Fosfor-Viník za vodou „obezita“
Pokud je amoniakální dusík „jed“ vodních útvarů, pak je „hnojivem“ fosfor. Nadměrné vypouštění fosforu do vodních útvarů způsobuje nekontrolovatelný růst řas, což vede k eutrofizaci a nakonec přeměňuje vodu na „zelenou kaši“. To je důvod, proč jsou ekologické normy pro celkový fosfor stále přísnější (norma třídy A: 0,5 mg/l).
Jak se tedy přesně odstraňuje fosfor ze systémů čištění odpadních vod?
Existují tři hlavní metody: chemické odstraňování fosforu, biologické odstraňování fosforu a některé pomocné technologie.
I. Chemické odstranění fosforu-Jednoduchá, brutální a stabilní „metoda sedimentace“
1.1 Základní principy
Jádrem chemického odstraňování fosforu je konverze částic a adsorpční odstraňování kalu. Přidáním chemikálií do odpadní vody se rozpustné fosforečnany přeměňují na nerozpustné částice, které jsou poté adsorbovány aktivovaným kalem a odstraněny odstraněním kalu.
Tento proces ve skutečnosti zahrnuje dva kroky:
Konverze částic: Rozpuštěné fosfátové ionty (PO43-) reagují s kovovými ionty za vzniku nerozpustných fosfátových částic.
Adsorpce a odstraňování kalu: Jemné částice k sobě přilnou nebo jsou adsorbovány aktivovaným kalem, čímž se snižuje celkový fosfor odstraněním kalu.
Poznámka: Někteří lidé se domnívají, že princip odstraňování fosforu spočívá v přidávání kovových solí do odpadních vod, což způsobí, že se z rozpustného fosforečnanu stanou nerozpustné částice, které se pak vysrážejí a jsou vypouštěny. To se liší od pohledu prezentovaného v tomto článku.
1.2 Běžně používaná činidla a principy reakcí
Základem odstraňování fosforu ze solí železa/hliníku je reakce kovových iontů s fosfátem za vzniku těžko rozpustných solí, vhodných pro neutrální a kyselé podmínky. Odstraňování fosforu vápna se na druhé straně spoléhá na prostředí s vysokým pH, aby se vytvořily sraženiny fosforečnanu vápenatého, ale vyžaduje vysoké pH a následnou úpravu pH a také produkuje velké množství kalu.
1.3 Tři způsoby dávkování
Chemické odstraňování fosforu lze rozdělit do tří kategorií podle místa dávkování. Osobně doporučuji odstranění post-fosforu, což umožňuje nezávislé ovládání a snadné nastavení.
II. Biologické odstraňování fosforu-Vnitřní síla mikroorganismů
2.1 Základní hráč: Organismy akumulující polyfosfáty (PAO)
Hlavními hráči v biologickém odstraňování fosforu jsou speciální typy bakterií-organismů akumulujících polyfosfáty (PAO). Mají pozoruhodnou schopnost: za aerobních podmínek dokážou absorbovat fosfor z odpadních vod v nadměrném množství, což má za následek, že hladina fosforu v jejich buňkách je několikanásobně vyšší než u běžných bakterií.
2.2 Dvoufázový-cyklus{2}}Anaerobní uvolňování fosforu, aerobní vychytávání fosforu
Proces odstraňování fosforu z PAO vyžaduje střídání anaerobního a aerobního prostředí:
Fáze 1: Anaerobní uvolňování fosforu
Za anaerobních podmínek bez rozpuštěného kyslíku nebo molekulárního kyslíku PAO hydrolyzují polyfosfáty ve svých buňkách na ortofosfáty a uvolňují je do vody.
Uvolněná energie se používá k absorpci těkavých mastných kyselin (VFA) ve vodě, čímž se syntetizuje intracelulární zásobní sloučenina uhlíkového zdroje PHB.
Během této fáze se koncentrace fosforu ve vodě skutečně zvyšuje-nepropadejte panice, je to proto, abyste se připravili na pozdější „spotřebování“.
