วิธีการและหลักการกำจัดฟอสฟอรัสทั่วไปในระบบบำบัดน้ำเสีย

ฟอสฟอรัส-ผู้ร้ายเบื้องหลังน้ำ "โรคอ้วน"

หากแอมโมเนียไนโตรเจนเป็น "พิษ" ในแหล่งน้ำ ฟอสฟอรัสก็คือ "ปุ๋ย" การปล่อยฟอสฟอรัสมากเกินไปลงสู่แหล่งน้ำทำให้สาหร่ายเติบโตอย่างควบคุมไม่ได้ นำไปสู่ภาวะยูโทรฟิเคชัน และท้ายที่สุดก็เปลี่ยนน้ำให้เป็น "โจ๊กสีเขียว" นี่คือเหตุผลว่าทำไมมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับฟอสฟอรัสทั้งหมดจึงเข้มงวดมากขึ้น (มาตรฐานคลาส A: 0.5 มก./ลิตร)

แล้วฟอสฟอรัสจะถูกกำจัดออกจากระบบบำบัดน้ำเสียได้อย่างไร?

มีสามวิธีหลัก: การกำจัดฟอสฟอรัสด้วยสารเคมี การกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพ และเทคโนโลยีเสริมบางอย่าง

1.1 หลักการพื้นฐาน
แกนหลักของการกำจัดฟอสฟอรัสทางเคมีคือการแปลงอนุภาคและการกำจัดตะกอนจากการดูดซับ ด้วยการเติมสารเคมีลงในน้ำเสีย ฟอสเฟตที่ละลายน้ำได้จะถูกแปลงเป็นอนุภาคที่ไม่ละลายน้ำ ซึ่งจะถูกดูดซับโดยตะกอนเร่งและกำจัดออกโดยการกำจัดตะกอน

กระบวนการนี้จริงๆ แล้วเกี่ยวข้องกับสองขั้นตอน:

การแปลงอนุภาค: ไอออนฟอสเฟตที่ละลายน้ำ (PO43-) ทำปฏิกิริยากับไอออนของโลหะเพื่อสร้างอนุภาคฟอสเฟตที่ไม่ละลายน้ำ

การดูดซับและการกำจัดตะกอน: อนุภาคละเอียดจะเกาะติดกันหรือถูกดูดซับโดยตะกอนเร่ง ซึ่งจะช่วยลดฟอสฟอรัสทั้งหมดโดยการกำจัดตะกอน

หมายเหตุ: บางคนเชื่อว่าหลักการกำจัดฟอสฟอรัสคือการเติมเกลือที่เป็นโลหะลงในน้ำเสีย ทำให้ฟอสเฟตที่ละลายน้ำได้กลายเป็นอนุภาคที่ไม่ละลายน้ำ ซึ่งจะตกตะกอนและถูกปล่อยออกมา สิ่งนี้แตกต่างจากมุมมองที่นำเสนอในบทความนี้

1.2 สารที่ใช้กันทั่วไปและหลักปฏิกิริยา

แกนหลักของการกำจัดฟอสฟอรัสของเกลือเหล็ก/อะลูมิเนียมคือปฏิกิริยาของไอออนของโลหะกับฟอสเฟตเพื่อสร้างเกลือที่ละลายได้น้อย เหมาะสำหรับสภาวะที่เป็นกลางและเป็นกรด ในทางกลับกัน การกำจัดฟอสฟอรัสปูนขาวต้องอาศัยสภาพแวดล้อม pH สูงเพื่อสร้างตะกอนแคลเซียมฟอสเฟต แต่ต้องใช้ค่า pH สูงและการปรับ pH ตามมา และยังทำให้เกิดตะกอนจำนวนมากอีกด้วย

1.3 วิธีการให้ยาสามวิธี
การกำจัดฟอสฟอรัสด้วยสารเคมีสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทตามตำแหน่งที่จ่าย โดยส่วนตัวแล้วฉันแนะนำให้โพสต์-การกำจัดฟอสฟอรัส ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมได้อย่างอิสระและปรับเปลี่ยนได้ง่าย

