รูปแบบของมลพิษฟอสฟอรัสในน้ำเสียและแนวทางการกำจัดที่เหมาะสม

หลังจากค้นหาอยู่นานฉันก็ไม่รู้จะเขียนถึงอะไรจริงๆ เมื่อมองย้อนกลับไปที่บทความก่อนหน้านี้ ฉันรู้ว่าฉันไม่ได้พูดถึงฟอสฟอรัส นั่นคือหัวข้อของวันนี้ ฟอสฟอรัสเป็นมลพิษทั่วไปในน้ำเสีย โดยส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองประเภท: "ฟอสฟอรัสอินทรีย์และฟอสฟอรัสอนินทรีย์" ผู้ที่ทำงานในอุตสาหกรรมการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมค่อนข้างคุ้นเคยกับตัวบ่งชี้นี้ ฟอสฟอรัสดูเหมือนง่าย แต่ก็ยังอาจเป็นเรื่องยุ่งยากในน้ำเสียบางชนิด

ฟอสฟอรัสมีอยู่ในน้ำเสียในรูปของฟอสฟอรัสอินทรีย์และอนินทรีย์ ฟอสฟอรัสอนินทรีย์ยังแบ่งออกเป็นออร์โธฟอสเฟตและเมตาฟอสเฟตเพิ่มเติม การกำจัดฟอสฟอรัสในขั้นสุดท้ายจำเป็นต้องเปลี่ยนเป็นออร์โธฟอสเฟต

ออร์โธฟอสเฟต (ฟอสฟอรัสอนินทรีย์): เช่น PO₄³⁻, HPO₄²⁻ รูปแบบที่พบบ่อยที่สุด มีความสามารถในการละลายได้ดี และสิ่งมีชีวิตสามารถนำไปใช้ได้โดยตรง สามารถกำจัดออกได้โดยตรงด้วยวิธีเคมีกายภาพ

เมตาฟอสเฟต (ฟอสฟอรัสอนินทรีย์): เช่น ไพโรฟอสเฟต, ไตรโพลีฟอสเฟต (จากผงซักฟอก) ซึ่งค่อยๆ ไฮโดรไลซ์เป็นออร์โธฟอสเฟตในน้ำ

ฟอสฟอรัสอินทรีย์: เช่นยาฆ่าแมลงและฟอสโฟครีเอทีน ส่วนใหญ่พบในมลพิษอินทรีย์ และต้องถูกไฮโดรไลซ์เป็นออร์โธฟอสเฟตก่อนจึงจะสามารถกำจัดออกได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เส้นทางการกำจัดฟอสฟอรัสโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนฟอสฟอรัสเป็นออร์โธฟอสเฟตก่อน จากนั้นจึงพิจารณาวิธีการกำจัดทางชีวภาพหรือทางเคมี การกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพนั้นมีประสิทธิผลจำกัด โดยทั่วไปจำกัดอยู่ที่ฟอสฟอรัสในน้ำเสียในครัวเรือน และเมื่อความเข้มข้นสูงเกินไป จะต้องเสริมด้วยการกำจัดฟอสฟอรัสด้วยสารเคมี การกำจัดฟอสฟอรัสด้วยสารเคมีเป็นวิธีที่ดีที่สุด แต่ไม่เหมาะสำหรับใช้ในกระบวนการตะกอนเร่ง เนื่องจากสารกำจัดฟอสฟอรัสอาจส่งผลเสียต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์

แกนหลักของการเปลี่ยนฟอสฟอรัสอินทรีย์เป็นฟอสฟอรัสอนินทรีย์ (ออร์โธฟอสเฟต) คือกระบวนการทำให้เป็นแร่ โดยพื้นฐานแล้วคือการแตกหมู่ฟังก์ชันอินทรีย์ โดยฟอสฟอรัสจะถูกออกซิไดซ์เป็น PO₄³⁻ กระบวนการนี้ไม่มีสมการคงที่ตัวเดียว ขึ้นอยู่กับสภาวะของปฏิกิริยา ส่วนใหญ่แล้วจะตกอยู่ในวิถีทั่วไปสามวิถีต่อไปนี้:

1 การย่อยสลายทางชีวภาพ (ที่พบบ่อยที่สุด): เร่งปฏิกิริยาด้วยฟอสฟาเตส (เช่น อัลคาไลน์ฟอสฟาเตส) พันธะ C-O-P หรือ C-P ของฟอสฟอรัสอินทรีย์จะถูกทำลาย ยกตัวอย่างโมโนเอสเทอร์ฟอสเฟต:

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

ลักษณะ: อุณหภูมิและความดันปกติ สีเขียว และประหยัด น้ำเสียชุมชนอาศัยวิธีนี้เป็นหลัก แต่อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับกิจกรรมและอุณหภูมิของจุลินทรีย์

