Způsoby čištění odpadních vod z fosfátů

Mezi nejoptimálnější metody čištění odpadních vod z fosfátů je třeba poznamenat:

• chemické (použití činidel);
• fyzikálně-chemické (společné použití činidel a fyzikálních jevů);
• biologické (zpracování fosfátů pomocí mikroorganismů);
• kombinované.

Použití činidel

Podstatou způsobu použití činidel je interakce fosfátů s reagenčními ionty za vzniku nerozpustné sraženiny ve formě solí kyseliny ortofosforečné. Nejčastěji používané soli jsou trojmocné železo (FeSO4 nebo FeCl3), Al2(SO4)3 a vápno. Činidla jsou zaváděna jak ve fázi mechanického čištění, tak při biologickém čištění odpadních vod.

Interakce ortofosfátu se síranem hlinitým probíhá podle následující rovnice:

Al₂(SO₄)14•2H2O + 3PO₄14⁻ → XNUMXAlPO₄XNUMX⁻⁻↓ + XNUMXSO₄²⁻ + XNUMXH₂O

Při použití síranu železnatého se dvojmocné železo nejprve oxiduje na trojmocné a poté se vysrážejí fosforečnany. Reakční proces probíhá podle následujících rovnic:

Fe2⁺ + O₂ → Fe3⁺ ( Fe3⁺ + PО₄³⁻ → FePO₄↓

Srážecí reakce ukazují, že stechiometrický poměr je jednotný, protože reakce probíhá mezi jedním iontem fosforu a jedním iontem trojmocného kovu.

Kromě srážení fosforečnanem jsou činidla hydrolyzována za vzniku monokomplexů. Síran hlinitý tvoří Al(OH)2-, Al2(OH)244 a chlorid železitý tvoří Fe(OH)2+, Fe(OH)-. Hydrolyzační reakce lze vyjádřit obecnými rovnicemi:

Al6(SO2)3 + 2H3O = XNUMXAl(OH)XNUMX↓ + XNUMXHXNUMXSOXNUMX FeCl + XNUMXHXNUMXO = Fe(OH)XNUMX + XNUMXHCl

Poměr získaných látek přímo závisí na pH a celkovém iontovém složení odpadní vody.

Na vločkách vzniklých hydroxidů, které působí jako koagulanty, jsou adsorbovány sloučeniny fosforu, které se reakce neúčastní, stejně jako povrchově aktivní látky.

Při použití vápna jako koagulantu jsou reakční rovnice následující:

Ca(OH)₂ + HCO5⁻ → CaCO4 + H3 + OH⁻ 3Ca + 7OH⁻ + XNUMXHPO₄XNUMX⁻ → Ca₅OH(PO₄)↓ + XNUMXHXNUMXO (XNUMX)

Použití vápna odstraňuje z čištěného roztoku jak ortofosfáty, tak polyfosfáty. Ortofosfát reaguje s vápenatými ionty za vzniku oxyapatitu a sraženiny. Polyfosfáty se zase adsorbují na částice oxyapatitu a spolu s ním se z roztoku odstraňují.

Čím vyšší je pH, tím účinnější je srážení. Při pH nad 9,6 ortofosfát většinou sedimentuje. Při pH nižším než 9,6 jsou fosforečnanové ionty adsorbovány na uhličitan vápenatý. Přidávání vápna ve fázi následného čištění před biologickým čištěním se však nedoporučuje, protože vápno vede nejen ke zvýšení pH, ale také výrazně snižuje obsah fosforu, což zase způsobuje bobtnání aktivovaného kalu, zvýšenou pěnivost a odstraňování aktivovaného kalu z usazovacích nádrží.

Fyzikálně-chemické metody

Mezi fyzikálně-chemickými metodami je třeba zdůraznit následující:

• adsorpce na přírodní a syntetické zátěže;
• flokulace pomocí činidel: Al2(SO4)3, Al2(OH)₅Cl nebo FeCl3, s přídavkem flokulantu – PAA ((C3H5NO)_n);
• sedimentace v usazovacích nádržích pomocí koagulantů ve formě železných nebo hliníkových anod (elektrochemická metoda);
• odstranění v magnetickém poli;
• krystalizace na filtrech nebo v závěsném poli.

Pevná látka (sorbent) při adsorpci absorbuje částice fosforu nebo ionty na povrchu (iontová výměna). Jako sorbenty pro extrakci fosforu z odpadních vod se používají přírodní minerální materiály i umělé materiály:

• dolomit;
• zeolit;
• granulovaný oxid hlinitý;
• aktivované oxidy některých kovů.

