Вода с ионами фосфата

Фосфаты в воде

Суммарное содержание фосфора, присутствующего в воде открытых природных водоемов в виде растворенных минералов, а также в составе органических соединений, называют общим. Первоочередным фактором, определяющим концентрацию данного элемента, подобно азоту, является ионный обмен, происходящий между его минерально-органическими формами и организмами, населяющими конкретный водный объект.

Формы фосфора в природных водах

Таблица 1. Формы фосфорсодержащих соединений в воде

Показатели насыщенности общим растворенным фосфором для незагрязненных природных водоемов ограничиваются пределами 5-200 мкг/дм 3 .

Этот элемент выполняет функцию мощного биогенного агента. В природных водоемах зачастую именно суммарное содержание минерально-органического фосфора становится фактором, сдерживающим дальнейший рост продуктивности. Попадание в естественные источники избыточных объемов фосфорсодержащих соединений запускает механизмы неконтролируемого разрастания растительной биомассы. Малопроточные и непроточные объекты более других подвержены изменениям в трофическом статусе, которые сопровождаются полной перестройкой всей структуры водоема: повышается концентрация бактерий и солей, начинают преобладать гнилостные процессы, вследствие чего вода мутнеет.

Фосфор в водоём поступает из ряда источников, среди которых есть и отходы некоторых производств, но большая часть его соединений попадает в водоемы в результате сельскохозяйственной и бытовой деятельностью человека. Этот элемент применяется в составе минеральных удобрений. Поверхностными стоками с одного орошаемого гектара смывается порядка полкилограмма фосфора. Каждые сутки с ферм проникает в водоемы до 0.01-0.05 кг фосфорсодержащих веществ на одно животное. Не подвергавшиеся очистке и неочищенные бытовые стоки ежедневно несут по 0.003-0.006 кг от каждого жителя.

Одним из процессов, в таких условиях влияющих на эвтрофикацию, является процветание цианобактерий. Многие виды сине-зеленых водорослей токсичны. Они вырабатывают органические вещества, входящие в группу ядов нервнопаралитического действия. Выделения цианобактерий могут вызывать дерматозы и становиться причиной расстройств органов ЖКТ. Попадание внутрь больших масс сине-зеленых водорослей опасно развитием паралича.

На основании нормативов ГСМОС/GEMS – системы глобального мониторинга окружающей среды – уровень фосфора служит важнейшим критерием при определении трофического состояния открытых водоемов естественного происхождения. Определение насыщенности общим фосфором (в расчет принимаются растворенные и взвешенные формы, органика и минеральные соединения) стало обязательным пунктом в программе контроля состава водных объектов.

Фосфор органический

Синтезированные промышленными способами фосфорорганические соединения в данной категории не рассматриваются – сюда относят только вещества, поступающие в результате жизнедеятельности и разложения организмов, населяющих водоем, и вследствие обменных процессов, происходящих с отложениями на его дне. Органические фосфорные соединения присутствуют в естественных открытых водоемах истинно растворённом и коллоидном состояниях, а также во взвесях.

Фосфор минеральный

Минерально-фосфорные конгломерации поступают в водоемы из-за хим. выветривания и растворения ортофосфатсодержащих пород – апатитов и фосфоритов. Образуются они также и в результате разложения останков представителей флоры и фауны. В больших количествах фосфор минерального происхождения заносится со стоками содержащими удобрения, синтетические гигиенические средства, с химическими присадками для котлов, препятствующими образованию накипи.

Разнообразны ионные формы, в которых фосфор проникает с поверхности водосбора. Это и ортофосфат-ионы, и полифосфаты. Немалую часть составляют пирофосфаты и метафосфат-ионы. При pH свыше 6.5 доминирующей неорганической формой (порядка девяноста процентов ионов) является HPO₄ 2- . В водоемах с кислой средой основным является соединение H₂PO₄ — .

