Κοινές μέθοδοι και αρχές αφαίρεσης φωσφόρου σε συστήματα επεξεργασίας λυμάτων

Φώσφορος-Ο ένοχος πίσω από το νερό "Παχυσαρκία"

Εάν το αμμωνιακό άζωτο είναι το «δηλητήριο» των υδάτινων σωμάτων, τότε ο φώσφορος είναι το «λίπασμα». Η υπερβολική απόρριψη φωσφόρου σε υδάτινα σώματα κάνει τα φύκια να αναπτύσσονται ανεξέλεγκτα, οδηγώντας σε ευτροφισμό και τελικά μετατρέποντας το νερό σε «πράσινο χυλό». Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα περιβαλλοντικά πρότυπα για τον ολικό φώσφορο γίνονται όλο και πιο αυστηρά (πρότυπο κατηγορίας Α: 0,5 mg/L).

Πώς ακριβώς αφαιρείται λοιπόν ο φώσφορος από τα συστήματα επεξεργασίας λυμάτων;

Υπάρχουν τρεις κύριες μέθοδοι: η χημική αφαίρεση του φωσφόρου, η βιολογική αφαίρεση του φωσφόρου και ορισμένες βοηθητικές τεχνολογίες.

1.1 Βασικές Αρχές
Ο πυρήνας της χημικής απομάκρυνσης του φωσφόρου είναι η μετατροπή σωματιδίων και η απομάκρυνση της ιλύος προσρόφησης. Με την προσθήκη χημικών ουσιών στα λύματα, τα διαλυτά φωσφορικά άλατα μετατρέπονται σε αδιάλυτα σωματίδια, τα οποία στη συνέχεια απορροφώνται από την ενεργοποιημένη ιλύ και απομακρύνονται μέσω της απομάκρυνσης της λάσπης.

Αυτή η διαδικασία στην πραγματικότητα περιλαμβάνει δύο βήματα:

Μετατροπή σωματιδίων: Τα διαλυμένα φωσφορικά ιόντα (PO43-) αντιδρούν με ιόντα μετάλλων για να σχηματίσουν αδιάλυτα φωσφορικά σωματίδια.

Προσρόφηση και απομάκρυνση λάσπης: Τα λεπτά σωματίδια προσκολλώνται μεταξύ τους ή απορροφώνται από την ενεργοποιημένη ιλύ, μειώνοντας τον συνολικό φώσφορο μέσω της απομάκρυνσης της λάσπης.

Σημείωση: Μερικοί άνθρωποι πιστεύουν ότι η αρχή της απομάκρυνσης του φωσφόρου είναι η προσθήκη παραγόντων άλατος μετάλλων στα λύματα, με αποτέλεσμα τα διαλυτά φωσφορικά να γίνουν αδιάλυτα σωματίδια, τα οποία στη συνέχεια καθιζάνουν και απορρίπτονται. Αυτό διαφέρει από την άποψη που παρουσιάζεται σε αυτό το άρθρο.

1.2 Συνήθως χρησιμοποιούμενοι παράγοντες και αρχές αντίδρασης

Ο πυρήνας της απομάκρυνσης του φωσφόρου του άλατος σιδήρου/αλουμινίου είναι η αντίδραση μεταλλικών ιόντων με φωσφορικά άλατα για το σχηματισμό ελάχιστα διαλυτών αλάτων, κατάλληλα για ουδέτερες και όξινες συνθήκες. Η απομάκρυνση του φωσφόρου ασβέστη, από την άλλη πλευρά, βασίζεται σε περιβάλλον υψηλού pH για να σχηματίσει ιζήματα φωσφορικού ασβεστίου, αλλά απαιτεί υψηλό pH και επακόλουθη ρύθμιση του pH και επίσης παράγει μεγάλη ποσότητα λάσπης.

1.3 Τρεις Μέθοδοι Δοσολογίας
Η χημική απομάκρυνση του φωσφόρου μπορεί να χωριστεί σε τρεις κατηγορίες με βάση τη θέση δοσολογίας. Προσωπικά προτείνω την αφαίρεση{1}}φωσφόρου, η οποία επιτρέπει ανεξάρτητο έλεγχο και εύκολη προσαρμογή.

