Formy fosforu znečisťujúcich látok v odpadových vodách a vhodné stratégie odstraňovania

Po dlhom hľadaní som naozaj nevedel o čom písať. Pri spätnom pohľade na moje predchádzajúce články som si uvedomil, že som sa nezaoberal fosforom, takže to je dnešná téma. Fosfor je bežnou znečisťujúcou látkou v odpadových vodách, ktorá sa delí hlavne do dvoch kategórií: „organický fosfor a anorganický fosfor“. Tí, ktorí pracujú v priemysle ochrany životného prostredia, tento ukazovateľ celkom dobre poznajú. Fosfor sa zdá byť jednoduchý, ale v niektorých odpadových vodách môže byť stále zložitý.

Fosfor sa v odpadových vodách vyskytuje vo forme organického a anorganického fosforu. Anorganický fosfor sa ďalej delí na ortofosfát a metafosfát. Konečné odstránenie fosforu vyžaduje konverziu na ortofosfát.

Ortofosfát (anorganický fosfor): ako PO43⁻, HPO42⁻. Najbežnejšia forma, má dobrú rozpustnosť a môže byť priamo využitá organizmami. Môže sa odstrániť priamo fyzikálno-chemickými metódami.

Metafosfát (anorganický fosfor): ako je pyrofosfát, tripolyfosfát (z detergentov), ​​ktorý sa vo vode postupne hydrolyzuje na ortofosfát.

Organický fosfor: ako sú pesticídy a fosfokreatín. Väčšina sa nachádza v organických znečisťujúcich látkach a pred ich účinným odstránením sa musia najprv hydrolyzovať na ortofosfát.

Cesta odstraňovania fosforu vo všeobecnosti zahŕňa najprv jeho premenu na ortofosfát a potom zváženie biologických alebo chemických metód odstraňovania. Biologické odstraňovanie fosforu má obmedzenú účinnosť, vo všeobecnosti sa obmedzuje na fosfor v odpadových vodách z domácností, a keď je koncentrácia príliš vysoká, je potrebné ho doplniť chemickým odstraňovaním fosforu. Chemické odstraňovanie fosforu je najlepšou metódou, ale nie je vhodné na použitie v procesoch s aktivovaným kalom, pretože činidlá na odstraňovanie fosforu môžu nepriaznivo ovplyvniť rast mikroorganizmov.

Jadrom premeny organického fosforu na anorganický fosfor (ortofosfát) je proces mineralizácie, v podstate rozbitie organických funkčných skupín, pričom sa fosfor oxiduje na PO43⁻. Tento proces nemá jedinú pevnú rovnicu; v závislosti od reakčných podmienok spadá hlavne do nasledujúcich troch typických dráh:

① Biodegradácia (najbežnejšia): Väzby C-O-P alebo C-P organického fosforu sú katalyzované fosfatázami (ako je alkalická fosfatáza). Ako príklad uvedieme fosfátové monoestery:

R-O-PO₃²⁻ + H₂O → R-OH + HPO₄²⁻ (alebo PO₄³⁻)

Charakteristika: Normálna teplota a tlak, zelená a hospodárna. Komunálne odpadové vody sa spoliehajú hlavne na túto metódu, ale rýchlosť reakcie závisí od mikrobiálnej aktivity a teploty.

② Metóda chemickej oxidácie (priemyselná hĺbková úprava): Pridanie silného oxidantu (ako je Fentonovo činidlo·OH) na úplnú oxidáciu organofosfátov. Ako príklad uvedieme organofosfátové pesticídy (ako je malatión):

(C₁₀H₁₉O₆PS₂) + 21·OH → 10CO₂ + 14H₂O + SO₄²⁻ + H₂PO₄⁻

Charakteristika: Rýchla reakcia a dôkladná mineralizácia. Vhodné pre priemyselné odpadové vody so zlou biologickou odbúrateľnosťou, ale prevádzkové náklady sú pomerne vysoké.

③ Spaľovanie pri vysokej{0}}tete (kal/pevný odpad): Zahrievanie v podmienkach bohatých na kyslík- priamo premieňa organický fosfor na stabilný anorganický fosfátový zvyšok, ktorý je často fixovaný v popole ako metafosfát alebo pyrofosfát. Vhodné pre-vysokokoncentrovaný fosfor-obsahujúci nebezpečný odpad.

V skutočnom čistení odpadových vôd sa prevažná väčšina premeny „organického fosforu na anorganický fosfor“ spolieha na biologickú enzýmom-katalyzovanú hydrolýzu. Reakcia vždy zahŕňa H2O a konečným produktom je takmer vždy ortofosfát (PO₄3⁻ alebo HPO₄2⁻), ktorý je nevyhnutným predpokladom pre následné chemické odstránenie fosforu (pridanie solí hliníka/železa) na vyzrážanie a odstránenie fosforu.

Princíp: Využitím charakteristík organizmov akumulujúcich polyfosforečnany (PAO), ktoré uvoľňujú fosfor v anaeróbnej zóne a nadmerne absorbujú fosfor v aeróbnej zóne, sa fosfor nakoniec odstráni vypustením kalu bohatého na fosfor{1}}.

Hlavné procesy: A²/O (anaeróbne-anoxické-aeróbne) a jeho varianty (ako sú oxidačné priekopy, SBR). Tento proces môže súčasne odstraňovať dusík a fosfor, čím sa dosiahne celková miera odstránenia fosforu približne 60 %.

Jadro: Nákladovo-efektívne a schopné spracovať organofosfáty (previesť ich na ortofosfáty pred absorpciou), ale chýba mu stabilita, keď sú koncentrácie odpadových vôd extrémne prísne (napr.<0.5 mg/L).

Princíp: Pridanie solí hliníka (napr. síran hlinitý) alebo solí železa (napr. chlorid železitý) reaguje s iónmi fosforečnanu za vzniku nerozpustných zrazenín (napr. AlPO₄, FePO₄).

Optimálne pH: Soli hliníka približne 6-7, soli železa približne 5-5,5; je potrebná starostlivá kontrola.

Stratégia: Zvyčajne sa pridáva ako krok hlbokého čistenia po nádrži na biologické čistenie alebo sa pridáva v spojení s ňou v špecifických časoch, aby sa zabezpečila stabilná súlad s kvalitou vody.

Pre vysokú{0}}koncentráciu alebo nepoddajnú priemyselnú organofosfátovú odpadovú vodu je potrebná pokročilá oxidácia (napr. Fentonov proces) na predúpravu na konci proti prúdu; ak je to potrebné, metafosforečnan je potrebné previesť na ortofosforečnan pokročilou oxidáciou na ďalšie odstránenie.