Former for fosforforurensninger i avløpsvann og egnede fjerningsstrategier

Etter å ha lett lenge, visste jeg ikke helt hva jeg skulle skrive om. Når jeg ser tilbake på mine tidligere artikler, innså jeg at jeg ikke hadde dekket fosfor, så det er dagens tema. Fosfor er en vanlig forurensning i avløpsvann, hovedsakelig delt inn i to kategorier: «organisk fosfor og uorganisk fosfor». De som jobber i miljøvernindustrien er ganske kjent med denne indikatoren. Fosfor virker enkelt, men det kan likevel være vanskelig i en del avløpsvann.

Fosfor finnes i avløpsvann i form av organisk og uorganisk fosfor. Uorganisk fosfor deles videre inn i ortofosfat og metafosfat. Den endelige fjerningen av fosfor krever konvertering til ortofosfat.

Ortofosfat (uorganisk fosfor): slik som PO43⁻, HPO₄²⁻. Den vanligste formen, den har god løselighet og kan brukes direkte av organismer. Det kan fjernes direkte ved hjelp av fysisk-kjemiske metoder.

Metafosfat (uorganisk fosfor): som pyrofosfat, tripolyfosfat (fra vaskemidler), som gradvis hydrolyseres til ortofosfat i vann.

Organisk fosfor: som plantevernmidler og fosfokreatin. De fleste finnes i organiske miljøgifter og må først hydrolyseres til ortofosfat før de effektivt kan fjernes.

Fjerningsveien for fosfor innebærer vanligvis først å konvertere den til ortofosfat, og deretter vurdere biologiske eller kjemiske fjerningsmetoder. Biologisk fosforfjerning har begrenset effektivitet, generelt begrenset til fosfor i husholdningsavløpsvann, og når konsentrasjonen er for høy, må den suppleres med kjemisk fosforfjerning. Kjemisk fosforfjerning er den beste metoden, men den er ikke egnet for bruk i aktivslamprosesser, da fosforfjerningsmidler kan påvirke veksten av mikroorganismer negativt.

Kjernen i omdannelsen av organisk fosfor til uorganisk fosfor (ortofosfat) er mineraliseringsprosessen, hovedsakelig nedbryting av organiske funksjonelle grupper, med fosfor som oksideres til PO₄³⁻. Denne prosessen har ikke en eneste fast ligning; avhengig av reaksjonsbetingelsene, faller det hovedsakelig inn i følgende tre typiske veier:

① Biologisk nedbrytning (mest vanlig): Katalysert av fosfataser (som alkalisk fosfatase), brytes C-O-P- eller C-P-bindingene til organisk fosfor. Ta fosfatmonoestere som et eksempel:

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

Egenskaper: Normal temperatur og trykk, grønn og økonomisk. Kommunalt avløpsvann er hovedsakelig avhengig av denne metoden, men reaksjonshastigheten avhenger av mikrobiell aktivitet og temperatur.

② Kjemisk oksidasjonsmetode (industriell dypbehandling): Tilsetning av en sterk oksidant (som Fentons reagens·OH) for å fullstendig oksidere organofosfater. Ta organofosfat-sprøytemidler (som malathion) som et eksempel:

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

Egenskaper: Rask reaksjon og grundig mineralisering. Egnet for industrielt avløpsvann med dårlig biologisk nedbrytbarhet, men driftskostnaden er relativt høy.

③ Høy-temperaturforbrenning (slam/fast avfall): Oppvarming under oksygen-rike forhold omdanner organisk fosfor direkte til stabile uorganiske fosfatrester, ofte fiksert i asken som metafosfat eller pyrofosfat. Egnet for høy-konsentrasjon av fosfor-holdig farlig avfall.

Ved faktisk avløpsvannbehandling er det store flertallet av konverteringen av "organisk fosfor til uorganisk fosfor" avhengig av biologisk enzym-katalysert hydrolyse. Reaksjonen involverer alltid H2O, og sluttproduktet er nesten alltid ortofosfat (PO₄³⁻ eller HPO₄²⁻), som er en forutsetning for påfølgende kjemisk fosforfjerning (tilsetning av aluminium/jernsalter) for å felle ut og fjerne fosfor.

Prinsipp: Ved å utnytte egenskapene til polyfosfat-akkumulerende organismer (PAOs) som frigjør fosfor i den anaerobe sonen og absorberer for mye fosfor i den aerobe sonen, fjernes fosfor til slutt ved å slippe ut fosfor{1}}rikt slam.

Vanlige prosesser: A²/O (anaerob-anoksisk-aerob) og dens varianter (som oksidasjonsgrøfter, SBR). Denne prosessen kan fjerne nitrogen og fosfor samtidig, og oppnå en total fosforfjerningshastighet på omtrent 60 %.

Kjerne: Kostnads-effektiv og i stand til å behandle organofosfater (konvertere dem til ortofosfat før absorpsjon), men mangler stabilitet når avløpskonsentrasjonene er ekstremt strenge (f.eks.<0.5 mg/L).

Prinsipp: Tilsetning av aluminiumsalter (f.eks. aluminiumsulfat) eller jernsalter (f.eks. jern(III)klorid) reagerer med fosfationer for å danne uløselige bunnfall (f.eks. AlPO₄, FePO₄).

Optimal pH: Aluminiumssalter ca. 6-7, jernsalter ca. 5-5,5; nøye kontroll er nødvendig.

Strategi: Vanligvis lagt til som et dypt behandlingstrinn etter den biologiske behandlingstanken, eller lagt til i forbindelse med den på bestemte tidspunkter for å sikre stabil overholdelse av vannkvaliteten.

For høy-konsentrasjon eller gjenstridig industrielt organofosfatavløpsvann, kreves avansert oksidasjon (f.eks. Fenton-prosessen) for forbehandling i oppstrømsenden; om nødvendig må metafosfat omdannes til ortofosfat gjennom avansert oksidasjon for ytterligere fjerning.