I. Einleitung
Nach langer Suche wusste ich wirklich nicht, worüber ich schreiben sollte. Als ich auf meine vorherigen Artikel zurückblickte, wurde mir klar, dass ich Phosphor nicht behandelt hatte, also ist das das heutige Thema. Phosphor ist ein häufiger Schadstoff im Abwasser und wird hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt: „organischer Phosphor und anorganischer Phosphor“. Wer in der Umweltschutzbranche tätig ist, kennt diesen Indikator durchaus. Phosphor scheint einfach zu sein, kann aber in manchen Abwässern dennoch knifflig sein.
II. Formen und Eigenschaften von Phosphor
Phosphor liegt im Abwasser in Form von organischem und anorganischem Phosphor vor. Anorganischer Phosphor wird weiter in Orthophosphat und Metaphosphat unterteilt. Die endgültige Entfernung von Phosphor erfordert die Umwandlung in Orthophosphat.
Orthophosphat (anorganischer Phosphor): wie PO₄³⁻, HPO₄²⁻. Es ist die häufigste Form, hat eine gute Löslichkeit und kann von Organismen direkt verwertet werden. Es kann direkt durch physikalisch-chemische Methoden entfernt werden.
Metaphosphat (anorganischer Phosphor): wie Pyrophosphat, Tripolyphosphat (aus Reinigungsmitteln), das in Wasser allmählich zu Orthophosphat hydrolysiert.
Organischer Phosphor: wie Pestizide und Phosphokreatin. Die meisten sind in organischen Schadstoffen enthalten und müssen zunächst zu Orthophosphat hydrolysiert werden, bevor sie wirksam entfernt werden können.
III. Strategien zur Phosphorentfernung
Der Entfernungsweg für Phosphor besteht im Allgemeinen darin, ihn zunächst in Orthophosphat umzuwandeln und anschließend biologische oder chemische Entfernungsmethoden in Betracht zu ziehen. Die biologische Phosphorentfernung ist nur begrenzt wirksam und beschränkt sich im Allgemeinen auf Phosphor im häuslichen Abwasser. Wenn die Konzentration zu hoch ist, muss sie durch eine chemische Phosphorentfernung ergänzt werden. Die chemische Phosphorentfernung ist die beste Methode, eignet sich jedoch nicht für den Einsatz in Belebtschlammverfahren, da Phosphorentfernungsmittel das Wachstum von Mikroorganismen beeinträchtigen können.
Der Kern der Umwandlung von organischem Phosphor in anorganischen Phosphor (Orthophosphat) ist der Mineralisierungsprozess, im Wesentlichen das Aufbrechen organischer funktioneller Gruppen, wobei Phosphor zu PO₄³⁻ oxidiert wird. Dieser Prozess hat keine einzige feste Gleichung; Abhängig von den Reaktionsbedingungen verläuft es hauptsächlich in den folgenden drei typischen Reaktionswegen:
① Biologischer Abbau (am häufigsten): Katalysiert durch Phosphatasen (z. B. alkalische Phosphatase) werden die C-O-P- oder C-P-Bindungen des organischen Phosphors aufgebrochen. Am Beispiel der Phosphatmonoester:
R-O-PO₃²⁻ + H₂O → R-OH + HPO₄²⁻ (oder PO₄³⁻)
Eigenschaften: Normale Temperatur und normaler Druck, umweltfreundlich und wirtschaftlich. Kommunales Abwasser beruht hauptsächlich auf dieser Methode, die Reaktionsgeschwindigkeit hängt jedoch von der mikrobiellen Aktivität und der Temperatur ab.
② Chemische Oxidationsmethode (industrielle Tiefenbehandlung): Zugabe eines starken Oxidationsmittels (wie Fentons Reagenz · OH), um Organophosphate vollständig zu oxidieren. Am Beispiel von Organophosphat-Pestiziden (wie Malathion):
(C₁₀H₁₉O₆PS₂) + 21·OH → 10CO₂ + 14H₂O + SO₄²⁻ + H₂PO₄⁻
Eigenschaften: Schnelle Reaktion und gründliche Mineralisierung. Geeignet für Industrieabwässer mit schlechter biologischer Abbaubarkeit, aber die Betriebskosten sind relativ hoch.
③ Hochtemperaturverbrennung (Schlamm/fester Abfall): Durch Erhitzen unter sauerstoffreichen Bedingungen wird organischer Phosphor direkt in stabile anorganische Phosphatrückstände umgewandelt, die häufig als Metaphosphat oder Pyrophosphat in der Asche fixiert werden. Geeignet für gefährliche Abfälle mit hoher -Phosphorkonzentration-.
Bei der tatsächlichen Abwasserbehandlung beruht der überwiegende Teil der Umwandlung von „organischem Phosphor in anorganischen Phosphor“ auf der durch biologische Enzyme-katalysierten Hydrolyse. An der Reaktion ist immer H₂O beteiligt, und das Endprodukt ist fast immer Orthophosphat (PO₄³⁻ oder HPO₄²⁻), das eine Voraussetzung für die anschließende chemische Phosphorentfernung (Zugabe von Aluminium-/Eisensalzen) zur Ausfällung und Entfernung von Phosphor ist.
IV. Biologische Phosphorentfernung
Prinzip: Unter Ausnutzung der Eigenschaften polyphosphatakkumulierender Organismen (PAOs), die in der anaeroben Zone Phosphor freisetzen und in der aeroben Zone übermäßig Phosphor absorbieren, wird Phosphor schließlich durch die Ausleitung von phosphorreichem Schlamm entfernt.
Mainstream-Prozesse: A²/O (anaerob-anoxisch-aerob) und seine Varianten (z. B. Oxidationsgräben, SBR). Dieser Prozess kann gleichzeitig Stickstoff und Phosphor entfernen, wodurch eine Gesamtentfernungsrate von Phosphor von etwa 60 % erreicht wird.
Kern: Kosten-kostengünstig und in der Lage, Organophosphate zu behandeln (sie vor der Absorption in Orthophosphat umzuwandeln), aber es mangelt an Stabilität, wenn die Abwasserkonzentrationen extrem streng sind (z. B.<0.5 mg/L).
V. Chemische Phosphorentfernung
Prinzip: Durch die Zugabe von Aluminiumsalzen (z. B. Aluminiumsulfat) oder Eisensalzen (z. B. Eisenchlorid) werden mit Phosphationen unlösliche Niederschläge (z. B. AlPO₄, FePO₄) gebildet.
Optimaler pH-Wert: Aluminiumsalze etwa 6–7, Eisensalze etwa 5–5,5; Eine sorgfältige Kontrolle ist erforderlich.
Strategie: In der Regel als Tiefenbehandlungsschritt nach dem biologischen Aufbereitungsbecken oder in Verbindung mit diesem zu bestimmten Zeiten hinzugefügt, um eine stabile Einhaltung der Wasserqualität sicherzustellen.
Für hochkonzentrierte oder widerspenstige industrielle Organophosphatabwässer ist eine fortgeschrittene Oxidation (z. B. das Fenton-Verfahren) zur Vorbehandlung am stromaufwärts gelegenen Ende erforderlich; Bei Bedarf muss Metaphosphat zur weiteren Entfernung durch fortgeschrittene Oxidation in Orthophosphat umgewandelt werden.
