Comprendere la rimozione Nutriente nelle piante di trattamento

I sistemi di trattamento dell'acqua devono affrontare sfide persistenti per rimuovere i nutrienti in eccesso dalle acque reflue prima di rientro dei sistemi di acqua naturale. I composti di azoto e fosforo, pur essenziali per la vita in quantità controllate, diventano inquinanti pericolosi ad alte concentrazioni. Quando questi nutrienti raggiungono laghi, fiumi e acque costiere, alimentano la crescita esplosiva dell'alga che si esaurisce ossigeno, blocca la luce solare e crea zone morte in cui la vita non può sopravvivere.

La rimozione dei nutrienti è diventata quindi un requisito normativo fondamentale per gli impianti di trattamento in tutto il mondo. L'Agenzia Stati Uniti per la protezione dell'ambiente[[] identifica l'inquinamento delle sostanze nutritive come una delle sfide ambientali più diffuse e costose del paese, mentre la Direttiva quadro dell'Unione Europea fissa limiti rigorosi per gli scarichi di azoto e fosforo.

La sfida principale è la chimica di questi nutrienti. L'azoto appare nelle acque reflue come ammoniaca, nitrato e composti organici di azoto, ciascuno che richiedono diverse vie di trattamento. Il fosforo esiste principalmente come ortofosfato, che può essere rimosso attraverso precipitazione chimica o assorbimento biologico. Entrambi gli approcci hanno limitazioni, in particolare per quanto riguarda i costi, il consumo chimico e la generazione di flussi secondari di rifiuti.

Le limitazioni degli approcci tradizionali di rimozione dei nutrienti

Le tecnologie di rimozione dei nutrienti convenzionali hanno servito bene gli impianti di trattamento delle acque per decenni, ma portano significativi oneri operativi e ambientali che sono sempre più difficili da giustificare in un'era di budget stringenti e mandati di sostenibilità.

Pioggia chimica[]] utilizzando sali metallici come l'alluce o cloruro ferrico è efficace per la rimozione del fosforo, ma consuma grandi quantità di sostanze chimiche e produce volumi sostanziali di fanghi chimici. Questa fanghi deve essere deacquato e smaltito, spesso a notevoli spese. Il costo dei sali metallici è aumentato bruscamente in bilancio recente, mettendo pressione su impianto operativo.

I processi di rimozione dei nutrienti biologici (BNR) utilizzano batteri specializzati per convertire l'azoto in gas di azoto innocuo attraverso la nitrificazione e la denitrificazione, mentre gli organismi di fosforo-accumulazione incorporano il fosforo nella loro biomassa. Questi sistemi sono complessi operativamente, che richiedono un controllo attento di ossigeno disciolto, fonti di carbonio, fonti, il tempo di conservazione dei solidi, e di conservazione dei rifiuti solidi, e di temperatura.

I fanghi chimici e i rifiuti biologici attivati devono essere stabilizzati, deumiditi e trasportati a siti di smaltimento o a sfioramenti di uso benefico. L'impronta di carbonio della rimozione dei nutrienti convenzionali, in particolare dalla produzione chimica e dal consumo energetico, è sostanziale: questi limiti hanno spinto ricercatori e operatori a esplorare materiali alternativi che possono eseguire la rimozione dei nutrienti a costi più bassi, con un impatto ambientale ridotto e idealmente risolvendo un altro problema.

Sottoprodotti di rifiuti come aiuti di rimozione Nutriente

Il concetto di utilizzo dei sottoprodotti di scarto per la rimozione dei nutrienti trasforma due problemi in una sola soluzione. Le industrie generano vaste quantità di residui solidi che richiedono lo smaltimento, spesso in discariche o stagni di stoccaggio.

Volere

La produzione globale supera i 750 milioni di tonnellate all'anno, con solo circa la metà di essere riutilizzato beneficamente nella produzione di cemento, costruzione di strade o altre applicazioni. Il resto va a discariche o stagni di cenere, dove pone rischi ambientali da pesanti emissioni di metalliche e di polveri fugitive.

