Fosfori saasteainete vormid reovees ja sobivad eemaldamise strateegiad

Pärast pikka otsimist ei teadnud ma tõesti, millest kirjutada. Oma varasematele artiklitele tagasi vaadates sain aru, et ma pole fosforit käsitlenud, nii et see on tänane teema. Fosfor on tavaline reovee saasteaine, mis jaguneb peamiselt kahte kategooriasse: "orgaaniline fosfor ja anorgaaniline fosfor". Keskkonnakaitse valdkonnas töötavad inimesed on selle näitajaga üsna tuttavad. Fosfor tundub lihtne, kuid mõnes reovees võib see siiski olla keeruline.

Fosfor esineb heitvees orgaanilise ja anorgaanilise fosforina. Anorgaaniline fosfor jaguneb veel ortofosfaadiks ja metafosfaadiks. Fosfori lõplik eemaldamine nõuab muundamist ortofosfaadiks.

Ortofosfaat (anorgaaniline fosfor): näiteks PO43⁻, HPO₄²⁻. Kõige tavalisem vorm on hea lahustuvusega ja seda saavad organismid otse kasutada. Seda saab eemaldada otse füüsikalis-keemiliste meetodite abil.

Metafosfaat (anorgaaniline fosfor): näiteks pürofosfaat, tripolüfosfaat (detergentidest), mis hüdrolüüsub vees järk-järgult ortofosfaadiks.

Orgaaniline fosfor: näiteks pestitsiidid ja fosfokreatiin. Enamik neist leidub orgaanilistes saasteainetes ja enne tõhusat eemaldamist tuleb need kõigepealt hüdrolüüsida ortofosfaadiks.

Fosfori eemaldamise viis hõlmab üldiselt selle muundamist ortofosfaadiks ja seejärel bioloogiliste või keemiliste eemaldamismeetodite kaalumist. Bioloogilise fosfori eemaldamise efektiivsus on piiratud, üldiselt piirdub see olmereovees sisalduva fosforiga ja kui kontsentratsioon on liiga kõrge, tuleb seda täiendada keemilise fosfori eemaldamisega. Keemiline fosfori eemaldamine on parim meetod, kuid see ei sobi kasutamiseks aktiivmudaprotsessides, kuna fosforieemaldusvahendid võivad mikroorganismide kasvu negatiivselt mõjutada.

Orgaanilise fosfori anorgaaniliseks fosforiks (ortofosfaadiks) muundamise tuumaks on mineraliseerimisprotsess, mis on sisuliselt orgaaniliste funktsionaalrühmade lõhkumine, mille käigus fosfor oksüdeeritakse PO43⁻-ks. Sellel protsessil ei ole ühte fikseeritud võrrandit; olenevalt reaktsioonitingimustest jaguneb see peamiselt kolmeks tüüpiliseks rajaks:

① Biodegradatsioon (kõige levinum): fosfataaside (nagu aluseline fosfataas) katalüüsimisel orgaanilise fosfori C-O-P või C-P sidemed katkevad. Võttes näiteks fosfaatmonoestrid:

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

Omadused: Normaalne temperatuur ja rõhk, roheline ja ökonoomne. Olmereovesi tugineb peamiselt sellele meetodile, kuid reaktsioonikiirus sõltub mikroobide aktiivsusest ja temperatuurist.

② Keemiline oksüdatsioonimeetod (tööstuslik sügavtöötlus): tugeva oksüdeerija (nt Fentoni reaktiiv·OH) lisamine orgaaniliste fosfaatide täielikuks oksüdeerimiseks. Näiteks fosfaatorgaanilised pestitsiidid (nt malatioon):

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

Omadused: Kiire reaktsioon ja põhjalik mineraliseerumine. Sobib halva biolagunevusega tööstusreoveele, kuid kasutuskulu on suhteliselt kõrge.

③ Kõrgel-temperatuuril põletamine (muda/tahkejäätmed): kuumutamine hapniku-rikastes tingimustes muudab orgaanilise fosfori otse stabiilseks anorgaaniliseks fosfaadijäägiks, mis sageli fikseeritakse tuhas metafosfaadi või pürofosfaadina. Sobib kõrge-kontsentratsiooniga fosforit-sisaldavate ohtlike jäätmete jaoks.

Tegelikus reoveepuhastuses põhineb valdav enamus "orgaanilise fosfori anorgaaniliseks fosforiks" muundamisest bioloogilise ensüümi{0}}katalüüsitud hüdrolüüsil. Reaktsioon hõlmab alati H2O ja lõppsaaduseks on peaaegu alati ortofosfaat (PO43⁻ või HPO42⁻), mis on järgneva keemilise fosfori eemaldamise (alumiiniumi/raua soolade lisamine) eeltingimuseks sadestamiseks ja fosfori eemaldamiseks.

Põhimõte: kasutades polüfosfaate{0}}akumuleeruvate organismide (PAO) omadusi, mis vabastavad fosforit anaeroobses tsoonis ja absorbeerivad liigselt fosforit aeroobses tsoonis, eemaldatakse fosfor lõpuks fosfori{1}}rikka muda väljastamise teel.

Peamised protsessid: A²/O (anaeroobne-anoksiline-aeroobne) ja selle variandid (nt oksüdatsioonikraavid, SBR). Selle protsessiga saab üheaegselt eemaldada lämmastikku ja fosforit, saavutades fosfori üldeemaldusmäära ligikaudu 60%.

Tuum: kulutõhus{0}}ja suudab töödelda orgaanilisi fosfaate (muudab need enne imendumist ortofosfaadiks), kuid puudub stabiilsus, kui heitvee kontsentratsioonid on äärmiselt ranged (nt<0.5 mg/L).

Põhimõte: alumiiniumsoolade (nt alumiiniumsulfaat) või rauasoolade (nt raudkloriid) lisamine reageerib fosfaadiioonidega, moodustades lahustumatud sademed (nt AlPO4, FePO4).

Optimaalne pH: alumiiniumisoolad ligikaudu 6-7, rauasoolad ligikaudu 5-5,5; hoolikas kontroll on vajalik.

Strateegia: tavaliselt lisatakse süvatöötlusetapina pärast bioloogilist puhastuspaaki või lisatakse koos sellega teatud aegadel, et tagada stabiilne veekvaliteedi vastavus.

Kõrge-kontsentratsiooniga või tõrksa tööstusliku fosfororgaanilise reovee korral on eeltöötluseks vajalik täiustatud oksüdatsioon (nt Fentoni protsess); vajadusel tuleb metafosfaat edasiseks eemaldamiseks muuta ortofosfaadiks läbi täiustatud oksüdatsiooni.