Fosfors{0}}Ūdens aptaukošanās vaininieks
Ja amonjaka slāpeklis ir ūdenstilpju "inde", tad fosfors ir "mēslojums". Pārmērīga fosfora noplūde ūdenstilpēs izraisa nekontrolējamu aļģu augšanu, izraisot eitrofikāciju un galu galā pārvēršot ūdeni "zaļā putrā". Tāpēc vides standarti attiecībā uz kopējo fosforu kļūst arvien stingrāki (A klases standarts: 0,5 mg/L).
Tātad, kā tieši fosfors tiek noņemts no notekūdeņu attīrīšanas sistēmām?
Ir trīs galvenās metodes: ķīmiskā fosfora atdalīšana, bioloģiskā fosfora atdalīšana un dažas palīgtehnoloģijas.
I. Fosfora ķīmiskā noņemšana-Vienkārša, brutāla un stabila "sedimentācijas metode"
1.1. Pamatprincipi
Fosfora ķīmiskās atdalīšanas pamatā ir daļiņu pārvēršana un adsorbcijas dūņu noņemšana. Pievienojot notekūdeņiem ķimikālijas, šķīstošie fosfāti tiek pārvērsti nešķīstošās daļiņās, kuras pēc tam adsorbē aktīvās dūņas un noņem, noņemot dūņas.
Šis process faktiski ietver divus posmus:
Daļiņu pārveide: izšķīdušie fosfāta joni (PO43-) reaģē ar metāla joniem, veidojot nešķīstošas fosfāta daļiņas.
Adsorbcija un dūņu noņemšana: Smalkas daļiņas pielīp viena pie otras vai tās adsorbē aktīvās dūņas, samazinot kopējo fosfora daudzumu, noņemot dūņas.
Piezīme: Daži cilvēki uzskata, ka fosfora atdalīšanas princips ir pievienot notekūdeņiem metālu sāļus, izraisot šķīstošā fosfāta pārtapšanu par nešķīstošām daļiņām, kas pēc tam izgulsnējas un tiek izvadītas. Tas atšķiras no šajā rakstā izklāstītā viedokļa.
1.2. Bieži lietotie līdzekļi un reakcijas principi
Dzelzs/alumīnija sāls fosfora atdalīšanas pamatā ir metāla jonu reakcija ar fosfātu, veidojot slikti šķīstošos sāļus, kas piemēroti neitrālos un skābos apstākļos. No otras puses, kaļķu fosfora atdalīšana ir atkarīga no augsta pH vides, veidojot kalcija fosfāta nogulsnes, bet tai ir nepieciešams augsts pH līmenis un sekojoša pH pielāgošana, kā arī rodas liels daudzums dūņu.
1.3. Trīs dozēšanas metodes
Fosfora ķīmisko atdalīšanu var iedalīt trīs kategorijās atkarībā no dozēšanas vietas. Es personīgi iesaku pēc-fosfora noņemšanas, kas nodrošina neatkarīgu kontroli un vieglu regulēšanu.
II. Bioloģiskā fosfora noņemšana{1}}Mikroorganismu "iekšējais spēks".
2.1. Pamatspēlētājs: polifosfātus akumulējoši organismi (PAO)
Bioloģiskās fosfora atdalīšanas galvenie dalībnieki ir īpaša veida baktērijas{0}}polifosfātu akumulējoši organismi (PAO). Viņiem ir ievērojama spēja: aerobos apstākļos tie var absorbēt fosforu no notekūdeņiem pārmērīgā daudzumā, kā rezultātā to šūnās fosfora līmenis ir vairākas reizes augstāks nekā parastās baktērijas.
2.2. Divu-pakāpju cikls-anaerobā fosfora izdalīšanās, aerobā fosfora uzņemšana
PAO fosfora atdalīšanas procesam nepieciešama mainīga anaerobā un aerobā vide:
1. posms: anaerobā fosfora izdalīšanās
Anaerobos apstākļos bez izšķīduša skābekļa vai molekulārā skābekļa PAO savās šūnās hidrolizē polifosfātus ortofosfātos, izdalot tos ūdenī.
Atbrīvotā enerģija tiek izmantota, lai absorbētu gaistošās taukskābes (VFA) ūdenī, sintezējot intracelulāro oglekļa avota uzglabāšanas savienojumu PHB.
Šajā posmā fosfora koncentrācija ūdenī faktiski palielinās-nekrītiet panikā, lai vēlāk sagatavotos vēl lielākai "patērēšanai".
2. posms: aerobā fosfora uzņemšana
Nokļūstot aerobā vidē, polifosfātu{0}}akumulējošās baktērijas (PAB) sadala savās šūnās uzglabāto PHB, lai iegūtu enerģiju.
