Фосфор — важный элемент питания человека. Он играет множество ролей в организме человека, включая развитие костей и зубов.
Удобрение с фосфором, внесенное в посевы или газоны, обеспечивает здоровый рост. Без него не существовало бы основных клеток растений и животных, а также самой жизни.
Как правило, фосфор содержится в добываемых фосфатных минералах — ограниченный и невозобновляемый ресурс.
Годовой спрос быстро растет. Однако после использования фосфор трудно утилизировать.
Куда уходит фосфор? У животных (включая человека) моча содержит фосфор.
Поверхностные воды переносят большое количество фосфора с полей и лужаек ниже по течению. Результат — фосфор в воде, сбрасываемой очистными сооружениями (КОС).
«Любой фосфор, который мы используем и сбрасываем в реки и океаны, теряется для окружающей среды», — говорит Рольф Халден, профессор Школы устойчивой инженерии и искусственной среды и директор Центра экологической безопасности Университета штата Аризона.
Кроме того, накопление фосфора может вызвать такие проблемы, как цветение водорослей в озерах и других поверхностных водоемах.
В свою очередь, цветение водорослей истощает кислород из воды, влияя на хрупкое равновесие водной флоры и фауны. «Эта проблема наблюдается в сезонно повторяющейся« мертвой зоне »Мексиканского залива», — говорит Халден.
Группа Халдена недавно опубликовала исследование в Journal of Environmental Quality, в котором изучались методы восстановления фосфора из сточных вод с использованием математического моделирования. «Очистные сооружения представляют собой основу для решения проблемы глобального истощения фосфора», — говорит Халден.
Очистные сооружения во многих городах в настоящее время внедряют методы извлечения фосфора перед сбросом сточных вод в окружающую среду. Существует два основных типа методов восстановления фосфора: химический и биологический.
Химическим методом очистные сооружения очищают фосфор, растворенный в сточных водах.
Затем фосфор выпадает из раствора для более легкого удаления. В биологическом методе бактерии, попавшие в воду, собирают фосфор в удаляемый ил. Вариант включает улучшенное биологическое удаление фосфора (EBPR).
Этот метод выборочно стимулирует бактерии, которые могут накапливать фосфор.
Выбор метода сложен. «Качество воды в регионе, размер очистных сооружений и экономические соображения играют роль в выборе», — объясняет ведущий автор исследования Арджун Венкатесан.
Исследование Халдена и Венкатесана сосредоточено на комбинированном подходе.
Во-первых, EBPR концентрированный фосфор в иле. Затем химическая обработка помогла фосфору выпасть с образованием струвита, полезного фосфатного минерала.
Исследование показало, что типичная очистная станция может утилизировать около 490 тонн фосфора в форме струвита ежегодно.
По словам Венкатесана, обычные методы удаляют только 40-50% фосфора.
Вторичная обработка ила, применяемая EBPR, «обеспечивает дополнительное снижение массы на 35%, в целом удаление около 90%», — говорит он. EBPR помогает избежать дополнительных химикатов и снижает образование осадка.
Оба эти фактора снижают стоимость эксплуатации — ключевой фактор для очистных сооружений с ограниченным бюджетом.
Восстановленный фосфор окупается за счет уменьшения добычи фосфора и улучшения состояния поверхностных вод. фосфор, извлеченный в виде струвита, также может приносить доход. По оценкам группы, очистные сооружения, использованные в их тематическом исследовании, могут принести годовой доход в размере 150 000 долларов США за счет этого двустороннего подхода.
Завод с существующими мощностями EBFR может окупить первоначальные затраты всего за 3 года.
«При комбинированном производстве EBPR и струвита можно было бы произвести около 367 500 тонн фосфора в год», — говорит Халден, на заводах с производительностью очистки, аналогичной той, которая использовалась в данном тематическом исследовании.
Такая полезная нагрузка может быть долгожданным вознаграждением для сознательных сообществ.