روش ها و اصول رایج حذف فسفر در سیستم های تصفیه فاضلاب

فسفر{0}}مقصر پشت آب "چاقی"

اگر نیتروژن آمونیاکی "سم" بدن آب باشد، فسفر "کود" است. تخلیه بیش از حد فسفر در بدنه‌های آبی باعث رشد غیرقابل کنترل جلبک‌ها می‌شود که منجر به اوتروفیکاسیون و در نهایت تبدیل آب به «فرنی سبز» می‌شود. به همین دلیل است که استانداردهای زیست محیطی برای کل فسفر به طور فزاینده ای سختگیرانه می شوند (استاندارد کلاس A: 0.5 میلی گرم در لیتر).

بنابراین چگونه فسفر از سیستم های تصفیه فاضلاب حذف می شود؟

سه روش اصلی وجود دارد: حذف شیمیایی فسفر، حذف بیولوژیکی فسفر و برخی فناوری های کمکی.

1.1 اصول اساسی
هسته حذف شیمیایی فسفر، تبدیل ذرات و حذف لجن جذبی است. با افزودن مواد شیمیایی به فاضلاب، فسفات های محلول به ذرات نامحلول تبدیل می شوند که سپس توسط لجن فعال جذب شده و از طریق حذف لجن حذف می شوند.

این فرآیند در واقع شامل دو مرحله است:

تبدیل ذرات: یون های فسفات محلول (PO43-) با یون های فلزی واکنش داده و ذرات فسفات نامحلول را تشکیل می دهند.

جذب و حذف لجن: ذرات ریز به یکدیگر می چسبند یا توسط لجن فعال جذب می شوند و از طریق حذف لجن، کل فسفر را کاهش می دهند.

نکته: برخی معتقدند که اصل حذف فسفر افزودن مواد نمک فلزی به فاضلاب است که باعث می شود فسفات محلول به ذرات نامحلول تبدیل شود و سپس رسوب کرده و تخلیه می شود. این با دیدگاه ارائه شده در این مقاله متفاوت است.

1.2 عوامل رایج و اصول واکنش

هسته حذف فسفر نمک آهن / آلومینیوم واکنش یون های فلزی با فسفات برای تشکیل نمک های کم محلول مناسب برای شرایط خنثی و اسیدی است. از طرف دیگر، حذف فسفر آهک به محیطی با pH بالا برای تشکیل رسوبات فسفات کلسیم متکی است، اما نیاز به pH بالا و تنظیم pH بعدی دارد و همچنین مقدار زیادی لجن تولید می کند.

1.3 سه روش دوز
حذف شیمیایی فسفر را می توان بر اساس محل دوز به سه دسته تقسیم کرد. من شخصاً حذف{1}فسفر را توصیه می‌کنم، که امکان کنترل مستقل و تنظیم آسان را فراهم می‌کند.

2.1 بازیکن اصلی: ارگانیسم های تجمع کننده پلی فسفات (PAO)

بازیگران اصلی در حذف بیولوژیکی فسفر نوع خاصی از باکتری‌های{0}}ارگانیسم‌های تجمع‌دهنده پلی‌فسفات (PAOs) هستند. آنها توانایی قابل توجهی دارند: در شرایط هوازی، می توانند فسفر فاضلاب را به مقدار بیش از حد جذب کنند و در نتیجه سطح فسفر در سلول های خود چندین برابر بیشتر از باکتری های معمولی است.

2.2-دو مرحله‌ای-آزادسازی بی‌هوازی فسفر، جذب هوازی فسفر

فرآیند حذف فسفر از PAO ها به محیط های بی هوازی و هوازی متناوب نیاز دارد:

مرحله 1: آزادسازی بی هوازی فسفر

در شرایط بی هوازی بدون اکسیژن محلول یا اکسیژن مولکولی، PAO ها پلی فسفات های درون سلول های خود را به ارتوفسفات ها هیدرولیز می کنند و آنها را در آب آزاد می کنند.

انرژی آزاد شده برای جذب اسیدهای چرب فرار (VFAs) در آب، سنتز ترکیب ذخیره‌سازی منبع کربن درون سلولی PHB استفاده می‌شود.

در طول این مرحله، غلظت فسفر در آب در واقع افزایش می‌یابد-نترسید، این برای آماده شدن برای "مصرف" بیشتر در آینده است.

مرحله 2: جذب هوازی فسفر

به محض ورود به محیط هوازی، باکتری‌های انباشته‌شده پلی‌فسفات (PABs) PHB ذخیره‌شده در سلول‌های خود را برای به دست آوردن انرژی تجزیه می‌کنند.

