Fosforisaasteiden muodot jätevedessä ja sopivat poistostrategiat

Pitkän etsimisen jälkeen en todellakaan tiennyt mistä kirjoittaa. Tarkastellessani aiempia artikkeleitani tajusin, etten ollut käsitellyt fosforia, joten se on tämän päivän aihe. Fosfori on yleinen epäpuhtaus jätevedessä, ja se jaetaan pääasiassa kahteen luokkaan: "orgaaninen fosfori ja epäorgaaninen fosfori". Ympäristönsuojelualalla työskentelevät tuntevat tämän indikaattorin melko hyvin. Fosfori näyttää yksinkertaiselta, mutta se voi silti olla hankalaa joissakin jätevesissä.

Fosforia on jätevedessä orgaanisen ja epäorgaanisen fosforin muodossa. Epäorgaaninen fosfori jaetaan edelleen ortofosfaattiin ja metafosfaattiin. Fosforin lopullinen poistaminen edellyttää muuntamista ortofosfaatiksi.

Ortofosfaatti (epäorgaaninen fosfori): kuten PO43⁻, HPO42⁻. Yleisin muoto, sillä on hyvä liukoisuus ja organismit voivat hyödyntää sitä suoraan. Se voidaan poistaa suoraan fysikaalis-kemiallisilla menetelmillä.

Metafosfaatti (epäorgaaninen fosfori): kuten pyrofosfaatti, tripolyfosfaatti (pesuaineista), joka hydrolysoituu vähitellen ortofosfaatiksi vedessä.

Orgaaninen fosfori: kuten torjunta-aineet ja fosfokreatiini. Suurin osa niistä löytyy orgaanisista epäpuhtauksista, ja ne on ensin hydrolysoitava ortofosfaatiksi ennen kuin ne voidaan poistaa tehokkaasti.

Fosforin poistoreitti sisältää yleensä sen muuntamisen ortofosfaatiksi, minkä jälkeen harkitaan biologisia tai kemiallisia poistomenetelmiä. Biologisen fosforinpoiston tehokkuus on rajallinen, yleensä rajoittuu kotitalousjätevesien fosforiin, ja kun pitoisuus on liian korkea, sitä on täydennettävä kemiallisella fosforinpoistolla. Kemiallinen fosforinpoisto on paras menetelmä, mutta se ei sovellu käytettäväksi aktiivilieteprosesseissa, koska fosforinpoistoaineet voivat vaikuttaa haitallisesti mikro-organismien kasvuun.

Ydin orgaanisen fosforin muuntamisessa epäorgaaniseksi fosforiksi (ortofosfaatiksi) on mineralisaatioprosessi, olennaisesti orgaanisten funktionaalisten ryhmien hajottaminen, jolloin fosfori hapetetaan PO43⁻:ksi. Tällä prosessilla ei ole yhtä kiinteää yhtälöä; Reaktio-olosuhteista riippuen se jakautuu pääasiassa seuraaviin kolmeen tyypilliseen reittiin:

① Biologinen hajoaminen (yleisin): Fosfataasien (kuten alkalisen fosfataasin) katalysoima orgaanisen fosforin C-O-P- tai C-P-sidokset katkeavat. Fosfaattimonoesterit esimerkkinä:

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

Ominaisuudet: Normaali lämpötila ja paine, vihreä ja taloudellinen. Yhdyskuntajätevesi perustuu pääasiassa tähän menetelmään, mutta reaktionopeus riippuu mikrobien aktiivisuudesta ja lämpötilasta.

② Kemiallinen hapetusmenetelmä (teollinen syväkäsittely): Vahvan hapettimen (kuten Fentonin reagenssi·OH) lisääminen organofosfaattien hapettamiseksi kokonaan. Otetaan esimerkiksi organofosfaattitorjunta-aineet (kuten malationi):

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

Ominaisuudet: Nopea reaktio ja perusteellinen mineralisaatio. Soveltuu teollisuuden jäteveteen, jonka biohajoavuus on huono, mutta käyttökustannukset ovat suhteellisen korkeat.

③ Korkean-lämpötilan poltto (liete/kiinteä jäte): Kuumennus happi{1}}rikkaissa olosuhteissa muuttaa orgaanisen fosforin suoraan stabiiliksi epäorgaaniseksi fosfaattijäännökseksi, joka usein kiinnittyy tuhkaan metafosfaattina tai pyrofosfaattina. Soveltuu korkean-fosforipitoisuuden-sisältäville vaarallisille jätteille.

Varsinaisessa jätevedenkäsittelyssä suurin osa "orgaanisen fosforin epäorgaaniseksi fosforiksi" muuntamisesta perustuu biologiseen entsyymi{0}}katalysoituun hydrolyysiin. Reaktiossa on aina mukana H20, ja lopputuote on lähes aina ortofosfaattia (PO43⁻ tai HPO42⁻), mikä on edellytys myöhemmälle kemialliselle fosforinpoistolle (alumiini/rautasuolojen lisääminen) saostamiseksi ja fosforin poistamiseksi.

Periaate: Hyödyntämällä polyfosfaattia-akkumuloivien organismien (PAO:iden) ominaisuuksia, jotka vapauttavat fosforia anaerobisella vyöhykkeellä ja absorboivat liikaa fosforia aerobisella vyöhykkeellä, fosfori poistetaan lopulta poistamalla fosfori{1}}rikas liete.

Pääprosessit: A²/O (anaerobinen-anoksinen-aerobinen) ja sen muunnelmat (kuten hapetusojat, SBR). Tämä prosessi voi poistaa samanaikaisesti typpeä ja fosforia, jolloin fosforin kokonaispoistoaste on noin 60 %.

Ydin: Kustannustehokas{0}}ja pystyy käsittelemään organofosfaatteja (muuttamaan ne ortofosfaatiksi ennen imeytymistä), mutta se ei ole stabiili, kun jäteveden pitoisuudet ovat erittäin tiukat (esim.<0.5 mg/L).

Periaate: Alumiinisuolojen (esim. alumiinisulfaatti) tai rautasuolojen (esim. rautakloridi) lisääminen reagoi fosfaatti-ionien kanssa muodostaen liukenemattomia saostumia (esim. AlPO4, FePO4).

Optimaalinen pH: alumiinisuolat noin 6-7, rautasuolat noin 5-5,5; huolellinen valvonta on tarpeen.

Strategia: Lisätään yleensä syväkäsittelyvaiheeksi biologisen käsittelysäiliön jälkeen tai lisätään sen kanssa tiettyinä aikoina varmistamaan vakaa veden laadun noudattaminen.

Korkean-pitoisuuden tai vastahakoisen teollisen organofosfaattijäteveden osalta edellytetään edistynyttä hapetusta (esim. Fenton-prosessia) esikäsittelyä varten ylävirran päässä; tarvittaessa metafosfaatti on muutettava ortofosfaatiksi edistyneellä hapetuksella, jotta se voidaan poistaa edelleen.