Μορφές ρύπων φωσφόρου στα λύματα και κατάλληλες στρατηγικές απομάκρυνσης

Μετά από πολύ καιρό που έψαχνα, πραγματικά δεν ήξερα τι να γράψω. Κοιτάζοντας πίσω στα προηγούμενα άρθρα μου, συνειδητοποίησα ότι δεν είχα καλύψει τον φώσφορο, οπότε αυτό είναι το σημερινό θέμα. Ο φώσφορος είναι ένας κοινός ρύπος στα λύματα, που χωρίζεται κυρίως σε δύο κατηγορίες: «οργανικό φώσφορο και ανόργανο φώσφορο». Όσοι εργάζονται στη βιομηχανία προστασίας του περιβάλλοντος είναι αρκετά εξοικειωμένοι με αυτόν τον δείκτη. Ο φώσφορος φαίνεται απλός, αλλά μπορεί ακόμα να είναι δύσκολος σε ορισμένα λύματα.

Ο φώσφορος υπάρχει στα λύματα με τη μορφή οργανικού και ανόργανου φωσφόρου. Ο ανόργανος φώσφορος χωρίζεται περαιτέρω σε ορθοφωσφορικό και μεταφωσφορικό. Η τελική απομάκρυνση του φωσφόρου απαιτεί μετατροπή σε ορθοφωσφορικό.

Ορθοφωσφορικά (ανόργανος φώσφορος): όπως PO43-, HPO42-. Η πιο κοινή μορφή, έχει καλή διαλυτότητα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα από οργανισμούς. Μπορεί να αφαιρεθεί απευθείας με φυσικοχημικές μεθόδους.

Μεταφωσφορικό (ανόργανος φώσφορος): όπως πυροφωσφορικό, τριπολυφωσφορικό (από απορρυπαντικά), το οποίο σταδιακά υδρολύεται σε ορθοφωσφορικό στο νερό.

Οργανικός φώσφορος: όπως φυτοφάρμακα και φωσφοκρεατίνη. Οι περισσότεροι βρίσκονται σε οργανικούς ρύπους και πρέπει πρώτα να υδρολυθούν σε ορθοφωσφορικά προτού απομακρυνθούν αποτελεσματικά.

Η οδός απομάκρυνσης του φωσφόρου γενικά περιλαμβάνει πρώτα τη μετατροπή του σε ορθοφωσφορικό και μετά την εξέταση βιολογικών ή χημικών μεθόδων απομάκρυνσης. Η βιολογική απομάκρυνση του φωσφόρου έχει περιορισμένη αποτελεσματικότητα, γενικά περιορίζεται στον φώσφορο στα οικιακά λύματα και όταν η συγκέντρωση είναι πολύ υψηλή, χρειάζεται να συμπληρωθεί με χημική αφαίρεση φωσφόρου. Η χημική αφαίρεση του φωσφόρου είναι η καλύτερη μέθοδος, αλλά δεν είναι κατάλληλη για χρήση σε διεργασίες ενεργοποιημένης ιλύος, καθώς οι παράγοντες απομάκρυνσης του φωσφόρου μπορούν να επηρεάσουν αρνητικά την ανάπτυξη μικροοργανισμών.

Ο πυρήνας της μετατροπής του οργανικού φωσφόρου σε ανόργανο φώσφορο (ορθοφωσφορικός) είναι η διαδικασία ανοργανοποίησης, ουσιαστικά η διάσπαση οργανικών λειτουργικών ομάδων, με τον φώσφορο να οξειδώνεται σε PO43-. Αυτή η διαδικασία δεν έχει μια ενιαία σταθερή εξίσωση. Ανάλογα με τις συνθήκες αντίδρασης, εμπίπτει κυρίως στις ακόλουθες τρεις τυπικές οδούς:

① Βιοαποικοδόμηση (πιο συχνή): Καταλύεται από φωσφατάσες (όπως η αλκαλική φωσφατάση), οι δεσμοί C-O-P ή C-P του οργανικού φωσφόρου διασπώνται. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα φωσφορικούς μονοεστέρες:

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

Χαρακτηριστικά: Κανονική θερμοκρασία και πίεση, πράσινο και οικονομικό. Τα αστικά λύματα βασίζονται κυρίως σε αυτή τη μέθοδο, αλλά ο ρυθμός αντίδρασης εξαρτάται από τη μικροβιακή δραστηριότητα και τη θερμοκρασία.

