Bioloogilise ja keemilise fosforiärastuse võrdlus toimiva reoveepuhasti näitel

Fosfor nagu ka lämmastik on tänapäeval saanud üheks peamiseks reostusaineks, mida reoveepuhastid eemaldavad. Sellega tagatakse, et looduslikus veekeskkonnas säiliks isepuhastusvõime ning vetikad ei hakkaks õitsema ja ei toimuks veekogude eutrofeerumine. Põhilisteks fosfori allikateks on väetised, majapidamisvahendid, fekaalid ning toidujäägid. Lisaks keskkonnateguritele on fosfori saastetasude järjepidev tõus pannud teadlased uurima efektiivsemaid ja odavamaid fosforiärastuse tehnoloogiaid. Fosforiärastus toimub nii keemiliselt kui ka bioloogiliselt. Keemilisel viisil toimub fosfori sadestamine metallidel põhinevate koagulantide või muude kemikaalide lisamisel, mis reaktsioonil lahustunud fosfaadiga moodustavad lahustumatu soola. Bioloogiliselt eemaldatakse fosfor reoveest aktiivmuda protsessiga, kus luuakse fosforit akumuleerivatele organismidele soodsad elutingimused. Mikroorganismid kasutavad rakuehituseks rohkem fosforit kui vaja ning tänu sellele eemaldatakse liigne fosfor liigmudaga. Töö eesmärgiks oli leida tehnoloogiliselt kõige tõhusam ja säästlikum fosforiärastuse viis ühe töötava reoveepuhasti näitel. Arvestades heitvee piirnorme, puhasti opereerimiskulusid ning saastetasusid modelleeris autor kolm mudelit, millega saadi teada mudelite prognoositavad puhastusefektiivsused. Kolme mudeli võrdlusest välistati mudel A, kuna selles süsteemis ei toimunud keemilist ega bioloogilist fosforiärastust, mistõttu oli tegemist lähtemudeliga. Teisest kahest mudelist saadud tulemusi analüüsiti, et hinnata nende efektiivsust. Käesolevas töös analüüsiti kolme erinevat mudelit. Autor võrdles keemilist ja bioloogilist fosforiärastust ning vaatles opereerimisrežiimide efektiivsust. Tulemuste võrdlusest selgus, et bioloogilise fosforiärastusega ei saavutata lubatud fosfori (mg/l) kogust suublas, seetõttu ei ole seda mõttekas rakendada. Hüdraulilise viibeaja vähendamisega saaks alandada fosfori kogust suublas, kuid sellega võib kaasneda lämmastikuärastuse efektiivsuse langus. Bioloogilise fosforiärastuse võimekust toetaks suurem BHT7 sisaldus suublasse jõudvas reovees. Juhul, kui bioloogiline fosforiärastus toimiks korrektselt, siis tuleks odavam läbi viia reoveepuhastis bioloogilist eemaldamist kui keemilist, kuna bioloogilise ärastuse igapäevane opereerimiskulu oleks väiksem kui keemilise puhul. Bioloogilise fosforiärastuse juurdeehitus tasuks ennast ära 4,5 aastaga. Samas tuleb arvestada sellega, et tulemused on saadud modelleerimistarkvara GPS-X abil ning praktikas võivad saadavad tulemused erineda.

The title of this graduation thesis is Comparison of Biological and Chemical Phosphorus Removal on the Example of a Working Wastewater Treatment Plant. The aim of this graduation thesis was to find the most technologically efficient and economical way of phosphorus removal on the example of one operating wastewater treatment plant. Taking into account the effluent limits, the operating costs of the treatment plant and the pollution charges, the author modeled three models, which were used to find out the predicted treatment efficiencies of the models. Model A was excluded from the comparison of the three models, as no chemical or biological phosphorus removal took place in this system. The results from the other two models were analyzed to evaluate their effectiveness. Phosphorus, like nitrogen, has become one of the main pollutants removed by wastewater treatment plants today. This ensures that the natural aquatic environment retains its self-cleaning capacity and that algae do not bloom or eutrophicate. The main sources of phosphorus are fertilizers, household chemicals, faeces and food scraps. In addition to environmental factors, the steady increase in phosphorus pollution charges has led researchers to explore more efficient and cheaper phosphorus removal technologies. Phosphorus removal takes place both chemically and biologically. Chemically, phosphorus is precipitated by the addition of metal-based coagulants or other chemicals that react with dissolved phosphate to form an insoluble salt. Biologically, phosphorus is removed from wastewater by a process that creates favorable living conditions for phosphorus-accumulating organisms. Microorganisms use more phosphorus than needed to build cells, which removes excess phosphorus and is extracted by waste activated sludge. In this graduation thesis, three different models were analyzed. The author compared chemical and biological phosphorus removal and observed the efficiency of operating modes. A comparison of the results showed that biological phosphorus removal does not achieve the permitted amount of phosphorus (mg/l) at the destination, therefore it does not make sense to apply it. Reducing the hydraulic retention time could reduce the amount of phosphorus at the inlet, but this could lead to a decrease in the efficiency of nitrogen removal. The biological phosphorus removal efficiency would be supported by a higher BOD7 content in the wastewater reaching the destination. If biological phosphorus removal would work properly, then it would be cheaper to carry out biological phosphorus removal in a wastewater treatment plant than chemical phosphorus removal, as the daily operating cost of biological removal would be lower than in the case of chemical removal. The addition of biological phosphorus removal would pay for itself in 4.5 years. However, it should be kept in mind that the results are obtained using modelling software GPS-X and in practice the results may vary.