Fosfor-Suyun Arkasındaki Suçlu "Obezite"
Amonyak nitrojeni su kütlelerinin "zehiri" ise, fosfor da "gübredir". Su kütlelerine aşırı fosfor deşarjı, alglerin kontrolsüz bir şekilde büyümesine neden olarak ötrofikasyona yol açar ve sonuçta suyu "yeşil bir yulaf lapasına" dönüştürür. Toplam fosfora ilişkin çevre standartlarının giderek daha katı hale gelmesinin nedeni budur (Sınıf A standardı: 0,5 mg/L).
Peki atık su arıtma sistemlerinden fosfor tam olarak nasıl uzaklaştırılıyor?
Üç ana yöntem vardır: kimyasal fosfor giderimi, biyolojik fosfor giderimi ve bazı yardımcı teknolojiler.
I. Kimyasal Fosfor Giderimi-Basit, Acımasız ve Kararlı Bir "Çökeltme Yöntemi"
1.1 Temel Prensipler
Kimyasal fosfor gideriminin özü, partikül dönüşümü ve adsorpsiyon çamurunun giderilmesidir. Atık suya kimyasallar eklenerek çözünebilir fosfatlar çözünmeyen parçacıklara dönüştürülür ve bunlar daha sonra aktif çamur tarafından adsorbe edilir ve çamurun uzaklaştırılması yoluyla uzaklaştırılır.
Bu süreç aslında iki adımdan oluşuyor:
Parçacık dönüşümü: Çözünmüş fosfat iyonları (PO43-), çözünmeyen fosfat parçacıkları oluşturmak üzere metal iyonlarıyla reaksiyona girer.
Adsorpsiyon ve çamur giderme: İnce parçacıklar birbirine yapışır veya aktif çamur tarafından adsorbe edilir ve çamurun uzaklaştırılması yoluyla toplam fosfor azaltılır.
Not: Bazı insanlar, fosfor gideriminin prensibinin, atık suya metal tuzu maddeleri eklemek, çözünebilir fosfatın çözünmeyen parçacıklar haline gelmesine neden olmak ve daha sonra çökelerek deşarj edilmek olduğuna inanır. Bu, bu makalede sunulan bakış açısından farklıdır.
1.2 Yaygın Olarak Kullanılan Ajanlar ve Reaksiyon Prensipleri
Demir/alüminyum tuzu fosfor gideriminin özü, nötr ve asidik koşullar için uygun, az çözünür tuzlar oluşturmak üzere metal iyonlarının fosfatla reaksiyonudur. Öte yandan kireç fosfor giderimi, kalsiyum fosfat çökeltileri oluşturmak için yüksek pH'lı bir ortama dayanır, ancak yüksek bir pH ve ardından pH ayarlaması gerektirir ve aynı zamanda büyük miktarda çamur üretir.
1.3 Üç Dozaj Yöntemi
Kimyasal fosfor giderme, dozaj konumuna bağlı olarak üç kategoriye ayrılabilir. Ben kişisel olarak, bağımsız kontrol ve kolay ayarlamaya imkan veren, sonradan -fosfor giderme işlemini öneriyorum.
II. Biyolojik Fosfor Giderimi-Mikroorganizmaların "İçsel Gücü"
2.1 Temel Oyuncu: Polifosfat Biriken Organizmalar (PAO)
Biyolojik fosfor gidermedeki ana oyuncular, özel bir tür bakteri-polifosfat biriktiren organizmalardır (PAO'lar). Olağanüstü bir yeteneğe sahipler: Aerobik koşullar altında, atık sudan aşırı miktarda fosfor emebilirler, bu da hücrelerindeki fosfor seviyelerinin sıradan bakterilerden birkaç kat daha yüksek olmasına neden olur.
2.2 İki-Aşamalı Döngü-Anaerobik Fosfor Salımı, Aerobik Fosfor Alımı
PAO'ların fosfor giderme işlemi, alternatif anaerobik ve aerobik ortamları gerektirir:
Aşama 1: Anaerobik Fosfor Salımı
Çözünmüş oksijen veya moleküler oksijenin bulunmadığı anaerobik koşullar altında PAO'lar, hücrelerindeki polifosfatları ortofosfatlara hidrolize ederek bunları suya salar.
Açığa çıkan enerji, sudaki uçucu yağ asitlerini (VFA'lar) absorbe etmek ve hücre içi karbon kaynağı depolama bileşiği PHB'yi sentezlemek için kullanılır.
Bu aşamada sudaki fosfor konsantrasyonu aslında artar-paniğe kapılmayın, bu daha sonra daha da fazla "tüketmeye" hazırlanmak içindir.