2 วิธีการออกซิเดชันทางเคมี (การบำบัดเชิงลึกทางอุตสาหกรรม): การเติมสารออกซิไดซ์ที่แรง (เช่น รีเอเจนต์ของเฟนตัน·OH) เพื่อออกซิไดซ์ออร์กาโนฟอสเฟตโดยสมบูรณ์ ยกตัวอย่างยาฆ่าแมลงกลุ่มออร์กาโนฟอสเฟต (เช่น มาลาไธออน)

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

ลักษณะเฉพาะ: ปฏิกิริยาที่รวดเร็วและการทำให้เป็นแร่อย่างละเอียด เหมาะสำหรับน้ำเสียอุตสาหกรรมที่มีความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพต่ำ แต่มีต้นทุนการดำเนินงานค่อนข้างสูง

3 การเผาที่อุณหภูมิสูง- (กากตะกอน/ขยะ): การทำความร้อนภายใต้สภาวะที่มีออกซิเจน- จะแปลงฟอสฟอรัสอินทรีย์เป็นสารตกค้างฟอสเฟตอนินทรีย์ที่เสถียร ซึ่งมักตรึงอยู่ในเถ้าเป็นเมตาฟอสเฟตหรือไพโรฟอสเฟต เหมาะสำหรับ-ฟอสฟอรัสที่มีความเข้มข้นสูง-ที่มีของเสียอันตราย

ในการบำบัดน้ำเสียจริง การแปลง "ฟอสฟอรัสอินทรีย์เป็นฟอสฟอรัสอนินทรีย์" ส่วนใหญ่อาศัยเอนไซม์ชีวภาพ{0}}ที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส ปฏิกิริยาจะเกี่ยวข้องกับ H₂O เสมอ และผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือออร์โธฟอสเฟตเกือบทุกครั้ง (PO₄³⁻ หรือ HPO₄²⁻) ซึ่งเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการกำจัดฟอสฟอรัสทางเคมีในภายหลัง (การเติมเกลืออะลูมิเนียม/เหล็ก) เพื่อตกตะกอนและกำจัดฟอสฟอรัส

หลักการ: การใช้คุณสมบัติของโพลีฟอสเฟต-สิ่งมีชีวิตที่สะสม (PAO) จะปล่อยฟอสฟอรัสในโซนไร้ออกซิเจนและดูดซับฟอสฟอรัสมากเกินไปในโซนแอโรบิก ในที่สุดฟอสฟอรัสก็จะถูกกำจัดออกไปโดยการปล่อยฟอสฟอรัส-ตะกอนที่มีความเข้มข้นสูง

กระบวนการกระแสหลัก: A²/O (แบบไม่ใช้ออกซิเจน-แบบไร้ออกซิเจน-แบบแอโรบิก) และตัวแปรต่างๆ (เช่น ช่องออกซิเดชัน, SBR) กระบวนการนี้สามารถกำจัดไนโตรเจนและฟอสฟอรัสไปพร้อมๆ กัน ทำให้มีอัตราการกำจัดฟอสฟอรัสรวมประมาณ 60%

แกนหลัก: ต้นทุน-มีประสิทธิภาพและสามารถบำบัดออร์กาโนฟอสเฟตได้ (เปลี่ยนให้เป็นออร์โธฟอสเฟตก่อนการดูดซึม) แต่ขาดความเสถียรเมื่อความเข้มข้นของน้ำทิ้งเข้มงวดมาก (เช่น<0.5 mg/L).

หลักการ: การเติมเกลืออะลูมิเนียม (เช่น อะลูมิเนียมซัลเฟต) หรือเกลือของเหล็ก (เช่น เฟอร์ริกคลอไรด์) จะทำปฏิกิริยากับไอออนฟอสเฟตเพื่อสร้างตะกอนที่ไม่ละลายน้ำ (เช่น AlPO₄, FePO₄)

pH ที่เหมาะสม: เกลืออลูมิเนียมประมาณ 6-7, เกลือของเหล็กประมาณ 5-5.5; จำเป็นต้องมีการควบคุมอย่างระมัดระวัง

กลยุทธ์: โดยปกติแล้วจะเติมเป็นขั้นตอนการบำบัดแบบลึกหลังถังบำบัดทางชีวภาพ หรือเพิ่มร่วมกับขั้นตอนดังกล่าวในเวลาที่กำหนดเพื่อให้แน่ใจว่าคุณภาพน้ำเป็นไปตามข้อกำหนดที่มั่นคง

สำหรับน้ำเสียออร์กาโนฟอสเฟตอุตสาหกรรมที่มีความเข้มข้นสูงหรือดื้อรั้น จำเป็นต้องมีออกซิเดชันขั้นสูง (เช่น กระบวนการเฟนตัน) สำหรับการบำบัดล่วงหน้าที่ปลายน้ำ หากจำเป็น เมตาฟอสเฟตจะต้องถูกแปลงเป็นออร์โธฟอสเฟตผ่านออกซิเดชันขั้นสูงเพื่อการกำจัดต่อไป