Phốt pho-Thủ phạm đằng sau nước "Béo phì"
Nếu nitơ amoniac là “chất độc” của các vùng nước thì phốt pho là “phân bón”. Việc thải phốt pho quá mức vào các vùng nước khiến tảo phát triển không kiểm soát, dẫn đến hiện tượng phú dưỡng và cuối cùng biến nước thành “cháo xanh”. Đây là lý do tại sao các tiêu chuẩn môi trường đối với tổng lượng phốt pho ngày càng trở nên nghiêm ngặt (tiêu chuẩn loại A: 0,5 mg/L).
Vậy chính xác thì phốt pho được loại bỏ khỏi hệ thống xử lý nước thải như thế nào?
Có ba phương pháp chính: loại bỏ phốt pho hóa học, loại bỏ phốt pho sinh học và một số công nghệ phụ trợ.
I. Loại bỏ phốt pho hóa học-"Phương pháp lắng đọng" đơn giản, tàn bạo và ổn định
1.1 Nguyên tắc cơ bản
Cốt lõi của việc loại bỏ phốt pho hóa học là chuyển đổi hạt và loại bỏ bùn hấp phụ. Bằng cách thêm hóa chất vào nước thải, phốt phát hòa tan được chuyển thành các hạt không hòa tan, sau đó được hấp phụ bởi bùn hoạt tính và loại bỏ thông qua quá trình loại bỏ bùn.
Quá trình này thực sự bao gồm hai bước:
Chuyển hóa hạt: Các ion photphat hòa tan (PO43-) phản ứng với các ion kim loại tạo thành các hạt photphat không hòa tan.
Hấp phụ và loại bỏ bùn: Các hạt mịn dính vào nhau hoặc bị hấp phụ bởi bùn hoạt tính, làm giảm tổng lượng phốt pho thông qua quá trình loại bỏ bùn.
Lưu ý: Một số người cho rằng nguyên lý loại bỏ photpho là thêm tác nhân muối kim loại vào nước thải, khiến photphat hòa tan trở thành hạt không hòa tan, sau đó kết tủa và thải ra ngoài. Điều này khác với quan điểm được trình bày trong bài viết này.
1.2 Các tác nhân thường được sử dụng và nguyên tắc phản ứng
Cốt lõi của việc loại bỏ photpho muối sắt/nhôm là phản ứng của các ion kim loại với photphat để tạo thành muối ít tan, thích hợp với điều kiện trung tính và axit. Mặt khác, việc loại bỏ phốt pho bằng vôi dựa vào môi trường pH cao để tạo thành kết tủa canxi photphat, nhưng nó đòi hỏi độ pH cao và điều chỉnh độ pH sau đó, đồng thời cũng tạo ra một lượng lớn bùn.
1.3 Ba phương pháp dùng thuốc
Loại bỏ phốt pho hóa học có thể được chia thành ba loại dựa trên vị trí định lượng. Cá nhân tôi khuyên bạn nên loại bỏ-phốt pho sau, điều này cho phép kiểm soát độc lập và điều chỉnh dễ dàng.
II. Loại bỏ phốt pho sinh học-"Sức mạnh bên trong" của vi sinh vật
2.1 Nhân tố cốt lõi: Sinh vật tích lũy polyphosphate (PAO)
Tác nhân chính trong việc loại bỏ phốt pho sinh học là một loại vi khuẩn-sinh vật tích lũy polyphosphate (PAO) đặc biệt. Chúng có một khả năng vượt trội: trong điều kiện hiếu khí, chúng có thể hấp thụ phốt pho từ nước thải với lượng quá mức, dẫn đến nồng độ phốt pho trong tế bào của chúng cao hơn nhiều lần so với vi khuẩn thông thường.
2.2 Hai-Chu trình{2}}Giai đoạn giải phóng phốt pho kỵ khí, hấp thu phốt pho hiếu khí
Quá trình loại bỏ phốt pho của PAO đòi hỏi môi trường kỵ khí và hiếu khí xen kẽ:
Giai đoạn 1: Giải phóng phốt pho kỵ khí
Trong điều kiện yếm khí không có oxy hòa tan hoặc oxy phân tử, PAO thủy phân polyphosphate trong tế bào của chúng thành orthophosphate, giải phóng chúng vào nước.
Năng lượng giải phóng được sử dụng để hấp thụ các axit béo dễ bay hơi (VFA) trong nước, tổng hợp hợp chất lưu trữ nguồn carbon nội bào PHB.
Trong giai đoạn này, nồng độ phốt pho trong nước thực sự tăng lên.-đừng hoảng sợ, điều này là để chuẩn bị cho việc "tiêu thụ" nhiều hơn sau này.
