Очищення стічних вод від фосфатів

Серед найбільш оптимальних методів очищення стічних вод від фосфатів слід зазначити:

• хімічний (використання реагентів);
• фізико-хімічний (спільне використання реагентів та фізичних явищ);
• біологічний (переробка фосфатів за допомогою мікроорганізмів);
• комбіновані.

Використання реагентів

Сутність методу застосування реагентів полягає у взаємодії фосфатів з іонами реагентів з утворенням нерозчинного осаду у вигляді солей ортофосфорної кислоти. Найчастіше використовуються солі тривалентного заліза (FeSO₄ або FeCl₃), Al₂(SO₄)₃, вапно. Реагенти вводять як на стадії механічної очистки, так і при біологічному очищенні стоків.

Взаємодія ортофосфату із сірчанокислим алюмінієм відбувається за наступним рівнянням:

При використанні залізного купоросу двовалентне залізо попередньо окислюється до тривалентного, потім відбувається осадження фосфатів. Процес реакції йде за такими рівняннями:

Реакції осадження показують, що стехіометричне співвідношення одно одиниці, оскільки взаємодія відбувається між одним іоном фосфору і одним іоном тривалентного металу.

Крім осадження фосфату реагенти гідролізуються з утворенням монокомплексів. Сірчанокислий алюміній утворює Al(OH)₂⁻, Al₂(OH)₂⁴⁺, а хлорид заліза - Fe(OH)²⁺, Fe(OH)⁻. Реакції гідролізу можна виразити загальними рівняннями:

Співвідношення одержаних речовин безпосередньо залежить від рН та загального іонного складу стічних вод.

З'єднання фосфору, що не беруть участі в реакції, а також СПАР, адсорбуються на пластівцях утворених гідроксидів, які виступають як коагулянти.

При використанні вапна як коагулянта рівняння реакції наступні:

Застосування вапна виводить з розчину, що очищається, як ортофосфати, так і поліфосфати. Ортофосфат взаємодіє з іонами кальцію з утворенням оксиапатиту та осаджується. Поліфосфати, своєю чергою, адсорбуються на частках оксиапатиту і разом із видаляються з розчину.

Осадження йде тим ефективніше, що вище рН. При рН вище 9,6 ортофосфат здебільшого седиментує. При рН менше 96 фосфат-іони адсорбуються на карбонаті кальцію. Але додавання вапна на стадії доочищення перед біологічним не рекомендується, так як вапно не тільки призводить до підвищення рН, але і значно знижує вміст фосфору, що, у свою чергу, викликає набряки активного мулу, підвищене піноутворення і винесення активного мулу з відстійників.

Фізико-хімічні методи

Серед фізико-хімічних методів слід виділити:

• адсорбція на природних та синтетичних завантаженнях;
• флокуляція із застосуванням реагентів: Al₂(SO₄)₃, Al₂(OH)₅Cl або FeCl₃, з внесенням флокулянту – ПАА ((C₃H₅NO)_n);
• осадження у відстійниках із застосуванням коагулянтів у вигляді залізних або алюмінієвих анодів (електрохімічний метод);
• видалення магнітному полі;
• кристалізація на фільтрах або у зваженому полі.

При адсорбції тверда речовина (сорбент) поглинає поверхні частинки або іони фосфору (іонний обмін). Як сорбенти для вилучення фосфору зі стічних вод використовуються як природні мінеральні матеріали, так і штучні:

• доломіт;
• цеоліт;
• гранульований окис алюмінію;
• активовані оксиди деяких металів

Недоліком методу адсорбції є додаткова підготовка стічних вод перед надходженням на очищення, оскільки наявність у стоках інших забруднювачів у вигляді завислих та розчинених речовин знижує сорбційну здатність сорбентів.

Хороший ефект дає електрофлотація – майже повне видалення фосфору зі стоків. Як коагулянти використовують залізні або алюмінієві електроди. Недоліком є ​​високі економічні витрати.

Видалення фосфатів у магнітному полі відбувається після утворення нерозчинних сполук при взаємодії ортофосфатів та реагентів та подальшого впливу на них магнітного поля. При дії магнітного поля осад, що містить фосфати, відокремлюється та видаляється зі стоків. Седиментаційним реагентом може бути вапно, солі Al чи Fe, а створення магнітного поля використовується порошок трехвалентного заліза.

Для використання методу кристалізації створюють центри кристалізації, у яких ростуть кристали фосфору. Кристал, що утворився, потім виводиться з системи. Центри кристалізації утворюються за допомогою Ca₃(PO₄)₂, кістяного вугілля, доменного шлаку. Принцип полягає у зв'язуванні фосфат-іонів з іонами кальцію з утворенням оксиапатиту. Кристалізація здійснюється як на фільтрах, так у зваженому полі. Метод, однак, не набув великого поширення через слабке утворення зародків кристалів фосфору.

Фізико-хімічні методи очищення стічних вод від фосфатів високовитратні та складні в експлуатації, тому застосовуються за неможливості застосування інших методів очищення.

Біологічні

Фосфор є біогенним елементом і використовується у життєдіяльності мікроорганізмів.На цьому ґрунтується біологічний метод очищення стоків від фосфатів.