Il contenuto elevato di alumina, silice, ossidi di ferro e ossidi di calcio fornisce superfici reattive per l'assorbimento del fosforo. Il calcio in cenere mosca può precipitare il fosforo come minerali di fosfato di calcio, mentre i composti di alluminio e ferro formano complessi fosfati che sono altamente stabili.

La ricerca ha dimostrato capacità di rimozione del fosforo da 10 a 50 milligrammi per grammo di cenere mosca, a seconda della composizione delle ceneri di ceneri di ceneri di alcalina con alto contenuto di calcio tendono a svolgere il meglio, in quanto contemporaneamente aumentano il pH e forniscono ioni di calcio per precipitazioni.

Diversi studi pilota hanno convalidato i filtri per la frassino a mosca per la lucidatura dell'efluente secondario nelle piante delle acque reflue comunali. Un impianto in Ohio ha operato un sistema di filtrazione delle ceneri mosca da oltre due anni, ottenendo una rimozione media del fosforo dell'85 per cento ad un costo sostanzialmente inferiore alle precipitazioni chimiche.

Biocarburante

Biochar è il residuo solido di carbonio prodotto quando la biomassa è riscaldata in un ambiente limitato all'ossigeno attraverso la pirolisi. Le scorte di produzione includono residui agricoli come il mais stover, le botti di riso e le conchiglie di noce, nonché i rifiuti forestali, i rifiniture dei cantieri comunali e anche i manure degli animali.

L'efficacia di Biochar per la rimozione dei nutrienti dipende fortemente dalla selezione dei mangimi e dalle condizioni di pirolisi. I biocarri ad alta temperatura (700-900 gradi Celsius) sviluppano una maggiore superficie e porosità, con valori che raggiungono i 300-500 metri quadrati per grammo per materiali ottimizzati.

L'attivazione fisica con vapore o anidride carbonica ad alte temperature può raddoppiare o triplicare la superficie. L'attivazione chimica con idrossido di potassio, acido fosforico o cloruro di zinco introduce specifici gruppi funzionali che migliorano il legame dei nutrienti. Il caricamento del biocarro con magnesio, calcio o ferro attraverso il pretrattamento crea materiali che precipitano il fosforo come fasi minerali stabili, raggiungendo capacità di rimozione per 100 mg.

Un biochar fornisce un substrato ad alta superficie per la crescita del biofilm microbico, mentre sostiene simultaneamente i nutrienti. Un trattamento bagnato in Danimarca retrofitto con il suolo biocarro-amendato ha raggiunto la rimozione del 90% del fosforo nel corso di tre anni di funzionamento, rispetto al 40% nelle zone umide tradizionali.

Lime Sludge

Il limo, chiamato anche sludge di ammorbidimento del calce o fanghi di depurazione dell'acqua, viene generato quando le strutture utilizzano il calce per ammorbidire l'acqua dura. Il processo rimuove il calcio e il magnesio precipitandoli come carbonato di calcio e idrossido di magnesio, producendo un liquame che contiene 10-30 per cento solidi per peso.

L'alto contenuto di calcio di fanghi di calce lo rende ideale per precipitazione di fosforo. Quando aggiunto alle acque reflue, il calcio nel fango reagisce con ioni fosfati per formare idrossiapatite e altri minerali di fosfato di calcio che si stabiliscono facilmente dalla soluzione. La fanghia fornisce anche l'alcalinità che tampona il pH, mantenendo condizioni favorevoli per precipitazioni.

Gli studi hanno riferito che le efficienze di rimozione del fosforo del 70-95 per cento utilizzando le aggiunte di fanghi di calce, con prestazioni a seconda del dosaggio, delle condizioni di miscelazione e della concentrazione del fosforo nelle acque reflue. La gamma di pH ottimale per la precipitazione del fosfato di calcio è 9-11, che può essere raggiunta con un dosaggio adeguato.

Il Dipartimento dei Servizi idrici di Kansas City ha sviluppato un programma che dirige il fango di calce dal trattamento delle acque reflue all'adiacente impianto di rimozione dei fosfori. Il programma ha ridotto i costi chimici all'impianto di acque reflue del 30 per cento, eliminando i costi di smaltimento dei fanghi presso l'impianto di trattamento delle acque.

