Фосфорът-Виновникът зад водното „затлъстяване“
Ако амонячният азот е „отровата“ на водните тела, то фосфорът е „торът“. Прекомерното изхвърляне на фосфор във водните басейни кара водораслите да растат неконтролируемо, което води до еутрофикация и в крайна сметка превръща водата в „зелена каша“. Ето защо стандартите за околната среда за общ фосфор стават все по-строги (стандарт клас А: 0,5 mg/L).
И така, как точно се отстранява фосфорът от системите за пречистване на отпадъчни води?
Има три основни метода: химическо отстраняване на фосфора, биологично отстраняване на фосфора и някои спомагателни технологии.
I. Химическо отстраняване на фосфор-Прост, брутален и стабилен „метод на утаяване“
1.1 Основни принципи
Ядрото на химическото отстраняване на фосфор е превръщането на частиците и отстраняването на адсорбционната утайка. Чрез добавяне на химикали към отпадъчните води, разтворимите фосфати се превръщат в неразтворими частици, които след това се адсорбират от активната утайка и се отстраняват чрез отстраняване на утайката.
Този процес всъщност включва две стъпки:
Преобразуване на частици: Разтворените фосфатни йони (PO43-) реагират с метални йони, за да образуват неразтворими фосфатни частици.
Адсорбция и отстраняване на утайки: Фините частици се прилепват една към друга или се адсорбират от активната утайка, намалявайки общия фосфор чрез отстраняване на утайки.
Забележка: Някои хора вярват, че принципът на отстраняване на фосфор е добавянето на метални соли към отпадъчните води, което води до превръщането на разтворимия фосфат в неразтворими частици, които след това се утаяват и се изхвърлят. Това се различава от гледната точка, представена в тази статия.
1.2 Често използвани агенти и принципи на реакция
В основата на отстраняването на фосфор от желязо/алуминиева сол е реакцията на метални йони с фосфат за образуване на слабо разтворими соли, подходящи за неутрални и киселинни условия. Отстраняването на варовия фосфор, от друга страна, разчита на среда с високо pH за образуване на утайки от калциев фосфат, но изисква високо pH и последващо регулиране на pH, а също така произвежда голямо количество утайка.
1.3 Три метода на дозиране
Химическото отстраняване на фосфор може да бъде разделено на три категории въз основа на мястото на дозиране. Аз лично препоръчвам последващо-отстраняване на фосфора, което позволява независим контрол и лесна настройка.
II. Биологично отстраняване на фосфор-„Вътрешната сила“ на микроорганизмите
2.1 Основен играч: Организми, натрупващи полифосфат (PAO)
Основните участници в биологичното отстраняване на фосфор са специален тип бактерии-полифосфатакумулиращи организми (PAO). Те имат забележителна способност: при аеробни условия те могат да абсорбират фосфор от отпадъчните води в прекомерни количества, което води до нива на фосфор в техните клетки няколко пъти по-високи от обикновените бактерии.
2.2 Дву{1}}цикъл-анаеробно освобождаване на фосфор, аеробно усвояване на фосфор
Процесът на отстраняване на фосфор от PAOs изисква редуване на анаеробни и аеробни среди:
Етап 1: Анаеробно освобождаване на фосфор
При анаеробни условия без разтворен кислород или молекулярен кислород, PAOs хидролизират полифосфатите в клетките си в ортофосфати, освобождавайки ги във водата.
Освободената енергия се използва за абсорбиране на летливи мастни киселини (VFAs) във водата, синтезирайки вътреклетъчния източник на въглерод за съхранение на съединението PHB.
По време на този етап концентрацията на фосфор във водата всъщност се увеличава-не се паникьосвайте, това е, за да се подготвите за „консумация“ още повече по-късно.
Етап 2: Аеробно усвояване на фосфор
При навлизане в аеробна среда полифосфат{0}}акумулиращите бактерии (PABs) разлагат съхранявания PHB в клетките си, за да получат енергия.
Те прекомерно абсорбират разтворими ортофосфати от водата, съхранявайки ги като полифосфати в клетките си.
Количеството абсорбиран фосфор далеч надвишава количеството, освободено по време на анаеробния етап.
Трети етап: Отстраняване на утайки и отстраняване на фосфор
Получената богата-на фосфор утайка се изхвърля като излишна утайка, като по този начин напълно премахва фосфора от водата.
От енергийна гледна точка, PPB освобождават фосфор за получаване на енергия чрез абсорбиране на органична материя при анаеробни условия и разграждат органичната материя за получаване на енергия чрез абсорбиране на фосфор при аеробни условия, образувайки пълен енергиен цикъл.
2.3 Основни процеси за биологично отстраняване на фосфор
Процесът A²/O в момента е най-често срещаният процес за едновременно отстраняване на азот и фосфор. Нитрификацията настъпва в аеробния етап, денитрификацията в аноксичния етап и освобождаването на фосфор в анаеробния етап, като трите вида бактерии работят синергично. Той обаче има присъщ недостатък: нитратите във върнатата утайка могат да навлязат в анаеробната зона, което да повлияе на ефективността на отстраняване на фосфора. За справяне с това са разработени модифицирани процеси като UCT процес и обърнат A²/O.
2.4 Фактори, влияещи върху биологичното отстраняване на фосфора
Специално внимание трябва да се обърне на влиянието на рН: Когато рН внезапно намалее, концентрацията на фосфор ще се повиши рязко както в анаеробната, така и в аеробната зона. Това освобождаване на фосфор, причинено от спад на рН, е „разрушително“-не само неефективно, но и води до намаляване на последващия аеробен капацитет за усвояване на фосфор.
2.5 Икономическо сравнение на два различни процеса за отстраняване на фосфор
Биологичното отстраняване на фосфор изисква източници на въглерод. За някои пречиствателни станции за отпадни води, които нямат въглеродни източници, химическото отстраняване на фосфор е по-евтино от биологичното отстраняване на фосфор от икономическа гледна точка. Въпреки това, предимството на биологичното отстраняване на фосфор е, че произвежда по-малко утайки и не изисква външни химикали.
III. Други технологии за премахване на фосфор
3.1 Отстраняване на фосфор от изградени влажни зони
Този метод използва множество процеси като абсорбция на влажни зони от растения, адсорбция на субстрат и микробна трансформация за синергично отстраняване на фосфора. Предимствата му са ниска цена, висока ефективност и екологично-съобразност; Недостатъците му са големи изисквания към земната площ и сезонно влияние.
3.2 Метод за вътрешна електролиза на железни люспи
В резервоара за подкисляване е монтиран опаковъчен слой от железен скрап. Желязният скрап претърпява вътрешна електролиза в кисела среда, произвеждайки Fe²⁺, който се окислява до Fe3⁺ по време на последващо аериране, образувайки утайка с фосфатни йони. Този метод е с ниска-цена и не изисква промени в съществуващия процес, но е необходима редовна поддръжка на обратно промиване.
IV. Как да изберем метод за отстраняване на фосфор?
Отпадъчни води, изискващи клас А (0,5 mg/L): Биологичните методи сами по себе си е малко вероятно да отговарят постоянно на стандарта; химическото отстраняване на фосфора се препоръчва като добавка. Отстраняването на фосфор обаче изисква ниска възраст на утайката, докато денитрификацията изисква висока възраст на утайката, създавайки конфликт и затруднявайки контрола (това е компромис-).
Отпадъчни води от източници на ниско{0}}въглерод: биологичното отстраняване на фосфор е скъпо; като алтернатива се препоръчва химическо отстраняване на фосфора.