Процес біологічної очистки стічних вод від фосфатів проходить у два етапи:

1. Безкисневий. Здійснюється у метантенках за допомогою анаеробних мікроорганізмів. Для підтримки процесу життєдіяльності бактерій додатково вводять поживний субстрат, як якого виступають низькомолекулярні жирні кислоти, а також CH₃COOH і C₃H₆O₂. Внаслідок життєдіяльності мікроорганізмів та споживання ними поживного субстрату фосфор вивільняється у розчин.
2. Кисневий. Здійснюється в аеротенках. Поліфосфати та ортофосфати беруть участь у метаболізмі мікроорганізмів і потім виводяться із системи разом з активним мулом. Поліфосфати, що залишилися, при цьому сорбуються на пластівцях активного мулу. Розчинений органічний фосфор мінералізується до ортофосфатів певними видами бактерій (рис. 1).

Серед переваг біологічної очистки стічних вод від фосфатів слід виділити:

• низькі витрати завдяки відсутності необхідності у додаткових реагентах;
• низька концентрація солей з очищених стоків;
• відсутність в осадах важких металів та додаткового осаду;
• ефективний процес нітрифікації.

Недоліками є необхідність спорудження додаткового анаеробного біореактора і деякий ризик спухання активного мулу при порушенні технологічного процесу, особливо в зимовий час.

Комбіновані

Найчастіше при очищенні стічних вод від фосфатів комбінують хімічні та біологічні методи, тобто після хімічної коагуляції відбувається процес біологічного очищення. І тут якість очищення від фосфатів сягає 90 - 95 % від нормативів.

Але при застосуванні комбінованих методів необхідно приділяти увагу на введення реагентів, особливо вапна, перед біологічним очищенням, так як це підвищує рН розчину стічних вод. Для зниження кислотності через воду, що очищається, пропускають вуглекислий газ. Таким чином, проводять процес карбонізації з утворенням вугільної кислоти, яка знижує рН до необхідних значень.

Висновок

При проектуванні технологічної схеми очищення стічних вод, що містять фосфат, необхідно використовувати хімічні методи очищення із застосуванням реагентів, так як саме з їх допомогою може бути досягнуто ефективне видалення фосфатних забруднень. На стадії біологічної очистки реагенти застосовують після ретельного розрахунку та проведення випробувань, щоб виключити негативні наслідки для мікробіоти активного мулу та пов'язані з цим додаткові витрати.

Фосфати у питній воді

Фосфати – це солі фосфорних кислот. Чим загрожує їхня присутність у воді, звідки вони туди потрапляють, як їх позбутися і чи потрібно це робити розповідаємо нижче.

Норми

У нашій країні ГДК фосфатів у питній воді обмежена лише на рівні 3,5 мг/л. В інших країнах таких норм немає.

У багатьох країнах вже кілька років фосфатні пральні порошки та засоби для посудомийних машин заборонені на продаж. Фосфати у складі побутової хімії перешкоджають випаданню накипу, але цього недостатньо, щоб визнати їх добрими помічниками — вони не такі вже й нешкідливі.

Користь та шкода фосфатів. Джерела надходження

Природні джерела:

Найважливіші з них – фосфорити та апатити. Але з родовищ до водойм потрапляє не так багато фосфатів, основну роль грає антропогенний фактор.

Синтетичні (антропогенні) джерела:

У Росії фосфати поки що входять до складу багатьох пральних порошків та інших миючих засобів. Розчиняючись у воді, вони попереджають утворення накипу, а це продовжує життя побутової техніки.

Але з жорсткістю води можна впоратися й іншими методами, найкращий із яких — спеціальні системи пом'якшення. Вони містяться іонообмінна смола, яка хитрим, але цілком нешкідливим способом обмінює власні іони натрію на іони кальцію і магнію — винуватців накипу.

Добрива

Фосфорні добрива підвищують урожайність. Однак їх надлишок може призвести до прямо протилежного ефекту: швидкого в'янення рослин, забруднення ґрунту та поверхневих вод. Водойми «зацвітають», розмножуються небезпечні бактерії, які можуть викликати отруєння та призводити до дефіциту кисню, загрожуючи водній флорі та фауні.

Харчова промисловість

Фосфати широко використовуються при переробці м'яса та риби. Входять до складу більшості продуктів харчування та харчових добавок (наприклад, Е339).

Способи визначення фосфатів у воді

Єдиний спосіб дізнатися, що у воді є фосфати — здати зразок у лабораторію. Найточніші результати дає метод зі складною назвою спектрофотометрія.

Фосфати не входять до стандартного набору аналізованих забруднювачів, але в нашому дослідному центрі можна замовити тестування води на їх наявність.

Які фосфати впливають на здоров'я людини?

Фосфор необхідний повноцінного синтезу ферментів. Він входить до складу нуклеїнових кислот, міститься в кістках та зубах людини. При надлишку чи нестачі фосфору відбуваються порушення у роботі життєво важливих систем організму.

При контакті зі шкірою під час купання та миття посуду фосфати можуть провокувати виникнення дерматитів та подразнень. Але для цього їх ГДК має бути сильно перевищено. Якщо випити пляшку засобу для миття посуду або тазику мильного розчину, проблем не уникнути:)

Спровокувати гостре отруєння фосфатами складно (але можна, якщо постаратися), проте немає нічого хорошого і в їхньому хронічному вступі. Вони накопичуються в організмі і згодом починають «підточувати» нирки та серцево-судинну систему.

Очищення питної води від фосфатів

Для побутового очищення води оптимальне рішення – це фільтр. Але не будь-який, а зворотноосмотичний.

RO-мембрани видаляють фосфати на 99%. І не тільки їх: фільтрація шляхом зворотного осмосу найкраще рішення для усунення будь-яких забруднювачів. Жодних найнебезпечніших «шкідників» — тільки чиста вода.

Зареєструйте ваш фільтр і ми нагадаємо, коли потрібно його замінити

Професійний монтаж та встановлення наших фільтрів