Powszechne sole zawierające fosfor w roztworach wodnych oraz metody ich usuwania i odzysku
Fosfor w wodzie występuje głównie w postaci rozpuszczonych fosforanów, cząstek zawierających fosfor lub minerałów fosforanowych. Rozpuszczalność związku zawierającego fosfor zależy od przeciwjonu i fazy stałej; pH, temperatura, siła jonowa i inne rozpuszczone jony mogą wpływać na ilość substancji pozostającej w roztworze.
Poniższe opisy rozpuszczalności mają charakter jakościowy i nie stanowią wartości projektowych. Sole określone jako „rozpuszczalne” dysocjują na jony; fosforany o małej rozpuszczalności mogą wytrącać się lub występować jako minerały. Rozpuszczalność fosforanów wapnia zależy od pH i fazy mineralnej. Stężone solanki wymagają modelowania opartego na aktywnościach lub przeprowadzenia badań.
Powszechne sole i związki zawierające fosfor w układach wodnych
| Związek | Wzór | Ogólna charakterystyka rozpuszczalności w wodzie | Typowe zastosowania i branże | Typowe strumienie wodne, w których występuje |
|---|---|---|---|---|
| Fosforan monosodowy | NaH2PO4 | Rozpuszczalny; roztwór ma na ogół odczyn kwaśny. Stopień uwodnienia i temperatura wpływają na wartości podawane w tabelach. | Przetwórstwo spożywcze i chemiczne; regulacja pH i dozowanie fosforanów. | Roztwory produktów, wody popłuczne i ścieki powstające tam, gdzie stosuje się tę sól. |
| Fosforan disodowy | Na2HPO4 | Rozpuszczalny; formy występowania w roztworze zależą od pH. | Produkcja żywności, detergentów i chemikaliów; buforowanie. | Wody z przygotowywania mieszanin, czyszczenia i procesów technologicznych. |
| Fosforan trisodowy | Na3PO4 | Rozpuszczalny; silnie zasadowe roztwory mogą zmieniać formy występowania fosforanów i przebieg ich wytrącania. | Czyszczenie, obróbka powierzchni i przetwórstwo chemiczne. | Zużyte kąpiele czyszczące, wody płuczące i ścieki zawierające fosforany. |
| Fosforany potasu | KH2PO4, K2HPO4, K3PO4 | Na ogół rozpuszczalne w wodzie; pH i rodzaj soli określają formy występowania. | Nawozy, przetwórstwo spożywcze, bufory i chemikalia specjalistyczne. | Spływy z terenów nawożonych, roztwory do dozowania oraz wody procesowe lub popłuczne. |
| Fosforany amonu | NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 | Na ogół rozpuszczalne w wodzie; formy występowania amoniaku i jonów amonowych oraz fosforanów zależą od pH i temperatury. | Nawozy, środki gaśnicze i dozowanie składników odżywczych. | Spływy z terenów rolniczych, wody z produkcji nawozów i ścieki bogate w składniki odżywcze. |
| Polifosforany sodu | np. (NaPO3)n | Wiele dostępnych w handlu postaci rozpuszcza się w wodzie; długość łańcucha i hydroliza wpływają na ich zachowanie. | Kondycjonowanie wody, detergenty i preparaty dyspergujące. | Wody chłodnicze, z czyszczenia i procesowe; mogą przekształcać się w ortofosforany. |
| Wodorofosforan wapnia | CaHPO4 (różne hydraty) | Słabo rozpuszczalny; rozpuszczanie silnie zależy od pH i postaci mineralnej. | Nawozy, pasze dla zwierząt i przerób minerałów fosforanowych. | Zawiesiny, wody z przeróbki minerałów i pozostałości po procesach usuwania fosforanów. |
| Fosforan triwapniowy / apatyt | Ca3(PO4)2; fazy apatytu są zróżnicowane | Mała rozpuszczalność w warunkach zbliżonych do obojętnych; warunki kwaśne mogą zwiększać rozpuszczanie. Istotna jest konkretna faza. | Skały fosforytowe, produkcja nawozów i usuwanie fosforu metodami wapiennymi. | Wody kopalniane, strumienie z przeróbki minerałów i osady z oczyszczania chemicznego. |
| Struwit (fosforan magnezowo-amonowy) | MgNH4PO4·6H2O | Słabo rozpuszczalny; może krystalizować, gdy stężenia magnezu, jonów amonowych i fosforanów sprzyjają przesyceniu. | Odzysk składników nawozowych i gospodarowanie składnikami odżywczymi. | Ciecze pofermentacyjne i ścieki bogate w składniki odżywcze, zależnie od składu chemicznego i warunków procesu. |
| Fosforany żelaza i glinu | FePO4, AlPO4 (fazy stałe są zróżnicowane) | Często tworzą osady o małej rozpuszczalności; powstające fazy stałe mogą być amorficzne lub powstawać w wyniku współstrącania. Znaczenie ma pH. | Koagulacja i chemiczne usuwanie fosforu; przeróbka minerałów. | Ścieki po dozowaniu soli żelaza lub glinu, osady z oczyszczania oraz wody kopalniane i procesowe. |
Możliwości usuwania i odzysku fosforanów
Metodę oczyszczania należy dobrać na podstawie oznaczonej frakcji fosforu, zamierzonego wyniku, składu chemicznego wody oraz tego, czy celem jest usuwanie, odzysk czy oba te działania. Poniższe możliwości wymagają oceny dla konkretnego przypadku.
