Atık Sudaki Fosforlu Kirleticilerin Formları ve Uygun Giderim Stratejileri

Uzun süre aradıktan sonra gerçekten ne yazacağımı bilemedim. Önceki yazılarıma baktığımda fosfor konusuna değinmediğimi fark ettim, o yüzden bugünün konusu bu. Fosfor, atık sularda yaygın olarak görülen bir kirleticidir ve temel olarak iki kategoriye ayrılır: "organik fosfor ve inorganik fosfor." Çevre koruma sektöründe çalışanlar bu göstergeye oldukça aşinadır. Fosfor basit gibi görünse de bazı atık sularda hala yanıltıcı olabilir.

Fosfor atık sularda organik ve inorganik fosfor formlarında bulunur. İnorganik fosfor ayrıca ortofosfat ve metafosfata ayrılır. Fosforun nihai uzaklaştırılması ortofosfata dönüşümü gerektirir.

Ortofosfat (inorganik fosfor): PO₄³⁻, HPO₄²⁻ gibi. En yaygın şekli, iyi bir çözünürlüğe sahiptir ve organizmalar tarafından doğrudan kullanılabilir. Doğrudan fizikokimyasal yöntemlerle uzaklaştırılabilir.

Metafosfat (inorganik fosfor): Suda yavaş yavaş ortofosfata hidrolize olan pirofosfat, tripolifosfat (deterjanlardan) gibi.

Organik fosfor: pestisitler ve fosfokreatin gibi. Çoğu organik kirleticilerde bulunur ve etkili bir şekilde uzaklaştırılmadan önce ilk önce ortofosfata hidrolize edilmeleri gerekir.

Fosforun giderim yolu genellikle önce ortofosfata dönüştürülmesini, ardından biyolojik veya kimyasal giderim yöntemlerinin dikkate alınmasını içerir. Biyolojik fosfor gidermenin etkinliği sınırlıdır, genellikle evsel atık sudaki fosforla sınırlıdır ve konsantrasyon çok yüksek olduğunda kimyasal fosfor giderimiyle desteklenmesi gerekir. Kimyasal fosfor giderimi en iyi yöntemdir ancak fosfor giderim maddeleri mikroorganizmaların gelişimini olumsuz yönde etkileyebileceğinden aktif çamur proseslerinde kullanıma uygun değildir.

Organik fosforun inorganik fosfora (ortofosfat) dönüşümünün özü, fosforun PO₄³⁻'ye oksitlenmesiyle esas olarak organik fonksiyonel grupların parçalanması olan mineralizasyon sürecidir. Bu sürecin tek bir sabit denklemi yoktur; reaksiyon koşullarına bağlı olarak esas olarak aşağıdaki üç tipik yola ayrılır:

① Biyolojik bozunma (en yaygın): Fosfatazlar (alkalin fosfataz gibi) tarafından katalize edilerek organik fosforun C-O-P veya C-P bağları kırılır. Örnek olarak fosfat monoesterlerini alırsak:

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

Özellikleri: Normal sıcaklık ve basınç, yeşil ve ekonomik. Belediye atık suyu esas olarak bu yönteme dayanır, ancak reaksiyon hızı mikrobiyal aktiviteye ve sıcaklığa bağlıdır.

② Kimyasal oksidasyon yöntemi (endüstriyel derin arıtma): Organofosfatları tamamen oksitlemek için güçlü bir oksidan (Fenton reaktifi·OH gibi) eklenmesi. Örnek olarak organofosfatlı pestisitleri (malathion gibi) ele alırsak:

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

Özellikleri: Hızlı reaksiyon ve tam mineralizasyon. Biyolojik olarak parçalanabilirliği zayıf olan endüstriyel atık sular için uygundur ancak işletme maliyeti nispeten yüksektir.

③ Yüksek-Sıcaklıkta Yakma (Çamur/Katı Atık): Oksijen- açısından zengin koşullar altında ısıtma, organik fosforu doğrudan, genellikle külde metafosfat veya pirofosfat olarak sabitlenen stabil inorganik fosfat kalıntısına dönüştürür. Yüksek-konsantrasyonlu fosfor-içeren tehlikeli atıklar için uygundur.

Gerçek atık su arıtmasında, "organik fosforun inorganik fosfora" dönüşümünün büyük çoğunluğu biyolojik enzim-katalizli hidrolize dayanır. Reaksiyon her zaman H₂O'yu içerir ve nihai ürün neredeyse her zaman ortofosfattır (PO₄³⁻ veya HPO₄²⁻), bu da fosforu çökeltmek ve çıkarmak için daha sonraki kimyasal fosfor gideriminin (alüminyum/demir tuzlarının eklenmesi) bir önkoşuldur.

Prensip: Anaerobik bölgede fosfor salgılayan ve aerobik bölgede fosforu aşırı derecede emen polifosfat-biriktiren organizmaların (PAO'lar) özelliklerinden yararlanılarak, fosfor, sonunda fosfor-zengin çamurun boşaltılmasıyla giderilir.

Ana Süreçler: A²/O (anaerobik-anoksik-aerobik) ve çeşitleri (oksidasyon hendekleri, SBR gibi). Bu işlem aynı anda nitrojeni ve fosforu giderebilir ve yaklaşık %60'lık bir toplam fosfor giderim oranı elde edilebilir.

Çekirdek: Maliyet-etkindir ve organofosfatları işleme kapasitesine sahiptir (absorbe edilmeden önce bunları ortofosfata dönüştürür), ancak atık su konsantrasyonları son derece katı olduğunda stabiliteden yoksundur (ör.<0.5 mg/L).

Prensip: Alüminyum tuzlarının (örneğin, alüminyum sülfat) veya demir tuzlarının (örneğin, ferrik klorür) eklenmesi, çözünmeyen çökeltiler (örneğin, AlPO₄, FePO₄) oluşturmak üzere fosfat iyonlarıyla reaksiyona girer.

Optimum pH: Alüminyum tuzları yaklaşık 6-7, demir tuzları yaklaşık 5-5,5; dikkatli kontrol gereklidir.

Strateji: Genellikle biyolojik arıtma tankından sonra derin arıtma adımı olarak eklenir veya istikrarlı su kalitesi uyumluluğunu sağlamak için belirli zamanlarda onunla birlikte eklenir.

Yüksek konsantrasyonlu veya dirençli endüstriyel organofosfatlı atık su için, yukarı akış ucunda ön arıtma için ileri oksidasyon (örneğin, Fenton işlemi) gereklidir; Gerekirse metafosfatın daha fazla uzaklaştırılması için ileri oksidasyon yoluyla ortofosfata dönüştürülmesi gerekir.