آنها ارتوفسفات های محلول را از آب جذب می کنند و آنها را به صورت پلی فسفات در سلول های خود ذخیره می کنند.

مقدار فسفر جذب شده بسیار بیشتر از مقدار آزاد شده در مرحله بی هوازی است.

مرحله سوم: حذف لجن و حذف فسفر

لجن غنی از فسفر{0}}به‌عنوان لجن اضافی تخلیه می‌شود، بنابراین فسفر کاملاً از آب خارج می‌شود.

از منظر انرژی، PPB ها فسفر را برای به دست آوردن انرژی با جذب مواد آلی در شرایط بی هوازی آزاد می کنند و مواد آلی را برای به دست آوردن انرژی با جذب فسفر در شرایط هوازی تجزیه می کنند و یک چرخه انرژی کامل را تشکیل می دهند.

2.3 فرآیندهای حذف بیولوژیکی فسفر

فرآیند A²/O در حال حاضر رایج ترین فرآیند حذف همزمان نیتروژن و فسفر است. نیتریفیکاسیون در مرحله هوازی، نیتریفیکاسیون در مرحله بدون اکسیژن و آزادسازی فسفر در مرحله بی هوازی اتفاق می‌افتد که سه نوع باکتری به صورت هم افزایی عمل می‌کنند. با این حال، یک اشکال ذاتی دارد: نیترات‌های موجود در لجن برگشتی می‌توانند وارد منطقه بی‌هوازی شوند و بر راندمان حذف فسفر تأثیر بگذارند. برای رسیدگی به این موضوع، فرآیندهای اصلاح شده مانند فرآیند UCT و A²/O معکوس توسعه داده شده‌اند.

2.4 عوامل مؤثر بر حذف بیولوژیکی فسفر

باید توجه ویژه ای به تأثیر pH داشت: هنگامی که PH به طور ناگهانی کاهش می یابد، غلظت فسفر در هر دو منطقه بی هوازی و هوازی به شدت افزایش می یابد. این آزادسازی فسفر ناشی از افت pH "مخرب" است-نه تنها بی‌اثر است، بلکه منجر به کاهش ظرفیت جذب هوازی فسفر بعدی می‌شود.

2.5 مقایسه اقتصادی دو فرآیند مختلف حذف فسفر

حذف بیولوژیکی فسفر به منابع کربن نیاز دارد. برای برخی از تصفیه خانه های فاضلاب فاقد منابع کربن، حذف شیمیایی فسفر ارزان تر از حذف بیولوژیکی فسفر از دیدگاه اقتصادی است. با این حال، مزیت حذف بیولوژیکی فسفر این است که لجن کمتری تولید می کند و به مواد شیمیایی خارجی نیاز ندارد.

3.1 حذف فسفر تالاب ساخته شده
این روش از فرآیندهای متعددی مانند جذب گیاهان تالاب، جذب بستر و تبدیل میکروبی برای حذف فسفر به صورت هم افزایی استفاده می کند. مزایای آن هزینه کم، راندمان بالا و سازگاری با محیط زیست است. معایب آن نیاز به مساحت زمین زیاد و نفوذ فصلی است.

3.2 روش الکترولیز داخلی پولک آهن
یک لایه بسته بندی ضایعات آهن در مخزن اسیدی سازی تعبیه شده است. ضایعات آهن در یک محیط اسیدی تحت الکترولیز داخلی قرار می گیرد و Fe2+ تولید می کند که در طی هوادهی بعدی به Fe3+ اکسید می شود و رسوبی با یون های فسفات تشکیل می دهد. این روش کم هزینه-است و نیازی به تغییر در فرآیند موجود ندارد، اما تعمیر و نگهداری معکوس به طور منظم ضروری است.

پساب نیاز به کلاس A (0.5 میلی گرم در لیتر): روش های بیولوژیکی به تنهایی بعید است که به طور مداوم استاندارد را برآورده کنند. حذف شیمیایی فسفر به عنوان مکمل توصیه می شود. با این حال، حذف فسفر به سن لجن کم نیاز دارد، در حالی که نیترات زدایی به سن لجن بالا نیاز دارد، که تضاد ایجاد می کند و کنترل را دشوار می کند (معادل-).

فاضلاب کم-کربن: حذف بیولوژیکی فسفر پرهزینه است. حذف شیمیایی فسفر به عنوان یک جایگزین توصیه می شود.