Очистка от фосфорных соединений

Соединения фосфора попадают в сточные воды при производстве суперфосфата, экстракционной фосфорной кислоты, термической фос- форной кислоты, фосфора и др. Основным источником фосфора в про- изводственных сточных водах являются синтетические ПАВ. В сточ- ных водах фосфор встречается в виде ортофосфатов, полифосфатов и фторсодержащих органических соединений. ПДКв для соединений фосфора колеблется в очень широких пределах, для фосфорорганиче- ских соединений (инсектицидов) она составляет от 0,001-0,4 мг/л.

Часто в сточных водах химических прозводств одновременно присутствуют соединения азота и фосфора. Являясь биогенными эле- ментами, в случае превышения предельно допустимых концентраций, они могут вызвать эвтрофикацию (бурное развитие водорослей) водо- емов или биологическое обрастание в системах оборотного водоснаб- жения.

Стоимость очистки от соединений азота значительно выше, чем от соединений фосфора. Поэтому при сбросе воды в водоем целесооб- разно удалять из нее соединения фосфора, вследствие чего нарушается естественный баланс между углеродом, азотом и фосфором, что пре- дотвращает эвтрофикацию. При концентрации фосфора в воде водоема менее 0,001 мг/л эвтрофикация не наблюдается.

Для извлечения из воды фосфора могут быть использованы меха- нические, физико-химические, химические и биологические методы, а также их комбинации. Методом механической очистки можно удалить фосфор, находящийся в воде в виде суспендированных частиц. Фос- форсодержащие частицы шлама отделяются от сточной воды в отстой- никах различных конструкций, а также гидроциклонах. Наибольшее распространение получил реагентный метод очистки от ортофосфатов путем выделения их в виде нерастворимых солей кальция, железа, алюминия, например:

3-

Al 3 + PO 4

® AlPО 4.

На практике требуются дозы реагентов, превышающие стехио- метрические.

В зависимости от требуемой степени очистки сточных вод от ор- тофосфатов на разных ступенях могут быть приняты различные дозы Al2(SO4)3. Для осаждения фосфора можно также использовать соли двух- и трехвалентного железа, необходимая доза которых превышает стехиометрическую в 1,3-1,5 раза. В качестве реагентов можно приме- нять отработанные травильные растворы, при этом необходимо добав- лять известь или едкий натр для создания оптимального значения рН среды.

Для разных по составу сточных вод необходимо проводить проб- ную коагуляцию для уточнения дозы реагента, который выполняет две функции - химическое осаждение фосфора и удаление коллоидов всех видов из воды в результате коагуляции. Процесс очистки улучшает до- бавление флокулянтов, например, ПАА, его доза составляет 0,5- 1,0 мг/л.

Реагенты можно вводить перед первичными отстойниками, в аэ- ротенки (наиболее целесообразно) или на стадии третичной очистки. Эффект удаления фосфора в первичных отстойниках без коагулянтов и флокулянтов составляет 8-10 %, при их добавлении он повышается до 70-80 %. Вследствие того, что в сточной воде не весь фосфор находит- ся в виде ортофосфатов (легко осаждающейся форме), при введении реагентов на стадии механической очистки в воде остаются растворен- ные фосфорсодержащие органические соединения. Для удаления таких соединений на стадии биологической очистки также вводят реагенты.

Химико-биологический процесс очистки воды с введением реа- гентов на ступени биологической очистки перед аэротенками, в цирку- лирующий активный ил, непосредственно в аэротенки или в поток иловой смеси перед вторичными отстойниками носит название си- мультанного осаждения. Удаление фосфора происходит в результате образования нерастворимых его соединений и микробиальной ассими-

ляции с последующим соосаждением нерастворимых соединений с ак- тивным илом и удалением их вместе с избыточным илом. При этом об- легчается последующее механическое обезвоживание избыточного ак- тивного ила, стабилизируется работа вторичного отстойника.

Использование фильтров доочистки в схеме химико- биологческой очистки сточных вод позволяет дополнительно изъять до 20 % общего фосфора от его содержания в очищенной воде за счет глубокого удаления взвешенных веществ. Максимальный эффект уда- ления фосфора этим методом составляет 90-95 %.

После биологической очистки фосфор в сточных водах находится только в форме ортофосфатов, что позволяет удалять его на сооруже- ниях третичной очистки на 90 %. В качестве реагентов на этой стадии используются известь, сернокислые алюминий и железо, осветление воды осуществляется на осветлителях, фильтрах и флотаторах. Более высокий эффект очистки от нерастворимых соединений фосфора дос- тигается в барботажных флотаторах.

Для очистки сточных вод от фосфора можно использовать мето- ды, основанные на окислении взвешенных и растворенных частиц фосфора кислородом воздуха, хлором или другими окислителями:

Р4 + 5О2 + 6Н2О = 4Н3РО4;

Р4 + 10Cl2 + 16H2O = 4H3PO4 + 20HCl.

Далее вода нейтрализуется известковым молоком с осаждением взвешенных веществ.

Схема биологического удаления биогенных элементов представ- лена на рис.18.4.

Рис.18.4. Схема биологического удаления биогенных элеметов

1 - первичный отстойник; 2 - смеситель со сливом; 3 - смеситель с активным илом (АИ); 4 - аэротенк; 5 - вторичный отстойник; 6 - накопитель осадка; 7 - ферментер; 8 - метантенк; 9 - обезвоживатель осадка (центрифуга, фильтр); 10 – кристаллизатор

Очищенная от фосфорных соединений вода может быть повторно использована в производстве фосфора и фосфорной кислоты, что по- зволяет создать принципиальную схему “бессточного” производства фосфора. Свежая вода при этом расходуется только на подпитку сис- темы оборотного водоснабжения, а также для водоснабжения котель- ной, лаборатории и на бытовые нужды.