Содержание фосфора в открытых природных источниках незначительна. В литре ее величина обычно ограничивается несколькими сотыми миллиграмма, однако загрязненные водные объекты могут показывать содержание в несколько миллиграммов. Для подземных источников характерна концентрация, не превышающая 100 мкг/дм 3 (исключением являются водоемы, расположенные в местах, где залегают преимущественно фосфорсодержащие породы).

Смена сезонов сказывается на уровне фосфорсодержащих соединений. Причем колебания бывают довольно значительными. На скачки насыщенности влияют естественные изменения в интенсивности биохимического окисления и фотосинтеза. Весенне-летний период характеризуется минимальными показателями содержания, зато в осенне-зимние месяцы наблюдается предельное содержание фосфора. В морях отмечается весеннее и осеннее понижение уровня фосфора, а зимой и летом фиксируются наивысшие показатели.

Соли фосфорной кислоты проявляют свою токсичность только при высоких концентрациях. Зачастую химическая активность фосфатов обусловлена присутствием в водоеме примесей фтора.

Госкомэкология РФ, при составлении методики оценивания экологической ситуации, в качестве норматива рекомендовала показатель в 50 мкг/дм 3 – именно такое содержание фосфатов считается приемлемым.

Взвеси и растворы неорганических фосфатов определяются без предварительных манипуляций – колориметрических проб.

Полифосфаты

Токсичность этих фосфорных производных незначительна. Полифосфаты являются продуктом образования соединений между полифосфатами и кальцием, а также иными ионами, играющими биологически важную роль.

Эти вещества применяются в пищевом производстве, как катализаторы, и при котловой обработке воды, как ингибитор коррозии. С их помощью обезжириваются волокна и смягчается вода. Полифосфаты – это неотъемлемые компоненты мыла и составов для стирки.

Остаточный объем полифосфатов, допустимый в отношении хозяйственно-питьевых водных объектов – 3.5 мг/дм 3 (органолептический показатель лимита вредности).

Уважаемые господа, если у Вас имеется потребность коррекции концентраций фосфоросодержащих соединений для доведения качества воды до определённых нормативов, сделайте запрос специалистам компании Waterman . Мы разработаем для Вас оптимальную технологическую схему очистки воды.

Источник

Фосфор в сточной воде

Фосфор – химический элемент, относящийся к пниктогенам. Он является одним из самых распространенных элементов в земной коре, занимая до 1% ее общей массы. Из-за значительной химической активности его нельзя встретить в свободном виде. При этом элемент образует огромное количество различных минералов, в том числе апатита и фосфорита. Также фосфор считается неотъемлемой частью фосфолипидов – важных биологических соединений. Содержась в животных тканях, белках, а также АТФ и ДНК, он считается жизненно важным элементом.

В обычных условиях фосфор находится в виде аллотропных модификаций разных видов – на текущий момент все формы не установлены. К самым распространенным относится три разновидности: белый, черный и красный. Они отличаются цветом, плотностью и показателями химической активности. Ученые называют их основными, так как остальные модификации представляют собой смесь вышеперечисленных.

Особенности фосфора

Говоря о биологической роли соединений фосфора, нельзя не отметить его присутствие в клетках в виде различных кислот. Так, кости человека и зубная эмаль состоят из гидроксилапатита. Для полноценного регулирования соединений требуется наличие определенного уровня витамина D и гормонов.

Если в организме наблюдается недостаточный уровень фосфора, это может вызывать заболевания костей. Суточная норма фосфора зависит от рода занятий и возраста. Так, для детей и подростков она составляет 1,5-2,5 г, для взрослых – 1,0-2,0 г. В случае активных занятий спортом и других видов физических нагрузок необходимая норма возрастает в 1,5-2 раза.

Сфера применения фосфора

Как важный биогенный элемент, фосфор широко используется в различных сферах. Одним из самых популярных направлений считается изготовление удобрений для агропромышленного комплекса. Это связано со способностью фосфора стимулировать рост и плодоношение большинства сельскохозяйственных культур. В этом он схож с калием и азотом.