2.1 Βασικός παίκτης: Οργανισμοί που συσσωρεύονται πολυφωσφορικά (PAO)

Οι κύριοι παράγοντες στη βιολογική απομάκρυνση του φωσφόρου είναι ένας ειδικός τύπος βακτηριδίων-συσσωρευτών πολυφωσφορικών οργανισμών (PAOs). Έχουν μια αξιοσημείωτη ικανότητα: υπό αερόβιες συνθήκες, μπορούν να απορροφήσουν φώσφορο από τα λύματα σε υπερβολικές ποσότητες, με αποτέλεσμα τα επίπεδα φωσφόρου στα κύτταρά τους να είναι αρκετές φορές υψηλότερα από τα συνηθισμένα βακτήρια.

2.2-Κύκλος δύο σταδίων-Αναερόβια απελευθέρωση φωσφόρου, αερόβια πρόσληψη φωσφόρου

Η διαδικασία απομάκρυνσης του φωσφόρου των PAO απαιτεί εναλλασσόμενα αναερόβια και αερόβια περιβάλλοντα:

Στάδιο 1: Αναερόβια Απελευθέρωση Φωσφόρου

Κάτω από αναερόβιες συνθήκες χωρίς διαλυμένο οξυγόνο ή μοριακό οξυγόνο, τα PAO υδρολύουν τα πολυφωσφορικά μέσα στα κύτταρα τους σε ορθοφωσφορικά, απελευθερώνοντάς τα στο νερό.

Η ενέργεια που απελευθερώνεται χρησιμοποιείται για την απορρόφηση των πτητικών λιπαρών οξέων (VFAs) στο νερό, συνθέτοντας την ένωση αποθήκευσης της ενδοκυτταρικής πηγής άνθρακα PHB.

Κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου, η συγκέντρωση του φωσφόρου στο νερό στην πραγματικότητα αυξάνεται-μην πανικοβληθείτε, αυτό γίνεται για να προετοιμαστείτε για "κατανάλωση" ακόμη περισσότερο αργότερα.

Στάδιο 2: Αερόβια Πρόσληψη Φωσφόρου

Κατά την είσοδό τους σε ένα αερόβιο περιβάλλον, τα βακτήρια που συσσωρεύονται-πολυφωσφορικά (PAB) αποσυνθέτουν το αποθηκευμένο PHB στα κύτταρά τους για να λάβουν ενέργεια.

Απορροφούν υπερβολικά διαλυτά ορθοφωσφορικά από το νερό, αποθηκεύοντάς τα ως πολυφωσφορικά μέσα στα κύτταρά τους.

Η ποσότητα του φωσφόρου που απορροφάται υπερβαίνει κατά πολύ την ποσότητα που απελευθερώνεται κατά το αναερόβιο στάδιο.

Τρίτο Στάδιο: Απομάκρυνση Λάσματος και Απομάκρυνση Φωσφόρου

Η προκύπτουσα{0}}πλούσια ιλύς σε φώσφορο απορρίπτεται ως περίσσεια ιλύος, απομακρύνοντας έτσι πλήρως τον φώσφορο από το νερό.

Από ενεργειακή άποψη, τα PPB απελευθερώνουν φώσφορο για να λάβουν ενέργεια απορροφώντας οργανική ύλη υπό αναερόβιες συνθήκες και αποικοδομούν την οργανική ύλη για να λάβουν ενέργεια απορροφώντας φώσφορο υπό αερόβιες συνθήκες, σχηματίζοντας έναν πλήρη ενεργειακό κύκλο.

2.3 Βασικές διεργασίες απομάκρυνσης βιολογικού φωσφόρου

Η διαδικασία A²/O είναι σήμερα η πιο κοινή διαδικασία ταυτόχρονης αφαίρεσης αζώτου και φωσφόρου. Η νιτροποίηση συμβαίνει στο αερόβιο στάδιο, η απονιτροποίηση στο ανοξικό στάδιο και η απελευθέρωση φωσφόρου στο αναερόβιο στάδιο, με τους τρεις τύπους βακτηρίων να λειτουργούν συνεργιστικά. Ωστόσο, έχει ένα εγγενές μειονέκτημα: τα νιτρικά άλατα στην επιστρεφόμενη λάσπη μπορούν να εισέλθουν στην αναερόβια ζώνη, επηρεάζοντας την αποτελεσματικότητα απομάκρυνσης του φωσφόρου. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, έχουν αναπτυχθεί τροποποιημένες διεργασίες όπως η διαδικασία UCT και το ανεστραμμένο A²/O.

