Fosforany to grupa związków chemicznych, które występują jako sole lub estry kwasu fosforowego (H₃PO₄). Odgrywają one kluczową rolę w uzdatnianiu wody przemysłowej i oczyszczaniu ścieków, ponieważ mogą działać zarówno jako niezbędne składniki odżywcze dla procesów biologicznych, jak i jako przyczyny problemów środowiskowych, takich jak eutrofizacja. Ich kontrola, usuwanie i dozowanie jest kluczowym aspektem w zarządzaniu procesami w wielu oczyszczalniach wody i ścieków.

Zasady chemiczne fosforanów

Fosforany występują w różnych formach chemicznych, które różnią się stopniem protonowania i rozpuszczalnością:

1. Fosforany pierwotne (diwodorofosforany)

   • Dominuje w kwaśnych zakresach pH.

2. Fosforany wtórne (fosforany wodoru)

   • Stabilny w zakresie pH od obojętnego do lekko zasadowego.

3. Fosforany trzeciorzędowe (ortofosforany):

   • Dominuje w środowiskach silnie zasadowych.

4. Polifosforany:

   • Związki w kształcie łańcucha lub pierścienia składające się z kilku grup fosforanowych (np. trójpolifosforan sodu, Na₅P₃O₁₀).

5. Fosforany organiczne:

   • Estry kwasu fosforowego związane z cząsteczkami organicznymi.

Fosforany są łatwo rozpuszczalne w wodzie, zwłaszcza jako ortofosforany, natomiast mogą wytrącać się w postaci słabo rozpuszczalnych soli (np. fosforanu wapnia).

Źródła fosforanów w wodzie i ściekach

1. Procesy przemysłowe:

   • W przemyśle spożywczym i napojów fosforany są stosowane jako stabilizatory, regulatory kwasowości lub emulgatory.
   • W przemyśle tekstylnym i papierniczym są one stosowane jako dodatki do zmiękczania wody i usuwania brudu.
   • W obróbce metali znajdują się one w inhibitorach korozji i roztworach odtłuszczających.

2. Ścieki z gospodarstw domowych i przemysłowe:

   • Fosforany pochodzą ze środków czyszczących, zwłaszcza detergentów i płynów do mycia naczyń.
   • Ścieki z gospodarstw domowych zawierają organicznie związane fosforany pochodzące z żywności i odpadów biologicznych.

3. Wpisy dotyczące rolnictwa:

   • Nawozy zawierające fosforany i gnojowica są głównym źródłem wprowadzania fosforanów do wód powierzchniowych poprzez spływy.

4. Oczyszczalnie ścieków:

   • Zrzuty z komunalnych oczyszczalni ścieków przenoszą fosforany do środowiska, jeśli nie są one skutecznie usuwane.

Znaczenie fosforanów w oczyszczaniu wody i ścieków

1. Składnik odżywczy dla mikroorganizmów:

   • Fosforany są niezbędnymi składnikami odżywczymi dla wzrostu mikroorganizmów na etapach oczyszczania biologicznego.
   • Optymalne stężenie (np. stosunek C:N:P wynoszący 100:5:1) jest wymagane do zapewnienia stabilnego biologicznego oczyszczania ścieków.

2. Eutrofizacja:

   • Nadmiar fosforanów w zbiornikach wodnych prowadzi do nadmiernego wzrostu glonów i niedoboru tlenu (eutrofizacja), co poważnie pogarsza jakość wody.

3. Ochrona przed korozją:

   • Fosforany są stosowane jako inhibitory w obiegach wody chłodzącej, aby zapobiec tworzeniu się produktów korozji.

Proces usuwania fosforanów

Fosforany są usuwane z wody i ścieków za pomocą procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych:

1. strącanie chemiczne

• • Mechanizm: Dodanie środków strącających (np. soli żelaza, glinu lub wapnia) prowadzi do powstania słabo rozpuszczalnych związków fosforanowych, które są oddzielane jako osad.
  • Anwendung: In kommunalen Kläranlagen zur Einhaltung gesetzlicher Grenzwerte (z. B. < 1 mg/L Gesamtphosphor).