Fosforo-Il colpevole dell'"obesità" dell'acqua
Se l'azoto ammoniacale è il "veleno" dei corpi idrici, allora il fosforo è il "fertilizzante". Uno scarico eccessivo di fosforo nei corpi idrici provoca una crescita incontrollabile delle alghe, portando all'eutrofizzazione e trasformando infine l'acqua in un "porridge verde". Per questo motivo gli standard ambientali per il fosforo totale stanno diventando sempre più severi (standard di classe A: 0,5 mg/l).
Quindi, come viene rimosso esattamente il fosforo dai sistemi di trattamento delle acque reflue?
Esistono tre metodi principali: rimozione chimica del fosforo, rimozione biologica del fosforo e alcune tecnologie ausiliarie.
I. Rimozione chimica del fosforo-Un "metodo di sedimentazione" semplice, brutale e stabile
1.1 Principi di base
Il cuore della rimozione chimica del fosforo è la conversione delle particelle e la rimozione dei fanghi di adsorbimento. Aggiungendo sostanze chimiche alle acque reflue, i fosfati solubili vengono convertiti in particelle insolubili, che vengono poi adsorbite dai fanghi attivi e rimosse attraverso la rimozione dei fanghi.
Questo processo prevede in realtà due passaggi:
Conversione delle particelle: gli ioni fosfato disciolti (PO43-) reagiscono con gli ioni metallici per formare particelle di fosfato insolubili.
Adsorbimento e rimozione dei fanghi: le particelle fini aderiscono tra loro o vengono adsorbite dai fanghi attivi, riducendo il fosforo totale attraverso la rimozione dei fanghi.
Nota: alcune persone credono che il principio della rimozione del fosforo consista nell'aggiungere agenti salini metallici alle acque reflue, facendo sì che il fosfato solubile diventi particelle insolubili, che poi precipitano e vengono scaricate. Ciò differisce dal punto di vista presentato in questo articolo.
1.2 Agenti comunemente utilizzati e principi di reazione
Il nucleo della rimozione del fosforo dai sali di ferro/alluminio è la reazione degli ioni metallici con il fosfato per formare sali scarsamente solubili, adatti a condizioni neutre e acide. La rimozione del fosforo della calce, d'altro canto, si basa su un ambiente a pH elevato per formare precipitati di fosfato di calcio, ma richiede un pH elevato e un successivo aggiustamento del pH, oltre a produrre una grande quantità di fanghi.
1.3 Tre metodi di dosaggio
La rimozione chimica del fosforo può essere suddivisa in tre categorie in base al luogo di dosaggio. Personalmente consiglio la rimozione post-del fosforo, che consente un controllo indipendente e una facile regolazione.
II. Rimozione biologica del fosforo-La "forza interiore" dei microrganismi
2.1 Giocatore principale: organismi che accumulano polifosfati (PAO)
I principali attori nella rimozione biologica del fosforo sono un tipo speciale di batteri-organismi che accumulano polifosfati (PAO). Hanno una capacità notevole: in condizioni aerobiche, possono assorbire il fosforo dalle acque reflue in quantità eccessive, con il risultato che i livelli di fosforo all'interno delle loro cellule sono molte volte superiori a quelli dei normali batteri.
2.2 Ciclo a due-fasi-Rilascio anaerobico di fosforo, assorbimento aerobico di fosforo
Il processo di rimozione del fosforo dai PAO richiede ambienti anaerobici e aerobici alternati:
Fase 1: rilascio anaerobico di fosforo
In condizioni anaerobiche senza ossigeno disciolto o ossigeno molecolare, i PAO idrolizzano i polifosfati all'interno delle loro cellule in ortofosfati, rilasciandoli nell'acqua.
L'energia rilasciata viene utilizzata per assorbire gli acidi grassi volatili (VFA) nell'acqua, sintetizzando il composto di stoccaggio della fonte di carbonio intracellulare PHB.
Durante questa fase la concentrazione di fosforo nell'acqua aumenta-niente panico, questo per prepararsi a "consumarne" ancora di più in seguito.
