I. Introdução
Depois de muito pesquisar, eu realmente não sabia sobre o que escrever. Revendo meus artigos anteriores, percebi que não havia abordado o fósforo, então esse é o assunto de hoje. O fósforo é um poluente comum em águas residuais, dividido principalmente em duas categorias: “fósforo orgânico e fósforo inorgânico”. Aqueles que trabalham na indústria de proteção ambiental estão bastante familiarizados com este indicador. O fósforo parece simples, mas ainda pode ser complicado em algumas águas residuais.
II. Formas e características do fósforo
Phosphorus exists in wastewater in the forms of organic and inorganic phosphorus. Inorganic phosphorus is further divided into orthophosphate and metaphosphate. The final removal of phosphorus requires conversion to orthophosphate.
Ortofosfato (fósforo inorgânico): como PO₄³⁻, HPO₄²⁻. A forma mais comum, possui boa solubilidade e pode ser utilizada diretamente pelos organismos. Pode ser removido diretamente através de métodos físico-químicos.
Metafosfato (fósforo inorgânico): como pirofosfato, tripolifosfato (de detergentes), que hidrolisa gradualmente em ortofosfato em água.
Fósforo orgânico: como pesticidas e fosfocreatina. A maioria é encontrada em poluentes orgânicos e deve primeiro ser hidrolisada em ortofosfato antes de poder ser efetivamente removida.
III. Estratégias de remoção de fósforo
A via de remoção do fósforo geralmente envolve primeiro convertê-lo em ortofosfato e depois considerar métodos de remoção biológicos ou químicos. A remoção biológica do fósforo tem eficácia limitada, geralmente limitada ao fósforo nas águas residuais domésticas, e quando a concentração é muito alta, precisa ser complementada com a remoção química do fósforo. A remoção química de fósforo é o melhor método, mas não é adequado para uso em processos de lodo ativado, pois os agentes de remoção de fósforo podem afetar adversamente o crescimento de microrganismos.
O cerne da conversão do fósforo orgânico em fósforo inorgânico (ortofosfato) é o processo de mineralização, essencialmente a quebra de grupos funcionais orgânicos, com o fósforo sendo oxidado a PO₄³⁻. Este processo não possui uma única equação fixa; dependendo das condições de reação, ela se enquadra principalmente nas três vias típicas a seguir:
① Biodegradação (mais comum): Catalisada por fosfatases (como a fosfatase alcalina), as ligações C-O-P ou C-P do fósforo orgânico são quebradas. Tomando como exemplo os monoésteres de fosfato:
R-O-PO₃²⁻ + H₂O → R-OH + HPO₄²⁻ (ou PO₄³⁻)
Características: Temperatura e pressão normais, verdes e econômicas. As águas residuais municipais dependem principalmente deste método, mas a taxa de reação depende da atividade microbiana e da temperatura.
② Método de oxidação química (tratamento industrial profundo): Adicionar um oxidante forte (como o reagente de Fenton·OH) para oxidar completamente os organofosforados. Tomando como exemplo os pesticidas organofosforados (como o malatião):
(C₁₀H₁₉O₆PS₂) + 21·OH → 10CO₂ + 14H₂O + SO₄²⁻ + H₂PO₄⁻
Características: Reação rápida e mineralização completa. Adequado para águas residuais industriais com baixa biodegradabilidade, mas o custo operacional é relativamente alto.
③ Incineração-de alta temperatura (lodo/resíduos sólidos): O aquecimento sob condições ricas-de oxigênio converte diretamente o fósforo orgânico em resíduo de fosfato inorgânico estável, muitas vezes fixado nas cinzas como metafosfato ou pirofosfato. Adequado para resíduos perigosos contendo-fósforo-de alta concentração.
No tratamento real de águas residuais, a grande maioria da conversão de "fósforo orgânico em fósforo inorgânico" depende da hidrólise catalisada por enzimas biológicas-. A reação sempre envolve H₂O, e o produto final é quase sempre ortofosfato (PO₄³⁻ ou HPO₄²⁻), que é um pré-requisito para a subsequente remoção química do fósforo (adição de sais de alumínio/ferro) para precipitar e remover o fósforo.
4. Remoção Biológica de Fósforo
Princípio: Utilizando as características dos organismos acumuladores de polifosfato (PAOs), que liberam fósforo na zona anaeróbica e absorvem fósforo excessivamente na zona aeróbica, o fósforo é finalmente removido pela descarga de lodo rico em fósforo.
Processos principais: A²/O (anaeróbico-anóxico-aeróbico) e suas variantes (como valas de oxidação, SBR). Este processo pode remover simultaneamente nitrogênio e fósforo, atingindo uma taxa total de remoção de fósforo de aproximadamente 60%.
Núcleo: Custo-efetivo e capaz de tratar organofosforados (convertendo-os em ortofosfato antes da absorção), mas carece de estabilidade quando as concentrações de efluentes são extremamente rigorosas (por exemplo,<0.5 mg/L).
V. Remoção Química de Fósforo
Princípio: A adição de sais de alumínio (por exemplo, sulfato de alumínio) ou sais de ferro (por exemplo, cloreto férrico) reage com íons fosfato para formar precipitados insolúveis (por exemplo, AlPO₄, FePO₄).
pH ideal: Sais de alumínio aproximadamente 6-7, sais de ferro aproximadamente 5-5,5; é necessário um controle cuidadoso.
Estratégia: Geralmente adicionado como uma etapa de tratamento profundo após o tanque de tratamento biológico, ou adicionado em conjunto com ele em momentos específicos para garantir a conformidade estável da qualidade da água.
Para águas residuais organofosforadas industriais de alta-concentração ou recalcitrantes, é necessária oxidação avançada (por exemplo, o processo Fenton) para pré-tratamento na extremidade a montante; se necessário, o metafosfato precisa ser convertido em ortofosfato através de oxidação avançada para posterior remoção.