Fosforo teršalų formos nuotekose ir tinkamos pašalinimo strategijos

Po ilgų ieškojimų tikrai nežinojau apie ką rašyti. Žvelgdamas į savo ankstesnius straipsnius supratau, kad nekalbėjau apie fosforą, todėl šiandienos tema. Fosforas yra dažnas nuotekų teršalas, daugiausia suskirstytas į dvi kategorijas: „organinis fosforas ir neorganinis fosforas“. Aplinkos apsaugos pramonėje dirbantys asmenys šį rodiklį gerai žino. Fosforas atrodo paprastas, tačiau kai kuriose nuotekose jis vis tiek gali būti sudėtingas.

Fosforas nuotekose yra organinio ir neorganinio fosforo pavidalu. Neorganinis fosforas dar skirstomas į ortofosfatą ir metafosfatą. Norint galutinai pašalinti fosforą, reikia paversti ortofosfatu.

Ortofosfatas (neorganinis fosforas): pvz., PO₄³⁻, HPO₄²⁻. Labiausiai paplitusi forma, ji gerai tirpsta ir gali būti tiesiogiai panaudota organizmų. Jis gali būti pašalintas tiesiogiai fizikiniais ir cheminiais metodais.

Metafosfatas (neorganinis fosforas): pvz., pirofosfatas, tripolifosfatas (iš ploviklių), kuris vandenyje palaipsniui hidrolizuojasi į ortofosfatą.

Organinis fosforas: pvz., pesticidai ir fosfokreatinas. Dauguma jų yra organiniuose teršaluose ir pirmiausia turi būti hidrolizuoti į ortofosfatą, kad būtų galima veiksmingai pašalinti.

Fosforo pašalinimo būdas paprastai apima pirmiausia jo pavertimą ortofosfatu, tada svarstomi biologiniai arba cheminiai pašalinimo būdai. Biologinio fosforo šalinimo efektyvumas yra ribotas, dažniausiai apsiriboja fosforu buitinėse nuotekose, o kai koncentracija per didelė, jį reikia papildyti cheminiu fosforo šalinimu. Cheminis fosforo šalinimas yra geriausias būdas, tačiau jis netinka naudoti aktyviojo dumblo procesuose, nes fosforo šalinimo priemonės gali neigiamai paveikti mikroorganizmų augimą.

Organinio fosforo pavertimo neorganiniu fosforu (ortofosfatu) esmė yra mineralizacijos procesas, iš esmės organinių funkcinių grupių suskaidymas, kai fosforas oksiduojamas į PO₄3⁻. Šis procesas neturi vienos fiksuotos lygties; priklausomai nuo reakcijos sąlygų, ji daugiausia suskirstyta į šiuos tris tipinius būdus:

① Biologinis skaidymas (dažniausiai): katalizuojamas fosfatazės (pvz., šarminės fosfatazės), organinio fosforo C-O-P arba C-P ryšiai nutrūksta. Pavyzdžiui, fosfato monoesteriai:

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

Charakteristikos: Normali temperatūra ir slėgis, žalia ir ekonomiška. Komunalinės nuotekos daugiausia priklauso nuo šio metodo, tačiau reakcijos greitis priklauso nuo mikrobų aktyvumo ir temperatūros.

② Cheminės oksidacijos metodas (pramoninis giluminis apdorojimas): stipraus oksidatoriaus (pvz., Fentono reagento·OH) pridėjimas, kad visiškai oksiduotų organinius fosfatus. Pavyzdžiui, organiniai fosfatiniai pesticidai (pvz., malationas):

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

Savybės: greita reakcija ir kruopšti mineralizacija. Tinka prastai biologiškai skaidomoms pramoninėms nuotekoms, tačiau eksploatacinės išlaidos yra gana didelės.

③ Aukštos{0}}temperatūros deginimas (dumblas / kietosios atliekos): kaitinant deguonies-prisotintomis sąlygomis organinis fosforas tiesiogiai paverčiamas stabiliu neorganiniu fosfato likučiu, kuris dažnai fiksuojamas pelenuose kaip metafosfatas arba pirofosfatas. Tinka didelės-koncentracijos fosforo-turinčioms pavojingoms atliekoms.

Valant nuotekas, didžioji dalis „organinio fosforo į neorganinį fosforą“ paverčiama biologiniais fermentais{0}}katalizuojama hidrolize. Reakcijoje visada dalyvauja H2O, o galutinis produktas beveik visada yra ortofosfatas (PO43⁻ arba HPO₄²⁻), kuris yra būtina sąlyga vėlesniam cheminiam fosforo pašalinimui (aliuminio/geležies druskų pridėjimui), siekiant nusodinti ir pašalinti fosforą.

Principas: naudojant polifosfatus{0}}akumuliuojančių organizmų (PAO), išskiriančių fosforą anaerobinėje zonoje ir per daug sugeriančių fosforą aerobinėje zonoje, savybes, fosforas galiausiai pašalinamas išleidžiant fosforo{1}} turtingą dumblą.

Pagrindiniai procesai: A²/O (anaerobinis-anoksinis-aerobinis) ir jo variantai (pvz., oksidacijos grioviai, SBR). Šis procesas vienu metu gali pašalinti azotą ir fosforą, todėl bendras fosforo pašalinimo greitis yra maždaug 60%.

Šerdis: ekonomiškai{0}}efektyvi ir galinti apdoroti organinius fosfatus (prieš absorbciją paverčia juos ortofosfatais), tačiau trūksta stabilumo, kai nuotekų koncentracija yra itin griežta (pvz.,<0.5 mg/L).

Principas: Pridedant aliuminio druskų (pvz., aliuminio sulfato) arba geležies druskų (pvz., geležies chlorido) reaguoja su fosfato jonais ir susidaro netirpios nuosėdos (pvz., AlPO4, FePO4).

Optimalus pH: aliuminio druskų apie 6-7, geležies druskų apie 5-5,5; būtina kruopšti kontrolė.

Strategija: paprastai pridedama kaip giluminio valymo pakopa po biologinio valymo rezervuaro arba pridedama kartu su juo tam tikru laiku, kad būtų užtikrinta stabili vandens kokybė.

Didelės-koncentracijos arba nepatogioms pramoninėms organofosfatų nuotekoms reikalinga pažangi oksidacija (pvz., Fenton procesas), kad būtų atliktas išankstinis apdorojimas prieš srovę; jei reikia, metafosfatą reikia paversti ortofosfatu pažangios oksidacijos būdu, kad būtų galima toliau pašalinti.