Fase 2: assorbimento aerobico del fosforo
Entrando in un ambiente aerobico, i batteri che accumulano polifosfati-(PAB) decompongono il PHB immagazzinato nelle loro cellule per ottenere energia.
Assorbono eccessivamente gli ortofosfati solubili dall'acqua, immagazzinandoli come polifosfati all'interno delle loro cellule.
La quantità di fosforo assorbita supera di gran lunga la quantità rilasciata durante la fase anaerobica.
Terza fase: rimozione dei fanghi e rimozione del fosforo
I fanghi ricchi di fosforo risultanti- vengono scaricati come fanghi in eccesso, rimuovendo così completamente il fosforo dall'acqua.
Dal punto di vista energetico, i PPB rilasciano fosforo per ottenere energia assorbendo materia organica in condizioni anaerobiche e degradano la materia organica per ottenere energia assorbendo fosforo in condizioni aerobiche, formando un ciclo energetico completo.
2.3 Processi tradizionali di rimozione biologica del fosforo
Il processo A²/O è attualmente il processo di rimozione simultanea di azoto e fosforo più comune. La nitrificazione avviene nella fase aerobica, la denitrificazione nella fase anossica e il rilascio di fosforo nella fase anaerobica, con i tre tipi di batteri che lavorano in sinergia. Presenta però uno svantaggio intrinseco: i nitrati presenti nei fanghi di ritorno possono entrare nella zona anaerobica, compromettendo l’efficienza di rimozione del fosforo. Per risolvere questo problema, sono stati sviluppati processi modificati come il processo UCT e A²/O invertito.
2.4 Fattori che influenzano la rimozione biologica del fosforo
Particolare attenzione dovrebbe essere prestata all'influenza del pH: quando il pH diminuisce improvvisamente, la concentrazione di fosforo aumenterà notevolmente sia nelle zone anaerobiche che in quelle aerobiche. Questo rilascio di fosforo causato dal calo del pH è "distruttivo"-non solo inefficace, ma porta anche a una diminuzione della successiva capacità aerobica di assorbimento del fosforo.
2.5 Confronto economico tra due diversi processi di rimozione del fosforo
La rimozione biologica del fosforo richiede fonti di carbonio. Per alcuni impianti di trattamento delle acque reflue privi di fonti di carbonio, la rimozione chimica del fosforo è più economica della rimozione biologica del fosforo da un punto di vista economico. Tuttavia, il vantaggio della rimozione biologica del fosforo è che produce meno fanghi e non richiede sostanze chimiche esterne.
III. Altre tecnologie di rimozione del fosforo
3.1 Rimozione del fosforo nelle zone umide costruite
Questo metodo utilizza molteplici processi come l'assorbimento delle piante delle zone umide, l'adsorbimento del substrato e la trasformazione microbica per rimuovere sinergicamente il fosforo. I suoi vantaggi sono il basso costo, l'elevata efficienza e l'eco-compatibilità; i suoi svantaggi sono i grandi requisiti di superficie e l'influenza stagionale.
3.2 Metodo dell'elettrolisi interna dei fiocchi di ferro
Nella vasca di acidificazione è installato uno strato di riempimento dei rottami di ferro. I rottami di ferro subiscono un'elettrolisi interna in ambiente acido, producendo Fe²⁺, che viene ossidato a Fe³⁺ durante la successiva aerazione, formando un precipitato con ioni fosfato. Questo metodo è a basso-costo e non richiede modifiche al processo esistente, ma è necessaria una regolare manutenzione del controlavaggio.
IV. Come scegliere un metodo di rimozione del fosforo?
Effluenti che richiedono Classe A (0,5 mg/L): è improbabile che i metodi biologici da soli soddisfino costantemente lo standard; Come supplemento si consiglia la rimozione chimica del fosforo. Tuttavia, la rimozione del fosforo richiede un'età dei fanghi bassa, mentre la denitrificazione richiede un'età dei fanghi elevata, creando un conflitto e rendendo difficile il controllo (è un compromesso).
Acque reflue-a basso contenuto di carbonio: la rimozione biologica del fosforo è costosa; In alternativa si consiglia la rimozione chimica del fosforo.