Typowe metody i zasady usuwania fosforu w systemach oczyszczania ścieków

Fosfor-Sprawca „otyłości” wody

Jeśli azot amonowy jest „trucizną” zbiorników wodnych, to fosfor jest „nawozem”. Nadmierne odprowadzanie fosforu do zbiorników wodnych powoduje niekontrolowany wzrost glonów, co prowadzi do eutrofizacji i ostatecznie zamienia wodę w „zieloną owsiankę”. Z tego powodu normy środowiskowe dotyczące fosforu ogólnego stają się coraz bardziej rygorystyczne (norma klasy A: 0,5 mg/l).

Jak więc dokładnie usuwa się fosfor z systemów oczyszczania ścieków?

Istnieją trzy główne metody: chemiczne usuwanie fosforu, biologiczne usuwanie fosforu i niektóre technologie pomocnicze.

1.1 Podstawowe zasady
Istotą chemicznego usuwania fosforu jest konwersja cząstek i usuwanie osadu adsorpcyjnego. Dodając chemikalia do ścieków, rozpuszczalne fosforany przekształcają się w nierozpuszczalne cząstki, które są następnie adsorbowane przez osad czynny i usuwane poprzez usuwanie osadu.

Proces ten w rzeczywistości składa się z dwóch etapów:

Konwersja cząstek: Rozpuszczone jony fosforanowe (PO43-) reagują z jonami metali, tworząc nierozpuszczalne cząstki fosforanowe.

Adsorpcja i usuwanie osadu: Drobne cząstki przylegają do siebie lub są adsorbowane przez osad czynny, zmniejszając całkowity fosfor poprzez usuwanie osadu.

Uwaga: Niektórzy uważają, że zasada usuwania fosforu polega na dodawaniu do ścieków soli metali, w wyniku czego rozpuszczalny fosforan staje się nierozpuszczalnymi cząsteczkami, które następnie wytrącają się i są usuwane. Różni się to od punktu widzenia przedstawionego w tym artykule.

1.2 Powszechnie stosowane środki i zasady reakcji

Istotą usuwania fosforu z soli żelaza/glinu jest reakcja jonów metali z fosforanami, w wyniku której powstają sole trudno rozpuszczalne, odpowiednie w warunkach obojętnych i kwaśnych. Z drugiej strony usuwanie wapna i fosforu opiera się na środowisku o wysokim pH, w wyniku którego powstają osady fosforanu wapnia, ale wymaga wysokiego pH i późniejszej regulacji pH, a także wytwarza dużą ilość osadu.

1.3 Trzy metody dawkowania
Chemiczne usuwanie fosforu można podzielić na trzy kategorie w zależności od miejsca dozowania. Osobiście polecam usuwanie-fosforu pooperacyjnego, które pozwala na niezależną kontrolę i łatwą regulację.

2.1 Główny gracz: Organizmy gromadzące polifosforany (PAO)

Głównymi uczestnikami biologicznego usuwania fosforu są specjalny rodzaj bakterii-organizmów gromadzących polifosforany (PAO). Mają niezwykłą zdolność: w warunkach tlenowych mogą absorbować fosfor ze ścieków w nadmiernych ilościach, przez co w ich komórkach występuje kilkukrotnie wyższy poziom fosforu niż w przypadku zwykłych bakterii.

2.2 Dwu-cykl-beztlenowe uwalnianie fosforu, tlenowe pobieranie fosforu

Proces usuwania fosforu z PAO wymaga naprzemiennego środowiska beztlenowego i tlenowego:

Etap 1: Beztlenowe uwalnianie fosforu

W warunkach beztlenowych, bez rozpuszczonego tlenu lub tlenu cząsteczkowego, PAO hydrolizują polifosforany w swoich komórkach do ortofosforanów, uwalniając je do wody.

Uwolniona energia jest wykorzystywana do absorpcji lotnych kwasów tłuszczowych (VFA) w wodzie, w wyniku syntezy wewnątrzkomórkowego związku magazynującego węgiel PHB.

Na tym etapie stężenie fosforu w wodzie faktycznie wzrasta.-Nie panikuj, ma to na celu przygotowanie się do późniejszego „spożycia” jeszcze większej ilości.