Sfera d'acciaio

La scoria d'acciaio è un sottoprodotto della fabbricazione dell'acciaio, prodotto quando le impurità in minerale di ferro si combinano con i flussi come il calce o la dolomite per formare un materiale fuso che galleggia sulla parte superiore dell'acciaio. La scoria è sfrenata e raffreddata, con conseguente densa, materiale cristallino ricco di calcio, magnesio, ferro e ossidi di alluminio.

La composizione chimica della scoria d'acciaio lo rende altamente reattivo per la rimozione dei nutrienti. L'ossido di calcio e l'ossido di magnesio nella scoria si dissolvono lentamente in acqua, rilasciando ioni di calcio e magnesio che precipitano il fosfato. Il processo è ulteriormente potenziato dall'elevato pH generato da questi ossidi, che possono superare 11 in sistemi d'acqua di scorietica.

I filtri a base di scorie d'acciaio sono stati ampiamente studiati per la rimozione del fosforo dal deflusso delle acque di tempesta, dal drenaggio agricolo e dalle acque reflue comunali. Uno studio a lungo termine presso un impianto di trattamento in Pennsylvania ha scoperto che i filtri di scorie hanno rimosso l'80-90 per cento del fosforo in entrata per un periodo di cinque anni, con tassi di rimozione di 10-15 grammi di fosforo per chilo di scorie.

I filtri per la scoria in acciaio hanno avuto un successo particolare nel trattamento dei furti agricoli, che trasportano carichi di fosforo elevati dall'applicazione dei fertilizzanti. Il USDA Agricultural Research Service[[[]]]] ha valutato i sistemi di filtraggio per le gomme di drenaggio, dimostrando un costante miglioramento delle prestazioni rispetto alle pratiche convenzionali.

Altri materiali di sottoprodotto emergenti

Red mud[[], i rifiuti caustici generati durante la produzione di allumina da bauxite, contengono alte concentrazioni di ossido di ferro e alluminio che legano efficacemente il fosfato. La ricerca ha dimostrato capacità di rimozione superiori a 50 milligrammi per grammo in condizioni ottimizzate, anche se l'alto contenuto di alcalinità e di metalli traccia richiedono una gestione accurata.

cenere di legno[[]] dalla combustione a biomassa contiene calcio, potassio e ossidi di magnesio che precipitano i fosfati e aumentano il pH.

Scopri di costruzione e demolizione[[], compreso il cemento schiacciato e il mattone, fornisce fonti di calcio alcalino che possono rimuovere il fosforo. Questi materiali sono ampiamente disponibili a basso costo e hanno il vantaggio di essere pre-trattati per dimensioni di particelle coerenti adatte per applicazioni di filtro.

I sedimenti distrutti[[] da porti e corsi d'acqua possono essere trasformati in aggregati leggeri che servono come supporti di assorbimento del fosforo. Il trattamento termico ad alte temperature converte il sedimento in materiale ceramico con capacità di assorbimento moderata, distruggendo anche contaminanti organici e agenti patogeni.

Meccanismi di rimozione Nutriente utilizzando sottoprodotti di rifiuti

Comprendere i meccanismi fondamentali con cui i sottoprodotti di scarto rimuovere i nutrienti è essenziale per ottimizzare la progettazione del sistema e prevedere le prestazioni a lungo termine.

Processi di assorbimento

L'assorbimento comporta l'attaccamento di ioni nutrienti alla superficie del materiale sottoprodotto attraverso interazioni fisiche o chimiche. L'assorbimento fisico deriva dalle forze van der Waals e dall'attrazione elettrostatica, mentre l'assorbimento chimico comporta la formazione di legami covalenti tra i gruppi nutrienti e funzionali di superficie. Le alte aree superficiali di materiali come il biocar e la cenere attiva del mosca forniscono siti abbondanti per queste interazioni.

