10.2.1.Осаждение

Вупрощенном виде можно считать, что осаждение железом и алю­ минием во многом очень схоже и что определяющими факторами

ив том, и в другом случае являются растворимость и соотношение концентраций добавляемого иона металла Me и присутствующего ортофосфата. Процесс осаждения ионами кальция сильно зависит от pH, поэтому рассчитывая необходимое количество соли кальция, необходимо учитывать щелочность сточной воды.

Осаждение ионами железа и алюминия

Соли Fe3+ и А 13+ часто используют для осаждения фосфора. Их

поведение в данном процессе почти идентично, поэтому можно вос­ пользоваться обобщенной формулой осаждения фосфора ионами Ме3+

В литературе часто можно встретить следующее упрощенное описание осаждения:

Основная реакция Ме3+	+ Н2РО7 -> МеР0 4 + 2Н+	(10.3)
Побочная реакция Ме3+	4- ЗНСО^ -4 Ме(ОН)з + ЗСО2	(10.4)

В обоих случаях реакция сопровождается понижением pH (щелочности).

Нам бы хотелось, чтобы как можно больше металла было свя­ зано в форме фосфата, поэтому, на первый взгляд, представляется, что реакция образования гидроксида нежелательна. Однако обра­ зование гидроксида важно для последующей стадии флокуляции (разд. 10.2.2). Гидроксиды осаждаются в виде довольно объемных частиц, поэтому, сталкиваясь с мелкими частицами в потоке воды, они способны захватывать эти частицы, которые в противном случае не выпадали бы в осадок. Фосфаты также адсорбируются на осадках гидроксидов, поэтому последние существенным образом влияют на общий процесс удаления фосфора.

Реакции осаждения, описанные выражениями (10.3) и (10.4), являются очень упрощенными. Доказано, что в осадках содержатся также ионы кальция, а иногда и карбонат-ионы [1]. Эмпирическая

формула осадка имеет следующий вид:

Для основного продукта СакМет (Н2Р0 4 )г(0 Н)ь(НС0 з)с	(10.5)
Для побочного продукта Мех(ОН)у(НСОз)2	(10.6 )

От того, каким предполагается состав осадка (упрощенный или усложненный вариант), зависит и уравнение, используемое для определения концентрации растворенного фосфата. Модель растворимости основана на следующих элементах:

а. Выражение, определяющее общую концентрацию фосфата.

б.Предполагаемый состав осадка фосфатов и побочных продук­ тов.

в.Растворимость образовавшихся осадков фосфатов и побочных продуктов.

г.Основные уравнения равновесия в системе с фосфатом.

д.Уравнения равновесия для фосфатных комплексов.

Примеры расчета растворимости можно найти в работе [2].

Представляется целесообразным выделить преобладающие фор­ мы соединений фосфора, определяющие общую концентрацию растворимого фосфата Sp в диапазоне pH 5-11:

Sp = SHjPO< + SHPO*“ + SCaHP04(H20) + SCaPO-

(10.7)

Последние два члена описывают комплексы фосфата СаНРОДНгО) и C aP O j. Вклад комплексов железа и алюминия при pH выше 5 можно не учитывать.

Допуская присутствие всех типов осадков, описанных фор­ мулами (10.5) и (10.6), можно записать обобщенное уравнение, определяющее общую концентрацию растворенных фосфатов в состоянии равновесия [1].

Осаждение под действием Fe2+

Соли Fe2+ используют для осаждения довольно часто, поскольку они дешевле солей Fe3+, см. рис. 10.4. Эффективное удаление фосфора солями железа(П) можно осуществлять двумя путями:

-окислением железа(И) до железа(Ш),

-соосаждением с солями кальция.

Окисление железа(II) до железа(Ш)

На практике окисление происходит при добавлении Fe2+ в аэротенк на биологической станции очистки.

Fe2+ + 0,25О2 + Н+

Fe3+ + 0,5Н2О

(10.8)

Соосаждение с солями кальция

Эффективного осаждения фосфатов можно достичь при одновре­ менном применении Fe2+ и Са2+ Следовательно, окисление Fe2+ до Fe3+ не является обязательным условием использования солей Fe2+, как считалось ранее. Важным, однако, является сравнительно высокая концентрация в сточной воде ионов кальция. Продукт соосаждения по всей видимости представляет собой смешанный фосфат железа(П) и кальция, в качестве побочного продукта образуется карбонат железа(П). Состав продукта осаждения до сих пор еще не определен, поскольку это сложная смесь аморфных осадков и адсорбированных на них веществ. Осаждение происходит при pH ~7,0, однако из-за добавления Са(ОН)2 значения pH могут

подниматься до 8-10. Для эффективного проведения подобного осаждения необходима более детальная информация о химизме процесса.

Кальций в качестве осадителя

Осаждение фосфатов кальцием в виде Са(ОН)2 или СаО обычно

ошибочно называют осаждением известью. В упрощенном виде уравнения реакций можно записать следующим образом:

Основная реакция 5 Са2+ + 7 0 Н "+ З Н 2Р0 7 -^С а5 0 Н(Р0 4 ) з + 6 Н20

Побочная реакция Са2+ + СОз” -^СаСОз

Соединение, образующееся в результате первой реакции, назы­ вают гидроксиапатитом.

Однако в действительности все обстоит гораздо сложнее. Пре­ жде всего, на практике гидроксиапатит ни разу не был получен, а апатит является продуктом последней стадии многостадийного процесса, по мере протекания которого образуется целый ряд растворимых фосфатов кальция. Их растворимость, в действитель­ ности, и определяет растворимость осадков.

В апатитах, образующихся в процессе очистки воды, в поверх­ ностных водах, почве и даже в зубной эмали и костях, часть гидроксильных групп всегда замещена на ионы F ” (фторапатиты), часть фосфатных групп замещена на карбонат (фосфорит), а ионы кальция частично замещены на ионы Na+ , Fe3+, Al3+, Mg2+ или Zn2+ Если содержание железа, алюминия и карбоната достаточно высокое, то мы имеем дело со смешанными комплексами кальция/железа или кальция/алюминия, о которых речь шла в