Фосфаты в воде что это

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

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.

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).

Источник

Фосфаты в воде

Фосфор органический

В этом разделе не рассматриваются синтезированные в промышленности фосфорорганические соединения. Природные соединения органического фосфора поступают в природные воды в результате процессов жизнедеятельности и посмертного распада водных организмов, обмена с донными отложениями.

Органические соединения фосфора присутствуют в поверхностных водах в растворенном, взвешенном и коллоидном состоянии.

Фосфор минеральный

Соединения минерального фосфора поступают в природные воды в результате выветривания и растворения пород, содержащих ортофосфаты (апатиты и фосфориты) и поступления с поверхности водосбора в виде орто-, мета-, пиро- и полифосфат-ионов (удобрения, синтетические моющие средства, добавки, предупреждающие образование накипи в котлах и т.п.), а также образуются при биологической переработке остатков животных и растительных организмов. Избыточное содержание фосфатов воде, особенно в грунтовой, может быть отражением присутствия в водном объекте примесей удобрений, компонентов хозяйственно-бытовых сточных вод, разлагающейся биомассы.

Основной формой неорганического фосфора при значениях pH водоема больше 6.5 является ион HPO42- (около 90%).

Фосфаты и их влияние на человека

В кислых водах неорганический фосфор присутствует преимущественно в виде H2PO4-.

Содержание соединений фосфора подвержено значительным сезонным колебаниям, поскольку оно зависит от соотношения интенсивности процессов фотосинтеза и биохимического окисления органических веществ. Минимальные концентрации фосфатов в поверхностных водах наблюдается обычно весной и летом, максимальные — осенью и зимой, в морских водах — соответственно весной и осенью, летом и зимой.

Общее токсическое действие солей фосфорной кислоты возможно лишь при весьма высоких дозах и чаще всего обусловлено примесями фтора [9].

Без предварительной подготовки проб колориметрически определяются неорганические растворенные и взвешенные фосфаты.

Полифосфаты

Применяются для умягчения воды, обезжиривания волокна, как компонент стиральных порошков и мыла, ингибитор коррозии, катализатор, в пищевой промышленности.

Малотоксичны. Токсичность объясняется способностью полифосфатов к образованию комплексов с биологически важными ионами, особенно с кальцием [53].

Соединения серы

©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.

Растворимость — фосфор

Эта операция слегка снижает растворимость фосфора удобрения в воде, но не влияет на его цит-ратную растворимость. [16]

Это распределение зависит от соотношения значений растворимости данной примеси в окисле и кремнии. Например, как показано на рис. 7 — 12, растворимость фосфора в кремнии больше, чем в окисле. Это приводит к обогащению фосфором прилегающего к окислу слоя кремния. [18]

Представленные на рис. 24 данные по влиянию легирующих элементов на растворимость фосфора в а-железе показывают, что легирование железа, содержащего фосфор, может приводить к нескольким конкурирующим процессам. К ним относятся усиление зернограничной сегрегации фосфора при умеренном снижении его растворимости в железе, с одной стороны, и ослабление сегрегации из-за связывания растворенного фосфора при выделении фосфидов в результате очень сильного снижения растворимости фосфора с другой. В ряде работ показано И09, 241 ], что в случае низколегированных конструкционных сталей весьма эффективными добавками, связывающими охрупчивающие примеси в химические соединения и значительно ослабляющими склонность к отпускной хрупкости, являются редкоземельные элементы, в частности, лантан и церий. [19]

Транзисторы типа р-п — р используются крайне редко, так как имеют худшие электрические параметры. Основное преимущество технологии изготовления транзисторов типа п-р — п связано с относительно ( большим коэффициентом растворимости фосфора в кремнии, диффузия которого используется при создании области эмиттера. Кроме того, в транзисторах типа п-р — п неосновными носителями в базе являются электроны. Подвижность электронов при одинаковой температуре и концентрации примесей в кремнии приблизительно в два раза превышает подвижность дырок. [20]