Fáze 2: Aerobní příjem fosforu
Bakterie akumulující polyfosfáty (PAB) po vstupu do aerobního prostředí rozloží uložený PHB ve svých buňkách, aby získaly energii.
Nadměrně absorbují rozpustné ortofosfáty z vody a ukládají je jako polyfosfáty ve svých buňkách.
Množství absorbovaného fosforu daleko převyšuje množství uvolněné během anaerobní fáze.
Třetí fáze: Odstranění kalu a odstranění fosforu
Výsledný kal bohatý na fosfor- je vypouštěn jako přebytečný kal, čímž je fosfor z vody zcela odstraněn.
Z energetického hlediska PPB uvolňují fosfor, aby získaly energii absorbcí organické hmoty za anaerobních podmínek, a degradují organickou hmotu, aby získaly energii absorbcí fosforu za aerobních podmínek, čímž tvoří kompletní energetický cyklus.
2.3 Hlavní proud biologických procesů odstraňování fosforu
Proces A²/O je v současnosti nejběžnějším procesem současného odstraňování dusíku a fosforu. Nitrifikace probíhá v aerobní fázi, denitrifikace v anoxické fázi a uvolňování fosforu v anaerobní fázi, přičemž tři typy bakterií pracují synergicky. Má to však inherentní nevýhodu: dusičnany ve vráceném kalu mohou vstupovat do anaerobní zóny, což ovlivňuje účinnost odstraňování fosforu. K řešení tohoto problému byly vyvinuty upravené procesy, jako je proces UCT a invertovaný A²/O.
2.4 Faktory ovlivňující biologické odstraňování fosforu
Zvláštní pozornost je třeba věnovat vlivu pH: Při náhlém poklesu pH koncentrace fosforu prudce stoupne v anaerobní i aerobní zóně. Toto uvolňování fosforu způsobené poklesem pH je „destruktivní“-nejen neúčinné, ale také vede ke snížení následné kapacity aerobního příjmu fosforu.
2.5 Ekonomické srovnání dvou různých procesů odstraňování fosforu
Biologické odstraňování fosforu vyžaduje zdroje uhlíku. U některých čistíren odpadních vod bez zdrojů uhlíku je chemické odstraňování fosforu z ekonomického hlediska levnější než biologické odstraňování fosforu. Výhodou biologického odstraňování fosforu je však to, že produkuje méně kalu a nevyžaduje externí chemikálie.
III. Další technologie odstraňování fosforu
3.1 Odstraňování mokřadního fosforu
Tato metoda využívá více procesů, jako je absorpce mokřadních rostlin, adsorpce substrátu a mikrobiální transformace k synergickému odstranění fosforu. Jeho výhodami jsou nízké náklady, vysoká účinnost a ekologická-šetrnost; jeho nevýhodou jsou velké nároky na plochu a sezónní vlivy.
3.2 Metoda vnitřní elektrolýzy železných vloček
V okyselovací nádrži je instalována obalová vrstva železného šrotu. Železný šrot prochází vnitřní elektrolýzou v kyselém prostředí, přičemž vzniká Fe2⁺, které se během následného provzdušňování oxiduje na Fe3⁺ za vzniku sraženiny s fosfátovými ionty. Tato metoda je levná- a nevyžaduje žádné změny stávajícího procesu, je však nutná pravidelná údržba zpětného proplachování.
IV. Jak si vybrat metodu odstraňování fosforu?
Odpadní voda vyžadující třídu A (0,5 mg/l): Je nepravděpodobné, že by samotné biologické metody trvale splňovaly normu; Jako doplněk se doporučuje chemické odstranění fosforu. Odstranění fosforu však vyžaduje nízké stáří kalu, zatímco denitrifikace vyžaduje vysoké stáří kalu, což vytváří konflikt a ztěžuje kontrolu (je to kompromis-).
Nízkouhlíkové{0}}zdrojové odpadní vody: Biologické odstraňování fosforu je nákladné; Jako alternativa se doporučuje chemické odstranění fosforu.