Niektóre ścieki przemysłowe cechują się obecnością jednocześnie prostych fosforanów, jak też fosforu organicznego. Przykładem takich ścieków są ścieki z przemysłu spożywczego - produkcji margaryny i olejów jadalnych. W ściekach tych występują jednocześnie fosforany oraz organiczne związki fosforu - fosfolipidy, stanowiące złożone tłuszcze zawierające oprócz kwasów tłuszczowych i alkoholu, także reszty kwasu fosforowego. Podstawowym celem pracy było opracowanie metody umożliwiającej skuteczne usunięcie fosforu ogólnego (organicznego) ze ścieków przemysłu spożywczego - produkcji margaryny i olejów jadalnych. Zakres pracy obejmował zastosowanie metod chemicznych oraz biologicznych usuwania fosforanów i fosforu organicznego. Założono, że usunięcie fosforu organicznego ze ścieków prawdopodobnie możliwe jest w wyniku dekompozycji (destrukcji) w procesie utlenienia chemicznego lub anaerobowej biodegradacji związków organicznych zawierających fosfor.
Dodatkowo założono również możliwość równoczesnego usuwania siarczanów poprzez redukcję do siarczków i rozkład związków organicznych celem usunięcia fosforu organicznego. Badania prowadzono na ściekach rzeczywistych rzeczywistych z przemysłu tłuszczowego i syntetycznych zawierających organiczne połączenia fosforu w postaci glicerofosforanu sodu.
Celem uwolnienia fosforu ze związków organicznych zastosowano ich utlenienia odczynnikiem Fentona (mieszanina siarczanu żelaza i nadtlenku wodoru dozowanych w różnych proporcjach wagowych Fe : H2O2 (1:3 i 1:2) i siarczanem żelaza (PIX). W pracy sprecyzowano warunki efektywnego utleniania zawartych w ściekach z produkcji margaryny, złożonych związków organicznych zawierających fosforoglicerydy (fosfolipidy). W przypadku chemicznego utleniania niezbędne jest uzyskanie wysokiego potencjału oksydacyjnego. Konieczne jest, aby potencjał oksydacyjno redukcyjny (ORP) był przynajmniej na poziomie +200 mV, aby uzyskać efekt usunięcia fosforu organicznego powyżej 80%. Uzyskanie wcześniej wspomnianego wysokiego potencjału ORP, zgodnie z oczekiwaniami, możliwe było przy zastosowaniu odczynnika Fentona. Uzyskanie tak wysokiej wartości potencjału oksydacyjno redukcyjnego możliwe jednak było także przy zastosowaniu PIX'u.
Mierzony potencjał oksydacyjno-redukcyjny niewątpliwie wiąże się z zakwaszeniem próby, zarówno w wyniku dodatku odczynnika Fenton'a jak i PIX'u. W istocie uzyskano dużą zbieżność uzyskiwanych efektów usunięcia fosforu organicznego dla tych dwóch zastosowanych odczynników. Interpretować to można jako denaturacje tłuszczy i związanych z nimi fosfolipidów w warunkach niskich wartości pH w obszarze 3 do 4.
Stwierdzono, że chemiczne utlenianie związków organicznych jest wystarczająco skuteczne celem usunięcia fosforu organicznego, zarówno w przypadku zastosowania odczynnika Fentona jak też PIX'u, lecz powoduje znaczne zwiększenie zasolenia ścieków - zwiększenia stężenia siarczanów. Dlatego też pojawiła się koncepcja innego podejścia do problemu utleniania i zastosowania beztlenowego procesu biologicznego. Zastosowanie procesu biologicznego było również możliwością redukcji siarczanów i ich usunięcia.
W warunkach beztlenowych bakterie redukujące siarczany i metanowe konkurują ze sobą o substancje organiczne. Zawarte w ściekach organiczne związki fosforu w postaci fosfolipidów są wykorzystywane jako źródło węgla do procesów metabolicznych bakterii w procesie beztlenowym. W konsekwencji siarczany redukowane są do siarczków, a obecne związki organiczne ulegają rozkładowi. Rozkład prowadzi do uwolnienia fosforu z fosfolipidów w formie fosforanów, co przyczynia się do wzrostu zawartości fosforanów w ściekach odprowadzanych ze złoża. Fosforany usuwa się następnie np. przy pomocy wapna. Miarą efektywności utleniania związków organicznych zawierających fosfor było uwalnianie fosforanów oraz zmiana wartości ChZT - zmniejszenie wartości ChZT. Ponieważ w analizowanym przypadku celowa była redukcja siarczanów obecnych w ściekach w znacznych stężeniach (w przypadku od 915 do 4210 mg So4/dm3) proces fermentacji beztlenowej ścieków należało realizować z jednoczesnym zamiarem redukcji siarczanów i utlenianiem (biodegradacją) związków organicznych, w tym fosfolipidów.