L'adsorbimento fosfato comporta in genere lo scambio di lega con gruppi idrossilici superficiali su ossidi metallici. Le superfici di ossido di ferro e di alluminio, comuni in cenere mosca, scorie d'acciaio e fango rosso, formano complessi di osfera interna con fosfato che sono altamente stabili e resistenti alla desorpzione. Questo forte mezzo di legame che i mezzi spesi possono richiedere il trattamento per la rigenerazione, ma assicura anche che il fosforo catturato non rila rila rila rilasciò rapidamente l'acqua.

L'assorbimento di ammonio avviene principalmente attraverso lo scambio di cation, dove gli ioni di ammonio caricati positivamente sostituiscono altre cationi su superfici a carico negativo. Le superfici biocar ricche di gruppi funzionali all'ossigeno, minerali di argilla e fasi di zeolite in cenere mosca contribuiscono a questa capacità. L'assorbimento di ammonio è generalmente reversibile e le variazioni nella chimica dell'acqua possono causare il rilascio se non correttamente gestito.

Reazioni di precipitazione

La predisposizione comporta la formazione di fasi minerali solide quando gli ioni nutrienti si combinano con controioni rilasciate dal materiale sottoprodotto. L'elevato contenuto di calcio di fanghi di calce, scorie d'acciaio e ceneri di legno spinge la precipitazione dei minerali del fosfato di calcio, tra cui diidrato del fosfato di calcio (brushite) e idroxyapatite.

Gli ioni di magnesio provenienti da scorie di acciaio e da alcuni biocarri possono precipitare il fosfato come struvite (fosfato di ammonio di magnesio) quando è presente un sufficiente ammonio. La struvita è un prezioso fertilizzante a lento rilascio, e la sua formazione intenzionale è sempre più riconosciuta come una strategia di recupero di sostanze nutritive piuttosto che semplicemente un processo di rimozione.

Le condizioni alcaline create da molti sottoprodotti di scarto favoriscono anche la precipitazione dei minerali carbonati, che possono incorporare il fosfato attraverso la co-precipitazione. La formazione di calcio, guidata dal calcio e dall'alcalinità da scorie o fanghi di calce, scavenges fosfato da soluzione anche a concentrazioni di calcio relativamente basse.

Miglioramento biologico

Molti sottoprodotti di scarto forniscono substrati ideali per le comunità microbiche che eseguono la rimozione biologica dei nutrienti. La struttura porosa del biocar e la struttura superficiale ruvida della cenere mosca e della scoria offrono una vasta superficie per la colonizzazione dei biofilm. Il contenuto di carbonio organico del biocar può servire come donatore di elettroni per la denitrizzazione dei batteri, migliorando la rimozione dell'azoto senza la necessità di aggiunta di fonte di carbonio esterna.

Biochar, in particolare, ha dimostrato di arricchire le comunità microbiche con una maggiore diversità e attività metabolica rispetto ai media inerti.La capacità di bloccaggio elettroni del biocarro, legata ai gruppi funzionali del quinone e dell'idrochinone, facilita il trasferimento elettrone tra i microrganismi e il loro ambiente, in grado di accelerare i tassi di denitrificazione e migliorare l'efficienza complessiva della rimozione biologica dell'azoto.

L'ambiente stabile creato all'interno dei supporti filtranti di sottoprodotto protegge anche i microrganismi dai carichi di urti idraulici e dalle variazioni di temperatura. Questa resilienza è particolarmente preziosa per i piccoli sistemi di trattamento e applicazioni decentrate dove la supervisione operativa è limitata. La combinazione di rimozione fisico-chimica attraverso l'assorbimento e la precipitazione con la rimozione biologica attraverso l'attività microbica crea un approccio robusto e multi-barrier alla gestione dei nutrienti.

Vantaggi dell'utilizzo dei sottoprodotti dei rifiuti per la rimozione nutriente

L'integrazione dei sottoprodotti di scarto nelle operazioni di trattamento delle acque offre benefici che si estendono in dimensioni ambientali, economiche e operative.

