Oblici zagađivača fosfora u otpadnim vodama i odgovarajuće strategije uklanjanja

Nakon dugog traženja, zaista nisam znao o čemu da pišem. Osvrćući se na svoje prethodne članke, shvatio sam da nisam pokrio fosfor, tako da je to današnja tema. Fosfor je čest zagađivač u otpadnim vodama, uglavnom podijeljen u dvije kategorije: "organski fosfor i neorganski fosfor". Oni koji rade u industriji zaštite životne sredine prilično su upoznati sa ovim pokazateljem. Fosfor se čini jednostavnim, ali ipak može biti težak u nekim otpadnim vodama.

Fosfor postoji u otpadnim vodama u obliku organskog i neorganskog fosfora. Neorganski fosfor se dalje dijeli na ortofosfat i metafosfat. Konačno uklanjanje fosfora zahtijeva konverziju u ortofosfat.

Ortofosfat (anorganski fosfor): kao što su PO₄³⁻, HPO₄²⁻. Najčešći oblik, ima dobru rastvorljivost i organizmi ga mogu direktno koristiti. Može se ukloniti direktno fizičko-hemijskim metodama.

Metafosfat (anorganski fosfor): kao što je pirofosfat, tripolifosfat (iz deterdženata), koji postepeno hidrolizira u ortofosfat u vodi.

Organski fosfor: kao što su pesticidi i fosfokreatin. Većina se nalazi u organskim zagađivačima i prvo se moraju hidrolizirati u ortofosfat prije nego što se efikasno uklone.

Put uklanjanja fosfora općenito uključuje prvo pretvaranje u ortofosfat, a zatim razmatranje bioloških ili kemijskih metoda uklanjanja. Biološko uklanjanje fosfora ima ograničenu efikasnost, uglavnom ograničeno na fosfor u kućnim otpadnim vodama, a kada je koncentracija previsoka, potrebno ga je dopuniti hemijskim uklanjanjem fosfora. Hemijsko uklanjanje fosfora je najbolja metoda, ali nije pogodna za upotrebu u procesima aktivnog mulja, jer sredstva za uklanjanje fosfora mogu negativno utjecati na rast mikroorganizama.

Srž konverzije organskog fosfora u neorganski fosfor (ortofosfat) je proces mineralizacije, u suštini razbijanje organskih funkcionalnih grupa, pri čemu se fosfor oksidira u PO₄³⁻. Ovaj proces nema jednu fiksnu jednačinu; u zavisnosti od reakcionih uslova, ona uglavnom spada u sledeća tri tipična puta:

① Biorazgradnja (najčešća): katalizirana fosfatazama (kao što je alkalna fosfataza), C-O-P ili C-P veze organskog fosfora su prekinute. Uzimajući fosfatne monoestre kao primjer:

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

Karakteristike: Normalna temperatura i pritisak, zelena i ekonomična. Komunalne otpadne vode uglavnom se oslanjaju na ovu metodu, ali brzina reakcije ovisi o mikrobnoj aktivnosti i temperaturi.

② Metoda hemijske oksidacije (industrijska dubinska obrada): Dodavanje jakog oksidansa (kao što je Fentonov reagens·OH) za potpunu oksidaciju organofosfata. Uzimajući organofosfatne pesticide (kao što je malation) kao primjer:

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

Karakteristike: Brza reakcija i temeljita mineralizacija. Pogodno za industrijske otpadne vode sa slabom biorazgradljivošću, ali su operativni troškovi relativno visoki.

③ Visoko-Spaljivanje na visokim temperaturama (mulj/čvrsti otpad): grijanje u uslovima bogatim kiseonikom- direktno pretvara organski fosfor u stabilne neorganske fosfatne ostatke, često fiksirane u pepelu kao metafosfat ili pirofosfat. Pogodno za -koncentraciju fosfora-koji sadrži opasan otpad.

U stvarnom tretmanu otpadnih voda, velika većina konverzije "organskog fosfora u neorganski fosfor" oslanja se na hidrolizu kataliziranu biološkim enzimima{0}}. Reakcija uvijek uključuje H₂O, a konačni proizvod je gotovo uvijek ortofosfat (PO₄³⁻ ili HPO₄²⁻), što je preduslov za naknadno hemijsko uklanjanje fosfora (dodavanje soli aluminijuma/gvožđa) za taloženje i uklanjanje fosfora.

Princip: Koristeći karakteristike organizama koji akumuliraju polifosfat-(PAO) koji oslobađaju fosfor u anaerobnoj zoni i pretjerano apsorbiraju fosfor u aerobnoj zoni, fosfor se konačno uklanja ispuštanjem mulja bogatog fosforom-.

Glavni procesi: A²/O (anaerobni-anoksični-aerobni) i njegove varijante (kao što su oksidacijski kanali, SBR). Ovaj proces može istovremeno ukloniti dušik i fosfor, postižući ukupnu stopu uklanjanja fosfora od približno 60%.

Jezgro: isplativo-i sposobno za tretiranje organofosfata (pretvaranje u ortofosfat prije apsorpcije), ali mu nedostaje stabilnost kada su koncentracije otpadnih voda izuzetno stroge (npr.<0.5 mg/L).

Princip: Dodavanje soli aluminijuma (npr. aluminijum sulfat) ili soli gvožđa (npr. gvožđe hlorid) reaguje sa fosfatnim jonima da bi se formirali nerastvorljivi precipitati (npr. AlPO₄, FePO₄).

Optimalni pH: soli aluminijuma približno 6-7, soli gvožđa približno 5-5,5; neophodna je pažljiva kontrola.

Strategija: Obično se dodaje kao korak dubokog tretmana nakon rezervoara za biološki tretman, ili se dodaje zajedno s njim u određeno vrijeme kako bi se osigurala stabilna usklađenost kvaliteta vode.

Za otpadne vode visoke{0}}koncentracije ili neposlušne industrijske organofosfatne otpadne vode, potrebna je napredna oksidacija (npr. Fentonov proces) za predtretman na uzvodnom kraju; ako je potrebno, metafosfat treba da se konvertuje u ortofosfat naprednom oksidacijom radi daljeg uklanjanja.