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Mar 14, 2024

Récupération et valorisation du phosphore des eaux usées de fruits et légumes

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 617 (2022) Citer cet article 2353 Accès 3 Citations 13 Détails des métriques Altmetric Le rejet excessif de phosphore dans les plans d'eau est la clé

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 617 (2022) Citer cet article

2353 Accès

3 citations

13 Altmétrique

Détails des métriques

Le rejet excessif de phosphore dans les plans d’eau est le principal facteur d’eutrophisation. Les eaux usées des fruits et légumes contiennent de grandes quantités de phosphore et peuvent être directement rejetées dans les plans d'eau, ce qui représente une lourde charge pour le réseau municipal d'égouts. Par conséquent, la coagulation a été utilisée pour éliminer le phosphore, le phosphore des eaux usées a été récupéré dans le précipité, puis le précipité a été pyrolysé en tant qu'adsorbant efficace pour l'élimination du phosphate. En comparant les effets d'adsorption des adsorbants (XT-300, XT-400 et XT-500) avec des températures de pyrolyse de 300 °C, 400 °C et 500 °C sur le phosphate dans des eaux usées contenant du phosphore réelles et des eaux usées contenant du phosphore simulées. eaux usées à différents dosages d'adsorbant (4 g/L, 7 g/L et 10 g/L), il a été constaté que le XT-300 avait les meilleures performances d'adsorption et que l'adsorption du phosphate était endothermique et obéissait aux isothermes de Langmuir et Cinétique d'Elovich. L'influence du pH, des anions coexistants et de la structure du XT-300 a révélé que l'élimination du phosphate était associée à l'attraction électrostatique et au remplissage des pores, mais il n'a pas été possible de déterminer si cela était lié à la précipitation en surface. Cette étude fournit un moyen et une méthode de récupération et d'utilisation du phosphore dans les eaux usées de fruits et légumes et prouve que l'adsorbant synthétique était un adsorbant de phosphore efficace. À long terme, nous pouvons essayer d’utiliser l’adsorbant après adsorption du phosphore pour favoriser la croissance des plantes dans les systèmes agricoles.

Une concentration élevée de phosphore dans les plans d’eau peut constituer une menace sérieuse pour l’écosystème aquatique et la qualité de l’environnement. La forte concentration d'eaux usées contenant du phosphore peut être rejetée dans l'environnement naturel, mais cela reste un problème environnemental difficile dans le monde entier. Des concentrations élevées de phosphate peuvent détériorer la qualité des écosystèmes aquatiques en stimulant la croissance d'organismes, notamment d'algues, dans les plans d'eau1,2,3. Cela nuit également à la flore et à la faune aquatiques ainsi qu’au bien-être humain4,5,6. L’efficacité naturelle de récupération du phosphate est très faible car le phosphate est temporairement converti en précipitations puis rejeté à nouveau dans l’eau7. Il est donc impératif d’explorer une technologie efficace pour l’élimination et la récupération du phosphore. De nombreuses technologies ont été utilisées pour récupérer le phosphore des eaux usées, telles que la cristallisation de struvite8, le système hybride membranaire9, la biosorption à base d'algues10, les précipités de calcium11, etc. Parmi elles, l'élimination chimique du phosphore produirait une grande quantité de boues en raison de la précipitation du phosphore qui pourrait conduire à une nouvelle pollution12. La méthode biologique d’élimination du phosphore est sensible aux paramètres opérationnels et son efficacité est instable13,14. De plus, le traitement biologique implique le traitement des boues activées ou d'autres unités de prétraitement, ce qui augmenterait le coût du traitement des eaux usées. La méthode d'adsorption est peu coûteuse et très efficace. C’est pourquoi il a été largement utilisé pour éliminer le phosphate de l’eau15. Le système de biorétention est un système d’élimination du phosphore par adsorption largement utilisé. Son efficacité d’élimination du phosphore est très variable et instable. Ceci est principalement dû à la petite capacité et à la mauvaise stabilité du phosphore adsorbé sur le média filtrant du système de rétention biologique, entraînant un effet de lessivage élevé du phosphore. Par conséquent, l’élimination du phosphore peut être améliorée par de nouveaux médias filtrants dans le système de rétention biologique, et l’application de matériaux d’élimination du phosphore à haute efficacité et à faible coût a également fait l’objet d’une grande attention.

Le matériau à base de carbone est une sorte de carbone noir de pyrolyse. Sa production présente de nombreux avantages environnementaux, tels que la séquestration du carbone, l'atténuation du réchauffement climatique, l'amélioration de la qualité des sols et l'élimination des contaminants16,17,18. Ces dernières années, en raison de la diversité de leurs sources, les matériaux à base de carbone ont attiré beaucoup d’attention. Diverses biomasses, notamment les déchets agricoles19,20, les déchets forestiers21 et les boues d'épuration, peuvent être utilisées comme matières premières pour la pyrolyse afin de préparer des adsorbants à faible coût22,23,24. La teneur en humidité des déchets de fruits et légumes est généralement supérieure à 90 % et les solides volatils représentent plus de 80 % du total des solides (VS/TS). Parmi eux, la cellulose, la lignine, les sucres et l'hémicellulose représentent respectivement environ 9,0 %, 5,0 % et 75,0 %25,26. Les méthodes conventionnelles de traitement des déchets de fruits et légumes comprennent l'incinération, la mise en décharge, le compostage aérobie et la digestion anaérobie. En raison de leur teneur élevée en humidité, les méthodes ci-dessus ont de mauvais effets de traitement27,28,29,30,31,32,33. De plus, dans certaines régions, les déchets de fruits et légumes sont broyés et déshydratés pour réduire la teneur en humidité des matières solides, puis les matières solides sont compostées et digérées pour atténuer le phénomène d'inhibition de l'acide provoqué par l'hydrolyse rapide des déchets à forte teneur en humidité pendant digestion directe30,34. Les déchets liquides sont directement déversés dans le réseau de canalisations d'égouts municipal et entrent dans la station d'épuration avec les eaux usées. Le traitement des eaux usées de fruits et légumes n'est pas inclus dans le champ d'application des conditions de conception du système d'égouts municipal, ce qui risque facilement de provoquer le blocage des canalisations, et cette méthode n'a donc pas pu être pleinement popularisée. Deuxièmement, une fois que les eaux usées des fruits et légumes entrent dans le système de collecte des eaux usées municipales, elles seront concentrées dans la station d'épuration urbaine. Sa teneur élevée en carbone, en azote et en phosphore aggraverait la charge d'exploitation de la station d'épuration des eaux usées. La coagulation peut éliminer la majeure partie du phosphore, ce qui en fait une majeure partie rassemblée dans les précipités, et les précipités pourraient être préparés comme adsorbants pour récupérer le phosphore.