L'uso di rifiuti e la riduzione dell'impatto ambientale. Ogni tonnellata di ceneri volanti, biocar o scorie utilizzate nel trattamento dell'acqua è una tonnellata che non va ad un'area di discarica o di stoccaggio. Questo riduce le richieste di utilizzo del terreno, impedisce la potenziale contaminazione delle acque sotterranee dai siti di smaltimento, e evita le emissioni di gas serra associate con lo smaltimento o l'incenerimento.

Risparmio dei costi. I sottoprodotti dei rifiuti sono spesso disponibili a costi molto bassi rispetto ai prodotti chimici commerciali o materiali vergini. Alcuni generatori sono disposti a consegnare i loro sottoprodotti gratuitamente o addirittura pagare una tassa di smaltimento che può compensare i costi degli impianti di trattamento. Il risparmio sugli approvvigionamenti chimici convenzionali, combinato con requisiti di smaltimento ridotti dei fanghi, può notevolmente ridurre il costo totale della rimozione dei nutrienti.

Supporto per i principi dell'economia circolare. Utilizzando uno spreco da un'industria come risorsa per un'altra incarna il concetto di economia circolare. I nutrienti catturati da questi sottoprodotti non vengono semplicemente rimossi ma possono essere recuperati e riutilizzati come fertilizzanti.

Semplificazione operativa. I sistemi di trattamento basati su prodotti funzionano spesso come tecnologie passive che richiedono un minimo di input energetico e attenzione all'operatore.I letti filtranti e le zone umide costruite utilizzando scorie, biocar o cenere mosca possono funzionare come sistemi di flusso di gravità senza parti in movimento. Questa semplicità riduce i requisiti di manutenzione e rende la tecnologia accessibile per le piccole comunità e applicazioni decentrate in cui non sono disponibili competenze specializzate dell'operatore.

Risilienza e affidabilità. I molteplici meccanismi di rimozione che operano nei sistemi di sottoprodotto forniscono ridondanza che i buffer contro la variabilità delle prestazioni. Se i siti di assorbimento diventano saturati, le reazioni di precipitazione continuano a rimuovere i nutrienti mentre il sottoprodotto si dissolve lentamente. Se l'attività biologica rallenta durante il freddo, i meccanismi di rimozione abiotici mantengono le prestazioni di baseline.

Studi sui casi e applicazioni reali

Il potenziale teorico dei sottoprodotti di scarto per la rimozione dei nutrienti è stato convalidato attraverso numerose installazioni su larga scala e dimostrazioni di ricerca a lungo termine.

Biochar-Enhanced Wetlands nei Paesi Bassi

L'Autorità per l'Acqua di Rijnland nei Paesi Bassi gestisce un sistema di trattamento delle zone umide che utilizza biocar prodotto da residui agricoli raccolti localmente per migliorare le prestazioni di rimozione dei nutrienti. Il sistema tratta eventi combinati di trabocco delle fognature, cattura e lucidatura di discarica che altrimenti si disperde direttamente in corpi idrici sensibili nel distretto lacustre olandese.

Biochar prodotto da rami salici e ritagli di erba a 500 gradi Celsius è mescolato nella parte superiore 30 centimetri del substrato di zona umida ad un tasso del 20 per cento per volume. Le cellule a biocarro-amended raggiungono la rimozione totale del fosforo dell'80% e la rimozione totale di azoto del 65 per cento, rispetto al 35 per cento e al 40% rispettivamente nelle celle a terra umida convenzionali.

I partner del progetto riferiscono che il sistema di produzione di biocar contribuisce all'economia circolare, poiché le piantagioni a salice utilizzate per la produzione di biomassa forniscono anche habitat per la fauna selvatica e servono come spazio verde ricreativo.

Filtri per cenere a mosca per drenaggio agricolo in Cina

Il lancio agricolo nella regione del lago di Taihu in Cina ha contribuito a una forte eutrofizzazione, spingendo il governo cinese ad implementare obiettivi di riduzione dei nutrienti rigorosi per le acque di drenaggio che entrano nel sistema del lago. Un progetto di ricerca collaborativo tra l'Università di Nanchino e le autorità idriche locali ha sviluppato sistemi di filtraggio passivi utilizzando ceneri mosca modificate raccolte da centrali a carbone nella regione.

