Fosfor je chemický prvek klasifikovaný jako pniktogen. Je to jeden z nejběžnějších prvků v zemské kůře, zaujímá až 1 % její celkové hmotnosti. Vzhledem k jeho významné chemické aktivitě jej nelze nalézt ve volné formě. V tomto případě prvek tvoří obrovské množství různých minerálů, včetně apatitu a fosforitu. Fosfor je také považován za nedílnou součást fosfolipidů – důležitých biologických sloučenin. Obsažený v živočišných tkáních, bílkovinách a také ATP a DNA je považován za životně důležitý prvek.
Za normálních podmínek se fosfor nachází ve formě alotropních modifikací různých typů – v tuto chvíli nebyly všechny formy identifikovány. Nejběžnější jsou tři odrůdy: bílá, černá a červená. Liší se barvou, hustotou a indikátory chemické aktivity. Vědci je nazývají základními, protože zbývající modifikace jsou směsí výše uvedeného.
Vlastnosti fosforu
Když už mluvíme o biologické úloze sloučenin fosforu, nelze si nevšimnout jejich přítomnosti v buňkách ve formě různých kyselin. Lidské kosti a zubní sklovina se tedy skládají z hydroxyapatitu. K úplné regulaci sloučenin jsou zapotřebí určité hladiny vitaminu D a hormonů.
Pokud má tělo nedostatečné hladiny fosforu, může to způsobit onemocnění kostí. Denní příjem fosforu závisí na druhu aktivity a věku. Takže pro děti a dospívající je to 1,5-2,5 g, pro dospělé – 1,0-2,0 g. V případě aktivního sportu a jiných druhů fyzické aktivity se požadovaná norma zvyšuje 1,5-2krát.
Rozsah použití fosforu
Fosfor je jako důležitá živina široce používán v různých oblastech. Jednou z nejoblíbenějších oblastí je výroba hnojiv pro zemědělský sektor. To je způsobeno schopností fosforu stimulovat růst a plodnost většiny zemědělských plodin. V tomto je podobný draslíku a dusíku.
Sloučeniny fosforu se také používají v potravinářském průmyslu, používají se k výrobě okyselovacích látek, zahušťovadel a konzervačních látek. Používají se i v běžném životě – sloučeniny jsou například součástí účinných látek přidávaných do pracích prostředků a pracích prášků.
Celkový fosfor v odpadních vodách
V rámci studia charakteristik odpadních vod se dříve či později setkáme s pojmem celkový fosfor. Jedná se o koncentraci elementárního fosforu a jeho sloučenin organického a anorganického typu. Patří mezi ně hydrolyzovatelné fosfáty a ortofosfáty. Největší potíže při organizaci systémů čištění vody způsobují fosfáty – soli kyselin fosforečných. Maximální přípustná koncentrace celkového fosforu v odpadních vodách je 12 mg/dm3.
Odkud pochází fosfor v odpadních vodách?
Ve většině případů se fosfor dostává do vody antropogenní cestou. Přesto se malé množství prvku a jeho sloučenin nachází ve vodních útvarech jako součást biologického cyklu a fosfin, jedna ze sloučenin, slouží jako biologický marker. Fosfor se v odpadních vodách objevuje především díky činnosti chemických, potravinářských a zemědělských podniků.
Vlastnosti stanovení fosforu v odpadních vodách
Každé analýze předchází odběr vzorků. Tento proces zahrnuje provádění všech postupů v souladu s GOST, a proto je lepší jej svěřit odborníkům. To platí zejména pro odpadní vody. Objem vzorku pro testování musí být alespoň 250 cm3. Nádoby používané ke shromažďování a skladování vody nelze ošetřovat syntetickými přípravky obsahujícími ortofosfáty nebo polyfosfáty. To způsobí zkreslené výsledky kvůli zvýšeným hladinám sloučenin.
Rozbor vody musí být proveden nejpozději do 6 hodin po odběru vzorku. Pokud nelze test provést v den odběru vzorků, je nutné jej konzervovat přidáním chloroformu v objemu 3–4 cm3 na každých 1000 cm3 vody. Dále se vzorek umístí do speciálních podmínek s teplotou nepřesahující +8 °C. V tomto stavu může být vzorek skladován po dobu 3 dnů. Před analýzou je nutné vzorek důkladně protřepat.
Pro nejlepší přesnost by měla být měření prováděna při pokojové teplotě. Roztoky se připravují v souladu s požadovaným objemem a správným poměrem. Počet alikvotů a hmotnosti vzorků reagencií jsou regulovány tímto standardem a jsou rovněž počítány v cm3 nebo dm3.
Metody analýzy odpadních vod
Existuje několik metod pro stanovení fosforu v odpadních vodách. Všechny jsou rozděleny do dvou kategorií: hrubé a jemné. Výběr závisí na směru studie a údajích, které mají být získány po jejím dokončení.
- Hrubé metody zahrnují kolorimetrickou analýzu, která je regulována GOST 18309-2014. Zahrnuje hydrolýzu polyfosfátů za vzniku ortofosfátů. Následně tvoří sloučeniny s molybdenem, zmodrají. V další fázi se roztok zkoumá fotometricky. Pro snížení vlivu železa a dusitanů na výsledek se roztok zředí dalšími činidly. To zase snižuje přesnost studie.