Viņi pārmērīgi absorbē šķīstošos ortofosfātus no ūdens, uzglabājot tos kā polifosfātus savās šūnās.
Absorbētā fosfora daudzums ievērojami pārsniedz daudzumu, kas izdalās anaerobā stadijā.
Trešais posms: dūņu noņemšana un fosfora noņemšana
Iegūtās ar fosforu{0}}bagātās dūņas tiek izvadītas kā liekās dūņas, tādējādi pilnībā izvadot fosforu no ūdens.
No enerģijas viedokļa PPB atbrīvo fosforu, lai iegūtu enerģiju, absorbējot organiskās vielas anaerobos apstākļos, un sadala organiskās vielas, lai iegūtu enerģiju, absorbējot fosforu aerobos apstākļos, veidojot pilnīgu enerģijas ciklu.
2.3. Galvenie bioloģiskie fosfora atdalīšanas procesi
A²/O process pašlaik ir visizplatītākais vienlaicīgas slāpekļa un fosfora atdalīšanas process. Nitrifikācija notiek aerobā stadijā, denitrifikācija bezskābekļa stadijā un fosfora izdalīšanās anaerobajā stadijā, un trīs veidu baktērijas darbojas sinerģiski. Tomēr tam ir raksturīgs trūkums: nitrāti atgrieztajās dūņās var iekļūt anaerobajā zonā, ietekmējot fosfora atdalīšanas efektivitāti. Lai to risinātu, ir izstrādāti modificēti procesi, piemēram, UCT process un apgrieztais A²/O.
2.4. Faktori, kas ietekmē bioloģisko fosfora izvadīšanu
Īpaša uzmanība jāpievērš pH ietekmei: kad pH pēkšņi samazinās, fosfora koncentrācija strauji paaugstināsies gan anaerobajā, gan aerobajā zonā. Šī fosfora izdalīšanās, ko izraisa pH pazemināšanās, ir "destruktīva"-ne tikai neefektīva, bet arī noved pie turpmākās aerobā fosfora uzņemšanas spējas samazināšanās.
2.5. Divu dažādu fosfora atdalīšanas procesu ekonomiskais salīdzinājums
Fosfora bioloģiskajai atdalīšanai nepieciešami oglekļa avoti. Dažās notekūdeņu attīrīšanas iekārtās, kurās trūkst oglekļa avotu, ķīmiskā fosfora atdalīšana no ekonomiskā viedokļa ir lētāka nekā bioloģiskā fosfora atdalīšana. Tomēr bioloģiskās fosfora atdalīšanas priekšrocība ir tāda, ka tā rada mazāk dūņu un nav nepieciešamas ārējas ķīmiskas vielas.
III. Citas fosfora noņemšanas tehnoloģijas
3.1. Apbūvētā mitrāja fosfora noņemšana
Šī metode izmanto vairākus procesus, piemēram, mitrāju augu absorbciju, substrāta adsorbciju un mikrobu transformāciju, lai sinerģiski noņemtu fosforu. Tās priekšrocības ir zemas izmaksas, augsta efektivitāte un videi draudzīgums; tās trūkumi ir lielas zemes platības prasības un sezonālā ietekme.
3.2. Dzelzs pārslu iekšējās elektrolīzes metode
Paskābināšanas tvertnē ir uzstādīts dzelzs lūžņu iepakojuma slānis. Dzelzs lūžņi tiek pakļauti iekšējai elektrolīzei skābā vidē, veidojot Fe²⁺, kas turpmākās aerācijas laikā tiek oksidēts līdz Fe³⁺, veidojot nogulsnes ar fosfāta joniem. Šī metode ir zemas-izmaksas, un tai nav nepieciešamas izmaiņas esošajā procesā, taču ir nepieciešama regulāra atpakaļmazgāšanas apkope.
IV. Kā izvēlēties fosfora noņemšanas metodi?
Notekūdeņi, kam nepieciešama A klase (0,5 mg/L): Maz ticams, ka tikai bioloģiskās metodes vien konsekventi atbilstu standartam; ķīmiskā fosfora noņemšana ir ieteicama kā papildinājums. Tomēr fosfora atdalīšanai ir nepieciešams zems dūņu vecums, savukārt denitrifikācijai nepieciešams augsts dūņu vecums, radot konfliktu un apgrūtinot kontroli (tas ir kompromiss{2}}).
Zema-oglekļa avota notekūdeņi: bioloģiskā fosfora atdalīšana ir dārga; kā alternatīva ieteicama ķīmiskā fosfora noņemšana.