Fosfor eliminering

Blant fosforfjerning (også fosforfjerning , fosforfjerning , fosfateliminering eller P-eliminering ) forstås i avløpsvannbehandlingen , fjerning av fosforforbindelser fra avløpsvann i kloakkrenseanlegg eller når badedammer er en vannrensingsmetode. Uttrykket "eliminering", som er uvanlig i kjemi (i kjemi snakker man mer om "konvertering"), er avledet av eliminare ( latin : "drive out of the house") og ble introdusert i avløpsteknologi på 1980-tallet. Fosforforbindelser fungerer som gjødsel i vann og er den viktigste årsaken til eutrofiering av vann. Spesielt vaskemidler som inneholder fosfater, da de nesten utelukkende ble produsert frem til 1990-tallet, bidro betydelig til opphopningen av fosfat i kommunale avløpsvann og mottaksvann .

I kommunale avløpsanlegg fjernes fosfater i dag fra husholdningsavløp; to metoder er egnet for eliminering av fosfor:

  1. kjemisk P-utfelling ved tilsetning av utfellingen og
  2. den biologiske P-eliminasjonen i biologiske renseanlegg.

Når det gjelder badedammer, oppnås den samme effekten ved å la pumpet vann strømme gjennom et vannfilter , binde det med sprinklet kalsiumperoksid og "høste" planter og alger som har vokst i vannet .

Kjemisk P nedbør

Oppløste fosfater kan omdannes til uoppløste fosfater ved hjelp av egnede utfellingsmidler og fjernes som faste stoffer fra avløpsvannet (samtidig som andre faste stoffer). De separerte fosfatene er da en del av avløpsslam og går enten tilbake til den naturlige syklusen som gjødsel eller blir beriket i asken ved forbrenning av avløpsslam og i. d. Vanligvis avsatt, men trukket tilbake fra den naturlige syklusen.

Følgende felling brukes i kloakkrenseanlegg:

Jernkloridsulfat og jernsulfat (grønt salt) er produkter som oppstår som sekundære produkter ved ekstraksjon av titandioksid . Med unntak av natriumaluminat og kalkmelk, er dette sure Fe- eller Al-salter som, når de brukes, kan redusere pH-verdien i vannet og innføre ekstra anioner, noe som gjør biologisk avløpsvannbehandling vanskeligere (avhengig av syrebufferkapasiteten til vannet). Den typiske nedbørsreaksjonen er:

I kommunalt avløpsvann er den gjennomsnittlige fosforkonsentrasjonen mellom 1 og 5 mg P / l, og i henhold til bestemmelsene i avløpsavgiftsloven, avhengig av størrelsen på avløpsrenseanlegget og typen mottaksvann (liten bekk, stor elv, innsjø eller sjø), må den være 0,5 til 1, 0 mg P / l kan reduseres. Den nødvendige mengden utfellingsmidler beregnes i henhold til støkiometrien:

  • For 1 g P kreves 1,80 g Fe eller 0,87 g Al eller 1,94 g Ca eller deres tilsvarende salter.
  • Fra 1 g P, 4,87 g FePO 4 eller 3,94 g av AlPO 4 eller 5,00 g Ca 3 (PO 4 ) 2 dannes .

Mesteparten av tiden tilsettes utfellingene direkte til det biologiske rensetrinnet (samtidig utfelling), noen ganger også i en avløpsvannstrøm eller for forutfelling eller etterutfelling. Nesten hvert kloakkrenseanlegg er nå utstyrt på en slik måte at kjemisk nedbør kan utføres avhengig av de målte fosfatkonsentrasjonene. For å redde nedbørsmidler, praktiserer mange avløpsrenseanlegg også biologisk fjerning av P

Elektrolytisk nedbør

I svømmedammer brukes også den elektrolytiske oppløsningen av jernelektroder til å frigjøre dissosierte jernioner, fordi anionene av utfellingsmidler som brukes i åpent vann kan påvirke den naturlige balansen (spesielt dyreplankton ).