La cenere mosca è trattata con soluzione di cloruro di calcio per migliorare le prestazioni di rimozione del fosforo, aumentando la capacità da 15 a 40 milligrammi per grammo. La cenere mosca modificata viene caricata in cartucce a tessuto-rotoppate che vengono poste in fognature in posizioni strategiche all'interno dello spartiacque.

Le cartucce sono state raccolte e la cenere a mosca arricchita dal fosforo viene utilizzata come modifica del suolo per le risaie, dove fornisce fosforo per il ciclo di coltivazione successivo. Il programma è stato ampliato per coprire oltre 500 ettari, con piani di ampliamento ulteriormente sotto la fonte nazionale di inquinamento dell'agricoltura cinese.

Barriera di scorie d'acciaio per la protezione delle acque sotterranee negli Stati Uniti

L'Agenzia per il controllo dell'inquinamento del Minnesota ha indagato le barriere di scorie d'acciaio come una tecnologia per proteggere le acque sotterranee dalla migrazione di fosforo alle stazioni di ricerca agricole e alle operazioni di bestiame. Le barriere sono costituite da scorie d'acciaio poste in trincee perpendicolari al flusso di acqua sotterranea, creando zone reattive permeabili che rimuovono il fosforo dalle acque sotterranee prima che raggiunge i corpi idrici adiacenti.

Il materiale di scorie utilizzato in queste barriere è derivato dalle industrie siderurgiche del Minnesota a Duluth ed è elaborato a una dimensione di particelle di 1040 millimetri. Studi di colonna di laboratorio hanno previsto una capacità di rimozione del fosforo di 8-12 grammi per chilogrammo di scorie, con una durata di servizio superiore a 10 anni per le concentrazioni tipiche del fosforo delle acque sotterranee 0.1

La tecnologia delle barriere è stata adottata dal Dipartimento dell'Agricoltura del Minnesota come migliore pratica di gestione per le operazioni di alimentazione animale concentrata. Il dipartimento fornisce assistenza tecnica e di condivisione dei costi per le installazioni di barriera antislag, riconoscendo la capacità della tecnologia di fornire la rimozione a lungo termine del fosforo senza ingressi energetici o chimici in corso. Il programma ha implementato barriere in oltre 40 siti in tutto lo stato, con rimozione media del fosforo superiore all'80% rispetto ai 3-6 anni di monitoraggio.

Sfide e considerazioni per l'attuazione

Nonostante i vantaggi che ne derivano, si devono affrontare diverse sfide per garantire un'implementazione sicura e sicura. Gli operatori e i regolatori di trattamento delle acque devono valutare attentamente questi fattori quando si considerano gli approcci di trattamento basati sui sottoprodotti.

Varibilità nella composizione del sottoprodotto. I sottoprodotti dei rifiuti non sono fabbricati secondo specifiche coerenti. La composizione delle ceneri mosca varia a seconda della fonte di carbone, delle condizioni di combustione e delle apparecchiature di controllo dell'inquinamento. Le proprietà di biochar dipendono dal materiale di alimentazione, dalla temperatura di pirolisi e dal tempo di residenza.

Possibili di leaching con la tecnologia di leaching. Molti sottoprodotti contengono metalli tracciati, metalliidi o composti organici che potrebbero indurre l'acqua in acqua trattata. La cenere volante può contenere criteri di arsenico, selenio e mercurio. La scoria d'acciaio può contenere cromo, vanadio e bario.

Sostenibilità delle prestazioni a lungo termine. La capacità di rimozione dei materiali sottoprodotti è finita. I siti di assorbimento diventano saturati, e i minerali reattivi alla fine si dissolvono o passivati. Gli operatori devono comprendere la durata del servizio dei loro supporti di sottoprodotto e il piano di sostituzione o rigenerazione. La redditività economica dei sistemi di sottoprodotto dipende dal bilanciamento dei costi materiali iniziali contro la frequenza di sostituzione.