Также соединения фосфора задействуют в пищевой промышленности, используя для получения подкислителей, загустителей и консервантов. Их применяют и в быту – так, соединения входят в состав активных веществ, добавляемых в моющие средства и стиральные порошки.

Общий фосфор в сточных водах

В рамках изучения особенностей сточных вод рано или поздно встретится понятие общего фосфора. Это концентрация элементарного фосфора и его соединений органического и неорганического типа. К ним относятся гидролизуемые фосфаты и ортофосфаты. Наибольшие трудности при организации систем очистки воды вызывают фосфаты – соли фосфорных кислот. ПДК общего фосфора в сточных водах составляет 12 мг/дм3.

Откуда берется фосфор в сточных водах?

В большинстве случаев фосфор попадает в воду антропогенным путем. Несмотря на это, небольшой объем элемента и его соединений находится в водоемах в виде части биологического цикла, а фосфин – одно из соединений – служит биологическим маркером. В сточных водах фосфор оказывается преимущественно из-за деятельности предприятий химической, пищевой и сельскохозяйственной промышленности.

Особенности определения фосфора в сточных водах

Любому анализу предшествует отбор образцов. Этот процесс подразумевает выполнение всех процедур в соответствии с ГОСТом, в связи с чего его лучше доверить профессионалам. Особенно это касается сточных вод. Объем образца для проведения исследований должен составлять по меньшей мере 250 см3. Емкости, используемые для сбора и хранения воды, нельзя обрабатывать синтетически средствами, в составе которых находятся ортофосфаты или полифосфаты. Это вызовет искажение результатов из-за повышения содержания соединений.

Анализ воды должен быть проведен не позже чем спустя 6 часов после отбора образца. В случае, если испытание не удастся провести в день взятия пробы, его необходимо законсервировать путем добавления хлороформа в объеме 3-4 см3 на каждые 1000 см3 воды. Далее пробу помещают в особые условия с температурой не выше +8 °C. В таком состоянии образец можно хранить в течение 3 суток. Перед проведением анализа пробу необходимо тщательно взболтать.

Чтобы добиться наибольшей точности, измерения должны осуществляться при комнатной температуре. Приготовление растворов выполняется в соответствии с требуемым объемом и соблюдением правильного соотношения. Количество аликвот и массы навесок регентов регламентировано настоящим стандартом и также вычисляется в см3 или дм3.

Методы анализа сточных вод

Существует несколько методов определения фосфора в сточных водах. Все они делятся на две категории: грубые и точные. Выбор зависит от направления исследования и данных, которые должны быть получены после его завершения.

• К грубым методам относится колориметрический анализ, который регламентируется ГОСТом 18309-2014. Он подразумевает гидролиз полифосфатов для получения ортофосфатов. Впоследствии они образуют соединения с молибденом, окрашиваясь в синий цвет. На следующем этапе раствор обследуется фотометрическим методом. Для снижения влияния на результат железа и нитритов раствор разбавляется дополнительными реактивами. Это в свою очередь снижает точность исследования.
• Среди точных методов выделяется спектрофотометрическое исследование с применением электронных приборов. Он занимает заметно меньше времени, чем колориметрический, и при этом позволяет добиться результатов, отражающих реальную картину практически на 100%. Особенность метода заключается в отслеживании изменений в прохождении света через взятый образец при разной длине волны. Собранная информация сопоставляется, вследствие чего получаются данные о градации спектров. Это очень удобный способ, не требующий использования реактивов и большого количества времени.

Для проведения анализов по вышеперечисленным методам могут использоваться разные виды оборудования. К ним относятся фотометры, спектрофотомеры, фотометрические анализаторы и другие устройства, которые позволяют оценить плотность раствора в разном диапазоне волн при погрешности измерений не выше 2%. Благодаря возможностям современного оборудования с помощью данных методов можно эффективно определять фосфаты в сточной воде при массовой концентрации от 0,01 до 1000 мг/дм3.

