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Mar 30, 2024

Recupero e utilizzo del fosforo da acque reflue di frutta e verdura

Scientific Reports volume 12, Numero articolo: 617 (2022) Cita questo articolo 2305 Accessi 3 Citazioni 13 Dettagli metriche altmetriche Lo scarico eccessivo di fosforo nei corpi idrici è la chiave

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 617 (2022) Citare questo articolo

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L’eccessivo scarico di fosforo nei corpi idrici è il fattore chiave per causare l’eutrofizzazione. Le acque reflue di frutta e verdura contengono grandi quantità di fosforo e possono essere scaricate direttamente nei corpi idrici, con un notevole carico sulla rete fognaria municipale. Pertanto, è stata utilizzata la coagulazione per rimuovere il fosforo, recuperare il fosforo dalle acque reflue nel precipitato e quindi il precipitato è stato pirolizzato come efficiente adsorbente per la rimozione del fosfato. Confrontando gli effetti di adsorbimento degli adsorbenti (XT-300, XT-400 e XT-500) con temperature di pirolisi di 300 °C, 400 °C e 500 °C sul fosfato nelle acque reflue contenenti fosforo effettive e nelle acque simulate contenenti fosforo acque reflue a diversi dosaggi di adsorbente (4 g/L, 7 g/L e 10 g/L), si è riscontrato che XT-300 aveva le migliori prestazioni di adsorbimento e l'adsorbimento del fosfato era endotermico e obbediva alle isoterme di Langmuir e Cinetica di Elovich. L'influenza del pH, degli anioni coesistenti e della struttura di XT-300 ha rivelato che la rimozione del fosfato era associata all'attrazione elettrostatica e al riempimento dei pori, ma non è stato possibile determinare se fosse correlata alla precipitazione superficiale. Questo studio fornisce un modo e un metodo per il recupero e l'utilizzo del fosforo nelle acque reflue di frutta e verdura e dimostra che l'adsorbente sintetico era un efficiente adsorbente del fosforo. A lungo termine, possiamo provare a utilizzare l’adsorbente dopo l’adsorbimento del fosforo per promuovere la crescita delle piante nei sistemi agricoli.

Un'elevata concentrazione di fosforo nei corpi idrici può rappresentare una seria minaccia per l'ecosistema acquatico e la qualità dell'ambiente. L'elevata concentrazione di acque reflue contenenti fosforo può essere scaricata nell'ambiente naturale e rappresenta ancora un grave problema ambientale in tutto il mondo. Elevate concentrazioni di fosfati possono peggiorare la qualità degli ecosistemi acquatici stimolando la crescita di organismi, soprattutto alghe, nei corpi idrici1,2,3. Danneggia anche la flora e la fauna acquatiche e il benessere umano4,5,6. L'efficienza di recupero naturale del fosfato è molto bassa perché il fosfato viene temporaneamente convertito in precipitazione e quindi rilasciato nuovamente nell'acqua7. Pertanto, è imperativo esplorare una tecnologia efficiente per la rimozione e il recupero del fosforo. Sono state utilizzate molte tecnologie per recuperare il fosforo dalle acque reflue, come la cristallizzazione della struvite8, il sistema ibrido a membrana9, il bioassorbimento a base di alghe10, i precipitati di calcio11 ecc. Tra questi, la rimozione chimica del fosforo produrrebbe una grande quantità di fanghi a causa della precipitazione del fosforo che potrebbe portare a nuovo inquinamento12. Il metodo biologico per la rimozione del fosforo è sensibile ai parametri operativi e l'efficienza è instabile13,14. Inoltre, il trattamento biologico prevede il trattamento dei fanghi attivi o altre unità di pretrattamento, il che aumenterebbe il costo del trattamento delle acque reflue. Il metodo di adsorbimento ha un basso costo e un'elevata efficienza. Pertanto, è stato ampiamente utilizzato per rimuovere i fosfati dall'acqua15. Il sistema di bioritenzione è un sistema di rimozione del fosforo ad adsorbimento ampiamente utilizzato. La sua efficienza di rimozione del fosforo è altamente variabile e instabile. Ciò è dovuto principalmente alla ridotta capacità e alla scarsa stabilità del fosforo adsorbito sul mezzo filtrante del sistema di ritenzione biologica, con conseguente elevato effetto di lisciviazione del fosforo. Pertanto, la rimozione del fosforo può essere migliorata mediante nuovi mezzi filtranti nel sistema di ritenzione biologica e anche l'applicazione di materiali per la rimozione del fosforo ad alta efficienza e a basso costo ha ricevuto ampia attenzione.

Il materiale a base di carbonio è una sorta di carbonio nero di pirolisi. La sua produzione presenta numerosi vantaggi ambientali, come il sequestro del carbonio, la mitigazione del riscaldamento globale, il miglioramento della qualità del suolo e la rimozione dei contaminanti16,17,18. Negli ultimi anni, a causa della sua vasta gamma di fonti, i materiali a base di carbonio hanno attirato molta attenzione. Varie biomasse, compresi i rifiuti agricoli19,20, i rifiuti forestali21 e i fanghi di depurazione, possono essere utilizzate come materie prime per la pirolisi per preparare adsorbenti con un vantaggio a basso costo22,23,24. Il contenuto di umidità degli scarti di frutta e verdura è solitamente superiore al 90% e i solidi volatili rappresentano oltre l'80% dei solidi totali (VS/TS). Tra questi, cellulosa, lignina, zuccheri ed emicellulosa rappresentano rispettivamente circa il 9,0%, 5,0% e 75,0%25,26. I metodi convenzionali di trattamento dei rifiuti di frutta e verdura comprendono l'incenerimento, la discarica, il compostaggio aerobico e la digestione anaerobica, a causa del loro elevato contenuto di umidità, i metodi sopra indicati hanno scarsi effetti di trattamento27,28,29,30,31,32,33. Inoltre, in alcune aree, i rifiuti di frutta e verdura vengono frantumati e disidratati per ridurre il contenuto di umidità della materia solida, quindi la materia solida viene compostata e digerita per alleviare il fenomeno dell'inibizione acida causato dalla rapida idrolisi dei rifiuti con elevato contenuto di umidità durante digestione diretta30,34. Il liquido di scarico viene scaricato direttamente nella rete fognaria comunale ed entra nell'impianto di depurazione insieme ai liquami. Il trattamento delle acque reflue di frutta e verdura non è compreso nell'ambito delle condizioni di progettazione del sistema fognario comunale, che può facilmente causare il blocco delle condutture, e quindi questo metodo non ha potuto essere completamente diffuso. In secondo luogo, dopo che le acque reflue di frutta e verdura entrano nel sistema di raccolta delle acque reflue municipali, verrebbero concentrate nell'impianto di trattamento delle acque reflue urbane. Il suo alto contenuto di carbonio, di azoto e di fosforo aggraverebbe il carico operativo dell'impianto di trattamento delle acque reflue. La coagulazione può rimuovere la maggior parte del fosforo, raccogliendone la maggior parte nei precipitati, e i precipitati potrebbero essere preparati come adsorbenti per recuperare il fosforo.