Etap 2: Tlenowe pobieranie fosforu

Po wejściu do środowiska tlenowego bakterie-akumulujące polifosforany (PAB) rozkładają zmagazynowany PHB w swoich komórkach w celu uzyskania energii.

Nadmiernie absorbują z wody rozpuszczalne ortofosforany, magazynując je w komórkach w postaci polifosforanów.

Ilość wchłoniętego fosforu znacznie przewyższa ilość uwolnioną w fazie beztlenowej.

Etap trzeci: usuwanie osadów i usuwanie fosforu

Powstały osad bogaty w fosfor-jest usuwany jako osad nadmierny, całkowicie usuwając fosfor z wody.

Z energetycznego punktu widzenia PPB uwalniają fosfor w celu uzyskania energii poprzez absorpcję materii organicznej w warunkach beztlenowych i rozkładają materię organiczną w celu uzyskania energii poprzez absorpcję fosforu w warunkach tlenowych, tworząc pełny cykl energetyczny.

2.3 Podstawowe procesy biologicznego usuwania fosforu

Proces A²/O jest obecnie najpowszechniejszym procesem jednoczesnego usuwania azotu i fosforu. Nitryfikacja zachodzi w fazie tlenowej, denitryfikacja w fazie beztlenowej, a uwalnianie fosforu w fazie beztlenowej, przy czym trzy typy bakterii działają synergistycznie. Ma to jednak nieodłączną wadę: azotany zawarte w osadzie zwrotnym mogą przedostawać się do strefy beztlenowej, wpływając na skuteczność usuwania fosforu. Aby rozwiązać ten problem, opracowano zmodyfikowane procesy, takie jak proces UCT i odwrócony A²/O.

2.4 Czynniki wpływające na biologiczne usuwanie fosforu

Szczególną uwagę należy zwrócić na wpływ pH: Kiedy pH nagle spada, stężenie fosforu gwałtownie wzrasta zarówno w strefie beztlenowej, jak i tlenowej. To uwalnianie fosforu spowodowane spadkiem pH jest „destrukcyjne”-nie tylko nieskuteczne, ale także prowadzące do zmniejszenia późniejszej zdolności tlenowego wchłaniania fosforu.

2.5 Porównanie ekonomiczne dwóch różnych procesów usuwania fosforu

Biologiczne usuwanie fosforu wymaga źródeł węgla. W przypadku niektórych oczyszczalni ścieków nieposiadających źródeł węgla chemiczne usuwanie fosforu jest z ekonomicznego punktu widzenia tańsze niż biologiczne usuwanie fosforu. Jednakże zaletą biologicznego usuwania fosforu jest to, że wytwarza mniej osadu i nie wymaga stosowania zewnętrznych środków chemicznych.

3.1 Usuwanie fosforu z terenów podmokłych
Metoda ta wykorzystuje wiele procesów, takich jak absorpcja roślin mokradłowych, adsorpcja substratu i transformacja mikrobiologiczna w celu synergistycznego usuwania fosforu. Jego zalety to niski koszt, wysoka wydajność i-przyjazność dla środowiska; jego wadami są duże wymagania dotyczące powierzchni gruntów i wpływ sezonowości.

3.2 Metoda wewnętrznej elektrolizy płatków żelaza
W zbiorniku zakwaszania zainstalowana jest warstwa upakowania złomu żelaznego. Złom żelaza ulega wewnętrznej elektrolizie w środowisku kwaśnym, w wyniku czego powstaje Fe²⁺, który podczas późniejszego napowietrzania ulega utlenieniu do Fe³⁺, tworząc osad z jonami fosforanowymi. Ta metoda jest tania-i nie wymaga żadnych zmian w istniejącym procesie, ale konieczna jest regularna konserwacja płukania wstecznego.

Ścieki wymagające klasy A (0,5 mg/l): Jest mało prawdopodobne, aby same metody biologiczne w sposób ciągły spełniały wymagania normy; Jako uzupełnienie zaleca się chemiczne usuwanie fosforu. Jednakże usuwanie fosforu wymaga niskiego wieku osadu, podczas gdy denitryfikacja wymaga wysokiego wieku osadu, co powoduje konflikt i utrudnia kontrolę (jest to kompromis-).

Ścieki o niskiej-emisyjności: biologiczne usuwanie fosforu jest kosztowne; Alternatywnie zaleca się chemiczne usuwanie fosforu.