Forme de poluanți cu fosfor în apele uzate și strategii adecvate de eliminare

După ce am căutat mult timp, chiar nu știam despre ce să scriu. Privind înapoi la articolele mele anterioare, mi-am dat seama că nu am acoperit fosforul, așa că acesta este subiectul de astăzi. Fosforul este un poluant comun în apele uzate, împărțit în principal în două categorii: „fosfor organic și fosfor anorganic”. Cei care lucrează în industria protecției mediului sunt destul de familiarizați cu acest indicator. Fosforul pare simplu, dar poate fi încă dificil în unele ape uzate.

Fosforul există în apele uzate sub formă de fosfor organic și anorganic. Fosforul anorganic este împărțit în continuare în ortofosfat și metafosfat. Îndepărtarea finală a fosforului necesită conversia în ortofosfat.

Ortofosfat (fosfor anorganic): cum ar fi PO₄³⁻, HPO₄²⁻. Cea mai comună formă, are o solubilitate bună și poate fi utilizată direct de organisme. Poate fi îndepărtat direct prin metode fizico-chimice.

Metafosfat (fosfor anorganic): cum ar fi pirofosfat, tripolifosfat (din detergenți), care se hidrolizează treptat în ortofosfat în apă.

Fosfor organic: cum ar fi pesticidele și fosfocreatina. Majoritatea se găsesc în poluanții organici și trebuie mai întâi hidrolizați în ortofosfat înainte de a putea fi îndepărtați eficient.

Calea de îndepărtare a fosforului implică, în general, mai întâi transformarea acestuia în ortofosfat, apoi luarea în considerare a metodelor biologice sau chimice de îndepărtare. Îndepărtarea biologică a fosforului are o eficacitate limitată, în general limitată la fosforul din apele uzate menajere, iar când concentrația este prea mare, trebuie completată cu îndepărtarea chimică a fosforului. Îndepărtarea chimică a fosforului este cea mai bună metodă, dar nu este potrivită pentru utilizare în procesele cu nămol activ, deoarece agenții de îndepărtare a fosforului pot afecta negativ creșterea microorganismelor.

Miezul conversiei fosforului organic în fosfor anorganic (ortofosfat) este procesul de mineralizare, în esență ruperea grupelor funcționale organice, fosforul fiind oxidat la PO₄³⁻. Acest proces nu are o singură ecuație fixă; în funcție de condițiile de reacție, se încadrează în principal în următoarele trei căi tipice:

① Biodegradare (cea mai frecventă): catalizată de fosfataze (cum ar fi fosfataza alcalină), legăturile C-O{-P sau C-P ale fosforului organic sunt rupte. Luând ca exemplu monoesteri de fosfat:

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

Caracteristici: Temperatura si presiunea normale, verde si economic. Apele uzate municipale se bazează în principal pe această metodă, dar viteza de reacție depinde de activitatea microbiană și de temperatură.

② Metoda de oxidare chimică (tratament industrial profund): Adăugarea unui oxidant puternic (cum ar fi reactivul Fenton·OH) pentru a oxida complet organofosfații. Luând ca exemplu pesticidele organofosfate (cum ar fi malathion):

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

Caracteristici: Reacție rapidă și mineralizare temeinică. Potrivit pentru ape uzate industriale cu biodegradabilitate slabă, dar costul de operare este relativ mare.

③ Incinerare la temperatură ridicată-(nămol/deșeuri solide): încălzirea în condiții bogate-de oxigen transformă direct fosforul organic în reziduuri stabile de fosfat anorganic, adesea fixate în cenușă sub formă de metafosfat sau pirofosfat. Potrivit pentru deșeuri periculoase cu-concentrație mare de fosfor-.

În tratarea apelor uzate efective, marea majoritate a conversiei „fosfor organic în fosfor anorganic” se bazează pe hidroliza catalizată de enzime biologice-. Reacția implică întotdeauna H₂O, iar produsul final este aproape întotdeauna ortofosfat (PO₄³⁻ sau HPO₄²⁻), care este o condiție prealabilă pentru îndepărtarea chimică ulterioară a fosforului (adăugarea de săruri de aluminiu/fier) ​​pentru a precipita și îndepărta fosforul.

Principiu: Utilizând caracteristicile organismelor care acumulează-polifosfat (PAO) care eliberează fosfor în zona anaerobă și absorb excesiv fosforul în zona aerobă, fosforul este în cele din urmă îndepărtat prin descărcarea nămolului bogat-de fosfor.

Procese principale: A²/O (anaerob-anoxic-aerob) și variantele sale (cum ar fi șanțurile de oxidare, SBR). Acest proces poate elimina simultan azotul și fosforul, realizând o rată totală de îndepărtare a fosforului de aproximativ 60%.

Miez: cost-eficient și capabil să trateze organofosfații (conversia lor în ortofosfat înainte de absorbție), dar nu are stabilitate atunci când concentrațiile efluenților sunt extrem de stricte (de exemplu,<0.5 mg/L).

Principiu: Adăugarea de săruri de aluminiu (de exemplu, sulfat de aluminiu) sau săruri de fier (de exemplu, clorură ferică) reacţionează cu ionii de fosfat pentru a forma precipitate insolubile (de exemplu, AlPO₄, FePO₄).

pH optim: săruri de aluminiu aproximativ 6-7, săruri de fier aproximativ 5-5,5; este necesar un control atent.

Strategie: De obicei, se adaugă ca pas de tratare profundă după rezervorul de tratare biologică sau se adaugă împreună cu acesta la anumite momente pentru a asigura conformitatea stabilă cu calitatea apei.

Pentru apele reziduale organofosfate industriale cu concentrație ridicată-sau recalcitrante, este necesară o oxidare avansată (de exemplu, procesul Fenton) pentru pretratarea la capătul din amonte; dacă este necesar, metafosfatul trebuie transformat în ortofosfat prin oxidare avansată pentru îndepărtarea ulterioară.