2.1 ผู้เล่นหลัก: สิ่งมีชีวิตสะสมโพลีฟอสเฟต (PAO)

ผู้เล่นหลักในการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพคือแบคทีเรียชนิดพิเศษ-สิ่งมีชีวิตสะสมโพลีฟอสเฟต (PAO) พวกมันมีความสามารถที่โดดเด่น: ภายใต้สภาวะแอโรบิก พวกมันสามารถดูดซับฟอสฟอรัสจากน้ำเสียได้ในปริมาณที่มากเกินไป ส่งผลให้ระดับฟอสฟอรัสภายในเซลล์ของมันสูงกว่าแบคทีเรียทั่วไปหลายเท่า

2.2 สอง-รอบระยะ-การปล่อยฟอสฟอรัสแบบไม่ใช้ออกซิเจน การดูดซึมฟอสฟอรัสแบบแอโรบิก

กระบวนการกำจัดฟอสฟอรัสของ PAO ต้องใช้สภาพแวดล้อมแบบไม่ใช้ออกซิเจนและแบบแอโรบิกสลับกัน:

ขั้นที่ 1: การปล่อยฟอสฟอรัสแบบไม่ใช้ออกซิเจน

ภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจนที่ไม่มีออกซิเจนละลายหรือออกซิเจนโมเลกุล PAO จะไฮโดรไลซ์โพลีฟอสเฟตภายในเซลล์ให้เป็นออร์โธฟอสเฟต แล้วปล่อยลงน้ำ

พลังงานที่ปล่อยออกมาจะใช้ในการดูดซับกรดไขมันระเหย (VFA) ในน้ำ โดยสังเคราะห์ PHB ซึ่งเป็นสารประกอบกักเก็บแหล่งคาร์บอนในเซลล์

ในระหว่างขั้นตอนนี้ ความเข้มข้นของฟอสฟอรัสในน้ำจะเพิ่มขึ้นจริงๆ-อย่าตกใจไป เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการ "บริโภค" ให้มากขึ้นในภายหลัง

ขั้นที่ 2: การดูดซึมฟอสฟอรัสแบบแอโรบิก

เมื่อเข้าสู่สภาพแวดล้อมแบบแอโรบิก โพลีฟอสเฟต-แบคทีเรียที่สะสม (PAB) จะสลาย PHB ที่เก็บไว้ภายในเซลล์เพื่อให้ได้พลังงาน

พวกมันดูดซับออร์โธฟอสเฟตที่ละลายน้ำได้มากเกินไปจากน้ำ และเก็บไว้เป็นโพลีฟอสเฟตภายในเซลล์

ปริมาณฟอสฟอรัสที่ดูดซึมมีมากกว่าปริมาณที่ปล่อยออกมาในระหว่างระยะไร้ออกซิเจนมาก

ขั้นตอนที่สาม: การกำจัดตะกอนและการกำจัดฟอสฟอรัส

ตะกอนฟอสฟอรัสที่อุดมไปด้วย-ที่เกิดขึ้นจะถูกปล่อยออกมาเป็นตะกอนส่วนเกิน ซึ่งจะช่วยขจัดฟอสฟอรัสออกจากน้ำได้อย่างสมบูรณ์

จากมุมมองของพลังงาน PPB จะปล่อยฟอสฟอรัสเพื่อให้ได้พลังงานโดยการดูดซับอินทรียวัตถุภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน และลดปริมาณอินทรียวัตถุเพื่อให้ได้พลังงานโดยการดูดซับฟอสฟอรัสภายใต้สภาวะแอโรบิก ทำให้เกิดวงจรพลังงานที่สมบูรณ์

