Fosforus-Penyebab Di Sebalik Air "Obesiti"
Jika nitrogen ammonia adalah "racun" badan air, maka fosforus adalah "baja." Pelepasan fosforus yang berlebihan ke dalam badan air menyebabkan alga tumbuh secara tidak terkawal, membawa kepada eutrofikasi dan akhirnya menjadikan air menjadi "bubur hijau." Inilah sebabnya mengapa piawaian alam sekitar untuk jumlah fosforus menjadi semakin ketat (standard Kelas A: 0.5 mg/L).
Jadi bagaimana sebenarnya fosforus dikeluarkan daripada sistem rawatan air sisa?
Terdapat tiga kaedah utama: penyingkiran fosforus kimia, penyingkiran fosforus biologi, dan beberapa teknologi tambahan.
I. Penyingkiran Fosfor Kimia-"Kaedah Pemendapan" yang Mudah, Kejam dan Stabil
1.1 Prinsip Asas
Teras penyingkiran fosforus kimia ialah penukaran zarah dan penyingkiran enapcemar penjerapan. Dengan menambahkan bahan kimia ke dalam air sisa, fosfat larut ditukar kepada zarah tidak larut, yang kemudiannya diserap oleh enap cemar diaktifkan dan dikeluarkan melalui penyingkiran enap cemar.
Proses ini sebenarnya melibatkan dua langkah:
Penukaran zarah: Ion fosfat terlarut (PO43-) bertindak balas dengan ion logam untuk membentuk zarah fosfat tidak larut.
Penjerapan dan penyingkiran enapcemar: Zarah-zarah halus melekat antara satu sama lain atau diserap oleh enapcemar teraktif, mengurangkan jumlah fosforus melalui penyingkiran enapcemar.
Nota: Sesetengah orang percaya bahawa prinsip penyingkiran fosforus adalah untuk menambah agen garam logam ke dalam air sisa, menyebabkan fosfat larut menjadi zarah tidak larut, yang kemudiannya memendakan dan dibuang. Ini berbeza daripada sudut pandangan yang dibentangkan dalam artikel ini.
1.2 Agen dan Prinsip Reaksi Yang Biasa Digunakan
Teras penyingkiran fosforus garam besi/aluminium ialah tindak balas ion logam dengan fosfat untuk membentuk garam yang mudah larut, sesuai untuk keadaan neutral dan berasid. Penyingkiran fosforus kapur, sebaliknya, bergantung pada persekitaran pH yang tinggi untuk membentuk mendakan kalsium fosfat, tetapi ia memerlukan pH yang tinggi dan pelarasan pH seterusnya, dan juga menghasilkan sejumlah besar enapcemar.
1.3 Tiga Kaedah Dos
Penyingkiran fosforus kimia boleh dibahagikan kepada tiga kategori berdasarkan lokasi dos. Saya sendiri mengesyorkan pasca-penyingkiran fosforus, yang membolehkan kawalan bebas dan pelarasan mudah.
II. Penyingkiran Fosfor Biologi-"Kekuatan Dalaman" Mikroorganisma
2.1 Pemain Teras: Organisma Terkumpul Polifosfat (PAO)
Pemain utama dalam penyingkiran fosforus biologi ialah sejenis bakteria-organisma terkumpul polifosfat (PAO) khas. Mereka mempunyai keupayaan yang luar biasa: dalam keadaan aerobik, mereka boleh menyerap fosforus daripada air sisa dalam jumlah yang berlebihan, mengakibatkan paras fosforus dalam sel mereka beberapa kali lebih tinggi daripada bakteria biasa.
2.2 Dua-Kitaran Peringkat-Pelepasan Fosforus Anaerobik, Pengambilan Fosforus Aerobik
Proses penyingkiran fosforus PAO memerlukan persekitaran anaerobik dan aerobik yang berselang-seli:
Peringkat 1: Pembebasan Fosforus Anaerobik
Di bawah keadaan anaerobik tanpa oksigen terlarut atau oksigen molekul, PAO menghidrolisis polifosfat dalam selnya menjadi ortofosfat, melepaskannya ke dalam air.
Tenaga yang dibebaskan digunakan untuk menyerap asid lemak meruap (VFA) di dalam air, mensintesis sebatian simpanan sumber karbon intraselular PHB.
Semasa peringkat ini, kepekatan fosforus dalam air sebenarnya meningkat-jangan panik, ini adalah untuk bersedia untuk "memakan" lebih banyak kemudian.
Peringkat 2: Pengambilan Fosforus Aerobik
Apabila memasuki persekitaran aerobik,-bakteria terkumpul polifosfat (PAB) mengurai PHB yang disimpan dalam selnya untuk mendapatkan tenaga.
