Bentuk Polutan Fosfor dalam Air Limbah Dan Strategi Penghapusan yang Sesuai

Setelah lama mencari, saya benar-benar tidak tahu harus menulis apa. Melihat kembali artikel saya sebelumnya, saya menyadari bahwa saya belum membahas fosfor, jadi itulah topik hari ini. Fosfor adalah polutan umum dalam air limbah, terutama dibagi menjadi dua kategori: "fosfor organik dan fosfor anorganik". Mereka yang bekerja di industri perlindungan lingkungan cukup familiar dengan indikator ini. Fosfor kelihatannya sederhana, namun bisa jadi rumit di beberapa air limbah.

Fosfor ada dalam air limbah dalam bentuk fosfor organik dan anorganik. Fosfor anorganik selanjutnya dibagi menjadi ortofosfat dan metafosfat. Penghapusan akhir fosfor memerlukan konversi menjadi ortofosfat.

Ortofosfat (fosfor anorganik): seperti PO₄³⁻, HPO₄²⁻. Bentuk yang paling umum, memiliki kelarutan yang baik dan dapat langsung dimanfaatkan oleh organisme. Itu dapat dihilangkan secara langsung melalui metode fisikokimia.

Metafosfat (fosfor anorganik): seperti pirofosfat, tripolifosfat (dari deterjen), yang secara bertahap terhidrolisis menjadi ortofosfat dalam air.

Fosfor organik: seperti pestisida dan fosfokreatin. Sebagian besar ditemukan dalam polutan organik dan harus dihidrolisis terlebih dahulu menjadi ortofosfat sebelum dapat dihilangkan secara efektif.

Jalur penghilangan fosfor umumnya melibatkan konversi terlebih dahulu menjadi ortofosfat, kemudian mempertimbangkan metode penghilangan secara biologis atau kimia. Penghilangan fosfor secara biologis memiliki efektivitas yang terbatas, umumnya terbatas pada fosfor dalam air limbah domestik, dan bila konsentrasinya terlalu tinggi, perlu ditambah dengan penghilangan fosfor secara kimia. Penghilangan fosfor secara kimiawi adalah metode terbaik, namun tidak cocok untuk digunakan dalam proses lumpur aktif, karena bahan penghilang fosfor dapat berdampak buruk pada pertumbuhan mikroorganisme.

Inti dari konversi fosfor organik menjadi fosfor anorganik (ortofosfat) adalah proses mineralisasi, yang pada dasarnya adalah pemecahan gugus fungsi organik, dengan fosfor dioksidasi menjadi PO₄³⁻. Proses ini tidak mempunyai satu persamaan tetap; tergantung pada kondisi reaksinya, reaksi ini terutama terbagi dalam tiga jalur umum berikut:

① Biodegradasi (paling umum): Dikatalisis oleh fosfatase (seperti alkali fosfatase), ikatan C-O-P atau C-P dari fosfor organik terputus. Mengambil monoester fosfat sebagai contoh:

R-O-PO₃²⁻ + H₂O → R-OH + HPO₄²⁻ (atau PO₄³⁻)

Karakteristik: Suhu dan tekanan normal, hijau dan ekonomis. Air limbah perkotaan terutama bergantung pada metode ini, namun laju reaksinya bergantung pada aktivitas mikroba dan suhu.

② Metode oksidasi kimia (pengolahan mendalam industri): Menambahkan oksidan kuat (seperti reagen Fenton·OH) untuk mengoksidasi organofosfat sepenuhnya. Ambil contoh pestisida organofosfat (seperti malathion):

(C₁₀H₁₉O₆PS₂) + 21·OH → 10CO₂ + 14H₂O + SO₄²⁻ + H₂PO₄⁻

Karakteristik: Reaksi cepat dan mineralisasi menyeluruh. Cocok untuk air limbah industri dengan biodegradasi yang buruk, namun biaya pengoperasiannya relatif tinggi.

③ Insinerasi-Suhu Tinggi (Lumpur/Limbah Padat): Pemanasan dalam kondisi kaya oksigen-secara langsung mengubah fosfor organik menjadi residu fosfat anorganik yang stabil, sering kali terfiksasi dalam abu sebagai metafosfat atau pirofosfat. Cocok untuk-fosfor konsentrasi tinggi-yang mengandung limbah berbahaya.

Dalam pengolahan air limbah sebenarnya, sebagian besar konversi "fosfor organik menjadi fosfor anorganik" bergantung pada enzim biologis-hidrolisis yang dikatalisis. Reaksi selalu melibatkan H₂O, dan produk akhirnya hampir selalu ortofosfat (PO₄³⁻ atau HPO₄²⁻), yang merupakan prasyarat untuk penghilangan fosfor secara kimiawi selanjutnya (penambahan garam aluminium/besi) untuk mengendapkan dan menghilangkan fosfor.

Prinsip: Memanfaatkan karakteristik organisme pengumpul polifosfat (PAO) yang melepaskan fosfor di zona anaerobik dan menyerap fosfor secara berlebihan di zona aerobik, fosfor akhirnya dihilangkan dengan membuang lumpur kaya fosfor.

Proses Arus Utama: A²/O (anaerob-anoksik-aerobik) dan variannya (seperti saluran oksidasi, SBR). Proses ini dapat menghilangkan nitrogen dan fosfor secara bersamaan, sehingga mencapai tingkat penghilangan fosfor total sekitar 60%.

Inti:-efektif dari segi biaya dan mampu mengolah organofosfat (mengubahnya menjadi ortofosfat sebelum diserap), namun kurang stabil ketika konsentrasi limbah sangat ketat (misalnya,<0.5 mg/L).

Prinsip: Penambahan garam aluminium (misalnya aluminium sulfat) atau garam besi (misalnya besi klorida) bereaksi dengan ion fosfat membentuk endapan yang tidak larut (misalnya AlPO₄, FePO₄).

PH optimal: Garam aluminium sekitar 6-7, garam besi sekitar 5-5,5; diperlukan pengendalian yang cermat.

Strategi: Biasanya ditambahkan sebagai langkah pengolahan mendalam setelah tangki pengolahan biologis, atau ditambahkan bersamaan dengan itu pada waktu tertentu untuk memastikan kepatuhan kualitas air yang stabil.

Untuk air limbah organofosfat industri dengan konsentrasi{0}}tinggi atau bandel, oksidasi tingkat lanjut (misalnya, proses Fenton) diperlukan untuk pengolahan awal di ujung hulu; jika perlu, metafosfat perlu diubah menjadi ortofosfat melalui oksidasi lanjutan untuk dihilangkan lebih lanjut.