywność działania komór typu SBR przy nagłych zmianach stężenia dopływających ścieków, Materiały IX Międzynarodowej Konferencji nt. Problemy gospodarki wodno-ściekowej w regionach rolniczo-przemysłowych, Rajgród 1997, 78-84.
• [74] Chaciński R., Małe oczyszczalnie ścieków z biologicznym usuwaniem fosforu: mikroreaktor SBR-CEWOK, Biokon SBR-CEWOK. Informacja INSTAL 11, 1998.
• [75] Kabaciński M., Opis technologii i ocena eksploatacji oczyszczalni ścieków w Nowym Targu, Materiały forum współpracy polsko-szwedzkiej w ochronie wód nt. Eksploatacja i badania oczyszczalni ścieków SBR, Nowy Targ 1988, 29-37.
• [76] Styka W., Płaza E., Kabaciński M., Przebieg przemian biochemicznych w reaktorach SBR oraz efektywność oczyszczalni ścieków w Nowym Targu, Materiały forum współpracy polsko-szwedzkiej w ochronie wód nt. Eksploatacja i badania oczyszczalni ścieków SBR, Nowy Targ 1998, 39-53.
• [77] Wanner J., Activated sludge bulking and foaming control, A Technomic Publishing Company, Inc., Lancaster 1994.
• [78] Szetela R., Usuwanie azotu i fosforu w procesach biochemicznych, (w:) rozdz. 7-Odnowa wody. Podstawy teoretyczne procesów - pod red. A.L. Kowala. Wyd. II., Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1996.
• [79] Podedworna J., Zintegrowane usuwanie azotu i fosforu w reaktorze SBR z długotrwałym dawkowaniem ścieków poprzez selektor, Prace Naukowe, Inżynieria Środowiska, z. 41, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2002.