Из этого ясно, что недостаток серы может возникать в областях, где с некоторого времени отказались от сульфатных удобрений и где навоз стали применять реже. Недостаток серы встречается сравнительно редко; однако, по нашему мнению, земледельцы-практики часто не обращают на это внимания, и в большинстве случаев, когда констатируют преимущество сульфата аммония или суперфосфата над аммонитратами или шлаками и объясняют это преимущество аммиачной формой азота или растворимостью фосфора, действительной причиной является именно присутствие серы. [21]

Вредное влияние фосфора на свойства сварных соединений заключается в снижении высокотемпературных характеристик металла шва вследствие ослабления межкристаллитных границ ( при выделении легкоплавких включений) и в ухудшении механических свойств швов при нормальной и низких температурах. Последнее обусловлено снижением пластичности металла в результате растворения фосфора и наличием на границах кристаллитов хрупких неметаллических прослоек. Так как растворимость фосфора в аустените ниже, чем в феррите, опасность образования кристаллизационных трещин и снижения механических свойств металла шва значительно больше для швов с аустенитнои структурой. [23]

Обогащение расплава фосфором также вызывает образование горячих трещин по границам кристаллитов. Так как растворимость фосфора в аустени-те меньше, чем в феррите, опасность возникновения кристаллизационных трещин в аустенитных швах значительно больше.

Показатель – содержание фосфатов в воде

В швах на углеродистых и низколегированных сталях фосфор преимущественно находится в твердом растворе, а не в виде неметаллических включений. Это обусловлено низкой концентрацией фосфора в металле швов и относительно высокой его растворимостью в феррите. В связи с низкой растворимостью фосфора в аустените фосфорсодержащие включения значительно чаще встречаются в швах с аустенитной структурой. В этих включениях фосфор может находиться в виде фосфидов, фосфидных эвтектик и фосфатов. [26]

Представленные на рис. 24 данные по влиянию легирующих элементов на растворимость фосфора в а-железе показывают, что легирование железа, содержащего фосфор, может приводить к нескольким конкурирующим процессам. К ним относятся усиление зернограничной сегрегации фосфора при умеренном снижении его растворимости в железе, с одной стороны, и ослабление сегрегации из-за связывания растворенного фосфора при выделении фосфидов в результате очень сильного снижения растворимости фосфора с другой. В ряде работ показано И09, 241 ], что в случае низколегированных конструкционных сталей весьма эффективными добавками, связывающими охрупчивающие примеси в химические соединения и значительно ослабляющими склонность к отпускной хрупкости, являются редкоземельные элементы, в частности, лантан и церий. [27]

Судя по выделению фосфора, SiP не является низшим фосфидом кремния. Последние 0 2 г-ат фосфора выделяются только при низком давлении. Бильц предполагал, что это может быть также и результатом растворения фосфора в кремнии. Однако измерение растворимости фосфора в кремнии, проведенное Фуллером и Дитценбергером [126], показало, что при температуре 1250 таковая составляет всего около 1 3 вес. [29]

В соответствии с моделью неоднородного карбидообразования [1] при отпуске закаленной легированной стали вследствие более быстрого распада пересыщенного твердого раствора на границах зерен концентрация карбидообразующих элементов в феррите вблизи границ падает быстрее, чем в феррите объема зерна, приближаясь к равновесной, и остается ниже средней концентрации этих элементов внутри зерна в течение времени, зависящего от состава стали и температуры отпуска. Предполагается, что в обедненных карбидообразующими элементами приграничных зонах понижается термодинамическая активность фосфора, поэтому фосфор диффундирует в эти зоны. Влияние некарбидообразующих элементов в рамках этой модели является косвенным. Никель, например, ускоряет падение растворимости фосфора с понижением температурь), что связывается с повышением его термодинамической активности, усиливающим, в свою очередь, влияние неоднородно-стей твердого раствора на распределение фосфора. Влияние других элементов может быть обусловлено изменением поверхностной энергии и избыточной энергии границ зерен, размера аустенитного зерна, сопротивления начальной пластической деформации, т.е. изменением фона, на котором развиваются основные ( в рамках этой модели) процессы, ответственные за охрупчивание — неоднородное карбидообразование и перераспределение фосфора и его аналогов. [30]

Страницы: 1 2 3

Современный человек в повседневной жизни не может обойтись без химии. И часто случается так, что не находится времени глянуть какие продукты употребляются и используются в быту.