| Problem lub cel | Możliwa metoda oczyszczania | Czynniki istotne przy wyborze |
|---|---|---|
| Usuwanie rozpuszczonego ortofosforanu ze ścieków komunalnych lub przemysłowych | Dozowanie soli żelaza lub glinu albo strącanie wapnem, a następnie klarowanie lub filtracja | pH, zasadowość, dawka, reakcje konkurencyjne, oddzielanie faz stałych, objętość osadów i ich unieszkodliwianie. |
| Osiągnięcie docelowego stężenia fosforu ogólnego tam, gdzie odpowiednie jest oczyszczanie biologiczne | Wzmożone biologiczne usuwanie fosforu, w razie potrzeby często uzupełniane chemicznym doczyszczaniem | Stabilność procesu biologicznego, łatwo biodegradowalny węgiel, bilans składników odżywczych, zatrzymywanie osadów i docelowe parametry ścieków oczyszczonych. |
| Odzysk fosforu ze strumieni bocznych bogatych w składniki odżywcze | Kontrolowana krystalizacja, w tym struwitu, jeśli pozwala na to skład chemiczny dopływu | Magnez, jon amonowy, fosforan, pH, konkurencyjne fazy stałe, jakość produktu i dalsze postępowanie z nim. |
| Doczyszczanie przy niskim stężeniu pozostałego fosforanu lub oczyszczanie wody o określonym składzie | Materiały adsorpcyjne, odpowiednio dobrana wymiana jonowa lub separacja membranowa | Pojemność i selektywność, jony konkurencyjne, wstępne oczyszczanie, zanieczyszczanie, postępowanie z koncentratem i zużytymi materiałami. |
Membrany mogą zatrzymywać fosforan w odpowiednich warunkach, ale wynik zależy od form fosforanów, właściwości membrany i składu chemicznego dopływu. Koncentrat z procesu membranowego może stać się przesycony względem faz fosforanów wapnia, magnezu, żelaza lub glinu. Dlatego przy wysokich stopniach odzysku istotne mogą być badania w skali laboratoryjnej i ocena ryzyka powstawania osadów mineralnych.
Powiązane informacje: rozpuszczony fosforan oraz fosfor w wodzie.
Porozmawiajmy o wyzwaniu związanym z oczyszczaniem wody z fosforanów
Przekaż firmie Lenntech cel oczyszczania i odpowiednie wyniki analizy wody, aby omówić możliwe metody strącania, usuwania biologicznego, krystalizacji lub doczyszczania.
Porozmawiajmy o problemie związanym z uzdatnianiem wody
Skontaktuj się z Lenntech pod adresem info@lenntech.com.
Ostatni przegląd: — Lenntech.
Źródła i dalsza lektura
- USGS: Chemia składników odżywczych w wodach naturalnych
- USGS: Składniki odżywcze w wodach powierzchniowych
- US EPA: Podręcznik projektowania systemów kontroli składników odżywczych — usuwanie fosforu
- NIST: Rozpuszczalność fosforanów wapnia i jej zależność od pH
- USDA: Postępowanie z fosforanami i ich przetwarzanie