Mereka secara berlebihan menyerap ortofosfat larut daripada air, menyimpannya sebagai polifosfat dalam sel mereka.
Jumlah fosforus yang diserap jauh melebihi jumlah yang dikeluarkan semasa peringkat anaerobik.
Peringkat Ketiga: Penyingkiran Enapcemar dan Penyingkiran Fosfor
Enap cemar kaya fosforus-yang terhasil dibuang sebagai enap cemar berlebihan, sekali gus mengeluarkan sepenuhnya fosforus daripada air.
Dari perspektif tenaga, PPB membebaskan fosforus untuk mendapatkan tenaga dengan menyerap bahan organik dalam keadaan anaerobik, dan merendahkan bahan organik untuk mendapatkan tenaga dengan menyerap fosforus di bawah keadaan aerobik, membentuk kitaran tenaga yang lengkap.
2.3 Proses Penyingkiran Fosfor Biologi Arus Perdana
Proses A²/O pada masa ini merupakan proses penyingkiran nitrogen dan fosforus serentak yang paling biasa. Nitrifikasi berlaku dalam peringkat aerobik, denitrifikasi dalam peringkat anoksik, dan pembebasan fosforus dalam peringkat anaerobik, dengan tiga jenis bakteria bekerja secara sinergi. Walau bagaimanapun, ia mempunyai kelemahan yang wujud: nitrat dalam enap cemar yang dikembalikan boleh memasuki zon anaerobik, menjejaskan kecekapan penyingkiran fosforus. Untuk menangani ini, proses yang diubah suai seperti proses UCT dan terbalik A²/O telah dibangunkan.
2.4 Faktor yang Mempengaruhi Penyingkiran Fosfor Biologi
Perhatian khusus harus diberikan kepada pengaruh pH: Apabila pH tiba-tiba menurun, kepekatan fosforus akan meningkat secara mendadak dalam kedua-dua zon anaerobik dan aerobik. Pembebasan fosforus yang disebabkan oleh kejatuhan pH ini adalah "memusnahkan"-bukan sahaja tidak berkesan, tetapi juga membawa kepada penurunan kapasiti pengambilan fosforus aerobik berikutnya.
2.5 Perbandingan Ekonomi Dua Proses Penyingkiran Fosfor yang Berbeza
Penyingkiran fosforus biologi memerlukan sumber karbon. Bagi sesetengah loji rawatan air sisa yang kekurangan sumber karbon, penyingkiran fosforus kimia adalah lebih murah daripada penyingkiran fosforus biologi dari perspektif ekonomi. Walau bagaimanapun, kelebihan penyingkiran fosforus biologi ialah ia menghasilkan kurang enapcemar dan tidak memerlukan bahan kimia luaran.
III. Teknologi Penyingkiran Fosfor yang Lain
3.1 Penyingkiran Fosforus Tanah Lembap Terbina
Kaedah ini menggunakan pelbagai proses seperti penyerapan tumbuhan tanah lembap, penjerapan substrat, dan transformasi mikrob untuk mengeluarkan fosforus secara sinergistik. Kelebihannya ialah kos rendah, kecekapan tinggi dan kemesraan-eko; kelemahannya ialah keperluan kawasan tanah yang besar dan pengaruh bermusim.
3.2 Kaedah Elektrolisis Dalaman Flake Besi
Lapisan pembungkusan sekerap besi dipasang di dalam tangki pengasidan. Serpihan besi mengalami elektrolisis dalaman dalam persekitaran berasid, menghasilkan Fe²⁺, yang teroksida kepada Fe³⁺ semasa pengudaraan seterusnya, membentuk mendakan dengan ion fosfat. Kaedah ini kos-rendah dan tidak memerlukan perubahan pada proses sedia ada, tetapi penyelenggaraan cuci belakang tetap diperlukan.
IV. Bagaimana untuk memilih kaedah penyingkiran fosforus?
Efluen yang memerlukan Kelas A (0.5 mg/L): Kaedah biologi sahaja tidak mungkin memenuhi piawaian secara konsisten; penyingkiran fosforus kimia disyorkan sebagai tambahan. Walau bagaimanapun, penyingkiran fosforus memerlukan umur enap cemar yang rendah, manakala denitrifikasi memerlukan umur enap cemar yang tinggi, mewujudkan konflik dan menyukarkan kawalan (ia adalah pertukaran-off).
Air sisa-sumber karbon rendah: Penyingkiran fosforus biologi adalah mahal; penyingkiran fosforus kimia disyorkan sebagai alternatif.