Аллергия, пониженный иммунитет и другие проблемы со здоровьем могут быть следствием интоксикации фосфатами. Не говоря уже о тяжелой экологической обстановке окружающей среды.

Что такое фосфаты и откуда они берутся

Фосфаты – это неорганические химические соединения, которые образуются из фосфорной кислоты и металлов. Существует множество разновидностей фосфатов, а сфера их применения начинается пищевой промышленностью и заканчивается выплавкой металлов.

В быту человек встречается с фосфатами в пище, а также во время стирки или мытья посуды, то есть при контакте с бытовой химией. Чаще всего фосфаты представлены в виде трёх соединений – фосфата кальция (Ca3(PO4)2), ортофосфата калия (K3PO4) и фосфата натрия (Na3PO4).

Они могут находится в колбасе, сыре (добавляют для однородности), выпечке, тортах (разрыхлитель для теста), в прочих пищевых продуктах как консервант. В бытовую химию фосфаты добавляют в моющие средства, порошки, шампуни и пр. в качестве смягчителя воды. При чём в стиральных порошках фосфатов значительно больше, чем указывают на упаковке.

Фосфаты в естественном виде присутствуют в таких продуктах как мясо и орехи, но, в основном, выводятся организмом. Но с искусственными фосфатными солями всё по-другому.

Каков вред от фосфатов?

Влияние на здоровье человека

Давно известно, что эти вещества представляют серьёзную опасность для здоровья людей, особенно тех, кто страдает почечной недостаточностью. Долгое время врачи предупреждали об опасности слишком большого количества фосфатов в крови. Несколько исследований уже показали, что люди с заболеванием почек подвергаются повышенному риску смерти. Поскольку повреждённые почки больше не могут выводить определенные вещества, такие как, например, фосфаты. Они накапливается в крови и залегают в сосудах и мягких тканях.

Слишком большой уровень фосфатов в крови увеличивает риск смерти.

И тем не менее, риску подвергаются даже здоровые люди. Несколько исследований это доказывают. У здоровых людей фосфаты, что находятся в крови, выводятся через почки. Но чем больше фосфатов человек употребляет, тем быстрее почка перенапрягается и теряет эту способность. В результате наблюдается повышенный уровень фосфатов в крови, повреждения сосудов (их внутренние стенки изменяются и кальцифицируются), а также сердца. При этом риск инсульта или сердечного приступа в значительной мере возрастает.

Сердечно-сосудистая система – не единственная кто страдает от соединений фосфора. Кости также подвергаются риску по той простой причине, что фосфаты обеспечивают высвобождение и вымывание кальция из них. В результате кости теряют минералы и становятся хрупкими, что может привести к остеопорозу, а также увеличению риска переломов при значительных нагрузках.

Согласно исследованиям, взрослый человек может употреблять максимум 700 мг фосфатов в сутки. К сожалению, даже если вы и захотите уменьшить их употребление, – это будет почти невозможно. Например, замороженная пицца часто содержит в три раза больше рекомендуемой нормы фосфатов. Фастфуды и сладкие безалкогольные напитки буквально наводняют организм искусственными фосфатами.

Опасность в том, что искусственные фосфаты свободно растворяются и поглощаются организмом почти на 100%. Автоматический барьер для устранения избытка, который служит для регулирования натуральных фосфатов, здесь не работает. Тело поглощает гораздо больше, чем может справиться.

Также фосфаты могут попадать в тело человека через кожу, нарушая кислотно-щелочной баланс в клетках. Следствие – дерматологические болезни и ускоренное старение кожи. Кроме того, фосфаты таким образом влияют и на кровь человека – изменяют содержание гемоглобина, плотность сыворотки и количество белка. Что в свою очередь приводит к нарушению работы печени, мышц, тяжелым отравлениям, нарушению обмена веществ, обострению хронических болезней.

