Форми забруднювачів фосфору в стічних водах і відповідні стратегії видалення

Після довгих пошуків я справді не знала, про що писати. Озираючись на свої попередні статті, я зрозумів, що не згадував про фосфор, тож це сьогоднішня тема. Фосфор є поширеним забруднювачем стічних вод, який в основному поділяється на дві категорії: «органічний фосфор і неорганічний фосфор». Ті, хто працює в природоохоронній галузі, добре знайомі з цим показником. Фосфор здається простим, але він все ще може бути складним у деяких стічних водах.

Фосфор міститься у стічних водах у формі органічного та неорганічного фосфору. Неорганічний фосфор далі поділяють на ортофосфат і метафосфат. Остаточне видалення фосфору вимагає перетворення в ортофосфат.

Ортофосфат (неорганічний фосфор): наприклад PO₄³⁻, HPO₄²⁻. Найбільш поширена форма, вона добре розчиняється і може безпосередньо використовуватися організмами. Його можна видалити безпосередньо фізико-хімічними методами.

Метафосфат (неорганічний фосфор): такий як пірофосфат, триполіфосфат (з миючих засобів), який поступово гідролізується в ортофосфат у воді.

Органічний фосфор: наприклад, пестициди та фосфокреатин. Більшість міститься в органічних забруднюючих речовинах, і їх необхідно спочатку гідролізувати до ортофосфату, перш ніж їх можна буде ефективно видалити.

Шлях видалення фосфору зазвичай включає спочатку перетворення його в ортофосфат, а потім розгляд біологічних або хімічних методів видалення. Біологічне видалення фосфору має обмежену ефективність, як правило, обмежене фосфором у побутових стічних водах, і коли концентрація надто висока, її потрібно доповнити хімічним видаленням фосфору. Хімічне видалення фосфору є найкращим методом, але воно не підходить для використання в процесах з активним мулом, оскільки засоби для видалення фосфору можуть негативно вплинути на ріст мікроорганізмів.

Основою перетворення органічного фосфору в неорганічний фосфор (ортофосфат) є процес мінералізації, по суті, розщеплення органічних функціональних груп, у результаті чого фосфор окислюється до PO₄³⁻. Цей процес не має єдиного фіксованого рівняння; залежно від умов реакції, він в основному розпадається на такі три типові шляхи:

① Біодеградація (найпоширеніша): каталізується фосфатазами (такими як лужна фосфатаза), зв’язки C-O-P або C-P органічного фосфору розриваються. Для прикладу візьмемо фосфатні моноефіри:

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

Характеристики: нормальна температура і тиск, екологічний і економічний. Муніципальні стічні води в основному покладаються на цей метод, але швидкість реакції залежить від мікробної активності та температури.

② Метод хімічного окислення (промислова глибока обробка): додавання сильного окислювача (наприклад, реагенту Фентона · OH) для повного окислення органофосфатів. Взявши, наприклад, фосфорорганічні пестициди (такі як малатіон):

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

Характеристики: Швидка реакція і ретельна мінералізація. Підходить для промислових стічних вод із поганою біологічною здатністю, але експлуатаційні витрати є відносно високими.

③ Високотемпературне-спалювання (осад/тверді відходи): нагрівання в умовах, -збагачених киснем, безпосередньо перетворює органічний фосфор на стабільний неорганічний фосфатний залишок, який часто фіксується в золі як метафосфат або пірофосфат. Підходить для -високої концентрації фосфору-, що містить небезпечні відходи.

Під час фактичного очищення стічних вод переважна більшість перетворення «органічного фосфору в неорганічний фосфор» залежить від гідролізу,-каталізованого біологічними ферментами. У реакції завжди бере участь H₂O, а кінцевим продуктом майже завжди є ортофосфат (PO₄³⁻ або HPO₄²⁻), що є необхідною умовою для подальшого хімічного видалення фосфору (додавання солей алюмінію/заліза) для осадження та видалення фосфору.

Принцип: використовуючи характеристики поліфосфат{0}}акумулюючих організмів (PAO), які вивільняють фосфор в анаеробній зоні та надмірно поглинають фосфор в аеробній зоні, фосфор остаточно видаляється скиданням-насиченого фосфором мулу.

Основні процеси: A²/O (анаеробний-аноксичний-аеробний) та його варіанти (такі як окислювальні канави, SBR). Цей процес може одночасно видаляти азот і фосфор, досягаючи загальної швидкості видалення фосфору приблизно на 60%.

Ядро: економічно{0}}ефективний і здатний обробляти органофосфати (перетворюючи їх на ортофосфат перед поглинанням), але нестабільний, коли концентрації стічних вод надзвичайно високі (наприклад,<0.5 mg/L).

Принцип: додавання солей алюмінію (наприклад, сульфату алюмінію) або солей заліза (наприклад, хлориду заліза) реагує з іонами фосфату з утворенням нерозчинних осадів (наприклад, AlPO₄, FePO₄).

Оптимальний pH: солі алюмінію приблизно 6-7, солі заліза приблизно 5-5,5; необхідний ретельний контроль.

Стратегія: зазвичай додається як етап глибокої обробки після резервуару біологічної очистки або додається разом з ним у певний час для забезпечення стабільної відповідності якості води.

Для промислових стічних вод з високою-концентрацією фосфорорганічних сполук або стійких до них окислення потрібне розширене окислення (наприклад, процес Фентона) для попередньої обробки на верхній частині; якщо необхідно, метафосфат необхідно перетворити на ортофосфат шляхом поглибленого окислення для подальшого видалення.