หลักการและเทคโนโลยีของกระบวนการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพ

I. รูปแบบของฟอสฟอรัสในน้ำเสีย ฟอสฟอรัสในน้ำเสียส่วนใหญ่อยู่ใน 3 รูปแบบหลัก ได้แก่: ฟอสเฟตอนินทรีย์: H₂PO₄⁻, HPO₄²⁻, PO₄³⁻ โพลีฟอสเฟต ฟอสฟอรัสอินทรีย์ ในการบำบัดน้ำเสีย แบคทีเรียทุกชนิดจะดูดซับฟอสฟอรัสจากสิ่งแวดล้อมในปริมาณหนึ่งเพื่อตอบสนองความต้องการในการเจริญเติบโต อย่างไรก็ตาม แบคทีเรียกลุ่มหนึ่งที่เรียกว่า Polyphosphate Accumulating Organisms (PAOs) หรือที่เรียกว่าแบคทีเรียสะสมฟอสเฟต หรือแบคทีเรียกำจัดฟอสฟอรัส สามารถดูดซับฟอสฟอรัสได้เกินกว่าความต้องการทางสรีรวิทยา โดยเก็บสะสมไว้ภายในเซลล์ในปริมาณมากในรูปของโพลีฟอสเฟต การกำจัดฟอสฟอรัสออกจากระบบจะทำได้โดยการนำกากตะกอนที่อุดมด้วยฟอสฟอรัสนี้ไปทิ้ง II. หลักการสำคัญของการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพ หัวใจของการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพอยู่ที่การขับเคลื่อน PAOs ผ่านวงจร "การปลดปล่อยฟอสฟอรัสแบบไม่ใช้ออกซิเจน - การดูดซับฟอสฟอรัสแบบใช้ออกซิเจน" โดยอาศัยสภาพแวดล้อมแบบไม่ใช้ออกซิเจนและแบบใช้ออกซิเจนสลับกัน

1. ระยะการปลดปล่อยฟอสฟอรัสแบบไม่ใช้ออกซิเจน ภายใต้สภาวะไม่ใช้ออกซิเจน กระบวนการสำคัญต่อไปนี้จะเกิดขึ้น: (1) สารอินทรีย์ในน้ำเสียจะถูกเปลี่ยนเป็นกรดไขมันระเหยง่าย (VFAs) โดยแบคทีเรียหมักกรด (2) ภายใต้สภาวะไม่ใช้ออกซิเจนที่ไม่เอื้ออำนวยนี้ PAOs จะย่อยสลายสารโพลีฟอสเฟตที่สะสมไว้ภายในเซลล์ พลังงานที่เกิดขึ้นส่วนหนึ่งจะถูกนำไปใช้ในการบำรุงรักษาเซลล์ และอีกส่วนหนึ่งจะนำไปใช้ในการดูดซับ VFAs อย่างแข็งขัน ซึ่งจะถูกเปลี่ยนและสะสมไว้ภายในเซลล์ในรูปของ PHB (poly-β-hydroxybutyrate) (3) ฟอสเฟตอนินทรีย์ที่เกิดจากการย่อยสลายโพลีฟอสเฟตจะถูกปลดปล่อยกลับคืนสู่น้ำเสีย ซึ่งถือเป็น "การปลดปล่อยฟอสฟอรัสแบบไม่ใช้ออกซิเจน"
2. ระยะการดูดซับฟอสฟอรัสแบบใช้ออกซิเจน เมื่อเข้าสู่สภาพแวดล้อมแบบใช้ออกซิเจน: (1) PAOs จะเผาผลาญ PHB ที่สะสมไว้แบบใช้ออกซิเจน ปลดปล่อยพลังงานจำนวนมากเพื่อส่งเสริมการขยายพันธุ์และกิจกรรมทางสรีรวิทยาอื่นๆ (2) พลังงานส่วนหนึ่งจะขับเคลื่อนการดูดซับฟอสเฟตจากน้ำเสียอย่างแข็งขัน ซึ่งจะสะสมไว้ภายในเซลล์ในรูปของโพลีฟอสเฟตในปริมาณที่มากเกินไป ซึ่งถือเป็น "การดูดซับฟอสฟอรัสแบบใช้ออกซิเจน" (3) กากตะกอนที่ถูกบำบัดแล้ว ซึ่งมี PAOs ที่ดูดซับฟอสฟอรัสส่วนเกินไว้ ถือเป็นฟอสฟอรัสที่ถูกกำจัดออกจากน้ำเสีย ข้อมูลสำคัญ: กระบวนการกากตะกอนแบบดั้งเดิมสามารถกำจัดฟอสฟอรัสได้เพียงประมาณ 12%–20% ผ่านการสังเคราะห์ ในทางตรงกันข้าม ระบบที่ออกแบบมาเพื่อการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพสามารถทำให้ปริมาณฟอสฟอรัสในกากตะกอนอยู่ที่ 5%–6% (น้ำหนักแห้ง) โดยมีอัตราการกำจัดเพียงพอที่จะเป็นไปตามมาตรฐานการระบายน้ำ III. ปัจจัยที่มีผลต่อการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพ
3. ออกซิเจนละลายน้ำ (DO) โซนไม่ใช้ออกซิเจน: ต้องเป็นแบบไม่ใช้ออกซิเจนอย่างเคร่งครัด ต้องไม่มีไนเตรต (NO₃⁻) โซนใช้ออกซิเจน: ต้องรักษาออกซิเจนละลายน้ำให้เพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่า PAOs ดูดซับฟอสฟอรัสได้เพียงพอ