Влияние на экологию и природу

Садоводы знают, что фосфаты необходимы растениям в качестве удобрений. Так же само фосфаты действуют и в водоёмах, ускоряя рост водорослей. В результате бурного роста, водная растительность поглощает значительное количество растворённого в воде кислорода. По этой причине может наблюдаться гибель и превращение озёр в болота, мор рыбы, умирают животные и т.п. В конечном итоге, водоёмы полностью зарастают.

Попадают фосфаты в водоёмы с полей, а также через сточные воды, которые проходят обработку на очистных сооружениях активным мулом. Активный мул – это микроорганизмы, и они не справляются с огромным потоком фосфатов из городов и погибают. В следствие чего, фосфатные соединения не полностью удаляются из сточных вод и попадают в водоёмы.

От «нашествия водорослей» и экологической катастрофы страны и водоёмы средней климатической полосы спасает лишь недостаточное количество тепла и света, что поступает в холодный период года.

Как уменьшить употребление и вред от фосфатов для себя и окружающей среды

Фосфорные соединения не всегда упоминаются на упаковках товаров в открытом виде. Производителю попросту это не совсем выгодно, поэтому зачастую их скрывают за номерами с индексом «Е»:

• E338 (фосфорная кислота);

• Е339 (фосфат натрия);

• E340 (фосфат калия);

• E341 (фосфат кальция);

• Е343 (фосфат магния);

• E450 (дифосфат);

• E451 (трифосфат);

• E452 (полифосфат);

• Е442 (аммонийные соли фосфатидиловой кислоты);

• Е541 (кислый алюмофосфат натрия);

• Е1410 (монокрахмал-фосфат);

• Е1412 (дикрахмал фосфат);

• Е1413 (фосфатированный дикрахмал фосфат);

• Е1414 (ацетилированный крахмал);

• Е1442 (гидроксипропилдикрахмалфосфат).

Также они скрываются за терминами «регулятор кислотности». На колбасных или сырных продуктах имеются только маленькие знаки со словами «содержит фосфат». И если они используются в производстве продуктов питания только как вспомогательные средства или являются частью ингредиента – как в сыре замороженной пиццы, – они могут не упоминаться в конечном продукте. Поэтому потребителю сложно идентифицировать их как таковые. Таким образом, искусственные фосфаты и вредят здоровью человека.

Откажитесь от готовых к употреблению продуктов и фастфуда. Обращайте внимание на указанные выше номера на этикетках и держитесь подальше от таких товаров.

Что касается бытовой химии, используйте экологические «мягкие», щадящие, бесфосфатные моющие средства и порошки с пониженным содержанием поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Фосфаты и их влияние на человека

В такой продукции значительно уменьшена концентрация ПАВ, фосфатов вообще нет, а моющие свойства не уступают химии с фосфатами. Единственным недостатком является цена. Но негативное влияние на организм почти отсутствует.

Уменьшить эвтрофикацию (зарастание, заболачивание) водоёмов можно использованием именно бесфосфатных моющих средств и порошков, а также правильной агротехники на полях и огородах.

Ситуация с фосфатами на постсоветском пространстве близится к критической. Без применения мер на уровне правительств, принятия соответствующих норм и законов, она будет значительно усугубляться. Но человек – существо с правом выбора, и он сам способен выбирать как и в какой среде ему жить. Будьте внимательны, проверяйте состав продуктов, которые используете и употребляете. Позаботьтесь о себе, окружающей среде и будущем своих детей.

Источник

Общий фосфор и фосфатные соединения в стоках: ПДК, причины появления, методы определения

Фосфор и его соединения в сточных водах

Фосфор, как и азот, является биогенным элементом, поэтому его присутствие в водоёмах наблюдается даже в случае отсутствия сброса сточных вод. Однако, этот элемент находит широкое применение человеком, поэтому его концентрация в сточных водах столь высока. Фосфор может присутствовать в воде в виде нерастворимых и растворимых соединений.

Важное свойство фосфора (при условии достаточного наличия в воде азота) – эвтрофикация (стимуляция роста водорослей). Благодаря этому свойству происходит биологическое обрастание систем водооборота.

