I. Bevezetés
Hosszas keresgélés után nem igazán tudtam, miről írjak. Visszatekintve korábbi cikkeimre, rájöttem, hogy nem tértem ki a foszforra, szóval ez a mai téma. A foszfor a szennyvíz gyakori szennyezője, főként két kategóriába sorolható: "szerves foszfor és szervetlen foszfor". A környezetvédelmi iparban dolgozók jól ismerik ezt a mutatót. A foszfor egyszerűnek tűnik, de bizonyos szennyvízben még mindig trükkös lehet.
II. A foszfor formái és jellemzői
A szennyvízben a foszfor szerves és szervetlen foszfor formájában is megtalálható. A szervetlen foszfort tovább osztják ortofoszfátra és metafoszfátra. A foszfor végső eltávolításához ortofoszfáttá kell alakulni.
Ortofoszfát (szervetlen foszfor): például PO43⁻, HPO42⁻. Legelterjedtebb formája, jól oldódik, és az élőlények által közvetlenül hasznosítható. Fizikai-kémiai módszerekkel közvetlenül eltávolítható.
Metafoszfát (szervetlen foszfor): például pirofoszfát, tripolifoszfát (mosó- és tisztítószerekből), amely vízben fokozatosan ortofoszfáttá hidrolizál.
Szerves foszfor: például peszticidek és foszfokreatin. Legtöbbjük szerves szennyező anyagokban található, és először ortofoszfáttá kell hidrolizálni, mielőtt hatékonyan eltávolítható lenne.
III. Foszfor eltávolítási stratégiák
A foszfor eltávolításának módja általában először az ortofoszfáttá történő átalakítás, majd a biológiai vagy kémiai eltávolítási módszerek mérlegelése. A biológiai foszforeltávolítás hatékonysága korlátozott, általában a háztartási szennyvízben lévő foszforra korlátozódik, és ha a koncentráció túl magas, kémiai foszforeltávolítással kell kiegészíteni. A kémiai foszforeltávolítás a legjobb módszer, de nem alkalmas eleveniszapos eljárásokra, mivel a foszforeltávolító szerek károsan befolyásolhatják a mikroorganizmusok szaporodását.
A szerves foszfor szervetlen foszforrá (ortofoszfáttá) való átalakulásának magja a mineralizációs folyamat, lényegében a szerves funkciós csoportok lebontása, a foszfor PO43⁻-vé oxidálásával. Ennek a folyamatnak nincs egyetlen rögzített egyenlete; a reakciókörülményektől függően főként a következő három tipikus útra esik:
① Biológiai lebomlás (leggyakrabban): A foszfatázok (például alkalikus foszfatáz) által katalizálva a szerves foszfor C-O-P vagy C-P kötései megszakadnak. Példaként a foszfát-monoésztereket véve:
R-O-PO₃²⁻ + H2O → R-OH + HPO₄²⁻ (vagy PO₄³⁻)
Jellemzők: Normál hőmérséklet és nyomás, zöld és gazdaságos. A települési szennyvíz elsősorban erre a módszerre támaszkodik, de a reakciósebesség függ a mikrobiális aktivitástól és a hőmérséklettől.
② Kémiai oxidációs módszer (ipari mélykezelés): Erős oxidálószer (például Fenton reagens·OH) hozzáadása a szerves foszfátok teljes oxidációjához. Példaként a szerves foszfát peszticidekre (például malationra):
(C10H19O6PS2) + 21·OH → 10CO₂ + 14H₂O + SO42⁻ + H2PO4⁻
Jellemzők: Gyors reakció és alapos mineralizáció. Alkalmas rossz biológiai lebonthatóságú ipari szennyvízhez, de az üzemeltetési költség viszonylag magas.
③ Magas-hőmérsékletű égetés (iszap/szilárd hulladék): Az oxigénben-dús körülmények között végzett hevítés közvetlenül alakítja át a szerves foszfort stabil szervetlen foszfátmaradványokká, amelyek gyakran a hamuban metafoszfátként vagy pirofoszfátként rögzülnek. Alkalmas magas-koncentrációjú foszfor-tartalmú veszélyes hulladékokhoz.
A tényleges szennyvízkezelés során a „szerves foszforból szervetlen foszforrá” történő átalakulás túlnyomó többsége biológiai enzim{0}}katalizált hidrolízisen alapul. A reakció mindig H2O-t tartalmaz, és a végtermék szinte mindig ortofoszfát (PO43⁻ vagy HPO42⁻), ami előfeltétele a későbbi kémiai foszforeltávolításnak (alumínium/vassók hozzáadása) a foszfor kicsapása és eltávolítása céljából.
IV. Biológiai foszfor eltávolítás
Alapelv: Kihasználva a polifoszfát{0}}felhalmozó szervezetek (PAO-k) jellemzőit, amelyek az anaerob zónában foszfort szabadítanak fel, az aerob zónában pedig túlzottan felszívják a foszfort, végül a foszfort a foszforban{1}}dús iszap kiürítésével távolítják el.
Főfolyamatok: A²/O (anaerob-anoxikus-aerob) és változatai (például oxidációs árkok, SBR). Ez a folyamat egyidejűleg képes eltávolítani a nitrogént és a foszfort, így a teljes foszfor eltávolítási arány megközelítőleg 60%.
Mag: Költséghatékony{0}} és képes kezelni a szerves foszfátokat (abszorpció előtt ortofoszfáttá alakítja őket), de nem stabil, ha a szennyvíz koncentrációja rendkívül szigorú (pl.<0.5 mg/L).
V. Kémiai foszforeltávolítás
Alapelv: Alumínium-sók (pl. alumínium-szulfát) vagy vas-sók (pl. vas-klorid) hozzáadása foszfát-ionokkal reagál, és oldhatatlan csapadékot képez (pl. AlPO4, FePO4).
Optimális pH: alumíniumsók kb. 6-7, vassók kb. 5-5,5; gondos ellenőrzés szükséges.
Stratégia: Általában mélykezelési lépésként adják hozzá a biológiai tisztítótartály után, vagy azzal együtt adják hozzá meghatározott időpontokban a stabil vízminőségi megfelelőség biztosítása érdekében.
Magas-koncentrációjú vagy visszahúzódó ipari szerves foszfát szennyvíz esetén fejlett oxidáció (pl. Fenton-eljárás) szükséges az előkezeléshez a felfelé irányuló végén; ha szükséges, a metafoszfátot ortofoszfáttá kell alakítani fejlett oxidációval a további eltávolításhoz.