2.3 กระบวนการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพกระแสหลัก

ในปัจจุบัน กระบวนการ A²/O เป็นกระบวนการกำจัดไนโตรเจนและฟอสฟอรัสที่เกิดขึ้นพร้อมๆ กันที่พบบ่อยที่สุด ไนตริฟิเคชันเกิดขึ้นในระยะแอโรบิก ดีไนตริฟิเคชันในระยะขาดออกซิเจน และการปลดปล่อยฟอสฟอรัสในระยะไร้ออกซิเจน โดยแบคทีเรียทั้งสามชนิดทำงานร่วมกัน อย่างไรก็ตาม มันมีข้อเสียเปรียบโดยธรรมชาติ นั่นคือ ไนเตรตในกากตะกอนที่ส่งคืนสามารถเข้าสู่โซนไร้ออกซิเจน ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการกำจัดฟอสฟอรัส เพื่อแก้ไขปัญหานี้ กระบวนการแก้ไข เช่น กระบวนการ UCT และ A²/O แบบกลับหัวจึงได้รับการพัฒนา

2.4 ปัจจัยที่มีผลต่อการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพ

ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับอิทธิพลของ pH: เมื่อค่า pH ลดลงอย่างกะทันหัน ความเข้มข้นของฟอสฟอรัสจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทั้งในโซนไร้ออกซิเจนและแอโรบิก การปล่อยฟอสฟอรัสที่เกิดจากค่า pH ที่ลดลงนี้ "เป็นการทำลาย"-ไม่เพียงแต่ไม่ได้ผลเท่านั้น แต่ยังส่งผลให้ความสามารถในการดูดซับฟอสฟอรัสแบบแอโรบิกลดลงตามมาอีกด้วย

2.5 การเปรียบเทียบทางเศรษฐกิจของกระบวนการกำจัดฟอสฟอรัสสองกระบวนการที่แตกต่างกัน

การกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพต้องใช้แหล่งคาร์บอน สำหรับโรงบำบัดน้ำเสียบางแห่งที่ไม่มีแหล่งคาร์บอน การกำจัดฟอสฟอรัสด้วยสารเคมีมีราคาถูกกว่าการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพในมุมมองทางเศรษฐกิจ อย่างไรก็ตาม ข้อดีของการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพคือทำให้เกิดตะกอนน้อยลงและไม่จำเป็นต้องใช้สารเคมีภายนอก

3.1 สร้างการกำจัดฟอสฟอรัสในพื้นที่ชุ่มน้ำ
วิธีการนี้ใช้กระบวนการหลายอย่าง เช่น การดูดซึมพืชในพื้นที่ชุ่มน้ำ การดูดซับสารตั้งต้น และการเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์เพื่อกำจัดฟอสฟอรัสโดยการทำงานร่วมกัน ข้อดีคือต้นทุนต่ำ ประสิทธิภาพสูง และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม- ข้อเสียคือความต้องการพื้นที่ขนาดใหญ่และอิทธิพลของฤดูกาล

3.2 วิธีการอิเล็กโทรไลซิสภายในของเกล็ดเหล็ก
มีการติดตั้งชั้นบรรจุเศษเหล็กในถังปรับกรด เศษเหล็กผ่านกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสภายในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ทำให้เกิด Fe²⁺ ซึ่งถูกออกซิไดซ์เป็น Fe³⁺ ในระหว่างการเติมอากาศในเวลาต่อมา ทำให้เกิดการตกตะกอนด้วยไอออนฟอสเฟต วิธีการนี้มีต้นทุนต่ำ-และไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงกระบวนการที่มีอยู่ แต่จำเป็นต้องมีการบำรุงรักษาการล้างย้อนเป็นประจำ

น้ำทิ้งที่ต้องการประเภท A (0.5 มก./ลิตร): วิธีการทางชีวภาพเพียงอย่างเดียวไม่น่าจะเป็นไปตามมาตรฐานอย่างสม่ำเสมอ แนะนำให้กำจัดฟอสฟอรัสด้วยสารเคมีเป็นอาหารเสริม อย่างไรก็ตาม การกำจัดฟอสฟอรัสต้องใช้อายุตะกอนต่ำ ในขณะที่การแยกไนตริฟิเคชั่นต้องใช้อายุตะกอนสูง ทำให้เกิดความขัดแย้งและทำให้การควบคุมทำได้ยาก (เป็นการแลกเปลี่ยน-)

น้ำเสียจากแหล่งคาร์บอนต่ำ-: การกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพมีค่าใช้จ่ายสูง แนะนำให้กำจัดฟอสฟอรัสด้วยสารเคมีแทน