I. Introduzione
Dopo aver cercato a lungo, non sapevo davvero di cosa scrivere. Ripensando ai miei articoli precedenti, mi sono reso conto di non aver trattato il fosforo, quindi questo è l'argomento di oggi. Il fosforo è un inquinante comune nelle acque reflue, suddiviso principalmente in due categorie: "fosforo organico e fosforo inorganico". Coloro che lavorano nel settore della protezione ambientale hanno abbastanza familiarità con questo indicatore. Il fosforo sembra semplice, ma può comunque essere complicato in alcune acque reflue.
II. Forme e caratteristiche del fosforo
Il fosforo esiste nelle acque reflue sotto forma di fosforo organico e inorganico. Il fosforo inorganico è ulteriormente suddiviso in ortofosfato e metafosfato. La rimozione finale del fosforo richiede la conversione in ortofosfato.
Ortofosfato (fosforo inorganico): come PO₄³⁻, HPO₄²⁻. La forma più comune, ha una buona solubilità e può essere utilizzata direttamente dagli organismi. Può essere rimosso direttamente attraverso metodi fisico-chimici.
Metafosfato (fosforo inorganico): come pirofosfato, tripolifosfato (da detergenti), che si idrolizza gradualmente in ortofosfato in acqua.
Fosforo organico: come pesticidi e fosfocreatina. La maggior parte si trova negli inquinanti organici e deve prima essere idrolizzata in ortofosfato prima di poter essere rimossa efficacemente.
III. Strategie di rimozione del fosforo
Il percorso di rimozione del fosforo generalmente comporta prima la sua conversione in ortofosfato, quindi la considerazione di metodi di rimozione biologici o chimici. La rimozione biologica del fosforo ha un’efficacia limitata, generalmente limitata al fosforo presente nelle acque reflue domestiche, e quando la concentrazione è troppo elevata, deve essere integrata con la rimozione chimica del fosforo. La rimozione chimica del fosforo è il metodo migliore, ma non è adatta all'uso nei processi a fanghi attivi, poiché gli agenti di rimozione del fosforo possono influenzare negativamente la crescita dei microrganismi.
Il fulcro della conversione del fosforo organico in fosforo inorganico (ortofosfato) è il processo di mineralizzazione, essenzialmente la rottura dei gruppi funzionali organici, con l'ossidazione del fosforo a PO₄³⁻. Questo processo non ha una singola equazione fissa; a seconda delle condizioni di reazione, rientra principalmente nei seguenti tre percorsi tipici:
① Biodegradazione (più comune): catalizzata dalle fosfatasi (come la fosfatasi alcalina), i legami C-O-P o C-P del fosforo organico vengono rotti. Prendendo come esempio i monoesteri fosfatici:
R-O-PO₃²⁻ + H₂O → R-OH + HPO₄²⁻ (o PO₄³⁻)
Caratteristiche: temperatura e pressione normali, ecologiche ed economiche. Le acque reflue municipali si basano principalmente su questo metodo, ma la velocità di reazione dipende dall'attività microbica e dalla temperatura.
② Metodo di ossidazione chimica (trattamento industriale profondo): aggiunta di un forte ossidante (come il reagente di Fenton·OH) per ossidare completamente gli organofosfati. Prendendo come esempio i pesticidi organofosfati (come il malathion):
(C₁₀H₁₉O₆PS₂) + 21·OH → 10CO₂ + 14H₂O + SO₄²⁻ + H₂PO₄⁻
Caratteristiche: reazione rapida e mineralizzazione completa. Adatto per acque reflue industriali con scarsa biodegradabilità, ma il costo operativo è relativamente elevato.
③ Incenerimento ad alta-temperatura (fanghi/rifiuti solidi): il riscaldamento in condizioni ricche di ossigeno-converte direttamente il fosforo organico in un residuo stabile di fosfato inorganico, spesso fissato nella cenere come metafosfato o pirofosfato. Adatto per rifiuti pericolosi contenenti-alta concentrazione di fosforo-.
Nell'effettivo trattamento delle acque reflue, la stragrande maggioranza della conversione del "fosforo organico in fosforo inorganico" si basa sull'idrolisi catalizzata da enzimi biologici-. La reazione coinvolge sempre H₂O e il prodotto finale è quasi sempre ortofosfato (PO₄³⁻ o HPO₄²⁻), che è un prerequisito per la successiva rimozione chimica del fosforo (aggiunta di sali di alluminio/ferro) per precipitare e rimuovere il fosforo.
IV. Rimozione biologica del fosforo
Principio: sfruttando le caratteristiche degli organismi che accumulano polifosfati-(PAO) che rilasciano fosforo nella zona anaerobica e assorbono eccessivamente fosforo nella zona aerobica, il fosforo viene infine rimosso scaricando i fanghi ricchi di fosforo.
Processi tradizionali: A²/O (anaerobico-anossico-aerobico) e le sue varianti (come i canali di ossidazione, SBR). Questo processo può rimuovere simultaneamente azoto e fosforo, raggiungendo un tasso di rimozione totale del fosforo di circa il 60%.
Nucleo: conveniente-e in grado di trattare gli organofosfati (convertendoli in ortofosfato prima dell'assorbimento), ma manca di stabilità quando le concentrazioni degli effluenti sono estremamente rigorose (ad es.<0.5 mg/L).
V. Rimozione chimica del fosforo
Principio: L'aggiunta di sali di alluminio (ad es. solfato di alluminio) o sali di ferro (ad es. cloruro ferrico) reagisce con gli ioni fosfato per formare precipitati insolubili (ad es. AlPO₄, FePO₄).
pH ottimale: Sali di alluminio circa 6-7, sali di ferro circa 5-5,5; è necessario un attento controllo.
Strategia: Solitamente aggiunto come fase di trattamento profondo dopo la vasca di trattamento biologico, o aggiunto insieme ad esso in momenti specifici per garantire una conformità stabile della qualità dell'acqua.
Per le acque reflue organofosfatiche industriali ad alta-concentrazione o recalcitranti, è necessaria l'ossidazione avanzata (ad esempio il processo Fenton) per il pretrattamento all'estremità a monte; se necessario, il metafosfato deve essere convertito in ortofosfato attraverso l'ossidazione avanzata per un'ulteriore rimozione.