Fosforas{0}}Vandens nutukimo kaltininkas
Jei amoniakinis azotas yra vandens telkinių „nuodas“, tai fosforas yra „trąšos“. Pernelyg didelis fosforo išmetimas į vandens telkinius sukelia nekontroliuojamą dumblių augimą, o tai lemia eutrofikaciją ir galiausiai vandenį paverčia „žalia koše“. Štai kodėl aplinkosauginiai bendrojo fosforo standartai tampa vis griežtesni (A klasės standartas: 0,5 mg/l).
Taigi kaip tiksliai iš nuotekų valymo sistemų pašalinamas fosforas?
Yra trys pagrindiniai būdai: cheminis fosforo šalinimas, biologinis fosforo šalinimas ir kai kurios pagalbinės technologijos.
I. Cheminis fosforo pašalinimas-Paprastas, žiaurus ir stabilus „nusėdimo metodas“
1.1 Pagrindiniai principai
Cheminio fosforo šalinimo esmė yra dalelių konversija ir adsorbcinio dumblo pašalinimas. Į nuotekas įpylus chemikalų, tirpūs fosfatai paverčiami netirpiomis dalelėmis, kurios vėliau yra adsorbuojamos aktyviajame dumble ir pašalinamos pašalinant dumblą.
Šis procesas iš tikrųjų apima du etapus:
Dalelių konversija: ištirpę fosfato jonai (PO43-) reaguoja su metalo jonais, sudarydami netirpias fosfato daleles.
Adsorbcija ir dumblo pašalinimas: Smulkios dalelės prilimpa viena prie kitos arba jas adsorbuoja aktyvusis dumblas, todėl pašalinant dumblą sumažėja bendras fosforo kiekis.
Pastaba: Kai kurie žmonės mano, kad fosforo šalinimo principas yra į nuotekas įpilti metalo druskų, todėl tirpus fosfatas tampa netirpiomis dalelėmis, kurios vėliau nusėda ir išleidžiamos. Tai skiriasi nuo šiame straipsnyje pateikto požiūrio.
1.2. Dažniausiai naudojami agentai ir reakcijos principai
Geležies/aliuminio druskos fosforo šalinimo šerdis yra metalo jonų reakcija su fosfatu, kad susidarytų mažai tirpios druskos, tinkamos neutralioms ir rūgštinėms sąlygoms. Kita vertus, kalkių fosforo šalinimas priklauso nuo aukšto pH aplinkos, kad susidarytų kalcio fosfato nuosėdos, tačiau tam reikia aukšto pH ir vėlesnio pH reguliavimo, be to, susidaro didelis kiekis dumblo.
1.3 Trys dozavimo metodai
Cheminis fosforo pašalinimas gali būti suskirstytas į tris kategorijas pagal dozavimo vietą. Aš asmeniškai rekomenduoju pašalinti fosforą po{1}}, kuris leidžia nepriklausomai valdyti ir lengvai reguliuoti.
II. Biologinis fosforo pašalinimas-Mikroorganizmų „vidinė stiprybė“.
2.1 Pagrindinis grotuvas: polifosfatą kaupiantys organizmai (PAO)
Pagrindiniai biologinio fosforo šalinimo veikėjai yra specialaus tipo bakterijos{0}}polifosfatą kaupiantys organizmai (PAO). Jie pasižymi nepaprastu gebėjimu: aerobinėmis sąlygomis jie gali absorbuoti didelius fosforo kiekius iš nuotekų, todėl jų ląstelėse fosforo kiekis yra kelis kartus didesnis nei įprastų bakterijų.
2.2 Dviejų-pakopų ciklas-anaerobinis fosforo išsiskyrimas, aerobinis fosforo įsisavinimas
Fosforo pašalinimo PAO procesui reikia kintamos anaerobinės ir aerobinės aplinkos:
1 etapas: Anaerobinis fosforo išsiskyrimas
Anaerobinėmis sąlygomis, kai nėra ištirpusio deguonies ar molekulinio deguonies, PAO savo ląstelėse hidrolizuoja polifosfatus į ortofosfatus, išskirdami juos į vandenį.
Išsiskyrusi energija naudojama lakiosioms riebalų rūgštims (VFA) absorbuoti vandenyje, sintezuojant ląstelėje esantį anglies šaltinio saugojimo junginį PHB.
Šio etapo metu fosforo koncentracija vandenyje iš tikrųjų didėja{0}}neišsigąskite, tai yra tam, kad vėliau būtų galima „suvartoti“ dar daugiau.
