Форми на фосфорни замърсители в отпадъчни води и подходящи стратегии за отстраняване

След дълго търсене наистина не знаех за какво да пиша. Поглеждайки назад към предишните си статии, разбрах, че не съм обхванал фосфора, така че това е днешната тема. Фосфорът е често срещан замърсител в отпадъчните води, разделен главно на две категории: „органичен фосфор и неорганичен фосфор“. Работещите в индустрията за опазване на околната среда са добре запознати с този показател. Фосфорът изглежда прост, но все пак може да бъде труден в някои отпадъчни води.

Фосфорът съществува в отпадъчните води под формата на органичен и неорганичен фосфор. Неорганичният фосфор се разделя допълнително на ортофосфат и метафосфат. Окончателното отстраняване на фосфора изисква превръщане в ортофосфат.

Ортофосфат (неорганичен фосфор): като PO₄³⁻, HPO₄²⁻. Най-разпространената форма, има добра разтворимост и може директно да се използва от организмите. Може да се отстрани директно чрез физикохимични методи.

Метафосфат (неорганичен фосфор): като пирофосфат, триполифосфат (от детергенти), който постепенно се хидролизира в ортофосфат във вода.

Органичен фосфор: като пестициди и фосфокреатин. Повечето се намират в органични замърсители и първо трябва да бъдат хидролизирани в ортофосфат, преди да могат да бъдат ефективно отстранени.

Пътят на отстраняване на фосфора обикновено включва първо превръщането му в ортофосфат, след което се разглеждат биологични или химични методи за отстраняване. Биологичното отстраняване на фосфор има ограничена ефективност, обикновено ограничено до фосфора в битовите отпадъчни води и когато концентрацията е твърде висока, трябва да се допълни с химическо отстраняване на фосфора. Химичното отстраняване на фосфор е най-добрият метод, но не е подходящо за използване в процеси с активна утайка, тъй като агентите за отстраняване на фосфор могат да повлияят неблагоприятно върху растежа на микроорганизмите.

Ядрото на превръщането на органичния фосфор в неорганичен фосфор (ортофосфат) е процесът на минерализация, по същество разрушаването на органичните функционални групи, като фосфорът се окислява до PO₄³⁻. Този процес няма нито едно фиксирано уравнение; в зависимост от реакционните условия, той основно попада в следните три типични пътя:

① Биоразграждане (най-често): Катализирано от фосфатази (като алкална фосфатаза), C-O-P или C-P връзките на органичния фосфор се разкъсват. Вземайки фосфатни моноестери като пример:

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

Характеристики: Нормална температура и налягане, екологичен и икономичен. Общинските отпадъчни води разчитат главно на този метод, но скоростта на реакцията зависи от микробната активност и температурата.

② Метод на химическо окисление (индустриална дълбока обработка): Добавяне на силен окислител (като реагент на Fenton·OH) за пълно окисляване на органофосфатите. Вземайки органофосфатни пестициди (като малатион) като пример:

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

Характеристики: Бърза реакция и цялостна минерализация. Подходящ за промишлени отпадъчни води с лоша биоразградимост, но оперативните разходи са сравнително високи.

③ Изгаряне при висока-температура (утайки/твърди отпадъци): Нагряването при условия,-богати на кислород, директно превръща органичния фосфор в стабилен неорганичен фосфатен остатък, често фиксиран в пепелта като метафосфат или пирофосфат. Подходящо за опасни отпадъци с висока -концентрация на фосфор-.

При действителното пречистване на отпадъчни води по-голямата част от превръщането на „органичен фосфор в неорганичен фосфор“ разчита на хидролиза,-катализирана от биологични ензими. Реакцията винаги включва H₂O, а крайният продукт почти винаги е ортофосфат (PO₄³⁻ или HPO₄²⁻), което е предпоставка за последващо химическо отстраняване на фосфора (добавяне на алуминиеви/железни соли) за утаяване и отстраняване на фосфора.

Принцип: Използвайки характеристиките на полифосфат{0}}акумулиращи организми (PAOs), освобождаващи фосфор в анаеробната зона и прекомерно абсорбиращи фосфор в аеробната зона, фосфорът накрая се отстранява чрез изхвърляне на-богата на фосфор утайка.

Основни процеси: A²/O (анаеробен-аноксичен-аеробен) и неговите варианти (като окислителни канали, SBR). Този процес може едновременно да отстрани азот и фосфор, постигайки общ процент на отстраняване на фосфор от приблизително 60%.

Ядро: Рентабилно-ефективно и способно да третира органофосфати (преобразувайки ги в ортофосфат преди абсорбиране), но му липсва стабилност, когато концентрациите в отпадъчните води са изключително строги (напр.<0.5 mg/L).

Принцип: Добавянето на алуминиеви соли (напр. алуминиев сулфат) или железни соли (напр. железен хлорид) реагира с фосфатни йони за образуване на неразтворими утайки (напр. AlPO₄, FePO₄).

Оптимално pH: Алуминиеви соли приблизително 6-7, железни соли приблизително 5-5,5; необходим е внимателен контрол.

Стратегия: Обикновено се добавя като стъпка на дълбоко третиране след резервоара за биологично третиране или се добавя във връзка с него в определени моменти, за да се осигури стабилно съответствие на качеството на водата.

За промишлени органофосфатни отпадъчни води с висока-концентрация или непокорни е необходимо усъвършенствано окисляване (напр. процесът на Fenton) за предварителна обработка в горния край; ако е необходимо, метафосфатът трябва да се преобразува в ортофосфат чрез напреднало окисление за по-нататъшно отстраняване.