Очистка воды от фосфатов
1. Как в воде появляются фосфаты?
Фосфор находится в минеральных породах. И при их разрушении попадает в наземные источники. Также фосфаты образуются в процессе загнивания и переработки растений, выделяют их в воду и животные и процессе своей жизнедеятельности. Кроме природного загрязнения есть еще и техногенное. Фосфаты содержатся во многих удобрения и широко применяются в сельском хозяйстве. Поэтому при паводках, атмосферных осадках, через грунтовые воды они с почвы попадают в водоемы. Практически весь неорганический фосфор находится в форме HPO42 при кислотно-щелочном балансе более 6,5 единиц. Естественная концентрация фосфатов в природных источниках очень незначительна от нескольких миллилитров до миллиграмм на дм3. В основном загрязнения поступают извне, в процессе деятельности сельских хозяйств и промышленных предприятий.
При попадании фосфатов в водоемы начинается процесс активного размножения растений. Которые в свою очередь дополнительно загрязняют воду. Если природный источник непроточный или малопроточный, то такие изменения грозят полным изменением структуры всей водной среды. При этом наблюдается повышение жесткости, быстрое размножение бактерий, запускается процесс гниения, что увеличивает мутность. В теплые месяцы концентрация фосфатов не увеличивается, а вот с наступлением осени или весны, концентрация значительно повышается. Причем такой скачок может произойти очень резко.
2. Методы удаление фосфатов
Есть несколько способов очистки природных источников от фосфатов, применяемых отдельно или в комбинации с другими технологиями.
Коагуляция и флокуляция. Метод физико-химический. Сначала исходную воду очищают от крупных взвешенных частиц грубыми фильтрами. Далее происходит подача коагулянтов. Чаще всего используется сульфат алюминия или хлорид железа. Происходит объединение фосфатов и выпадение их в осадок. Для ускорения реакции добавляются флокулянты – полиакриламид. Благодаря такому химическому составу образуются нерастворенные твердые фосфаты. Осадок устраняется механическими или сорбционными фильтрами. Либо проходит процесс флотации. В этом случае вода насыщается кислородом и вместе с пузырьками воздуха примеси поднимаются на поверхность в виде пены. Метод позволяет снизить концентрацию фосфатов до 90%. Коагуляция может быть электрохимической. То есть используются для очистки алюминиевые аноды. Таким образом можно значительно увеличить скорость реакции. Благодаря электролизу появляются газы, которые поднимают образовавшиеся после коагуляции хлопья на поверхность воды. Но такая комбинация выйдет дорого экономически, из-за стоимости металла. Преимущества способа в почти полной фильтрации фосфатов. Кроме того, устраняется мутность и корректируется кислотно-щелочной баланс.
Рис. 1 Метод коагуляции
Биологический метод. В воду добавляется активный ил, в котором присутствуют анаэробные и аэробные микроорганизмы. Они имеют способность устранять фосфаты, используя их в процессе жизнедеятельности. Биологическая очистка происходит в специальных устройствах, где создаются оптимальные условия для размножения бактерий. Способ очень распространен для очистки природной воды, так как не нарушает химических или биологических процессов. И является полностью безопасным. Однако, достаточно длительный.
Комбинированные методы. Сначала происходит добавление коагулянтов, далее биологическая очистка. Таким образом процесс фильтрации ускоряется и повышается степень очищения. Но данная комбинация имеет значительный недостаток. Может повысится кислотно-щелочной баланс воды, после коагуляции, что плохо влияет на размножение бактерий. Поэтому требуется насыщение углекислым газом. Образуется угольная кислота, которая снижает кислотность до оптимальных значений.
Обратный осмос. Очистка производится с помощью полупроницаемой мембраны. Поверхность элемента пористая и не пропускает фосфатные соединения. Степень фильтрации составляет 99%. Но требуется создать определенное давление и предварительно подготовить воду. Для этого устанавливаются механические фильтры. При наличии хлористых соединений обязательно и их устранение. Дополнительная фильтрация после систем обратного осмоса не требуется. Для снижения нагрузки совмещается с методом коагуляции. В этом случае очистка от взвешенных фосфатных частиц происходит быстрее. Элемент требует периодической промывки при загрязнении ячеек. Преимущество метода в полной очистке от загрязнений и фосфатов в том числе, независимо от их формы. Фильтрация не требует изменения температуры или pH воды. Никак не влияет на экосистему водоема. Из недостатков можно выделить только обязательную предварительную подготовку воды, путем очистки от мусора и устранения растворенного хлора, при наличии.
Рис. 2 Система обратного осмоса
3. Какой метод удаления фосфатов эффективнее?
Каждый способ позволяет устранить фосфаты из природной воды до нормативов. Но есть определенные различия. Каждая система фильтрации подбирается индивидуально под источник. Потому что у каждого водоема свой состав, технические характеристики и экосистема. Например, не все рыбы переносят наличие алюминия. Если определенных показаний нет, то наиболее эффективной станет схема комбинации коагуляции и систем обратного осмоса. Вода полностью очищается от фосфатов и других примесей. У мембраны могут быть ячейки разного размера, что позволяет устранить определенные примеси. Тем более для такой очистки не требуется изменение технических характеристик источника. Коагуляция с добавлением флокулянтов также эффективна, но при условии безвредного воздействия на микрофлору водоема.
4. Рекомендации
Фосфаты сами по себе не являются очень токсичными веществами. Но их способность изменять структуру жизнедеятельности всего водоема заставляет подбирать методы фильтрации. К тому же они значительно ухудшают текущий состав воды, путем влияния на образование токсичных соединений и развития бактерий.
Перед выбором способа фильтрации требуется взять пробы воды на анализ. Это необходимо для выявления концентрации фосфатов и других примесей и технических характеристик источника. Основываясь на этих данных производится подбор технологии и оборудования.
