Oblike fosfornih onesnaževal v odpadnih vodah in ustrezne strategije odstranjevanja

Po dolgem iskanju res nisem vedel o čem naj pišem. Ko sem pogledal svoje prejšnje članke, sem ugotovil, da nisem obravnaval fosforja, zato je to današnja tema. Fosfor je pogosto onesnaževalo v odpadnih vodah, v glavnem razdeljen v dve kategoriji: "organski fosfor in anorganski fosfor." Tisti, ki delajo v industriji varstva okolja, ta kazalnik dobro poznajo. Fosfor se zdi preprost, vendar je lahko v nekaterih odpadnih vodah še vedno težaven.

Fosfor je v odpadnih vodah v obliki organskega in anorganskega fosforja. Anorganski fosfor se nadalje deli na ortofosfat in metafosfat. Za končno odstranitev fosforja je potrebna pretvorba v ortofosfat.

Ortofosfat (anorganski fosfor): kot je PO₄³⁻, HPO₄²⁻. Je najpogostejša oblika, ima dobro topnost in ga lahko organizmi neposredno uporabijo. Lahko ga odstranimo neposredno s fizikalno-kemijskimi metodami.

Metafosfat (anorganski fosfor): kot je pirofosfat, tripolifosfat (iz detergentov), ​​ki v vodi postopoma hidrolizira v ortofosfat.

Organski fosfor: kot so pesticidi in fosfokreatin. Večino najdemo v organskih onesnaževalih in jih je treba najprej hidrolizirati v ortofosfat, preden jih je mogoče učinkovito odstraniti.

Pot odstranjevanja fosforja na splošno vključuje najprej njegovo pretvorbo v ortofosfat, nato pa upoštevanje bioloških ali kemičnih metod odstranjevanja. Biološko odstranjevanje fosforja ima omejeno učinkovitost, na splošno omejeno na fosfor v gospodinjskih odpadnih vodah, in kadar je koncentracija previsoka, jo je treba dopolniti s kemičnim odstranjevanjem fosforja. Kemično odstranjevanje fosforja je najboljša metoda, vendar ni primerna za uporabo v procesih z aktivnim blatom, saj lahko sredstva za odstranjevanje fosforja negativno vplivajo na rast mikroorganizmov.

Jedro pretvorbe organskega fosforja v anorganski fosfor (ortofosfat) je proces mineralizacije, v bistvu lomljenje organskih funkcionalnih skupin, pri čemer se fosfor oksidira v PO₄³⁻. Ta proces nima ene same fiksne enačbe; odvisno od reakcijskih pogojev se večinoma razdeli na naslednje tri tipične poti:

① Biorazgradnja (najpogostejša): vezi C-O-P ali C-P organskega fosforja, ki jih katalizirajo fosfataze (kot je alkalna fosfataza), se prekinejo. Kot primer vzamemo fosfatne monoestre:

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

Značilnosti: normalna temperatura in tlak, zelena in ekonomična. Komunalna odpadna voda je v glavnem odvisna od te metode, vendar je hitrost reakcije odvisna od mikrobne aktivnosti in temperature.

② Metoda kemične oksidacije (industrijska globinska obdelava): dodajanje močnega oksidanta (kot je Fentonov reagent·OH) za popolno oksidacijo organofosfatov. Kot primer vzamemo organofosfatne pesticide (kot je malation):

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

Lastnosti: Hitra reakcija in temeljita mineralizacija. Primerno za industrijsko odpadno vodo s slabo biorazgradljivostjo, vendar so obratovalni stroški razmeroma visoki.

③ Visoko{0}}temperaturni sežig (blato/trdni odpadki): segrevanje v pogojih-bogatih s kisikom neposredno pretvori organski fosfor v stabilen anorganski fosfatni ostanek, ki je pogosto fiksiran v pepelu kot metafosfat ali pirofosfat. Primerno za nevarne odpadke z visoko-koncentracijo-fosforja.

Pri dejanskem čiščenju odpadne vode je velika večina pretvorbe "organskega fosforja v anorganski fosfor" odvisna od hidrolize,-katalizirane z biološkimi encimi. Reakcija vedno vključuje H₂O, končni produkt pa je skoraj vedno ortofosfat (PO₄³⁻ ali HPO₄²⁻), kar je predpogoj za kasnejšo kemično odstranitev fosforja (dodatek aluminijevih/železovih soli), da se obori in odstrani fosfor.

Načelo: z uporabo značilnosti polifosfat{0}}organizmov, ki kopičijo (PAO), ki sproščajo fosfor v anaerobnem območju in prekomerno absorbirajo fosfor v aerobnem območju, se fosfor končno odstrani z odvajanjem s fosforjem-bogatega blata.

Glavni procesi: A²/O (anaerobni-anoksični-aerobni) in njegove različice (kot so oksidacijski jarki, SBR). S tem postopkom lahko hkrati odstranimo dušik in fosfor, s čimer dosežemo skupno približno 60-odstotno stopnjo odstranitve fosforja.

Jedro: stroškovno{0}}učinkovit in zmožen obdelave organofosfatov (pretvorbe v ortofosfat pred absorpcijo), vendar ni stabilen, ko so koncentracije iztoka izjemno stroge (npr.<0.5 mg/L).

Načelo: dodajanje aluminijevih soli (npr. aluminijevega sulfata) ali železovih soli (npr. železovega klorida) reagira s fosfatnimi ioni in tvori netopne oborine (npr. AlPO₄, FePO₄).

Optimalni pH: aluminijeve soli približno 6-7, železove soli približno 5-5,5; potreben je skrben nadzor.

Strategija: Običajno se doda kot korak globinskega čiščenja po rezervoarju za biološko obdelavo ali se doda skupaj z njim ob določenih časih, da se zagotovi stabilna skladnost s kakovostjo vode.

Za visoko{0}}koncentrirano ali odporno industrijsko organofosfatno odpadno vodo je potrebna napredna oksidacija (npr. Fentonov postopek) za predhodno obdelavo na zgornjem koncu; če je potrebno, je treba metafosfat pretvoriti v ortofosfat z napredno oksidacijo za nadaljnjo odstranitev.