Общий фосфор

Общим фосфором в контексте изучения сточных вод принято называть общую концентрацию элементарного фосфора и всех его соединений, как органических, так и неорганических. Принято выделять следующие классы фосфорсодержащих загрязнений в сточных водах:

Для водоочистки наибольшую проблему представляют соли фосфорных кислот – фосфаты.

Фосфаты

Фосфатами называются соли ортофосфорной кислоты H₃PO₄. При этом следует отметить, что из-за строения молекулы данной кислоты, может образовываться ряд фосфатов различного состава и строения. К примеру, растворимые соли щелочных металлов натрия (Na) и калия (K) могут быть представлены как трёхзамещёнными ортофосфатами (Na₃PO₄, K₃PO₄), так и одно- и двузамещёнными (NaH₂PO₄, KH₂PO₄; Na₂HPO₄, K₂HPO₄).

Отдельно стоит упомянуть, что при дегидратации одно- и двузамещённых ортофосфатов происходит образование линейных или кольцевых полимерных фосфатов, отвечающих общей формуле M_n+2P_nO_3n+1. Ключевая особенность полифосфатов –способность радикально изменять свойства (растворимость, термостабильность и т.д.).

Польза и вред фосфатов

Фосфор – важный биогенный элемент. Благодаря этому, фосфор и его соединения нашли широкое применение в самых различных областях жизни человека. Одно из важнейших мест применения этого элемента – производство удобрений для агропромышленности, поскольку фосфор, наряду с калием и азотом, стимулируют рост и плодоношение многих сельскохозяйственных культур. Помимо производства удобрений, соединения фосфора используют в пищевой промышленности: в качестве подкислителей (например, в газированных напитках), загустителей (в хлебопекарном деле), консервантов для масел и замороженных овощей. Бытовое применение соединений фосфора также весьма обширно, поскольку они входят в состав поверхностно-активных веществ для моющих средств и стиральных порошков.

Тем не менее, избыток фосфора может причинять вред человеку и природе. Прямых доказательств вреда фосфатов, содержащихся в стиральных порошках и другой бытовой химии нет, есть опосредованное губительное влияние на среду обитания человека. Например, запуск процессов эвтрофикации водоёмов, куда происходит сброс сточных вод. Совершенно иначе обстоят дела с некоторыми другими соединениями фосфора (в основном органическими). Широко известны боевые отравляющие вещества зоман, зарин, фосфин, новичок, VX. Все эти БОВ имеют в основе фосфор, оказывают нервнопаралитическое воздействие. Отметим, что некоторые инсектициды, применяемые в сельскохозяйственной промышленности, генетически происходят от БОВ. Разумеется, современные разработки в области инсектицидов делают их неопасными для человека.

Откуда берутся в воде?

Фосфаты и другие соединения фосфора попадают в воду в основном антропогенным путём. Небольшие количества этого элемента и его соединений присутствуют в водоёмах как часть биологического цикла. Интересно, что одно из соединений фосфора (фосфин) – это биологический маркер, присутствие которого в атмосфере других планет говорит о возможном наличие жизни.

Промышленность

Химическая, сельскохозяйственная и пищевая промышленность являются основными источниками фосфора и его соединений в сточных водах. Способы применения не ограничиваются сферой производства удобрений, бытовой и пищевой химией. В тяжёлой промышленности соединения фосфора применяются в качестве фреонов, флюсов, пассиваторов, гидрожидкостей.

Бытовой сектор

Бытовой сектор – основной источник фосфатов в сточных водах. Продукция бытовой химии содержит в своём составе фосфорорганические соединения и фосфаты в качестве поверхностно-активных веществ, регуляторов кислотности, смягчителей воды.

Считается, что фосфаты вредны для экологии и здоровья человека. Поэтому их содержание в составе бытовой химии пытаются уменьшить. Пример борьбы с антропогенными причинами повышения концентрации фосфатов в сточных водах – постепенный ввод ограничений в ряде стран Европейского союза на их содержание в стиральных порошках. В данный момент допустимая норма – 0,3-0,5г на один цикл стирки.

