Эффективность и ограничения процесса A2O при одновременном удалении ПАВ и питательных веществ из городских сточных вод

Почему важно очищать сточные воды

Каждый раз, когда мы моем посуду, стираем белье или смываем в туалете, по стоку уходит смесь пищевых остатков, моющих средств и питательных веществ, таких как азот и фосфор. Если эти вещества не удалить на очистных сооружениях, они способны стимулировать токсичные цветения водорослей, вредить животным и угрожать качеству питьевой воды. В этом исследовании оценивается, насколько хорошо распространённая схема очистки — процесс A2O — удаляет из городских сточных вод одновременно и детергенты, и питательные вещества, а также где проявляются её слабые места при реальной годовой эксплуатации.

Как устроена эта линия очистки

Исследуемая станция расположена в провинции Язд в Иране и использует трёхступенчатую биологическую систему: один резервуар без кислорода, второй с очень малым содержанием кислорода и третий с аэрацией. Сточные воды сначала проходят через решётки и систему удаления грубых фракций, затем последовательно протекают через эти резервуары, после чего осадки осаждаются в отстойнике, а очищенная вода дезинфицируется. В течение года исследователи ежемесячно отбирали пробы в нескольких точках этого пути и определяли, сколько органики, детергентов, азота и фосфора остаётся на каждом этапе.

В чём система особенно хороша

Станция показала высокую эффективность в удалении общей органической нагрузки, измеряемой параметрами COD и BOD, которые отражают, сколько кислорода потребует вода при разложении органики. Во все сезоны эти показатели снижались примерно на 96–98%, и конечные уровни оставались значительно ниже национальных лимитов для сброса и повторного использования. Детергенты, представленные широко используемым бытовым ПАВ LAS, также удалялись очень эффективно — более чем на 92% во все сезоны, причём наименьшие концентрации фиксировались в окончательном сбросе. Большая часть этой очистки происходила в аэрационной (кислородсодержащей) камере, где активные микроорганизмы разлагают мылоподобные молекулы.

Где система испытывает трудности

В отличие от этого, система показала более слабые результаты по питательным веществам, особенно по азоту в форме нитрата. Внутри линии аммоний из стоков окисляется до нитрата в аэрационной камере, но недостаточная часть этого нитрата восстанавливается до инертного азотного газа в низкооксигенированной камере. В результате концентрация нитратов в окончательном сбросе была немного выше самого строгого национального предела для сброса в подземные впитывающие колодцы, хотя соответствовала нормам для поверхностных вод. Удаление фосфора также оказалось умеренным в целом — удалялось лишь около четверти поступающего фосфора, несмотря на то, что процесс рассчитан на поддержание бактерий, запасающих фосфор.

Почему фосфор остаётся трудным для удаления

В исследовании указываются несколько причин отставания по фосфору. Шлам из отстойника сушат на площадках, а затем частично возвращают в начало биологической линии. В этих площадках сушки создаются условия, способствующие выпуску накопленного фосфора обратно в воду, поэтому возвратный поток приносит дополнительную нагрузку фосфором в первый резервуар. Одновременно часть нитратов также рециркулируется, что тихо переводит первый резервуар из полностью анаэробной в слабооксигенированную зону, которая не в полной мере поддерживает микроорганизмы, обычно поглощающие и накапливающие фосфор. Самые детергенты также могут оказывать стрессовое влияние на эти полезные бактерии при определённых концентрациях, дополнительно ограничивая захват фосфора.

Что это значит для будущих очистных сооружений

В целом полученные данные показывают, что процесс A2O надёжно удаляет органику и детергенты из городских сточных вод до уровней, соответствующих или превосходящих экологические стандарты, но при этом менее стабильно работает по нитратам и фосфору. Для сообществ это означает, что простая установка A2O-системы недостаточна; требуются тщательная настройка аэрации, рециркуляции осадка и источников углерода, чтобы полезные микроорганизмы могли удалять питательные вещества так, как задумано. При такой донастройке существующие станции могли бы лучше защищать реки, озёра и питьевую воду, продолжая справляться с повседневной смесью моющих средств и отходов современной жизни.

Цитирование: zarei Mahmoudabadi, T., Teimouri, F., Bagheri, A.H. et al. Efficacy and limitations of the A2O process in simultaneous removal of surfactants and nutrients from municipal wastewater. Sci Rep 16, 16196 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45194-w

Ключевые слова: очистка сточных вод, процесс A2O, удаление детергентов, загрязнение питательными веществами, городская канализация