Former av fosforföroreningar i avloppsvatten och lämpliga borttagningsstrategier

Efter att ha letat länge visste jag inte riktigt vad jag skulle skriva om. När jag ser tillbaka på mina tidigare artiklar insåg jag att jag inte hade täckt fosfor, så det är dagens ämne. Fosfor är en vanlig förorening i avloppsvatten, huvudsakligen indelad i två kategorier: "organisk fosfor och oorganisk fosfor." De som arbetar inom miljöskyddsbranschen är ganska bekanta med denna indikator. Fosfor verkar enkelt, men det kan ändå vara knepigt i en del avloppsvatten.

Fosfor finns i avloppsvatten i form av organisk och oorganisk fosfor. Oorganisk fosfor delas vidare in i ortofosfat och metafosfat. Det slutliga avlägsnandet av fosfor kräver omvandling till ortofosfat.

Ortofosfat (oorganisk fosfor): såsom PO43', HPO42'. Den vanligaste formen, den har god löslighet och kan användas direkt av organismer. Det kan avlägsnas direkt genom fysikalisk-kemiska metoder.

Metafosfat (oorganiskt fosfor): såsom pyrofosfat, tripolyfosfat (från tvättmedel), som gradvis hydrolyseras till ortofosfat i vatten.

Organisk fosfor: såsom bekämpningsmedel och fosfokreatin. De flesta finns i organiska föroreningar och måste först hydrolyseras till ortofosfat innan de effektivt kan avlägsnas.

Borttagningsvägen för fosfor innebär i allmänhet att man först omvandlar den till ortofosfat och sedan överväger biologiska eller kemiska borttagningsmetoder. Biologisk fosforavskiljning har begränsad effektivitet, generellt begränsad till fosfor i hushållsavloppsvatten, och när koncentrationen är för hög behöver den kompletteras med kemisk fosforrening. Kemisk fosforborttagning är den bästa metoden, men den lämpar sig inte för användning i aktiverade slamprocesser, eftersom fosforborttagningsmedel kan påverka tillväxten av mikroorganismer negativt.

Kärnan i omvandlingen av organisk fosfor till oorganisk fosfor (ortofosfat) är mineraliseringsprocessen, huvudsakligen brytningen av organiska funktionella grupper, varvid fosfor oxideras till PO₄³⁻. Denna process har inte en enda fast ekvation; beroende på reaktionsförhållandena faller det huvudsakligen inom följande tre typiska vägar:

① Biologisk nedbrytning (vanligast): Katalyserad av fosfataser (som alkaliskt fosfatas) bryts C-O-P- eller C-P-bindningarna av organisk fosfor. Ta fosfatmonoestrar som ett exempel:

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

Egenskaper: Normal temperatur och tryck, grön och ekonomisk. Kommunalt avloppsvatten är huvudsakligen beroende av denna metod, men reaktionshastigheten beror på mikrobiell aktivitet och temperatur.

② Kemisk oxidationsmetod (industriell djupbehandling): Tillsätt en stark oxidant (som Fentons reagens·OH) för att fullständigt oxidera organofosfater. Ta organofosfatbekämpningsmedel (som malation) som ett exempel:

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

Egenskaper: Snabb reaktion och grundlig mineralisering. Lämplig för industriavloppsvatten med dålig biologisk nedbrytbarhet, men driftskostnaden är relativt hög.

③ Hög-temperaturförbränning (slam/fast avfall): Uppvärmning under syrerika-förhållanden omvandlar direkt organisk fosfor till stabil oorganisk fosfatrester, ofta fixerad i askan som metafosfat eller pyrofosfat. Lämplig för hög-fosforhaltigt-haltigt farligt avfall.

Vid rening av avloppsvatten är den stora majoriteten av omvandlingen av "organisk fosfor till oorganisk fosfor" beroende av biologisk enzym--katalyserad hydrolys. Reaktionen involverar alltid H2O och slutprodukten är nästan alltid ortofosfat (PO43⁻ eller HPO4²⁻), vilket är en förutsättning för efterföljande kemiskt fosforavlägsnande (tillsats av aluminium/järnsalter) för att fälla ut och avlägsna fosfor.

Princip: Genom att använda egenskaperna hos polyfosfat-ackumulerande organismer (PAO) som frisätter fosfor i den anaeroba zonen och överdrivet absorberar fosfor i den aeroba zonen, avlägsnas fosfor slutligen genom att släppa ut fosforrikt slam-.

Mainstream Processer: A²/O (anaerob-anoxisk-aerob) och dess varianter (som oxidationsdiken, SBR). Denna process kan samtidigt avlägsna kväve och fosfor, vilket uppnår en total fosforavskiljningshastighet på cirka 60 %.

Kärna: Kostnads-effektiv och kapabel att behandla organofosfater (omvandla dem till ortofosfater före absorption), men saknar stabilitet när avloppskoncentrationerna är extremt stränga (t.ex.<0.5 mg/L).

Princip: Tillsats av aluminiumsalter (t.ex. aluminiumsulfat) eller järnsalter (t.ex. järn(III)klorid) reagerar med fosfatjoner för att bilda olösliga fällningar (t.ex. AlPO4, FePO4).

Optimalt pH: Aluminiumsalter cirka 6-7, järnsalter cirka 5-5,5; noggrann kontroll är nödvändig.

Strategi: Läggs vanligtvis till som ett djupt reningssteg efter den biologiska reningstanken, eller läggs till i samband med den vid specifika tidpunkter för att säkerställa stabil vattenkvalitet.

För hög-koncentration eller motstridig industriellt organofosfatavloppsvatten krävs avancerad oxidation (t.ex. Fenton-processen) för förbehandling i uppströmsänden; om nödvändigt måste metafosfat omvandlas till ortofosfat genom avancerad oxidation för ytterligare avlägsnande.