Неантропогенные причины

Несмотря на то, что основной источник фосфора – «человеческий фактор», это не означает, что он единственный. Большинство живых организмов так или иначе использует фосфор и его соединения в своей биохимии. Например, для млекопитающих фосфор играет важнейшую роль, поскольку он необходим для существования энергетического обмена при помощи аденозинтрифосфата (АТФ). В 1941 году Фриц Лапман открыл, что именно этот нуклеозидтрифосфат является основным переносчиком энергии в клетке. Таким образом, фосфор необходим для существования высокоорганизованных форм жизни.

Фосфор выделяется в окружающую воду во время процесса автолиза трупов животных и рыб, при разложении растительной биомассы. Затем этот фосфор вновь поступает в живые клетки, участвуя в замкнутом биологическом цикле. Можно сделать вывод, что влияние неантропогенных факторов на концетрацию фосфатов в водах достаточно низкое, поскольку эта система находится в равновесии.

Нормы и ПДК

В природоохранной сфере

В нашей стране нормы содержания фосфора и его соединений в водоёмах регулируются в соответствии с ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования», постановлении Правительства РФ от 29.07.2013 N 644 (ред. от 22.05.2020) «Об утверждении правил холодного водоснабжения и водоотведения и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации» и ряде другой нормативно-технической документации. В общем случае, ПДК зависит от типа водоёма и составляет примерно следующие величины:

Моющие средства

Роспотребнадзор с 2017 года подготовил изменения в нормативы евразийского экономического союза, которые обязывают производителей бытовой химии снижать количество фосфатов в своей продукции до 1% по массе. Вызваны такие меры во многом тем, что сброс стоков, загрязнённых синтетическими моющими средствами, в водоёмы вызывает неконтролируемый бурный рост сине-зелёных водорослей и цианобактерий. Последние нарушают природное состояние водоёмов, приводя к исчезновению тех или иных видов водорослей и живых существ.

Методики определения в сточных водах

Существует достаточно широкий перечень методов определения фосфатов в сточных водах. Условно их можно поделить на две группы – простые и сложные. Первые, к сожалению, неточны. Вторые – сложны в применении. В связи с этим, выбор конкретной методики обусловлен целесообразностью:

Исходя из этого, методики определения можно разделить на точные и грубые.

Грубые

К грубым методикам измерения относится органолептический колориметрический анализ проб воды. Данный способ измерения и требования к условиям его проведения регламентируются по ГОСТ 18309-2014 «Вода. Методы определения фосфорсодержащих веществ».

Особенность данного метода состоит в гидролизе полифосфатов с целью их превращения в ортофосфаты, с дальнейшим образованием окрашенных в синий цвет комплексных соединений с молибденом. Затем полученный раствор фотометрически исследуют при длине волны от 690 до 720 нм. Отметим, что определению фосфатов таким способом мешают железо, нитриты и растворимые силикаты. Их влияние нивелируют разбавлением или введением дополнительных реактивов, однако, это снижает точность исследования.

Ход исследования состоит из таких стадий:

Для проведения исследований с помощью колориметрического анализа требуется достаточно много времени, опыт работы в лаборатории. Высокие трудозатраты снижают целесообразность применения этого метода.

Точные

На сегодняшний день наиболее точные значения концентрации фосфатов и других соединений фосфора даёт спектрофотометрический метод анализа с использованием электронных приборов. В современном мире спектрофотометрия перестала требовать высокой квалификации оператора прибора, поскольку современная электроника позволяет проводить анализ практически без участия человека. Сущность метода состоит в измерении изменений прохождения света через образец при различной длине волны, сопоставления данных и получения данных о градации спектров образца. Этот метод весьма удобен, поскольку не требует реактивов. Анализ происходит быстро и точно. Это как раз то, что нужно, чтобы обеспечить контроль состава сточных вод.