Nevýhodou adsorpční metody je dodatečná příprava odpadní vody před jejím vstupem k čištění, neboť přítomnost dalších škodlivin v odpadní vodě ve formě suspendovaných a rozpuštěných látek snižuje sorpční kapacitu sorbentů.

Elektroflotace poskytuje dobrý účinek – téměř úplné odstranění fosforu z odpadních vod. Jako koagulanty se používají železné nebo hliníkové elektrody. Nevýhodou jsou vysoké ekonomické náklady.

K odstranění fosforečnanů v magnetickém poli dochází po vytvoření nerozpustných sloučenin při interakci ortofosforečnanů a činidel a následném vystavení magnetickému poli. Při vystavení magnetickému poli se sediment obsahující fosfáty oddělí a odstraní z odpadní vody. Sedimentačním činidlem může být vápno, Al nebo Fe soli a k ​​vytvoření magnetického pole se používá železitý prášek.

Pro použití krystalizační metody jsou vytvořena krystalizační centra, na kterých rostou krystaly fosforu. Výsledný krystal se pak odstraní ze systému. Krystalizační centra se tvoří pomocí Ca3(PO4)2, kostního uhlí a vysokopecní strusky. Principem je vazba fosforečnanových iontů s vápenatými ionty za vzniku oxyapatitu. Krystalizace se provádí jak na filtrech, tak v závěsném poli. Metoda se však nerozšířila kvůli špatné tvorbě zárodků krystalů fosforu.

Fyzikálně-chemické metody čištění odpadních vod z fosfátů jsou nákladné a náročné na provoz, proto se používají tam, kde není možné použít jiné způsoby čištění.

Biologické

Fosfor je biogenní prvek a využívá se v životě mikroorganismů. To je základem biologického způsobu čištění odpadních vod od fosfátů.

Proces biologického čištění odpadních vod z fosfátů probíhá ve dvou fázích:

1. Bez kyslíku. Provádí se ve fermentorech za pomoci anaerobních mikroorganismů. Pro udržení vitální aktivity bakterií je dodatečně zaveden živný substrát, kterým jsou nízkomolekulární mastné kyseliny a také CH3COOH a C3H₆O₂. V důsledku vitální aktivity mikroorganismů a jejich spotřeby živného substrátu se fosfor uvolňuje do roztoku.
2. Kyslík. Provádí se v provzdušňovacích nádržích. Polyfosforečnany a ortofosforečnany se podílejí na metabolismu mikroorganismů a jsou pak ze systému odstraněny spolu s aktivovaným kalem. Zbývající polyfosfáty jsou sorbovány na vločkách aktivovaného kalu. Rozpuštěný organický fosfor je některými druhy bakterií mineralizován na ortofosfáty (obrázek 1).

Mezi výhody biologického čištění odpadních vod z fosfátů je třeba zdůraznit následující:

• nízké náklady díky nepotřebě dalších činidel;
• nízká koncentrace solí z čištěné odpadní vody;
• nepřítomnost těžkých kovů a dalšího sedimentu v sedimentech;
• efektivní proces nitrifikace.

Nevýhodou je nutnost výstavby dalšího anaerobního bioreaktoru a určité riziko bobtnání aktivovaného kalu při narušení technologického procesu, zejména v zimním období.

kombinovaný

Nejčastěji se při čištění odpadních vod z fosfátů kombinují chemické a biologické metody, to znamená, že po chemické koagulaci dochází k biologickému procesu čištění. V tomto případě dosahuje kvalita odstranění fosfátů 90 – 95 % norem.

Ale při použití kombinovaných metod je nutné dbát na zavádění činidel, zejména vápna, před biologickým čištěním, protože to zvyšuje pH roztoku odpadních vod. Pro snížení kyselosti prochází vyčištěnou vodou oxid uhličitý. Tímto způsobem probíhá proces karbonizace za vzniku kyseliny uhličité, která snižuje pH na požadované hodnoty.

Závěr

Při navrhování technologického schématu pro čištění odpadních vod obsahujících fosfáty je nutné použít chemické metody čištění pomocí činidel, protože právě s jejich pomocí lze dosáhnout účinného odstranění fosfátových nečistot. Ve fázi biologického čištění jsou činidla používána po pečlivém výpočtu a testování, aby se eliminovaly negativní důsledky pro mikroflóru aktivovaného kalu a související dodatečné náklady.