Den Fraunhofer Institute for IGB utviklet en elektrokjemisk prosess under anvendelse av en magnesium - offeranode , med fosfater og nitrater fra vann i form av struvitt- (ammonium-magnesium-fosfat heksahydrat: NH 4 MgPO 4 * 6 H 2 O) kan avsettes. Dette ammoniumfosfatet, som også kan ekstraheres fra avløpsvann, kan brukes som en fosfatgjødsel med lite uran (se også drikkevann # uranforurensning og nitratgjødsel ) i kjølvannet av den globale mangelen på fosfat .

Nedbørstyper

Samtidig nedbør

Den samtidige utfellingen er en utfellingsreaksjon der den løses opp i vannionene ved tilsetning av et utfellingsmiddel i en vannuoppløselig forbindelse omdannet, og deretter filtreres fra. Hvis to ioner blir utfelt samtidig med et utfellingsmiddel, er det samtidig nedbør.

Eksempel: I avløpsrensing er samtidig nedbør en prosess i kommunale avløpsanlegg som brukes til å fjerne fosfor som fosfat fra avløpsvannet. Den fellingsmiddel (for det meste jernsulfat , jernklorid eller et aluminiumsalt ) tilsettes oppstrøms av luftetanken. Den Utfellingsreaksjonen finner sted her på samme tid (= samtidig) med de biologiske renseprosesser i luftetanken. De resulterende dårlig oppløselige metallfosforforbindelsene (jern- og aluminiumfosfater) forblir i den sekundære klareren med det aktiverte slammet og blir således fjernet fra avløpsvannet. Dette fører til en økning i overflødig slam, siden metallfosforforbindelsene også produseres i tillegg til normal aktivert slamakkumulering.

Videre fører tilsetning av utfellingsmidlene til en forbedret slamstruktur og bedre sedimenteringsegenskaper. Samtidig nedbør utføres derfor ofte ikke bare av hensyn til fjerning av næringsstoffer, men også for å forbedre driften av anlegget, siden det forbedrer separasjonseffektiviteten til den sekundære klareren.

Pre-nedbør

Forutfelling (også kjent som "pre-flokkulering") er navnet på fjerning av fosfor fra avløpsvannet ved å omdanne det til uoppløst metallsalter . Denne nedbøren finner sted før det biologiske stadiet. For eksempel kan den primære klareren brukes til avregning.

Hovedfokuset i preutfelling er ikke selve fosfatutfellingen, men lindring av det biologiske stadiet. Spesielt utdaterte kloakkrenseanlegg er ofte overbelastet. Hvis fornyelsen av ulike årsaker er forsinket, kan man også overholde de aktuelle utslippsverdiene i disse systemene ved hjelp av en forutfelling. Ulemper ved denne prosessen er et veldig høyt volum primærslam og et veldig høyt forbruk av utfellingsmidler i form av 3 og høyere verdsatte metallsalter, som også er spesielt kostbare.

Etter nedbør

Fosforutfellingen skjer etter den sekundære avklaringen. Trivalente metallsalter brukes. Etterutfellingen sørger for veldig gode avrenningsverdier for fosfor, men forbruket av utfelling er veldig høyt. I tillegg er det nødvendig å separere de resulterende flakene nedstrøms.

Biologisk fosfor eliminering

I biologisk eliminering av fosfor (forkortet Bio-P ) bringes polyfosfatakkumulerende organismer (PAO) i en stressende situasjon i en anaerob tank. Hvis disse mikroorganismene ikke har noe oksygen tilgjengelig, kan de ikke puste, noe som betyr at de faktisk skal dø. For å forhindre dette frigjør de fosfatene som er lagret i cellene sine, som frigjør energi som de bruker for å overleve. For å støtte denne prosessen, må mikroorganismene forsynes med lett nedbrytbart organisk substrat . Når mikroorganismene deretter kommer inn i et aerobt livsområde, tar de opp det tidligere oppløste fosfatet og lagrer flere fosfater i cellene sine, som deretter reduserer det totale fosfatinnholdet i vannet.

Gunstige forhold for Bio-P

  • Kaskadedesign og frontlading
  • Høy BOD 5 i den anaerobe tanken
  • Lite forhåndsdemontering i kloakkanlegget

Ugunstige forhold for Bio-P

  • Oksygen- eller nitratvann
  • Primærbehandling med god effektivitet
  • Tynt og kaldt avløpsvann (mye fremmet vann)

Fordi Bio-P-prosessen er sensitiv, kombinerer de fleste kloakkrenseanlegg kjemisk og biologisk eliminering av fosfor.

