Oblici zagađivača fosfora u otpadnim vodama i prikladne strategije uklanjanja

Nakon dugog traženja, stvarno nisam znao o čemu da pišem. Gledajući svoje prethodne članke, shvatio sam da nisam obradio fosfor, pa je to današnja tema. Fosfor je uobičajeni zagađivač u otpadnim vodama, uglavnom podijeljen u dvije kategorije: "organski fosfor i anorganski fosfor". Oni koji rade u industriji zaštite okoliša dobro su upoznati s ovim pokazateljem. Fosfor se čini jednostavnim, ali ipak može biti nezgodan u nekim otpadnim vodama.

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

Ortofosfat (anorganski fosfor): poput PO₄³⁻, HPO₄²⁻. Najčešći oblik, ima dobru topljivost i organizmi ga mogu izravno iskoristiti. Može se ukloniti izravno fizikalno-kemijskim metodama.

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

Organski fosfor: kao što su pesticidi i fosfokreatin. Većina se nalazi u organskim zagađivačima i mora se prvo hidrolizirati u ortofosfat prije nego što se može učinkovito ukloniti.

Put uklanjanja fosfora općenito uključuje prvo njegovo pretvaranje u ortofosfat, a zatim razmatranje bioloških ili kemijskih metoda uklanjanja. Biološko uklanjanje fosfora ima ograničenu učinkovitost, općenito ograničeno na fosfor u kućnim otpadnim vodama, a kada je koncentracija previsoka, potrebno ju je nadopuniti kemijskim uklanjanjem fosfora. Kemijsko uklanjanje fosfora najbolja je metoda, ali nije prikladno za upotrebu u procesima s aktivnim muljem jer sredstva za uklanjanje fosfora mogu nepovoljno utjecati na rast mikroorganizama.

Srž pretvorbe organskog fosfora u anorganski fosfor (ortofosfat) je proces mineralizacije, u biti razbijanje organskih funkcionalnih skupina, pri čemu se fosfor oksidira u PO₄³⁻. Ovaj proces nema jednu fiksnu jednadžbu; ovisno o uvjetima reakcije, uglavnom spada u sljedeća tri tipična puta:

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

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

Karakteristike: normalna temperatura i tlak, ekološki prihvatljiv i ekonomičan. Komunalna otpadna voda uglavnom se oslanja na ovu metodu, ali brzina reakcije ovisi o mikrobnoj aktivnosti i temperaturi.

② Metoda kemijske oksidacije (industrijska duboka 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. Prikladno za industrijske otpadne vode sa slabom biorazgradljivošću, ali operativni troškovi su relativno visoki.

③ Visoko{0}}temperaturno spaljivanje (mulj/kruti otpad): zagrijavanje pod -uvjetima bogatim kisikom izravno pretvara organski fosfor u stabilni anorganski fosfatni ostatak, često fiksiran u pepelu kao metafosfat ili pirofosfat. Prikladno za opasni otpad s visokom{3}}koncentracijom fosfora-.

U stvarnoj obradi otpadnih voda, velika većina pretvorbe "organskog fosfora u anorganski fosfor" oslanja se na hidrolizu-kataliziranu biološkim enzimima. Reakcija uvijek uključuje H₂O, a krajnji produkt je gotovo uvijek ortofosfat (PO₄³⁻ ili HPO₄²⁻), što je preduvjet za naknadno kemijsko uklanjanje fosfora (dodavanje soli aluminija/željeza) za taloženje i uklanjanje fosfora.

Princip: Koristeći karakteristike organizama-akumulatora polifosfata (PAO) koji otpuštaju fosfor u anaerobnoj zoni i prekomjerno apsorbiraju fosfor u aerobnoj zoni, fosfor se konačno uklanja ispuštanjem fosforom-bogatog mulja.

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

Jezgra: isplativo-i sposobno tretirati organofosfate (pretvarajući ih u ortofosfat prije apsorpcije), ali nedostaje mu stabilnost kada su koncentracije otpadnih voda iznimno stroge (npr.<0.5 mg/L).

Princip: Dodavanje aluminijevih soli (npr. aluminijev sulfat) ili soli željeza (npr. željezov klorid) reagira s fosfatnim ionima stvarajući netopljive taloge (npr. AlPO₄, FePO₄).

Optimalni pH: Aluminijeve soli približno 6-7, željezne soli približno 5-5,5; potrebna je pažljiva kontrola.

Strategija: Obično se dodaje kao korak dubinske obrade nakon spremnika za biološki tretman ili se dodaje zajedno s njim u određeno vrijeme kako bi se osigurala stabilna usklađenost s kvalitetom vode.

Za otpadne vode visoke-koncentracije ili neposlušne industrijske organofosfatne otpadne vode, potrebna je napredna oksidacija (npr. Fentonov proces) za prethodnu obradu na uzvodnom kraju; ako je potrebno, metafosfat treba pretvoriti u ortofosfat naprednom oksidacijom za daljnje uklanjanje.