Fósforo-El culpable de la "obesidad" del agua
Si el nitrógeno amoniacal es el "veneno" de los cuerpos de agua, entonces el fósforo es el "fertilizante". La descarga excesiva de fósforo en los cuerpos de agua hace que las algas crezcan sin control, lo que lleva a la eutrofización y, en última instancia, convierte el agua en una "papilla verde". Por este motivo, las normas medioambientales relativas al fósforo total son cada vez más estrictas (norma de clase A: 0,5 mg/l).
Entonces, ¿cómo se elimina exactamente el fósforo de los sistemas de tratamiento de aguas residuales?
Hay tres métodos principales: eliminación química de fósforo, eliminación biológica de fósforo y algunas tecnologías auxiliares.
I. Eliminación química de fósforo-Un "método de sedimentación" simple, brutal y estable
1.1 Principios básicos
El núcleo de la eliminación química de fósforo es la conversión de partículas y la eliminación de lodos de adsorción. Al agregar productos químicos a las aguas residuales, los fosfatos solubles se convierten en partículas insolubles, que luego son adsorbidas por lodos activados y eliminadas mediante la eliminación de lodos.
Este proceso en realidad implica dos pasos:
Conversión de partículas: los iones de fosfato disueltos (PO43-) reaccionan con iones metálicos para formar partículas de fosfato insolubles.
Adsorción y eliminación de lodos: Las partículas finas se adhieren entre sí o son adsorbidas por lodos activados, reduciendo el fósforo total mediante la eliminación de lodos.
Nota: Algunas personas creen que el principio de eliminación de fósforo es agregar agentes de sales metálicas al agua residual, lo que hace que el fosfato soluble se convierta en partículas insolubles, que luego precipitan y se descargan. Esto difiere del punto de vista presentado en este artículo.
1.2 Agentes comúnmente utilizados y principios de reacción
El núcleo de la eliminación de fósforo de las sales de hierro/aluminio es la reacción de iones metálicos con fosfato para formar sales poco solubles, adecuadas para condiciones neutras y ácidas. La eliminación de fósforo de cal, por otro lado, depende de un ambiente de pH alto para formar precipitados de fosfato de calcio, pero requiere un pH alto y un ajuste posterior del pH, y también produce una gran cantidad de lodo.
1.3 Tres métodos de dosificación
La eliminación química de fósforo se puede dividir en tres categorías según el lugar de dosificación. Personalmente recomiendo la eliminación posterior-de fósforo, que permite un control independiente y un ajuste sencillo.
II. Eliminación biológica de fósforo-La "fuerza interior" de los microorganismos
2.1 Jugador principal: Organismos acumuladores de polifosfato (PAO)
Los principales actores en la eliminación biológica de fósforo son un tipo especial de bacterias-organismos acumuladores de polifosfato (PAO). Tienen una capacidad notable: en condiciones aeróbicas, pueden absorber fósforo de las aguas residuales en cantidades excesivas, lo que da como resultado niveles de fósforo dentro de sus células varias veces superiores a los de las bacterias comunes.
2.2 Ciclo de dos-etapas-liberación anaeróbica de fósforo y absorción aeróbica de fósforo
El proceso de eliminación de fósforo de los PAO requiere alternar ambientes anaeróbicos y aeróbicos:
Etapa 1: Liberación anaeróbica de fósforo
En condiciones anaeróbicas sin oxígeno disuelto ni oxígeno molecular, los PAO hidrolizan los polifosfatos dentro de sus células en ortofosfatos y los liberan en el agua.
La energía liberada se utiliza para absorber ácidos grasos volátiles (AGV) en el agua, sintetizando el compuesto de almacenamiento de fuente de carbono intracelular PHB.
Durante esta etapa, la concentración de fósforo en el agua aumenta-no entres en pánico, esto es para prepararte para "consumir" aún más más adelante.