② Μέθοδος χημικής οξείδωσης (βιομηχανική βαθιά επεξεργασία): Προσθήκη ισχυρού οξειδωτικού (όπως το αντιδραστήριο Fenton·OH) για την πλήρη οξείδωση των οργανοφωσφορικών. Λήψη οργανοφωσφορικών φυτοφαρμάκων (όπως το μαλαθείο) ως παράδειγμα:

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

Χαρακτηριστικά: Γρήγορη αντίδραση και ενδελεχής ανοργανοποίηση. Κατάλληλο για βιομηχανικά λύματα με χαμηλή βιοδιασπασιμότητα, αλλά το κόστος λειτουργίας είναι σχετικά υψηλό.

③ Υψηλή-Αποτέφρωση σε θερμοκρασία (λάσπη/Στερεά απόβλητα): Η θέρμανση υπό συνθήκες πλούσιες σε οξυγόνο-μετατρέπει απευθείας τον οργανικό φώσφορο σε σταθερό ανόργανο φωσφορικό υπόλειμμα, που συχνά στερεώνεται στην τέφρα ως μεταφωσφορικό ή πυροφωσφορικό. Κατάλληλο για επικίνδυνα απόβλητα υψηλής συγκέντρωσης-φωσφόρου-.

Στην πραγματική επεξεργασία λυμάτων, η συντριπτική πλειονότητα της μετατροπής "οργανικού φωσφόρου σε ανόργανο φώσφορο" βασίζεται στην υδρόλυση που καταλύεται από βιολογικά ένζυμα-. Η αντίδραση περιλαμβάνει πάντα H2O και το τελικό προϊόν είναι σχεδόν πάντα ορθοφωσφορικό (PO43- ή HPO42-), το οποίο αποτελεί προϋπόθεση για την επακόλουθη χημική απομάκρυνση του φωσφόρου (προσθήκη αλάτων αργιλίου/σιδήρου) για την καθίζηση και απομάκρυνση του φωσφόρου.

Αρχή: Χρησιμοποιώντας τα χαρακτηριστικά των οργανισμών που συσσωρεύουν πολυφωσφορικά (PAOs) που απελευθερώνουν φώσφορο στην αναερόβια ζώνη και απορροφούν υπερβολικά τον φώσφορο στην αερόβια ζώνη, ο φώσφορος τελικά απομακρύνεται με εκκένωση{1}πλούσιας λάσπης φωσφόρου.

Κύρια διεργασίες: A²/O (αναερόβια-ανοξική-αερόβια) και οι παραλλαγές του (όπως τάφροι οξείδωσης, SBR). Αυτή η διαδικασία μπορεί να αφαιρέσει ταυτόχρονα άζωτο και φώσφορο, επιτυγχάνοντας συνολικό ποσοστό απομάκρυνσης φωσφόρου περίπου 60%.

Πυρήνας: Οικονομικά-αποτελεσματική και ικανή να επεξεργαστεί τα οργανοφωσφορικά (μετατρέποντάς τα σε ορθοφωσφορικά πριν από την απορρόφηση), αλλά στερείται σταθερότητας όταν οι συγκεντρώσεις των λυμάτων είναι εξαιρετικά αυστηρές (π.χ.<0.5 mg/L).

Αρχή: Η προσθήκη αλάτων αργιλίου (π.χ. θειικό αργίλιο) ή αλάτων σιδήρου (π.χ. χλωριούχος σίδηρος) αντιδρά με φωσφορικά ιόντα για να σχηματιστούν αδιάλυτα ιζήματα (π.χ. AlPO4, FePO4).

Βέλτιστο pH: Άλατα αλουμινίου περίπου 6-7, άλατα σιδήρου περίπου 5-5,5. απαιτείται προσεκτικός έλεγχος.

Στρατηγική: Συνήθως προστίθεται ως στάδιο βαθιάς επεξεργασίας μετά τη δεξαμενή βιολογικού καθαρισμού ή προστίθεται σε συνδυασμό με αυτήν σε συγκεκριμένες ώρες για να διασφαλιστεί η σταθερή συμμόρφωση με την ποιότητα του νερού.

Για βιομηχανικά οργανοφωσφορικά λύματα υψηλής συγκέντρωσης ή ανθεκτικά βιομηχανικά λύματα, απαιτείται προηγμένη οξείδωση (π.χ. η διαδικασία Fenton) για προεπεξεργασία στο ανάντη άκρο. Εάν είναι απαραίτητο, το μεταφωσφορικό πρέπει να μετατραπεί σε ορθοφωσφορικό μέσω προηγμένης οξείδωσης για περαιτέρω απομάκρυνση.