- Mezi přesnými metodami vyniká spektrofotometrický výzkum pomocí elektronických přístrojů. Zabere znatelně méně času než kolorimetrická metoda a zároveň vám umožní dosáhnout výsledků, které téměř 100% odrážejí skutečný obraz. Zvláštností metody je sledování změn v průchodu světla vzorkem odebraným na různých vlnových délkách. Shromážděné informace jsou porovnány, výsledkem jsou údaje o gradaci spekter. Jedná se o velmi pohodlnou metodu, která nevyžaduje použití činidel a spoustu času.
K provádění analýz pomocí výše uvedených metod lze použít různé typy zařízení. Patří mezi ně fotometry, spektrofotometry, fotometrické analyzátory a další zařízení, která umožňují odhadnout hustotu roztoku v různých rozsazích vlnových délek s chybou měření maximálně 2 %. Díky možnostem moderního zařízení lze těmito metodami efektivně stanovit fosforečnany v odpadních vodách v hmotnostních koncentracích od 0,01 do 1000 mg/dm3.
Způsoby čištění odpadních vod od fosforu
Po stanovení zvýšeného obsahu fosforu a jeho sloučenin v odpadních vodách bude zapotřebí řada kroků směřujících k postupné eliminaci a odstranění prvku. Na to existuje několik metod. Ty jsou zase rozděleny do tří kategorií, což je určeno vlastnostmi použitých nástrojů: fyzikálně-chemické, biologické a kombinované.
Fyzikálně-chemické metody čištění
K čištění vody od fosfátů se často používají fyzikální a chemické metody. Zahrnují filtraci k odstranění suspendovaných pevných látek. Po filtraci se do vody přidávají koagulanty na bázi síranu hlinitého nebo chloridu železitého. Někdy jsou kombinovány s flokulantem. To podporuje tvorbu koloidních fosfátů, které se následně stávají sraženinou.
Voda s vysráženými fosforečnany se usazuje nebo prochází flotačním čištěním. V této fázi můžete očekávat odstranění až 90 % fosfátů. Použití elektrochemického čištění urychluje proces úpravy vody, protože plyny uvolňované během elektrolýzy napomáhají vzniku vloček oxidu kovu na povrchu vody, odkud jsou odstraněny. Ale vzhledem k vysokým nákladům se tato metoda nepoužívá tak často.
Biologické metody
Biologické metody čištění odpadních vod zahrnují použití aktivovaného kalu, který obsahuje velké množství aerobních a anaerobních mikroorganismů. Vyznačují se schopností využívat při metabolismu fosfor znečišťující vodu. V rámci biologického čištění jsou z odpadních vod současně odstraňovány fosfor a dusík, což je způsobeno jejich účastí na metabolických procesech živých organismů.
Metoda je založena na zavádění aktivovaného kalu a živného substrátu do odpadních vod, které jsou předem umístěny ve speciálních nádržích. Substrát je vyžadován k vytvoření nejlepších podmínek pro bakterie přímo zapojené do procesu defosforizace. Jako substrát se používají mastné kyseliny s těkavými vlastnostmi a jako hlavní živné médium působí kyselina octová a v některých případech kyselina propionová.
Když bakterie začnou spotřebovávat organické kyseliny, aniž by přitahovaly kyslík, polyfosfáty se rozkládají do stavu fosfátů. Reakce se vysvětluje skutečností, že bakterie vyžadují energii k udržení svých životních funkcí, která pochází z rozkladu těchto sloučenin. Poté se za anaerobních podmínek začnou množit bakterie a řasy – v rámci tohoto procesu se k syntéze využívají volné fosfáty. Díky tomu se přeměňují na biomasu, která se v konečné fázi odděluje od vyčištěné vody.
Kombinované metody
Kombinované metody čištění odpadních vod zahrnují kombinaci fyzikálně-chemických a biologických procesů. V případě fosforu je chemická koagulace ještě podpořena biologickou úpravou, která umožňuje důkladnější zpracování a čištění. Při použití takových metod je však nutné vzít v úvahu řadu nuancí.
Použití vápna a koagulantů k odstranění fosforu tedy může vést ke zvýšení pH, což následně způsobí smrt mikroorganismů. K boji proti tomuto jevu můžete použít karbonizaci, to znamená nasycení vody oxidem uhličitým. Při kontaktu s vodou tvoří kyselinu uhličitou, kterou lze použít ke snížení úrovně pH na přijatelnou úroveň.
Rozbor odpadních vod v laboratoři NORTEST
Ve velkých městech a průmyslových centrech jsou pravidelně vytvářeny a modernizovány čistírny odpadních vod, což se děje s ohledem na neustále rostoucí objem odpadních vod. V mnoha případech je však stále pozorováno překročení přípustné koncentrace fosforu a dalších prvků. Aby bylo možné okamžitě zjistit skutečnost, že došlo k porušení, bude testování vody vyžadovat služby kvalifikované laboratoře, která je schopna provést nezávislé vyšetření a zajistit vysokou přesnost výzkumu.
Mezi takové laboratoře patří testovací centrum NORTEST se sídlem v Moskvě. Kromě klientů z hlavního města jsme připraveni pomoci i firmám a spotřebitelům z moskevského regionu. Celý proces od odběru vzorků až po následnou analýzu a vydání výsledků probíhá v souladu s normami a požadavky. Získaný výsledek udává procentuální zastoupení sloučenin fosforu a lze jej použít jako základ pro optimalizaci provozu systémů úpravy vody v oblasti, kde se nachází odpadní vody.
Užitečné Články
Stanovení fosforu v půdě
Stanovení aromatických uhlovodíků ve vodě
Bakteriologický výzkum a analýza půdy