Очистка, доочистка, удаление фосфатов

Физико-химические способы

Как и со многими другими загрязняющими сточными воды веществами, для очистки вод от фосфатов применяются физико-химические методы. Сточную воду подвергают фильтрованию с целью удаления взвешенных веществ. Благодаря этому из воды удаляют часть фосфатных соединений. Затем в воду, подвергаемую очистке, вводятся коагулянты на основе сульфата алюминия, оксихлорида алюминия или хлорида железа, иногда совместно с флокулянтом – полиакриламидом. Это помогает образованию коллоидных фосфатов, их совместному осаждению с коагулянтами. Потом, вода с уже осаждёнными фосфатами подвергается отстаиванию или очистке флотацией. На этом этапе удаляется до 90% фосфатов. Источником коагулянтов могут служить специальные железные или алюминиевые аноды. В случае электрохимической очистки процесс происходит быстрее, поскольку выделяющиеся при электролизе газы помогают хлопьям оксидов и гидроксидов металлов подыматься на поверхность воды, где они удаляются. Однако, этот метод дорогой в эксплуатации, из-за чего его редко используют.

Биологические способы

Биологическим методом очистки сточной воды называется использование активного ила, содержащего в себе ряд аэробных и анаэробных микроорганизмов, способных использовать загрязняющие фосфаты в своём метаболизме. Как правило, при биологической очистке идёт процесс одновременного удаления из сточных вод фосфора и азота, поскольку оба этих элемента играют важную роль в процессах обмена веществ живых организмов.

Специфика метода заключается во введении в специальных резервуарах (аэротенках и метантенках) в сточные воды активного ила и питательного субстрата для него. Питательный субстрат необходим для создания оптимальных условий для тех бактерий, которые активно участвуют в процессе дефосфоризации. В качестве этого субстрата часто используют низкомолекулярные летучие жирные кислоты, а основной питательной средой выступают уксусная и пропионовая кислоты. В процессе бескислородного потребления бактериями органических кислот полифосфаты начинают разлагаться (до фосфатов). Бактерии используют энергию распада этих соединений в качестве топлива для поддержания процессов жизнедеятельности. Затем уже в аэробных условиях начинается размножение бактерий и водорослей, во время которого свободные фосфаты используются для синтеза АТФ бактериями. Таким образом, фосфаты из воды попадают в биомассу, которая затем отделяется от уже очищенной воды.

Комбинированные

Комбинированным методом очистки сточных вод называется процесс, в котором после химической коагуляции, вода подвергается дополнительно процессу биологической очистки. Использование комбинированного метода весьма выгодно, поскольку происходит более полная и тщательная очистка воды. Однако, существуют нюансы.

Например, введение коагулянтов и извести в фильтруемую воду достаточно сильно повышает показатель рН воды, что губительно для микроорганизмов. Чтобы бороться с этим явлением, воду подвергают карбонизации – насыщают её углекислым газом. Углекислый газ, проходя сквозь воду, образует угольную кислоту, которая помогает снизить рН до допустимых значений.

После прохождения двух этапов очистки, вода фильтруется, из неё удаляются нерастворимые осадки, активный ил, проводится её исследование на соответствие требованиям. После этого очищенная вода отправляется в сброс.

Извлечение фосфора из осадков стоков

Из осадка сточных вод можно выделять фосфорсодержащие соединения. Для такого выделения используют методы кристаллизации и магнитного удаления.

Кристаллизацией называется процесс роста кристаллов различных фосфатов (как поли- так и орто-) в растворе на затравочных центрах. В качестве последних часто используют фосфорсодержащие минералы, либо костяной уголь, шлак доменных печей и др. После выращивания кристаллов удовлетворительного размера и массы, они удаляются из раствора.

Для магнитной очистки фосфаты связывают в нерастворимые формы, вводя соответствующие реагенты (например, хлорид кальция), а затем выделяют их из массы при помощи магнитного металла.

Важно заметить, что мировая добыча фосфора весьма ограничена, поэтому достаточно остро встаёт вопрос переработки остатков сточных вод, зачастую содержащих этот ценный элемент. Ранее считалось, что присутствие тяжёлых металлов и других опасных загрязняющих веществ делает невозможным отделение чистого фосфора от других компонентов осадков стоков, однако, современные исследования приводят к возможности использования диоксида углерода в газообразной или сверхкритической форме для извлечения фосфора и отделения его от других соединений. Более подробно про этот метод можно прочитать в патенте RU 2 531 815 C2.

Источник