Фосфор-Винуватець водного «ожиріння»
Якщо аміачний азот — «отрута» водойм, то фосфор — «добриво». Надмірний скид фосфору у водойми спричиняє неконтрольований ріст водоростей, що призводить до евтрофікації та зрештою перетворює воду на «зелену кашу». Ось чому екологічні стандарти щодо загального фосфору стають дедалі суворішими (стандарт класу А: 0,5 мг/л).
Отже, як саме фосфор видаляється з систем очищення стічних вод?
Існує три основні методи: хімічне видалення фосфору, біологічне видалення фосфору та деякі допоміжні технології.
I. Хімічне видалення фосфору-Простий, жорстокий і стабільний «метод осадження»
1.1 Основні принципи
Основою хімічного видалення фосфору є конверсія частинок і видалення адсорбційного осаду. Додаючи хімічні речовини до стічних вод, розчинні фосфати перетворюються на нерозчинні частинки, які потім адсорбуються активним мулом і видаляються шляхом видалення мулу.
Фактично цей процес складається з двох етапів:
Перетворення частинок: розчинені іони фосфату (PO43-) реагують з іонами металів, утворюючи нерозчинні частинки фосфату.
Адсорбція та видалення осаду: дрібні частинки прилипають одна до одної або адсорбуються активним мулом, зменшуючи загальний вміст фосфору через видалення осаду.
Примітка. Деякі люди вважають, що принцип видалення фосфору полягає в додаванні солей металів до стічних вод, у результаті чого розчинний фосфат перетворюється на нерозчинні частинки, які потім випадають в осад і викидаються. Це відрізняється від точки зору, представленої в цій статті.
1.2 Зазвичай використовувані агенти та принципи реакції
Основою видалення фосфору солі заліза/алюмінію є реакція іонів металу з фосфатом з утворенням важкорозчинних солей, придатних для нейтральних і кислих умов. Видалення вапняного фосфору, з іншого боку, залежить від середовища з високим рН для утворення осаду фосфату кальцію, але воно вимагає високого рН і подальшого регулювання рН, а також утворює велику кількість осаду.
1.3 Три методи дозування
Хімічне видалення фосфору можна розділити на три категорії залежно від місця дозування. Особисто я рекомендую після-видалення фосфору, що забезпечує незалежний контроль і легке налаштування.
II. Біологічне видалення фосфору-«Внутрішня сила» мікроорганізмів
2.1 Основний гравець: організми, що накопичують поліфосфат (PAO)
Основними учасниками біологічного видалення фосфору є особливий тип бактерій,-акумулюючих поліфосфат (PAO). Вони мають надзвичайну здатність: в аеробних умовах вони можуть поглинати фосфор зі стічних вод у надмірних кількостях, в результаті чого рівень фосфору в їхніх клітинах у кілька разів перевищує рівень звичайних бактерій.
2.2 Дво{1}}цикл-анаеробного вивільнення фосфору, аеробне поглинання фосфору
Процес видалення фосфору PAO вимагає чергування анаеробних і аеробних середовищ:
Етап 1: Анаеробне виділення фосфору
В анаеробних умовах без розчиненого або молекулярного кисню PAO гідролізують поліфосфати в своїх клітинах в ортофосфати, вивільняючи їх у воду.
Вивільнена енергія використовується для поглинання летючих жирних кислот (ЛЖК) у воді, синтезуючи внутрішньоклітинне джерело вуглецю для зберігання сполуки PHB.
Під час цієї стадії концентрація фосфору у воді фактично зростає-не панікуйте, це підготуйтеся до «споживання» ще більше пізніше.
Етап 2: аеробне поглинання фосфору
Потрапляючи в аеробне середовище, поліфосфат{0}}акумулюючі бактерії (PAB) розкладають накопичений PHB у своїх клітинах для отримання енергії.
Вони надмірно поглинають розчинні ортофосфати з води, зберігаючи їх у вигляді поліфосфатів у своїх клітинах.
Кількість фосфору, що поглинається, значно перевищує кількість, що виділяється під час анаеробної стадії.
Третій етап: видалення шламу та видалення фосфору
Отриманий багатий фосфором-мул скидається як надлишковий мул, таким чином повністю видаляючи фосфор із води.
З енергетичної точки зору, ППБ вивільняють фосфор для отримання енергії шляхом поглинання органічних речовин в анаеробних умовах, і розкладають органічні речовини для отримання енергії шляхом поглинання фосфору в аеробних умовах, утворюючи повний енергетичний цикл.
2.3 Основні процеси біологічного видалення фосфору
Процес A²/O наразі є найпоширенішим процесом одночасного видалення азоту та фосфору. Нітрифікація відбувається на аеробній стадії, денітрифікація — на безкисневій, а вивільнення фосфору — на анаеробній, при цьому три типи бактерій діють синергетично. Однак він має внутрішній недолік: нітрати у зворотному мулі можуть потрапляти в анаеробну зону, впливаючи на ефективність видалення фосфору. Щоб вирішити цю проблему, були розроблені модифіковані процеси, такі як процес UCT та інвертований A²/O.
2.4 Фактори, що впливають на біологічне видалення фосфору
Особливу увагу слід звернути на вплив рН: коли рН раптово знижується, концентрація фосфору різко зростає як в анаеробній, так і в аеробній зонах. Це вивільнення фосфору, спричинене падінням рН, є «руйнівним»-не лише неефективним, але й призводить до зниження подальшої аеробної здатності поглинати фосфор.
2.5 Економічне порівняння двох різних процесів видалення фосфору
Для біологічного видалення фосфору потрібні джерела вуглецю. Для деяких очисних споруд, де немає джерел вуглецю, з економічної точки зору хімічне видалення фосфору дешевше, ніж біологічне видалення фосфору. Однак перевага біологічного видалення фосфору полягає в тому, що воно утворює менше мулу та не потребує зовнішніх хімікатів.
III. Інші технології видалення фосфору
3.1 Видалення фосфору з водно-болотних угідь
У цьому методі використовуються численні процеси, такі як поглинання водно-болотних рослин, адсорбція субстрату та мікробна трансформація для синергічного видалення фосфору. Його перевагами є низька вартість, висока ефективність та екологічність; його недоліками є вимоги до великої площі та сезонний вплив.
3.2 Метод внутрішнього електролізу залізних пластівців
У резервуар для підкислення встановлюється набивний шар залізного брухту. Залізний брухт піддається внутрішньому електролізу в кислому середовищі, утворюючи Fe²⁺, який під час наступної аерації окислюється до Fe3⁺, утворюючи осад із фосфатними іонами. Цей метод недорогий-і не вимагає змін у існуючому процесі, але потрібне регулярне технічне обслуговування зворотної промивки.
IV. Як вибрати метод видалення фосфору?
Стічні води, що вимагають класу А (0,5 мг/л): одні лише біологічні методи навряд чи будуть постійно відповідати стандарту; хімічне видалення фосфору рекомендується як доповнення. Однак для видалення фосфору потрібен низький вік осаду, тоді як для денітрифікації потрібен високий вік осаду, що створює конфлікт і ускладнює контроль (це компроміс-).
Стічні води з низьким вмістом вуглецю: біологічне видалення фосфору коштує дорого; хімічне видалення фосфору рекомендується як альтернатива.