Ustalono niezbędne warunki realizacji biologicznego procesu beztlenowego zapewniające biodegradację fosfolipidów celem uwolnienia fosforanów i w konsekwencji umożliwienia usunięcia fosforu organicznego ze ścieków.
Na podstawie wykonanych w ramach niniejszej pracy badań stwierdzono, że warunkiem koniecznym usunięcia fosforu organicznego z badanych ścieków przemysłowych jest wcześniejsze utlenienie złożonych związków organicznych.
The usual forms of phosphorus that are found in waste water include the phosphate, polyphosphate and organic phosphate. Phosphorous can be removed by chemical precipitation with lime, iron or alum reagents, or biologically. Chemical treatment methods (usually chemical precipitation) enabled the removal of phosphorus in a high degree. Lime which is used for phosphorus removal from food industrial waste water leads only to removal of phosphates, leaving organic phosphorus present as phospholopids in the waste waters. Investigations were carried out aiming at removal of organic phosphorus by chemical oxidation using ferrous sulphate and Fentons reagent. Ferrous sulphate was used in the form of a commercially available product PIX. The Fentons reagent is a mixture of hydrogen peroxide and ferrous salt. Fentons reagent is used as a source of hydroxyl radials and in many cases can oxidize organic compounds to carbon dioxide and water. The hydroxyl radials are a very powerful and effective non-selective oxidizing agent.
The main advantage of Fentons reagent is not only chemical oxidation of organic matters (phospholipids) but also simulaneous precipitation ferrous phosphate.
The study was carried out in laboratory scale. The industrial waste water have constituted the substrate in my investigations. Varying doses of PIX and Fentons reagent were used, and the effects have been evaluated by measuring the concentration of organic phosphorus. Moreover, the effects of oxidation (reagents) organic compounds phosphorus addition on COD removal from wastewater were investigated. Depending on th dose od reagents used a decrease of pH simultaneous increase of ORP was measured. The organic phosphorus removal efficiency increasted with the decreased value of pH.
The carried out research with PIX and Fentons reagent has shown the possibility of an almost complete removal of organic phosphorus at low pH (pH in the range of 3 to 4).
Moreover the conditions of effective oxidation of complex organic compounds including the phospholipids contained in waste water from production of margarine were described. In case of chemical oxidation it is indispensable to obtain high oxidation potential. It is necessary for oxidation reduction potential (ORP) to be at least on the level of +200 mV, to get the effects of removal of organic phosphorus in 80% above.
It was possible to obtain the expectations, with the use of Fentons reagent. However it was also possible to obtain the high value of oxidation reduction potential with the use of PIX solution.
The oxidation reduction potential (ORP) measures is doubtless connected with souring (acid) the test in result of both addition of Fentons reagent and PIX solution. Large convergence of the effects of organic phosphorus removal fot the two applied reagents was obtained. It can be interpreted as denaturation of fats and the phospholipids connected with them in conditions of low pH values in the range of 3 to 4.
With the increase of the amount of added reagents, increase in sulphate concentration was observed. In order to avoid the mentioned negative effects a biological process was investigation. The aim was oxidation of organic matters, relese of phoshpates and simultaneous removal od sulphates under anaerobic conditions. The sulphates present in the wastewaters can be reduced to sulphide.
Investigations on biological release of phosphates under anaerobic conditions has been carried out at laboratory scale with the application of an anaerobic filter bed with an active volume od 2,7 liters, a hydraulic load od 0.011 m3/m2h. The hydraulic retention time (HRT) was 5 days. The process was carried out at a constant temperature of 30 ^C. The investigations were comprised of six series of different ORP value.
It was found that ORP is of great significance in the anaerobic process of organic matters removal, release phosphates and sulphates reduction. The process of COD removal was accompanied by an effective release of phosphate. The rate of the phosphate release process was dependent on oxidation of organic matters (biodegradation) measures as COD. An increase of release phosphate with the increase of removal COD was observed. The carried out rescarch has shown a possibility of organic matters biodegradation, release of phosphato and reduction of sulphates in anaerobic conditions.
The release of phosphates and decreasing COD value was the measure of oxidation effeciency of organic compounds including phosphorus.
Since in the analysed case reduction of sulphates present in wastewater in high concentrations (in the range of 422 to 5570 mg/I) was purposeful, it was necessary to carry out the process of wastewater anaerobic fermentation simultaneously with intention of sulphates reduction and of organic compounds (including phospholipids) oxidation (biodegradation).
The essential conditions of realization of biological anaerobic process have been establishes which guarantee the biodegradation of phospholipids to release of phosphate, and consequently to enable removal of organic phosphorus from wastewater.
On the base of carried out experoments within the scope of present work it was stated that earlier oxidation of organic compounds is a necessary condition of removal organic phosphorus from the stuidied wastewater.
