اشکال آلاینده های فسفر در فاضلاب و استراتژی های حذف مناسب

بعد از مدت ها جستجو، واقعاً نمی دانستم در مورد چه چیزی بنویسم. با نگاهی به مقاله‌های قبلی‌ام، متوجه شدم که فسفر را پوشش نداده‌ام، بنابراین این موضوع امروز است. فسفر یک آلاینده رایج در فاضلاب است که عمدتاً به دو دسته «فسفر آلی و فسفر معدنی» تقسیم می‌شود. کسانی که در صنعت حفاظت از محیط زیست کار می کنند با این شاخص کاملا آشنا هستند. فسفر ساده به نظر می رسد، اما همچنان می تواند در برخی از فاضلاب ها مشکل ساز باشد.

فسفر در فاضلاب به صورت فسفر آلی و غیر آلی وجود دارد. فسفر غیر آلی به دو دسته ارتو فسفات و متافسفات تقسیم می شود. حذف نهایی فسفر نیاز به تبدیل به ارتوفسفات دارد.

ارتوفسفات (فسفر غیر آلی): مانند PO43-, HPO42-. رایج ترین شکل آن، حلالیت خوبی دارد و می تواند مستقیماً توسط موجودات زنده مورد استفاده قرار گیرد. می توان آن را مستقیماً از طریق روش های فیزیکوشیمیایی حذف کرد.

متافسفات (فسفر معدنی): مانند پیروفسفات، تری پلی فسفات (از مواد شوینده) که به تدریج در آب به ارتوفسفات هیدرولیز می شود.

فسفر آلی: مانند آفت کش ها و فسفوکراتین. بیشتر آنها در آلاینده های آلی یافت می شوند و ابتدا باید قبل از حذف موثر آنها به ارتوفسفات هیدرولیز شوند.

مسیر حذف فسفر به طور کلی شامل ابتدا تبدیل آن به ارتوفسفات و سپس بررسی روش های حذف بیولوژیکی یا شیمیایی است. حذف بیولوژیکی فسفر کارایی محدودی دارد، به طور کلی به فسفر در فاضلاب خانگی محدود می‌شود، و زمانی که غلظت آن خیلی زیاد است، باید با حذف شیمیایی فسفر تکمیل شود. حذف شیمیایی فسفر بهترین روش است، اما برای استفاده در فرآیندهای لجن فعال مناسب نیست، زیرا عوامل حذف فسفر می توانند بر رشد میکروارگانیسم ها تأثیر منفی بگذارند.

هسته اصلی تبدیل فسفر آلی به فسفر معدنی (ارتوفسفات) فرآیند کانی سازی است، اساساً شکستن گروه های عاملی آلی، با اکسید شدن فسفر به PO43-. این فرآیند یک معادله ثابت ندارد. بسته به شرایط واکنش، عمدتاً در سه مسیر معمولی زیر قرار می گیرد:

① تجزیه زیستی (شایع ترین): با کاتالیز شدن توسط فسفاتازها (مانند آلکالین فسفاتاز)، پیوندهای C-O- یا C- فسفر آلی شکسته می شوند. در نظر گرفتن مونو استرهای فسفات به عنوان مثال:

R-O-PO3²2- + H2O → R-OH + HPO4²- (یا PO43-)

مشخصات: دما و فشار معمولی، سبز و اقتصادی. فاضلاب شهری عمدتاً به این روش متکی است، اما سرعت واکنش به فعالیت میکروبی و دما بستگی دارد.

② روش اکسیداسیون شیمیایی (تصفیه عمیق صنعتی): افزودن یک اکسیدان قوی (مانند معرف فنتون·OH) برای اکسید شدن کامل ارگانوفسفره ها. استفاده از آفت کش های ارگانوفسفره (مانند مالاتیون) به عنوان مثال:

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

مشخصات: واکنش سریع و کانی سازی کامل. مناسب برای فاضلاب صنعتی با تجزیه پذیری زیستی ضعیف، اما هزینه عملیاتی نسبتا بالا است.

③ سوزاندن در دمای بالا (لجن/ضایعات جامد): حرارت دادن در شرایط غنی از اکسیژن-به طور مستقیم فسفر آلی را به باقیمانده فسفات معدنی پایدار تبدیل می‌کند، که اغلب به عنوان متافسفات یا پیروفسفات در خاکستر ثابت می‌شود. مناسب برای-فسفر با غلظت بالا-حاوی زباله های خطرناک.

در تصفیه فاضلاب واقعی، اکثریت قریب به اتفاق تبدیل "فسفر آلی به فسفر معدنی" به هیدرولیز کاتالیز شده از آنزیم بیولوژیکی متکی است. واکنش همیشه شامل H2O است و محصول نهایی تقریباً همیشه ارتوفسفات (PO43- یا HPO42-) است که پیش نیازی برای حذف شیمیایی بعدی فسفر (افزودن نمک های آلومینیوم/آهن) برای رسوب و حذف فسفر است.

اصل: با استفاده از ویژگی‌های موجودات تجمع‌دهنده پلی‌فسفات (PAOs) که فسفر را در ناحیه بی‌هوازی آزاد می‌کنند و فسفر را بیش از حد در منطقه هوازی جذب می‌کنند، در نهایت با تخلیه فسفر{1}لجن غنی، فسفر حذف می‌شود.

فرآیندهای اصلی: A²/O (بی هوازی-بی هوازی-هوازی) و انواع آن (مانند خندق های اکسیداسیون، SBR). این فرآیند می تواند به طور همزمان نیتروژن و فسفر را حذف کند و به میزان کل حذف فسفر تقریباً 60 درصد دست یابد.

هسته: مقرون به صرفه-و قادر به تصفیه ارگانوفسفره (تبدیل آنها به ارتوفسفات قبل از جذب) است، اما زمانی که غلظت پساب بسیار شدید است، پایداری ندارد (مثلاً<0.5 mg/L).

اصل: افزودن نمک های آلومینیوم (مانند سولفات آلومینیوم) یا نمک های آهن (مثلاً کلرید آهن) با یون های فسفات واکنش داده و رسوبات نامحلول تشکیل می دهد (مانند AlPO4، FePO4).

pH مطلوب: نمک های آلومینیوم تقریباً 6-7، نمک های آهن تقریباً 5-5.5; کنترل دقیق لازم است.

استراتژی: معمولاً به عنوان یک مرحله تصفیه عمیق پس از مخزن تصفیه بیولوژیکی اضافه می شود، یا به همراه آن در زمان های خاص برای اطمینان از انطباق با کیفیت آب پایدار اضافه می شود.

برای فاضلاب آلی فسفره صنعتی با غلظت بالا یا مقاوم، اکسیداسیون پیشرفته (مثلاً فرآیند فنتون) برای پیش تصفیه در انتهای بالادست مورد نیاز است. در صورت لزوم، متافسفات باید از طریق اکسیداسیون پیشرفته برای حذف بیشتر به ارتوفسفات تبدیل شود.