Giai đoạn 2: Hấp thụ phốt pho hiếu khí
Khi bước vào môi trường hiếu khí, vi khuẩn tích lũy polyphosphate (PAB) sẽ phân hủy PHB được lưu trữ trong tế bào của chúng để thu được năng lượng.
Chúng hấp thụ quá mức các orthophosphate hòa tan trong nước, lưu trữ chúng dưới dạng polyphosphate trong tế bào của chúng.
Lượng phốt pho được hấp thụ vượt xa lượng phốt pho được giải phóng trong giai đoạn kỵ khí.
Giai đoạn thứ ba: Loại bỏ bùn và loại bỏ phốt pho
Bùn giàu phốt pho- thu được sẽ được thải ra dưới dạng bùn dư, do đó loại bỏ hoàn toàn phốt pho khỏi nước.
Từ góc độ năng lượng, PPB giải phóng phốt pho để thu năng lượng bằng cách hấp thụ chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí và phân hủy chất hữu cơ để thu năng lượng bằng cách hấp thụ phốt pho trong điều kiện hiếu khí, tạo thành một chu trình năng lượng hoàn chỉnh.
2.3 Các quy trình loại bỏ phốt pho sinh học chính thống
Quá trình A2/O hiện là quá trình loại bỏ nitơ và phốt pho đồng thời phổ biến nhất. Quá trình nitrat hóa xảy ra ở giai đoạn hiếu khí, khử nitrat ở giai đoạn thiếu khí và giải phóng phốt pho ở giai đoạn kỵ khí, với ba loại vi khuẩn hoạt động phối hợp với nhau. Tuy nhiên, nó có một nhược điểm cố hữu là nitrat trong bùn tuần hoàn có thể xâm nhập vào vùng kỵ khí, ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ phốt pho. Để giải quyết vấn đề này, các quy trình sửa đổi như quy trình UCT và A2/O đảo ngược đã được phát triển.
2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc loại bỏ phốt pho sinh học
Cần đặc biệt chú ý đến ảnh hưởng của pH: Khi pH giảm đột ngột, nồng độ lân sẽ tăng mạnh ở cả vùng kỵ khí và hiếu khí. Sự giải phóng phốt pho do giảm độ pH này có tính "phá hoại"-không chỉ không hiệu quả mà còn dẫn đến giảm khả năng hấp thu phốt pho hiếu khí sau đó.
2.5 So sánh kinh tế của hai quy trình loại bỏ phốt pho khác nhau
Loại bỏ phốt pho sinh học đòi hỏi nguồn carbon. Đối với một số nhà máy xử lý nước thải thiếu nguồn carbon, việc loại bỏ phốt pho hóa học rẻ hơn so với loại bỏ phốt pho sinh học từ góc độ kinh tế. Tuy nhiên, ưu điểm của việc loại bỏ phốt pho sinh học là tạo ra ít bùn hơn và không cần sử dụng hóa chất bên ngoài.
III. Các công nghệ loại bỏ phốt pho khác
3.1 Loại bỏ phốt pho đất ngập nước nhân tạo
Phương pháp này sử dụng nhiều quá trình như hấp thụ thực vật đất ngập nước, hấp phụ cơ chất và biến đổi vi sinh vật để loại bỏ phốt pho một cách hiệp lực. Ưu điểm của nó là chi phí thấp, hiệu quả cao và-thân thiện với môi trường; nhược điểm của nó là yêu cầu diện tích đất lớn và ảnh hưởng theo mùa.
3.2 Phương pháp điện phân bên trong vảy sắt
Lớp đóng gói phế liệu sắt được lắp đặt trong bể axit hóa. Phế liệu sắt trải qua quá trình điện phân bên trong trong môi trường axit, tạo ra Fe²⁺, chất này bị oxy hóa thành Fe³⁺ trong quá trình sục khí tiếp theo, tạo thành kết tủa với các ion photphat. Phương pháp này có chi phí-thấp và không yêu cầu thay đổi quy trình hiện tại nhưng cần phải bảo trì rửa ngược thường xuyên.
IV. Làm thế nào để chọn một phương pháp loại bỏ phốt pho?
Nước thải yêu cầu Loại A (0,5 mg/L): Chỉ riêng phương pháp sinh học khó có thể đáp ứng tiêu chuẩn một cách nhất quán; Loại bỏ phốt pho hóa học được khuyến khích như một chất bổ sung. Tuy nhiên, việc loại bỏ phốt pho yêu cầu tuổi bùn thấp, trong khi quá trình khử nitrat yêu cầu tuổi bùn cao, tạo ra xung đột và gây khó khăn cho việc kiểm soát (đó là một sự đánh đổi-).
Nước thải nguồn cacbon-thấp: Việc loại bỏ phốt pho sinh học rất tốn kém; loại bỏ phốt pho hóa học được khuyến khích như là một giải pháp thay thế.