Aşama 2: Aerobik Fosfor Alımı
Aerobik bir ortama girdikten sonra polifosfat{0}}biriktiren bakteriler (PAB'ler), enerji elde etmek için hücrelerinde depolanan PHB'yi ayrıştırır.
Çözünür ortofosfatları sudan aşırı derecede emerler ve bunları hücrelerinde polifosfatlar olarak depolarlar.
Emilen fosfor miktarı, anaerobik aşamada salınan miktarın çok üzerindedir.
Üçüncü Aşama: Çamur Giderimi ve Fosfor Giderimi
Ortaya çıkan fosfor-zengin çamur, fazla çamur olarak boşaltılır ve böylece fosforun sudan tamamen uzaklaştırılması sağlanır.
Enerji açısından bakıldığında, PPB'ler anaerobik koşullar altında organik maddeyi emerek enerji elde etmek için fosfor salgılar ve aerobik koşullar altında fosforu emerek enerji elde etmek için organik maddeyi parçalayarak tam bir enerji döngüsü oluşturur.
2.3 Ana Akım Biyolojik Fosfor Giderim Süreçleri
A²/O işlemi şu anda en yaygın eş zamanlı nitrojen ve fosfor giderme işlemidir. Nitrifikasyon aerobik aşamada, denitrifikasyon anoksik aşamada ve fosfor salınımı anaerobik aşamada meydana gelir ve üç bakteri türü sinerjistik olarak çalışır. Ancak bunun doğal bir dezavantajı vardır: Geri dönen çamurdaki nitratlar anaerobik bölgeye girerek fosfor giderim verimliliğini etkileyebilir. Bu sorunu çözmek için UCT süreci ve ters çevrilmiş A²/O gibi değiştirilmiş süreçler geliştirilmiştir.
2.4 Biyolojik Fosfor Giderimini Etkileyen Faktörler
pH'ın etkisine özellikle dikkat edilmelidir: pH aniden düştüğünde, hem anaerobik hem de aerobik bölgelerde fosfor konsantrasyonu keskin bir şekilde artacaktır. pH düşüşünün neden olduğu bu fosfor salınımı "yıkıcıdır"-sadece etkisiz olmakla kalmaz, aynı zamanda sonraki aerobik fosfor alım kapasitesinde de azalmaya yol açar.
2.5 İki Farklı Fosfor Giderim Prosesinin Ekonomik Karşılaştırması
Biyolojik fosfor giderimi karbon kaynakları gerektirir. Karbon kaynağı bulunmayan bazı atık su arıtma tesislerinde kimyasal fosfor giderimi, ekonomik açıdan biyolojik fosfor gideriminden daha ucuzdur. Ancak biyolojik fosfor gideriminin avantajı daha az çamur üretmesi ve harici kimyasallara ihtiyaç duymamasıdır.
III. Diğer Fosfor Giderim Teknolojileri
3.1 Yapay Sulak Alan Fosforunun Giderilmesi
Bu yöntem, fosforu sinerjistik olarak uzaklaştırmak için sulak alan bitki emilimi, substrat adsorpsiyonu ve mikrobiyal dönüşüm gibi birçok prosesten yararlanır. Avantajları; düşük maliyet, yüksek verimlilik ve çevre-dostluğudur; dezavantajları ise geniş arazi alanı gereksinimleri ve mevsimsel etkilerdir.
3.2 Demir Pul Dahili Elektroliz Yöntemi
Asitleme tankına bir demir hurda paketleme katmanı yerleştirilmiştir. Demir hurdası asidik bir ortamda dahili elektrolize uğrayarak Fe²⁺ üretir ve bu, sonraki havalandırma sırasında Fe³⁺'ye oksitlenerek fosfat iyonlarıyla bir çökelti oluşturur. Bu yöntem düşük-maliyetlidir ve mevcut süreçte herhangi bir değişiklik yapılmasını gerektirmez, ancak düzenli geri yıkama bakımı gereklidir.
IV. Fosfor Giderme Yöntemi Nasıl Seçilir?
A Sınıfı (0,5 mg/L) gerektiren atık su: Biyolojik yöntemlerin tek başına standardı tutarlı bir şekilde karşılaması pek olası değildir; Takviye olarak kimyasal fosfor giderimi tavsiye edilir. Bununla birlikte, fosfor giderimi düşük bir çamur yaşı gerektirirken, denitrifikasyon yüksek bir çamur yaşı gerektirir; bu da bir çelişki yaratır ve kontrolü zorlaştırır (bu bir-değişimdir).
Düşük-karbon kaynaklı atık su: Biyolojik fosfor giderimi maliyetlidir; Alternatif olarak kimyasal fosfor giderme önerilir.