Методы очистки сточных вод от фосфора

Определив повышенное содержание фосфора и его соединений в сточных водах, потребуется ряд шагов, направленных на постепенное устранение и выведение элемента. Для этого существует несколько методов. Они в свою очередь делятся на три категории, что обусловлено особенностями применяемых инструментов: физико-химические, биологические и комбинированные.

Физико-химические методы очистки

Чтобы очистить воду от фосфатов, часто применяют физико-химические методы. Они подразумевают фильтрацию, позволяющую удалить взвешенные вещества. После проведения фильтрования в воду добавляются коагулянты, созданные на основе сульфата алюминия или хлорида железа. Иногда их совмещают с флокулянтом. Это способствует образованию коллоидных фосфатов, которые впоследствии переходят в состояние осадка.

Вода с осажденными фосфатами отстаивается или проходит через очистку флотацией. На данном этапе можно рассчитывать на удаление до 90% фосфатов. Применение электрохимической очистки ускоряет процесс обработки воды, так как газы, выделяющиеся во время электролиза, помогают хлопьям оксидов металлов оказываться на поверхности воды, откуда они удаляются. Но с учетом дороговизны этот метод используется не так часто.

Биологические методы

Биологические способы очистки сточных вод подразумевают применение активного ила, в котором содержится большое количество аэробных и анаэробных микроорганизмов. Их отличает способность задействовать загрязняющий воду фосфор во время метаболизма. В рамках биологической очистки из сточных вод одновременно удаляется фосфор и азот, что связано с их участием в процессе обмена веществ живых организмов.

Метод основан на введении активного ила и питательного субстрата в сточные воды, которые предварительно помещаются в специальные резервуары. Субстрат требуется для создания наилучших условий для бактерий, принимающих непосредственное участие в процессе дефосфоризации. В виде субстрата используются жирные кислоты с летучими свойствами, а в роли основной питательной среды выступает уксусная, а в некоторых случая пропионовая кислота.

Когда бактерии начинают потреблять органические кислоты без привлечения кислорода, полифосфаты разлагаются до состояния фосфатов. Реакция объясняется тем, что бактериям для поддержания жизнедеятельности требуется энергия, которая и поступает от распада указанных соединений. После этого в анаэробных условиях начитают размножаться бактерии и водоросли – в рамках этого процесса свободные фосфаты применяются для синтеза. Благодаря этому они превращаются в биомассу, которая на финальном этапе отделяется от очищенной воды.

Комбинированные методы

К комбинированным методам очистки сточных вод относится сочетание физико-химических и биологических процессов. В случае с фосфором химическая коагуляция дополнительно усиливается биологической очисткой, что способствует более тщательной обработке и очистке. Однако, при использовании таких методов необходимо учитывать ряд нюансов.

Так, применение извести и коагулянтов с целью очистки от фосфора, может привести к повышению показателя рН, что в свою очередь вызывает гибель микроорганизмов. Для борьбы с этим явлением можно использовать карбонизацию, то есть насыщение воды углекислым газом. Во время контакта с водой он образует угольную кислоту, при помощи которой можно снизить уровень рН до допустимого.

Анализ сточных вод в лаборатории «НОРТЕСТ»

В крупных городах и промышленных центрах регулярно создаются и модернизируются сточные водоочистные сооружения, что делается с учетом постоянно растущего объем сточных вод. Однако, во многих случаях превышение допустимой концентрации фосфора и других элементов еще наблюдается. Для того, чтобы своевременно выявить факт нарушения, для проверки воды потребуются услуги квалифицированной лаборатории, которая способна провести независимую экспертизу, обеспечив высокую точность исследований.

К таким лабораториям относится испытательный центр «НОРТЕСТ», базирующийся в Москве. Помимо клиентов из столицы, мы также готовы помочь компаниям и потребителям из Московской области. Весь процесс, начиная от отбора образцов с последующим проведением анализов и выдачей результатов, осуществляется с соблюдением нормативов и требований. Полученный результат указывает на процентное содержание соединений фосфора и может быть использован в качестве основания для оптимизации работы систем водоочистки в области расположения сточных вод.

Источник