Fosfora piesārņotāju veidi notekūdeņos un piemērotas izvadīšanas stratēģijas

Pēc ilgas meklēšanas es tiešām nezināju, par ko rakstīt. Atskatoties uz saviem iepriekšējiem rakstiem, es sapratu, ka nebiju aptvēris fosforu, tāpēc tā ir šodienas tēma. Fosfors ir izplatīts notekūdeņu piesārņotājs, ko galvenokārt iedala divās kategorijās: "organiskais fosfors un neorganiskais fosfors". Vides aizsardzības nozarē strādājošajiem šis rādītājs ir diezgan pazīstams. Fosfors šķiet vienkāršs, taču dažos notekūdeņos tas joprojām var būt sarežģīts.

Fosfors notekūdeņos ir organiskā un neorganiskā fosfora formā. Neorganisko fosforu tālāk iedala ortofosfātā un metafosfātā. Galīgai fosfora atdalīšanai nepieciešama pārvēršana par ortofosfātu.

Ortofosfāts (neorganiskais fosfors): piemēram, PO₄³⁻, HPO₄²⁻. Visizplatītākā forma ir laba šķīdība, un to var tieši izmantot organismi. To var noņemt tieši ar fizikāli ķīmiskām metodēm.

Metafosfāts (neorganiskais fosfors): piemēram, pirofosfāts, tripolifosfāts (no mazgāšanas līdzekļiem), kas ūdenī pakāpeniski hidrolizējas par ortofosfātu.

Organiskais fosfors: piemēram, pesticīdi un fosfokreatīns. Lielākā daļa no tiem ir atrodami organiskajos piesārņotājvielās, un pirms to efektīvas noņemšanas tie vispirms ir jāhidrolizē ortofosfātā.

Fosfora atdalīšanas ceļš parasti ietver tā pārvēršanu ortofosfātā, pēc tam apsverot bioloģiskās vai ķīmiskās atdalīšanas metodes. Bioloģiskās fosfora atdalīšanas efektivitāte ir ierobežota, parasti tas attiecas tikai uz fosforu sadzīves notekūdeņos, un, ja koncentrācija ir pārāk augsta, tā ir jāpapildina ar ķīmisko fosfora atdalīšanu. Ķīmiskā fosfora atdalīšana ir labākā metode, taču tā nav piemērota izmantošanai aktīvo dūņu procesos, jo fosfora atdalīšanas līdzekļi var nelabvēlīgi ietekmēt mikroorganismu augšanu.

Organiskā fosfora pārvēršanas par neorganisko fosforu (ortofosfātu) kodols ir mineralizācijas process, būtībā organisko funkcionālo grupu sadalīšana, fosforam oksidējoties līdz PO₄³⁻. Šim procesam nav viena fiksēta vienādojuma; atkarībā no reakcijas apstākļiem tas galvenokārt iedalās šādos trīs tipiskos veidos:

① Bioloģiskā noārdīšanās (visbiežāk): fosfatāžu (piemēram, sārmainās fosfatāzes) katalizētā organiskā fosfora C-O-P vai C-P saites tiek pārrautas. Kā piemēru ņemot fosfātu monoesterus:

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

Raksturlielumi: Normāla temperatūra un spiediens, zaļš un ekonomisks. Sadzīves notekūdeņi galvenokārt balstās uz šo metodi, bet reakcijas ātrums ir atkarīgs no mikrobu aktivitātes un temperatūras.

② Ķīmiskās oksidācijas metode (rūpnieciskā dziļā apstrāde): spēcīga oksidētāja (piemēram, Fentona reaģenta·OH) pievienošana, lai pilnībā oksidētu organofosfātus. Kā piemēru ņemot organofosfātu pesticīdus (piemēram, malationu):

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

Īpašības: ātra reakcija un pamatīga mineralizācija. Piemērots rūpnieciskajiem notekūdeņiem ar sliktu bioloģisko noārdīšanos, taču ekspluatācijas izmaksas ir salīdzinoši augstas.

③ Augstas{0}}temperatūras sadedzināšana (dūņas/cietie atkritumi): karsēšana skābekļa-bagātos apstākļos organisko fosforu tieši pārvērš stabilā neorganiskā fosfāta atlikumā, kas bieži tiek fiksēts pelnos kā metafosfāts vai pirofosfāts. Piemērots augstas-koncentrācijas fosforu-saturošiem bīstamiem atkritumiem.

Faktiskā notekūdeņu attīrīšanā lielākā daļa “organiskā fosfora par neorganisko fosforu” ir atkarīga no bioloģisko enzīmu{0}}katalizētas hidrolīzes. Reakcijā vienmēr tiek iesaistīts H2O, un galaprodukts gandrīz vienmēr ir ortofosfāts (PO₄³⁻ vai HPO₄²⁻), kas ir priekšnoteikums turpmākai ķīmiskai fosfora atdalīšanai (alumīnija/dzelzs sāļu pievienošana), lai nogulsnētu un noņemtu fosforu.

Princips: izmantojot polifosfātu-akumulējošo organismu (PAO), kas atbrīvo fosforu anaerobajā zonā un pārmērīgi absorbē fosforu aerobajā zonā, īpašības, fosfors tiek noņemts, izvadot ar fosforu{1}}bagātas dūņas.

Galvenie procesi: A²/O (anaerobā-anoksiskā-aeroba) un tā varianti (piemēram, oksidācijas grāvji, SBR). Šis process var vienlaicīgi atdalīt slāpekli un fosforu, panākot kopējo fosfora atdalīšanas ātrumu aptuveni 60%.

Kodols: rentabls{0}}un spējīgs apstrādāt organofosfātus (pārvēršot tos ortofosfātos pirms absorbcijas), taču tam trūkst stabilitātes, ja notekūdeņu koncentrācija ir ļoti stingra (piemēram,<0.5 mg/L).

Princips: pievienojot alumīnija sāļus (piemēram, alumīnija sulfātu) vai dzelzs sāļus (piemēram, dzelzs hlorīdu), reaģē ar fosfāta joniem, veidojot nešķīstošas ​​nogulsnes (piemēram, AlPO4, FePO4).

Optimālais pH: alumīnija sāļi aptuveni 6-7, dzelzs sāļi aptuveni 5-5,5; nepieciešama rūpīga kontrole.

Stratēģija: parasti pievieno kā dziļās attīrīšanas posmu pēc bioloģiskās attīrīšanas tvertnes vai pievieno kopā ar to noteiktos laikos, lai nodrošinātu stabilu ūdens kvalitātes atbilstību.

Augstas-koncentrācijas vai nepastāvīgiem rūpnieciskiem organofosfātu notekūdeņiem ir nepieciešama uzlabota oksidēšana (piem., Fenton process) pirmapstrādei augšpuses galā; ja nepieciešams, metafosfāts ir jāpārvērš ortofosfātā, izmantojot progresīvu oksidāciju, lai to tālāk noņemtu.