Etapa 2: absorción aeróbica de fósforo
Al entrar en un entorno aeróbico, las bacterias acumuladoras de polifosfato-(PAB) descomponen el PHB almacenado dentro de sus células para obtener energía.
Absorben excesivamente ortofosfatos solubles del agua y los almacenan como polifosfatos dentro de sus células.
La cantidad de fósforo absorbido supera con creces la cantidad liberada durante la etapa anaeróbica.
Tercera Etapa: Eliminación de Lodos y Eliminación de Fósforo
El lodo rico en fósforo-resultante se descarga como exceso de lodo, eliminando así completamente el fósforo del agua.
Desde una perspectiva energética, los PPB liberan fósforo para obtener energía absorbiendo materia orgánica en condiciones anaeróbicas, y degradan la materia orgánica para obtener energía absorbiendo fósforo en condiciones aeróbicas, formando un ciclo energético completo.
2.3 Procesos convencionales de eliminación de fósforo biológico
El proceso A²/O es actualmente el proceso de eliminación simultánea de nitrógeno y fósforo más común. La nitrificación ocurre en la etapa aeróbica, la desnitrificación en la etapa anóxica y la liberación de fósforo en la etapa anaeróbica, con los tres tipos de bacterias trabajando sinérgicamente. Sin embargo, tiene un inconveniente inherente: los nitratos en el lodo devuelto pueden ingresar a la zona anaeróbica, afectando la eficiencia de eliminación de fósforo. Para abordar esto, se han desarrollado procesos modificados como el proceso UCT y A²/O invertido.
2.4 Factores que afectan la eliminación biológica del fósforo
Se debe prestar especial atención a la influencia del pH: cuando el pH disminuye repentinamente, la concentración de fósforo aumentará bruscamente tanto en la zona anaeróbica como en la aeróbica. Esta liberación de fósforo causada por la caída del pH es "destructiva"-no sólo ineficaz, sino que también conduce a una disminución en la capacidad aeróbica posterior de absorción de fósforo.
2.5 Comparación económica de dos procesos diferentes de eliminación de fósforo
La eliminación biológica de fósforo requiere fuentes de carbono. Para algunas plantas de tratamiento de aguas residuales que carecen de fuentes de carbono, la eliminación química del fósforo es más barata que la eliminación biológica del fósforo desde una perspectiva económica. Sin embargo, la ventaja de la eliminación biológica de fósforo es que produce menos lodos y no requiere productos químicos externos.
III. Otras tecnologías de eliminación de fósforo
3.1 Eliminación de fósforo de humedales artificiales
Este método utiliza múltiples procesos, como la absorción de plantas de humedales, la adsorción de sustratos y la transformación microbiana para eliminar el fósforo de forma sinérgica. Sus ventajas son el bajo costo, la alta eficiencia y el respeto al medio ambiente-; sus desventajas son la gran necesidad de superficie terrestre y la influencia estacional.
3.2 Método de electrólisis interna en escamas de hierro
En el tanque de acidificación se instala una capa de embalaje de chatarra de hierro. La chatarra de hierro sufre electrólisis interna en un ambiente ácido, produciendo Fe²⁺, que se oxida a Fe³⁺ durante la aireación posterior, formando un precipitado con iones fosfato. Este método es de bajo costo-y no requiere cambios en el proceso existente, pero es necesario un mantenimiento de retrolavado regular.
IV. ¿Cómo elegir un método de eliminación de fósforo?
Efluente que requiere Clase A (0,5 mg/L): Es poco probable que los métodos biológicos por sí solos cumplan consistentemente con el estándar; Se recomienda la eliminación química del fósforo como complemento. Sin embargo, la eliminación de fósforo requiere una edad de lodo baja, mientras que la desnitrificación requiere una edad de lodo alta, lo que crea un conflicto y dificulta el control (es una compensación-).
Aguas residuales de fuentes bajas-de carbono: la eliminación biológica del fósforo es costosa; Se recomienda la eliminación química del fósforo como alternativa.