Accogliere il regolamento] Gli operatori del trattamento dell'acqua operano sotto rigidi schemi normativi che dettano sostanze chimiche e processi di trattamento accettabili. L'introduzione di un nuovo materiale, in particolare uno classificato come rifiuti, richiede l'approvazione normativa che può essere dispendiosa e costosa. Alcune giurisdizioni hanno stabilito procedure di determinazione dell'uso benefico che semplificano l'approvazione per i materiali di sottoprodotto ben caratterizzati, mentre altri richiedono l'identificazione dei casi per casi per casi per casi per casi per caso per caso.

Percezione pubblica. L'idea di utilizzare materiali "fusti" nel trattamento delle acque può sollevare preoccupazioni tra i membri della comunità e i funzionari eletti. La comunicazione chiara sulla base scientifica, test di sicurezza e benefici ambientali dell'utilizzo dei sottoprodotti è fondamentale per ottenere il supporto pubblico.

Le direzioni e le priorità di ricerca

Il campo di utilizzo dei sottoprodotti di scarto per la rimozione dei nutrienti sta avanzando rapidamente, con diverse promettenti direzioni di ricerca che potrebbero modellare la pratica futura.

Materiali sottoprodotti progettati e ibridi. I ricercatori stanno sviluppando sottoprodotti progettati con proprietà su misura per specifiche applicazioni di rimozione dei nutrienti. I trattamenti superficiali, come il caricamento di biocar con nanoparticelle di magnesio o il rivestimento di ceneri mosca con polimeri cationici, possono migliorare notevolmente la capacità di rimozione.

Controllo e ottimizzazione dei processi intelligenti. L'integrazione dei sensori e dell'automazione con sistemi di trattamento dei sottoprodotti consente l'ottimizzazione in tempo reale delle prestazioni. Gli analizzatori di fosfato online possono attivare regolazioni ai tassi di dosaggio dei sottoprodotti o ai tempi di contatto, garantendo una rimozione coerente e riducendo al minimo i consumi di materiale.

Ricupero e riutilizzo del nutriente. Come aumentano i costi di scarsità e fertilizzante, il recupero e il riutilizzo benefico dei nutrienti catturati diventa economicamente attraente. La ricerca si concentra sullo sviluppo di metodi per rilasciare e concentrare i nutrienti dai mezzi di sottoprodotto spesi, producendo prodotti fertilizzanti che possono essere commercializzati agli utenti agricoli.

Integrazione con altri obiettivi di trattamento. I sottoprodotti dei rifiuti possono fornire molteplici funzioni all'interno di un unico sistema di trattamento. Biochar rimuove i nutrienti, e sostiene anche metalli pesanti e contaminanti organici. La scoria d'acciaio neutralizza le acque acide, mentre precipita i fosfati.

Scaling alle applicazioni industriali e comunali. Mentre molti sistemi di sottoprodotti sono stati dimostrati a livello pilota e su piccola scala, la scalabilità a grandi applicazioni urbane e industriali richiede uno sviluppo di ingegneria supplementare. I sistemi di gestione dei materiali, i progetti dei reattori e i protocolli di gestione dei media spesi devono essere sviluppati per le quantità di stazza lorda che richiedono grandi impianti.

Conclusioni

L'uso di sottoprodotti di scarto per la rimozione dei nutrienti nel trattamento delle acque rappresenta una convergenza di sfide e opportunità ambientali. Gli impianti di trattamento hanno bisogno di metodi efficaci e convenienti per rimuovere azoto e fosforo per proteggere la qualità dell'acqua e soddisfare i requisiti normativi.

Le reti di trasporto aereo, biocar, calce e acciaio hanno dimostrato efficacia nella rimozione dei nutrienti attraverso meccanismi di adsorbimento, precipitazione e valorizzazione biologica.

L'evoluzione delle risorse idriche, l'imperativo di transizione verso le economie circolari, l'integrazione dei sottoprodotti industriali nelle operazioni di trattamento delle acque, probabilmente, si espanderà. La visione di un settore idrico che non solo pulisce l'acqua, ma recupera anche risorse e distruisce i rifiuti dalle discariche sta diventando realizzabile.