2.4 Παράγοντες που επηρεάζουν τη βιολογική απομάκρυνση του φωσφόρου

Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στην επίδραση του pH: Όταν το pH μειώνεται ξαφνικά, η συγκέντρωση του φωσφόρου θα αυξηθεί απότομα τόσο στην αναερόβια όσο και στην αερόβια ζώνη. Αυτή η απελευθέρωση φωσφόρου που προκαλείται από την πτώση του pH είναι "καταστροφική"-όχι μόνο αναποτελεσματική, αλλά οδηγεί επίσης σε μείωση της επακόλουθης αερόβιας ικανότητας πρόσληψης φωσφόρου.

2.5 Οικονομική σύγκριση δύο διαφορετικών διαδικασιών αφαίρεσης φωσφόρου

Η βιολογική απομάκρυνση του φωσφόρου απαιτεί πηγές άνθρακα. Για ορισμένες εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων που δεν διαθέτουν πηγές άνθρακα, η χημική απομάκρυνση του φωσφόρου είναι φθηνότερη από τη βιολογική αφαίρεση του φωσφόρου από οικονομική άποψη. Ωστόσο, το πλεονέκτημα της βιολογικής απομάκρυνσης του φωσφόρου είναι ότι παράγει λιγότερη λάσπη και δεν απαιτεί εξωτερικές χημικές ουσίες.

3.1 Απομάκρυνση Φωσφόρου Κατασκευασμένου Υγροτόπου
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί πολλαπλές διεργασίες όπως απορρόφηση φυτών υγροτόπων, προσρόφηση υποστρώματος και μικροβιακό μετασχηματισμό για τη συνεργική απομάκρυνση του φωσφόρου. Τα πλεονεκτήματά του είναι το χαμηλό κόστος, η υψηλή απόδοση και η οικολογική-φιλικότητα. Τα μειονεκτήματά του είναι οι μεγάλες απαιτήσεις γης και η εποχιακή επιρροή.

3.2 Μέθοδος εσωτερικής ηλεκτρόλυσης νιφάδων σιδήρου
Στη δεξαμενή οξίνισης τοποθετείται ένα στρώμα συσκευασίας απορριμμάτων σιδήρου. Τα θραύσματα σιδήρου υφίστανται εσωτερική ηλεκτρόλυση σε όξινο περιβάλλον, παράγοντας Fe2+, το οποίο οξειδώνεται σε Fe3+ κατά τη διάρκεια του επακόλουθου αερισμού, σχηματίζοντας ένα ίζημα με φωσφορικά ιόντα. Αυτή η μέθοδος είναι χαμηλού-κόστους και δεν απαιτεί αλλαγές στην υπάρχουσα διαδικασία, αλλά είναι απαραίτητη η τακτική συντήρηση με αντίστροφη πλύση.

Απόβλητα που απαιτούν Κατηγορία Α (0,5 mg/L): Οι βιολογικές μέθοδοι από μόνες τους είναι απίθανο να πληρούν σταθερά το πρότυπο. Η χημική αφαίρεση του φωσφόρου συνιστάται ως συμπλήρωμα. Ωστόσο, η απομάκρυνση του φωσφόρου απαιτεί χαμηλή ηλικία λάσπης, ενώ η απονιτροποίηση απαιτεί υψηλή ηλικία λάσπης, δημιουργώντας μια σύγκρουση και δυσκολεύοντας τον έλεγχο (είναι αντιστάθμιση-).

Λύματα χαμηλής-πηγής άνθρακα: Η βιολογική απομάκρυνση του φωσφόρου είναι δαπανηρή. Η χημική αφαίρεση του φωσφόρου συνιστάται ως εναλλακτική λύση.