Principi e tecnologie di processo di rimozione biologica del fosforo

I. Forme di Fosforo nelle Acque Reflue Il fosforo nelle acque reflue esiste principalmente in tre forme: Fosfati inorganici: H₂PO₄⁻, HPO₄²⁻, PO₄³⁻ Polifosfati Fosforo organico Nel trattamento delle acque reflue, tutti i batteri assorbono una certa quantità di fosforo dall'ambiente per soddisfare i loro requisiti di crescita. Tuttavia, un gruppo specifico di batteri noti come Organismi Accumulatori di Polifosfati (PAO), noti anche come batteri accumulatori di fosfati o batteri rimuovi-fosforo, possono assorbire fosforo in eccesso rispetto alle loro necessità fisiologiche, immagazzinandolo intracellularmente in grandi quantità sotto forma di polifosfati. Scaricando questo fango ricco di fosforo, si ottiene la rimozione del fosforo dal sistema. II. Principi Fondamentali della Rimozione Biologica del Fosforo L'essenza della rimozione biologica del fosforo risiede nel guidare i PAO attraverso un ciclo di "rilascio di fosforo anaerobico – assorbimento di fosforo aerobico" attraverso ambienti anaerobici e aerobici alternati.

1. Fase di Rilascio del Fosforo Anaerobico In condizioni anaerobiche, si verificano i seguenti processi chiave: (1) La materia organica nelle acque reflue viene convertita in Acidi Grassi Volatili (VFA) da batteri acidogeni fermentativi. (2) In queste sfavorevoli condizioni anaerobiche, i PAO decompongono le loro riserve intracellulari di polifosfati. L'energia generata viene parzialmente utilizzata per la manutenzione cellulare e parzialmente per assorbire attivamente i VFA, che vengono poi convertiti e immagazzinati intracellularmente come PHB (poli-β-idrossibutirrato). (3) Il fosfato inorganico prodotto dalla decomposizione dei polifosfati viene rilasciato nuovamente nelle acque reflue — questo costituisce il "rilascio di fosforo anaerobico."
2. Fase di Assorbimento del Fosforo Aerobico Entrando nell'ambiente aerobico: (1) I PAO metabolizzano aerobicamente il PHB immagazzinato, rilasciando una notevole quantità di energia per alimentare la proliferazione e altre attività fisiologiche. (2) Una parte di questa energia guida l'assorbimento attivo di fosfati dalle acque reflue, che vengono accumulati intracellularmente come polifosfati in quantità eccessive — questo costituisce l'"assorbimento di fosforo aerobico." (3) Il fango attivato di scarto, contenente PAO che hanno assorbito fosforo in eccesso, rappresenta il fosforo rimosso dalle acque reflue. Dati Chiave: I processi convenzionali a fanghi attivi raggiungono solo circa il 12%–20% di rimozione del fosforo attraverso l'assimilazione. Al contrario, i sistemi progettati per la rimozione biologica del fosforo possono raggiungere contenuti di fosforo nel fango del 5%–6% (peso secco), con tassi di rimozione generalmente sufficienti a soddisfare gli standard di scarico. III. Fattori che Influenzano la Rimozione Biologica del Fosforo
3. Ossigeno Disciolto (DO) Zona Anaerobica: Deve essere strettamente anaerobica; anche i nitrati (NO₃⁻) devono essere assenti. Zona Aerobica: Deve mantenere un'adeguata quantità di ossigeno disciolto per garantire un sufficiente assorbimento di fosforo da parte dei PAO.
4. Tempo di Ritenzione del Fango (SRT) L'SRT influisce significativamente sull'efficienza di rimozione del fosforo — un SRT più breve produce prestazioni migliori: SRT = 30 giorni → ~40% tasso di rimozione SRT = 17 giorni → ~50% tasso di rimozione SRT = 5 giorni → fino all'87% tasso di rimozione
5. Temperatura Intervallo ottimale: 5–30°C.
6. Valore del pH Intervallo ottimale: 6–8.
7. Carico BOD₅ Un rapporto BOD₅/TP > 20 è un requisito fondamentale per una rimozione efficace del fosforo. I composti organici a basso peso molecolare facilmente biodegradabili inducono un maggiore rilascio di fosforo; un rilascio anaerobico più completo porta a un maggiore assorbimento aerobico successivo.
8. Concentrazione di Nitrati I livelli di nitrati nella zona anaerobica dovrebbero essere mantenuti al di sotto di 2 mg/L. Quando il COD/TKN > 10, l'effetto inibitorio del nitrato è mitigato.
9. Potenziale di Ossidazione-Riduzione (ORP) Tabella Zona Intervallo ORP Zona Aerobica +40 a +50 mV Zona Anossica -160 a -5 mV IV. Processi di Rimozione Biologica del Fosforo
10. Processo Anaerobico-Ossico (Processo A/O) Caratteristiche del Processo: Tempo di Ritenzione Idraulica (HRT): 3–6 h Solidi Sospesi nel Liquido Misto (MLSS) nel serbatoio di aerazione: 2.700–3.000 mg/L Efficienza di Rimozione del Fosforo: ~70%; TP effluente < 1 mg/L Contenuto di Fosforo nel Fango: ~4% (alto valore fertilizzante) SVI < 100; buona sedimentabilità, resistente al rigonfiamento
11. Processo Phostrip (Biologico-Chimico Combinato) Il processo Phostrip integra la rimozione biologica e chimica del fosforo: (1) Il flusso principale subisce un trattamento biologico convenzionale (anaerobico-aerobico). (2) Un flusso laterale di fanghi attivi di ritorno entra in un serbatoio di strippaggio dove il fosforo viene rilasciato in condizioni anaerobiche. (3) Viene aggiunto calce al surnatante ricco di fosforo per la precipitazione chimica. (4) Il fango strippato viene restituito al sistema principale. Caratteristiche del Processo Phostrip: Eccellente rimozione del fosforo; TP effluente tipicamente < 1 mg/L Alto contenuto di fosforo nel fango: 2,1%–7,1% Basso consumo di calce SVI < 100; il fango sedimenta, si addensa e si disidrata facilmente; alto valore nutritivo/fertilizzante; resistente al rigonfiamento Conclusione Il nucleo della rimozione biologica del fosforo risiede nel meccanismo ciclico "rilascio-assorbimento" dei PAO guidato da condizioni anaerobiche-aerobiche alternate. L'entità del rilascio di fosforo anaerobico determina direttamente la capacità di assorbimento aerobico successivo; pertanto, il mantenimento rigoroso dell'ambiente anaerobico (assenza sia di ossigeno disciolto che di nitrati) è fondamentale per una rimozione biologica del fosforo di successo. Inoltre, un SRT appropriato, una fonte di carbonio sufficiente e un pH adeguato sono fattori essenziali per garantire un'elevata efficienza di rimozione.