Фосфор-Виновник водного "ожирения"
Если аммиачный азот – «яд» водоемов, то фосфор – «удобрение». Чрезмерный сброс фосфора в водоемы приводит к бесконтрольному росту водорослей, что приводит к эвтрофикации и в конечном итоге превращает воду в «зеленую кашу». Вот почему экологические стандарты общего фосфора становятся все более строгими (стандарт класса А: 0,5 мг/л).
Так как же именно фосфор удаляется из систем очистки сточных вод?
Существует три основных метода: химическое удаление фосфора, биологическое удаление фосфора и некоторые вспомогательные технологии.
I. Химическое удаление фосфора-Простой, жестокий и стабильный «метод седиментации»
1.1 Основные принципы
Основой химического удаления фосфора является преобразование частиц и адсорбционное удаление осадка. При добавлении химикатов в сточные воды растворимые фосфаты превращаются в нерастворимые частицы, которые затем адсорбируются активным илом и удаляются путем удаления осадка.
Фактически этот процесс включает в себя два этапа:
Преобразование частиц: растворенные ионы фосфата (PO43-) реагируют с ионами металлов с образованием нерастворимых фосфатных частиц.
Адсорбция и удаление осадка: Мелкие частицы прилипают друг к другу или адсорбируются активным илом, снижая общее содержание фосфора за счет удаления осадка.
Примечание. Некоторые люди полагают, что принцип удаления фосфора заключается в добавлении в сточные воды реагентов на основе солей металлов, в результате чего растворимый фосфат превращается в нерастворимые частицы, которые затем выпадают в осадок и выбрасываются. Это отличается от точки зрения, представленной в этой статье.
1.2 Часто используемые агенты и принципы реакции
Основой удаления фосфора из солей железа и алюминия является реакция ионов металла с фосфатом с образованием труднорастворимых солей, подходящих для нейтральных и кислых условий. С другой стороны, удаление фосфора извести зависит от среды с высоким pH, приводящей к образованию осадка фосфата кальция, но требует высокого pH и последующей корректировки pH, а также приводит к образованию большого количества осадка.
1.3 Три метода дозирования
Химическое удаление фосфора можно разделить на три категории в зависимости от места дозирования. Лично я рекомендую пост-удаление фосфора, которое обеспечивает независимый контроль и легкую регулировку.
II. Биологическое удаление фосфора-"Внутренняя сила" микроорганизмов
2.1 Основной игрок: организмы, накапливающие полифосфаты (PAO)
Основными участниками биологического удаления фосфора являются особый тип бактерий-организмов, накапливающих полифосфаты (ПАО). У них есть замечательная способность: в аэробных условиях они могут поглощать фосфор из сточных вод в чрезмерных количествах, в результате чего уровень фосфора в их клетках в несколько раз превышает уровень обычных бактерий.
2.2 Двухэтапный-цикл-анаэробного высвобождения фосфора и аэробного поглощения фосфора
Процесс удаления фосфора из ПАО требует чередования анаэробных и аэробных сред:
Стадия 1: анаэробное высвобождение фосфора
В анаэробных условиях, без растворенного кислорода или молекулярного кислорода, ПАО гидролизуют полифосфаты внутри клеток до ортофосфатов, высвобождая их в воду.
Высвободившаяся энергия используется для поглощения летучих жирных кислот (ЛЖК) из воды, синтезируя внутриклеточное соединение-накопитель углерода PHB.
На этом этапе концентрация фосфора в воде фактически увеличивается.-не паникуйте, это подготовка к еще большему «потреблению» в дальнейшем.
Стадия 2: Аэробное поглощение фосфора
Попадая в аэробную среду, бактерии,-накапливающие полифосфаты (PAB), разлагают накопленный PHB в своих клетках для получения энергии.
Они чрезмерно поглощают растворимые ортофосфаты из воды, сохраняя их в виде полифосфатов внутри своих клеток.
Количество поглощенного фосфора значительно превышает количество, выделяемое на анаэробной стадии.
Третий этап: удаление осадка и фосфора.
Образующийся-богатый фосфором ил сбрасывается как избыточный ил, таким образом полностью удаляя фосфор из воды.
С энергетической точки зрения, PPB высвобождают фосфор для получения энергии путем поглощения органических веществ в анаэробных условиях и разлагают органические вещества для получения энергии путем поглощения фосфора в аэробных условиях, образуя полный энергетический цикл.
2.3 Основные процессы биологического удаления фосфора
Процесс A²/O в настоящее время является наиболее распространенным процессом одновременного удаления азота и фосфора. Нитрификация происходит на аэробной стадии, денитрификация — на бескислородной стадии, а высвобождение фосфора — на анаэробной стадии, при этом три типа бактерий действуют синергически. Однако у него есть свойственный недостаток: нитраты в возвращаемом иле могут попадать в анаэробную зону, влияя на эффективность удаления фосфора. Для решения этой проблемы были разработаны модифицированные процессы, такие как процесс UCT и инвертированный A²/O.
2.4 Факторы, влияющие на биологическое удаление фосфора
Особое внимание следует обратить на влияние pH: при внезапном снижении pH концентрация фосфора резко возрастает как в анаэробной, так и в аэробной зонах. Это высвобождение фосфора, вызванное падением pH, является «разрушительным»-не только неэффективным, но и ведущим к снижению последующей аэробной способности поглощения фосфора.
2.5 Экономическое сравнение двух различных процессов удаления фосфора
Биологическое удаление фосфора требует источников углерода. Для некоторых очистных сооружений, не имеющих источников углерода, с экономической точки зрения химическое удаление фосфора обходится дешевле, чем биологическое удаление фосфора. Однако преимущество биологического удаления фосфора заключается в том, что при этом образуется меньше осадка и не требуются внешние химикаты.
III. Другие технологии удаления фосфора
3.1 Удаление фосфора из построенных водно-болотных угодий
Этот метод использует несколько процессов, таких как поглощение водно-болотных растений, адсорбция субстрата и микробная трансформация для синергического удаления фосфора. Его преимущества — низкая стоимость, высокая эффективность и экологичность;-экологичность; его недостатками являются большие требования к площади земли и сезонное влияние.
3.2 Метод внутреннего электролиза железных хлопьев
В резервуаре для окисления установлен слой набивки железного лома. Железный лом подвергается внутреннему электролизу в кислой среде с образованием Fe²⁺, который при последующей аэрации окисляется до Fe³⁺, образуя осадок с фосфат-ионами. Этот метод недорогой-затратен и не требует изменений в существующем процессе, однако необходимо регулярное техническое обслуживание обратной промывки.
IV. Как выбрать метод удаления фосфора?
Сточные воды, требующие класса А (0,5 мг/л): сами по себе биологические методы вряд ли будут постоянно соответствовать стандарту; В качестве дополнения рекомендуется химическое удаление фосфора. Однако для удаления фосфора требуется низкий возраст ила, а для денитрификации — высокий возраст ила, что создает конфликт и затрудняет контроль (это компромисс-).
Сточные воды с низким-углеродом: биологическое удаление фосфора обходится дорого; В качестве альтернативы рекомендуется химическое удаление фосфора.