Formy znečišťujících látek fosforu v odpadních vodách a vhodné strategie odstraňování

Po dlouhém hledání jsem opravdu nevěděl, o čem psát. Při zpětném pohledu na své předchozí články jsem si uvědomil, že jsem se nezabýval fosforem, takže to je dnešní téma. Fosfor je běžná znečišťující látka v odpadních vodách, která se dělí hlavně do dvou kategorií: „organický fosfor a anorganický fosfor“. Ti, kteří pracují v průmyslu ochrany životního prostředí, tento ukazatel dobře znají. Fosfor se zdá být jednoduchý, ale v některých odpadních vodách to může být stále složité.

Fosfor se v odpadních vodách vyskytuje ve formě organického a anorganického fosforu. Anorganický fosfor se dále dělí na ortofosfát a metafosfát. Konečné odstranění fosforu vyžaduje konverzi na ortofosfát.

Orthofosforečnan (anorganický fosfor): jako PO43⁻, HPO42⁻. Nejběžnější forma, má dobrou rozpustnost a může být přímo využita organismy. Lze jej odstranit přímo fyzikálně-chemickými metodami.

Metafosfát (anorganický fosfor): jako je pyrofosfát, tripolyfosfát (z detergentů), který se ve vodě postupně hydrolyzuje na ortofosfát.

Organický fosfor: jako jsou pesticidy a fosfokreatin. Většina se nachází v organických znečišťujících látkách a musí být nejprve hydrolyzována na ortofosfát, než mohou být účinně odstraněny.

Cesta odstraňování fosforu obecně zahrnuje nejprve jeho přeměnu na ortofosfát a poté zvažování biologických nebo chemických metod odstraňování. Biologické odstraňování fosforu má omezenou účinnost, obecně je omezeno na fosfor v domovních odpadních vodách, a když je koncentrace příliš vysoká, je třeba jej doplnit chemickým odstraňováním fosforu. Chemické odstraňování fosforu je nejlepší metodou, ale není vhodné pro použití v procesech s aktivovaným kalem, protože činidla pro odstraňování fosforu mohou nepříznivě ovlivnit růst mikroorganismů.

Jádrem přeměny organického fosforu na anorganický fosfor (orthofosforečnan) je proces mineralizace, v podstatě rozbití organických funkčních skupin, přičemž se fosfor oxiduje na PO43⁻. Tento proces nemá jedinou pevnou rovnici; v závislosti na reakčních podmínkách spadá hlavně do následujících tří typických cest:

① Biodegradace (nejběžnější): Vazby C-O-P nebo C-P organického fosforu jsou katalyzovány fosfatázami (jako je alkalická fosfatáza). Vezměme si jako příklad fosfátové monoestery:

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

Charakteristika: Normální teplota a tlak, zelený a ekonomický. Komunální odpadní vody se spoléhají hlavně na tuto metodu, ale rychlost reakce závisí na mikrobiální aktivitě a teplotě.

② Metoda chemické oxidace (průmyslová hloubková úprava): Přidání silného oxidantu (jako je Fentonovo činidlo·OH) k úplné oxidaci organofosfátů. Vezměme si jako příklad organofosfátové pesticidy (jako je malathion):

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

Charakteristika: Rychlá reakce a důkladná mineralizace. Vhodné pro průmyslové odpadní vody se špatnou biologickou rozložitelností, ale provozní náklady jsou poměrně vysoké.

3 Vhodné pro-vysokou koncentraci fosforu-obsahující nebezpečný odpad.

Ve skutečném čištění odpadních vod se převážná většina přeměny „organického fosforu na anorganický fosfor“ spoléhá na biologickou enzymaticky -katalyzovanou hydrolýzu. Reakce vždy zahrnuje H2O a konečným produktem je téměř vždy orthofosforečnan (PO₄3⁻ nebo HPO₄2⁻), který je nezbytným předpokladem pro následné chemické odstranění fosforu (přídavek solí hliníku/železa) za účelem vysrážení a odstranění fosforu.

Princip: Využitím vlastností organismů akumulujících polyfosforečnany (PAO), které uvolňují fosfor v anaerobní zóně a nadměrně absorbují fosfor v aerobní zóně, je fosfor nakonec odstraněn vypouštěním kalu bohatého na fosfor-.

Hlavní procesy: A²/O (anaerobní-anoxické-aerobní) a jeho varianty (jako jsou oxidační příkopy, SBR). Tento proces může současně odstraňovat dusík a fosfor, čímž se dosahuje celkové rychlosti odstranění fosforu přibližně 60 %.

Jádro: Cenově-efektivní a schopné zpracovat organofosfáty (převést je na ortofosfáty před absorpcí), ale postrádá stabilitu, když jsou koncentrace ve výtocích extrémně přísné (např.<0.5 mg/L).

Princip: Přidání solí hliníku (např. síran hlinitý) nebo solí železa (např. chlorid železitý) reaguje s fosforečnanovými ionty za vzniku nerozpustných sraženin (např. AlPO₄, FePO₄).

Optimální pH: Soli hliníku přibližně 6-7, soli železa přibližně 5-5,5; je nutná pečlivá kontrola.

Strategie: Obvykle se přidává jako krok hlubokého čištění po nádrži biologického čištění nebo se přidává ve spojení s ní v určitých časech, aby se zajistila stabilní kvalita vody.

U vysoce koncentrovaných nebo odolných průmyslových organofosfátových odpadních vod je nutná pokročilá oxidace (např. Fentonův proces) pro předčištění na horním konci; v případě potřeby je třeba metafosfát převést na orthofosfát pomocí pokročilé oxidace pro další odstranění.