I. Indledning
Efter at have søgt i lang tid, vidste jeg virkelig ikke, hvad jeg skulle skrive om. Når jeg ser tilbage på mine tidligere artikler, indså jeg, at jeg ikke havde dækket fosfor, så det er dagens emne. Fosfor er et almindeligt forurenende stof i spildevand, hovedsageligt opdelt i to kategorier: "organisk fosfor og uorganisk fosfor." De, der arbejder i miljøbeskyttelsesindustrien, er ganske fortrolige med denne indikator. Fosfor virker simpelt, men det kan stadig være vanskeligt i noget spildevand.
II. Fosfors Former og Karakteristika
Fosfor findes i spildevand i form af organisk og uorganisk fosfor. Uorganisk fosfor opdeles yderligere i orthophosphat og metaphosphat. Den endelige fjernelse af fosfor kræver omdannelse til orthophosphat.
Orthophosphat (uorganisk phosphor): såsom PO43-, HPO42-. Den mest almindelige form, den har god opløselighed og kan bruges direkte af organismer. Det kan fjernes direkte gennem fysisk-kemiske metoder.
Metaphosphat (uorganisk fosfor): såsom pyrophosphat, tripolyphosphat (fra rengøringsmidler), som gradvist hydrolyseres til orthophosphat i vand.
Organisk fosfor: såsom pesticider og phosphocreatin. De fleste findes i organiske forurenende stoffer og skal først hydrolyseres til orthophosphat, før de effektivt kan fjernes.
III. Fosforfjernelsesstrategier
Fjernelsesvejen for fosfor involverer generelt først at omdanne det til orthophosphat og derefter overveje biologiske eller kemiske fjernelsesmetoder. Biologisk fosforfjernelse har begrænset effektivitet, generelt begrænset til fosfor i husspildevand, og når koncentrationen er for høj, skal den suppleres med kemisk fosforfjernelse. Kemisk fosforfjernelse er den bedste metode, men den er ikke egnet til brug i aktiverede slamprocesser, da fosforfjernende midler kan påvirke væksten af mikroorganismer negativt.
Kernen i omdannelsen af organisk fosfor til uorganisk fosfor (orthophosphat) er mineraliseringsprocessen, i det væsentlige nedbrydningen af organiske funktionelle grupper, hvor fosfor oxideres til PO₄³⁻. Denne proces har ikke en enkelt fast ligning; afhængigt af reaktionsbetingelserne falder det hovedsageligt ind i følgende tre typiske veje:
① Biologisk nedbrydning (mest almindelig): Katalyseret af fosfataser (såsom alkalisk fosfatase), C-O-P- eller C-P-bindingerne af organisk fosfor brydes. Tage fosfatmonoestere som et eksempel:
R-O-PO₃²⁻ + H₂O → R-OH + HPO₄²⁻ (eller PO₄³⁻)
Karakteristika: Normal temperatur og tryk, grøn og økonomisk. Kommunalt spildevand er hovedsageligt afhængig af denne metode, men reaktionshastigheden afhænger af mikrobiel aktivitet og temperatur.
② Kemisk oxidationsmetode (industriel dybdebehandling): Tilsætning af et stærkt oxidationsmiddel (såsom Fentons reagens·OH) for fuldstændigt at oxidere organofosfater. Tage organophosphat pesticider (såsom malathion) som et eksempel:
(C₁₀H₁₉O₆PS₂) + 21·OH → 10CO₂ + 14H₂O + SO₄²⁻ + H₂PO₄⁻
Karakteristika: Hurtig reaktion og grundig mineralisering. Velegnet til industrispildevand med dårlig biologisk nedbrydelighed, men driftsomkostningerne er relativt høje.
③ Høj-temperaturforbrænding (slam/fast affald): Opvarmning under ilt-rige forhold omdanner direkte organisk fosfor til stabil uorganisk fosfatrester, ofte fikseret i asken som metaphosphat eller pyrophosphat. Velegnet til høj-phosphorindhold-holdigt farligt affald.
Ved egentlig spildevandsrensning er langt størstedelen af omdannelsen af "organisk fosfor til uorganisk fosfor" afhængig af biologisk enzym-katalyseret hydrolyse. Reaktionen involverer altid H2O, og slutproduktet er næsten altid orthophosphat (PO₄3⁻ eller HPO₄²⁻), hvilket er en forudsætning for efterfølgende kemisk phosphorfjernelse (tilsætning af aluminium/jernsalte) for at udfælde og fjerne phosphor.
IV. Biologisk fosforfjernelse
Princip: Ved at udnytte egenskaberne ved polyphosphat-akkumulerende organismer (PAO'er), der frigiver fosfor i den anaerobe zone og overdrevent absorberer fosfor i den aerobe zone, fjernes fosfor til sidst ved at udlede fosforrigt-slam.
Almindelige processer: A²/O (anaerob-anoxisk-aerob) og dens varianter (såsom oxidationsgrøfter, SBR). Denne proces kan samtidigt fjerne nitrogen og fosfor, hvilket opnår en total fosforfjernelseshastighed på ca. 60 %.
Kerne: Omkostnings-effektiv og i stand til at behandle organofosfater (konvertere dem til orthophosphat før absorption), men mangler stabilitet, når spildevandskoncentrationerne er ekstremt stringente (f.eks.<0.5 mg/L).
V. Kemisk fosforfjernelse
Princip: Tilsætning af aluminiumsalte (f.eks. aluminiumsulfat) eller jernsalte (f.eks. jern(III)chlorid) reagerer med fosfationer og danner uopløselige bundfald (f.eks. AlPO₄, FePO4).
Optimal pH: Aluminiumsalte ca. 6-7, jernsalte ca. 5-5,5; omhyggelig kontrol er nødvendig.
Strategi: Sædvanligvis tilføjet som et dybt behandlingstrin efter den biologiske behandlingsbeholder eller tilføjet i forbindelse med den på bestemte tidspunkter for at sikre stabil vandkvalitetsoverholdelse.
Til høj-koncentration eller genstridigt industrielt organophosphatspildevand kræves avanceret oxidation (f.eks. Fenton-processen) til forbehandling i opstrømsenden; om nødvendigt skal metaphosphat omdannes til orthophosphat gennem avanceret oxidation for yderligere fjernelse.