2 etapas: aerobinis fosforo įsisavinimas
Patekusios į aerobinę aplinką, polifosfatą{0}}akumuliuojančios bakterijos (PAB) skaido ląstelėse sukauptą PHB, kad gautų energijos.
Jie per daug sugeria tirpius ortofosfatus iš vandens, kaupdami juos kaip polifosfatus savo ląstelėse.
Sugerto fosforo kiekis gerokai viršija anaerobinio etapo metu išsiskiriantį kiekį.
Trečias etapas: dumblo pašalinimas ir fosforo pašalinimas
Susidaręs fosforo{0}}turtingas dumblas išleidžiamas kaip perteklinis dumblas, taip visiškai pašalinant fosforą iš vandens.
Energetiniu požiūriu PPB išskiria fosforą, kad gautų energiją absorbuodami organines medžiagas anaerobinėmis sąlygomis, ir skaido organines medžiagas, kad gautų energiją absorbuodami fosforą aerobinėmis sąlygomis, sudarydami visą energijos ciklą.
2.3 Pagrindiniai biologinio fosforo šalinimo procesai
A²/O procesas šiuo metu yra labiausiai paplitęs tuo pačiu metu vykstantis azoto ir fosforo šalinimo procesas. Nitrifikacija vyksta aerobinėje stadijoje, denitrifikacija – anoksinėje stadijoje, o fosforo išsiskyrimas – anaerobinėje stadijoje, o trijų tipų bakterijos veikia sinergiškai. Tačiau jis turi būdingą trūkumą: grąžintame dumble esantys nitratai gali patekti į anaerobinę zoną ir taip paveikti fosforo šalinimo efektyvumą. Siekiant išspręsti šią problemą, buvo sukurti modifikuoti procesai, tokie kaip UCT procesas ir apverstas A²/O.
2.4 Biologinį fosforo šalinimą įtakojantys veiksniai
Ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas pH įtakai: Staigiai sumažėjus pH, fosforo koncentracija smarkiai pakils tiek anaerobinėje, tiek aerobinėje zonose. Šis fosforo išsiskyrimas, kurį sukelia pH kritimas, yra „destruktyvus“-ne tik neefektyvus, bet ir dėl to sumažėja aerobinio fosforo įsisavinimo pajėgumas.
2.5 Ekonominis dviejų skirtingų fosforo šalinimo procesų palyginimas
Biologiniam fosforo pašalinimui reikalingi anglies šaltiniai. Kai kuriuose nuotekų valymo įrenginiuose, kuriuose trūksta anglies šaltinių, ekonominiu požiūriu cheminis fosforo šalinimas yra pigesnis nei biologinis fosforo šalinimas. Tačiau biologinio fosforo šalinimo privalumas yra tas, kad susidaro mažiau dumblo ir nereikia išorinių cheminių medžiagų.
III. Kitos fosforo šalinimo technologijos
3.1 Pastatytų pelkių fosforo šalinimas
Šis metodas naudoja kelis procesus, tokius kaip šlapžemių augalų absorbcija, substrato adsorbcija ir mikrobų transformacija, kad būtų sinergiškai pašalintas fosforas. Jo pranašumai yra maža kaina, didelis efektyvumas ir ekologiškumas; jo trūkumai yra dideli žemės ploto reikalavimai ir sezoninė įtaka.
3.2 Geležies dribsnių vidinės elektrolizės metodas
Rūgštinimo rezervuare sumontuotas geležies laužo pakavimo sluoksnis. Geležies laužas rūgščioje aplinkoje patiria vidinę elektrolizę, gamindamas Fe²⁺, kuris vėlesnio aeravimo metu oksiduojasi į Fe³⁺ ir susidaro nuosėdos su fosfato jonais. Šis metodas yra mažas-kaina ir nereikalauja jokių esamo proceso pakeitimų, tačiau būtina reguliariai atlikti atgalinio plovimo priežiūrą.
IV. Kaip pasirinkti fosforo šalinimo būdą?
Nuotekos, kurioms reikalinga A klasė (0,5 mg/L): vien biologiniai metodai vargu ar nuosekliai atitiks standartą; kaip priedą rekomenduojamas cheminis fosforo šalinimas. Tačiau fosforo pašalinimui reikalingas mažas dumblo amžius, o denitrifikacijai reikia didelio dumblo amžiaus, todėl kyla konfliktas ir sunku kontroliuoti (tai yra kompromisas).
Mažai{0}}anglies išskiriančios nuotekos: biologinis fosforo šalinimas yra brangus; kaip alternatyva rekomenduojamas cheminis fosforo šalinimas.