Модельный подход для устойчивого извлечения фосфора из сточных вод

Новый подход к очистке сточных вод может стать ключевым для усилий по сокращению, повторному использованию и переработке отходов. Более того, он может быть прибыльным.

Фосфор — важнейший элемент для питания человека, играющий множественные роли в организме, включая развитие костей и зубов. Обычно его получают из добываемых фосфатных минералов — ограниченного и невозобновляемого ресурса, спрос на который быстро растёт. Однако после использования фосфор трудно вернуть в цикл. Значительная его часть попадает в сточные воды (WWTPs) через мочу и с поверхностным стоком с полей.

Исследование группы под руководством Рольфа Халдена из Университета штата Аризона, опубликованное в Journal of Environmental Quality, с помощью математического моделирования изучило методы рекуперации фосфора. Как отмечает Халден, очистные сооружения — это «эпицентр для решения проблемы глобального истощения запасов фосфора». Накопление фосфора в водоёмах вызывает такие проблемы, как цветение водорослей, что наблюдается, например, в сезонной «мёртвой зоне» Мексиканского залива.

В работе рассмотрен комбинированный подход. Сначала метод усиленного биологического удаления фосфора (EBPR) концентрирует фосфор в осадке, используя специализированные бактерии. Затем химическая обработка помогает фосфору выпасть в осадок в виде струвита — полезного фосфатного минерала. Моделирование показало, что типичное очистное сооружение может таким образом возвращать около 490 тонн фосфора в год. В то время как обычные методы удаляют лишь 40–50% фосфора, EBPR позволяет добиться дополнительного снижения на 35%, достигнув в сумме около 90% удаления.

Этот подход не только снижает нагрузку на окружающую среду, сокращая добычу фосфора и улучшая качество воды, но и может приносить доход. По оценкам учёных, внедрение комбинированного метода на рассмотренном объекте может генерировать около $150 000 годового дохода от продажи струвита. Очистные сооружения с уже существующей инфраструктурой EBPR могут окупить первоначальные вложения всего за 3 года. Как заключает Халден, на предприятиях аналогичной мощности таким способом можно производить почти 367 500 тонн фосфора в год.