4. เวลากักเก็บกากตะกอน (SRT) SRT มีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการกำจัดฟอสฟอรัส SRT ที่สั้นลงให้ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น: SRT = 30 วัน → อัตราการกำจัดประมาณ 40% SRT = 17 วัน → อัตราการกำจัดประมาณ 50% SRT = 5 วัน → อัตราการกำจัดสูงถึง 87%
5. อุณหภูมิ ช่วงที่เหมาะสม: 5–30°C
6. ค่า pH ช่วงที่เหมาะสม: 6–8
7. ปริมาณการบรรทุก BOD₅ อัตราส่วน BOD₅/TP > 20 เป็นข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับการกำจัดฟอสฟอรัสอย่างมีประสิทธิภาพ สารประกอบอินทรีย์โมเลกุลต่ำที่ย่อยสลายได้ง่ายจะกระตุ้นการปลดปล่อยฟอสฟอรัสที่แรงขึ้น การปลดปล่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นนำไปสู่การดูดซับแบบใช้ออกซิเจนที่มากขึ้น
8. ความเข้มข้นของไนเตรต ระดับไนเตรตในโซนไม่ใช้ออกซิเจนควรต่ำกว่า 2 มก./ลิตร เมื่อ COD/TKN > 10 ผลกระทบยับยั้งของไนเตรตจะลดลง
9. ศักย์ออกซิเดชัน-รีดักชัน (ORP) ตาราง โซน ช่วง ORP โซนใช้ออกซิเจน +40 ถึง +50 mV โซนไม่ใช้ออกซิเจน -160 ถึง -5 mV IV. กระบวนการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพ
10. กระบวนการ Anaerobic-Oxic (A/O Process) ลักษณะกระบวนการ: เวลากักเก็บไฮดรอลิก (HRT): 3–6 ชั่วโมง ของแข็งแขวนลอยในสารละลายผสม (MLSS) ในถังเติมอากาศ: 2,700–3,000 มก./ลิตร ประสิทธิภาพการกำจัดฟอสฟอรัส: ประมาณ 70%; TP ในน้ำทิ้ง < 1 มก./ลิตร ปริมาณฟอสฟอรัสในกากตะกอน: ประมาณ 4% (มีคุณค่าทางปุ๋ยสูง) SVI < 100; การตกตะกอนดี ทนทานต่อการเกิดฟองกระบวนการ Phostrip (ผสมชีวภาพ-เคมี) กระบวนการ Phostrip ผสมผสานการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพและเคมี: (1) กระแสหลักผ่านการบำบัดทางชีวภาพแบบดั้งเดิม (ไม่ใช้ออกซิเจน-ใช้ออกซิเจน) (2) กระแสย่อยของกากตะกอนหมุนเวียนเข้าสู่ถังแยกฟอสฟอรัส ซึ่งฟอสฟอรัสจะถูกปลดปล่อยภายใต้สภาวะไม่ใช้ออกซิเจน (3) เติมปูนขาวลงในน้ำใสที่อุดมด้วยฟอสฟอรัสเพื่อตกตะกอนทางเคมี (4) กากตะกอนที่ถูกแยกฟอสฟอรัสจะถูกส่งกลับไปยังระบบกระแสหลัก ลักษณะกระบวนการ Phostrip: การกำจัดฟอสฟอรัสที่ยอดเยี่ยม; TP ในน้ำทิ้งโดยทั่วไป < 1 มก./ลิตร ปริมาณฟอสฟอรัสในกากตะกอนสูง: 2.1%–7.1% การใช้ปูนขาวต่ำ SVI < 100; กากตะกอนตกตะกอน ข้น และแยกน้ำได้ง่าย มีคุณค่าทางสารอาหาร/ปุ๋ยสูง ทนทานต่อการเกิดฟอง สรุป หัวใจของการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพอยู่ที่กลไก "การปลดปล่อย-ดูดซับ" แบบวงจรของ PAOs ที่ขับเคลื่อนด้วยสภาวะไม่ใช้ออกซิเจน-ใช้ออกซิเจนสลับกัน ระดับของการปลดปล่อยฟอสฟอรัสแบบไม่ใช้ออกซิเจนเป็นตัวกำหนดความสามารถในการดูดซับแบบใช้ออกซิเจนที่ตามมา ดังนั้น การรักษาอย่างเคร่งครัดของสภาวะแวดล้อมแบบไม่ใช้ออกซิเจน (การไม่มีทั้งออกซิเจนละลายน้ำและไนเตรต) จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความสำเร็จในการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพ นอกจากนี้ SRT ที่เหมาะสม แหล่งคาร์บอนที่เพียงพอ และ pH ที่เหมาะสม เป็นปัจจัยสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่ามีประสิทธิภาพการกำจัดสูง