Fosforeliminering i badedammer

Fosfatabsorbenter som brukes i vannfiltre, som zeolitter , kalsiumperoksid- kalsiumkarbonatblandinger , granulert jern (III) hydroksid , gul-rustent jern eller ionebytter , binder fosfater ved å adsorbere dem eller reagere kjemisk for å danne dårlig oppløselige fosfatforbindelser .

Alternativt kan jernioner også frigjøres elektrolytisk (likestrøm elektrolyse ) (se ovenfor ). Forsøket på å bruke ruststål i stedet for stiger og trapper i rustfritt stål kan bidra til fosfatbinding, men vil ikke redusere fosfatinnholdet i badevannet tilstrekkelig og forårsake problemer med jording (se der ).

De resulterende "dårlig" oppløselige fosfatforbindelsene har en substansspesifikk (og temperaturavhengig) løselighet i vann. I samsvar med denne løseligheten forblir alltid en fosfatrest i vannet i kjemisk likevekt , som ikke kan fjernes med det respektive middel. Dette gjenværende innholdet kan bare fjernes av planter og alger og "høster" dem. For å gjøre dette må planterester (kutte undervannsplanter eller flerårige stilker og bladmasse fra myrplanter) fjernes fra dammen, eller alger må nestes eller filtreres av.

Målet med fosforeliminering i svømmedammer er å holde næringsinnholdet så lavt som mulig, slik at regelmessig forekommende algblomstring forekommer sjeldnere ved lengre intervaller. For hver tilførsel av ferskvann (i Sentral-Europa fordamper mer fra membrandammer enn fylt av nedbør ) (også inneholdt og tillatt i drikkevann ) introduseres fosfatnivåer igjen , og det er derfor en senking av vannstanden tas i betraktning i svømmedammer (og tatt i betraktning i bankdesign og membrantrekk) og bare etterfylt på høsten eller våren.

Under den regelmessige kontrollen av kapillærbarrieren til foliedammer (fordi rottrykk kan forskyve jorden der), blir det samtidig sjekket om næringsrikt overflatevann skylles ut i dammen under kraftige regnhendelser, for deretter å ta mottiltak.

Problem

Kloakk slamaske fra slam mono-forbrenning med et fosforinnhold på 6–8%

Med tanke på den endelige naturen til jordens fosfatforekomster og fosforens viktige betydning (ingen plantevekst er mulig uten fosfater), blir det gjort et forsøk på å gjenvinne fosfor fra avløps- eller avløpsslam ved bruk av egnede metoder, f.eks. B. gjennom "Phostrip-prosessen", gjennom fordøyelsen av fosfatrikt kloakkslam eller gjennom MAP-utfelling (med struvit = ammoniummagnesiumfosfat ).

I Phostrip-prosessen sedimenteres en del av det fosfatholdige overskuddsslam fra biologi i et eget basseng (stripper) og det fosfatrike dekantatet behandles separat med utfellingsmidler, f.eks. B. med kalkmelk ( kalsiumfosfatutfelling ) eller magnesiumklorid ( struvitutfelling ). Det dannes krystallinske utfellingsprodukter som er relativt enkle å skille og kan brukes til industrielle formål. På grunn av merkostnadene har disse metodene ennå ikke klart å etablere seg. I Berlin markedsføres imidlertid gjødsel oppnådd gjennom MAP-nedbør i stor skala som gjødsel (" Berlin-anlegget ").

litteratur

  • Kloakkteknologi . Springer Verlag, ISBN 3-540-13038-1
  • Nitrogen og fosfor i elver . ATV-komiteens arbeidsrapport 2.1. I: Korrespondenz Abwasser , 11/87
  • Fosforeliminering ved bruk av en alkalisk leireoppløsning . I: Korrespondenz Abwasser , 1/90

weblenker

Individuelle bevis

  1. ↑ ePhos®: Elektrokjemisk prosess for utvinning av fosfor
  2. ^ Daniel Frank: Eksperimentell undersøkelse og modellering av utfelling av kalium-magnesium-fosfat ; Avhandling; Stuttgart, 2013 PDF-fil
  3. ↑ Avløpseksikon: Fosfat eliminering .