סך הזרחן הוא מדד חשוב לאיכות המים, אשר לו השפעה רבה על הסביבה האקולוגית של גופי המים ועל בריאות האדם. זרחן כולל הוא אחד ממרכיבי המזון הנחוצים לגידול צמחים ואצות, אך אם סך הזרחן במים גבוה מדי, זה יוביל לאאוטרופיקה של גוף המים, יאיץ את רביית האצות והחיידקים, יגרום לפריחת אצות, ולהשפיע ברצינות על הסביבה האקולוגית של גוף המים. ובמקרים מסוימים, כמו מי שתייה ומי בריכות שחייה, רמות גבוהות של זרחן כולל עלולות לגרום לפגיעה בבריאות האדם, במיוחד לתינוקות ולנשים הרות.
מקורות לכלל זרחן במים
(1) זיהום חקלאי
הזיהום החקלאי נובע בעיקר משימוש רב בדשנים כימיים, והזרחן בדשנים כימיים זורם אל מקווי המים באמצעות מי גשמים או השקיה חקלאית. בדרך כלל, רק 10%-25% מהדשן יכולים לשמש צמחים, ושאר 75%-90% נשארים באדמה. לפי תוצאות מחקר קודמות, 24%-71% מהזרחן במים מגיע מדישון חקלאי, כך שזיהום הזרחן במים נובע בעיקר מהגירת הזרחן בקרקע למים. על פי הסטטיסטיקה, שיעור הניצול של דשן פוספט הוא בדרך כלל רק 10%-20%. שימוש מופרז בדשן פוספט לא רק גורם לבזבוז משאבים, אלא גם גורם לעודף דשן פוספט לזהם את מקורות המים באמצעות נגר עילי.
(2) ביוב ביתי
ביוב ביתי כולל ביוב מבני ציבור, ביוב ביתי למגורים ושפכים תעשייתיים המוזרמים לביוב. המקור העיקרי של זרחן בשפכים ביתיים הוא שימוש במוצרי כביסה המכילים זרחן, הפרשות אנושיות ואשפה ביתית. במוצרי הכביסה משתמשים בעיקר בנתרן פוספט ובפוליסודיום פוספט, והזרחן שבחומר הניקוי זורם לגוף המים עם הביוב.
(3) שפכים תעשייתיים
שפכים תעשייתיים הם אחד הגורמים העיקריים הגורמים לעודף זרחן במקווי מים. שפכים תעשייתיים הם בעלי מאפיינים של ריכוז מזהמים גבוה, סוגים רבים של מזהמים, קשים לפירוק ורכיבים מורכבים. אם שפכים תעשייתיים יוזרמו ישירות ללא טיפול, זה יגרום להשפעה עצומה על גוף המים. השפעות שליליות על הסביבה ועל בריאות התושבים.
שיטת פינוי זרחן שפכים
(1) אלקטרוליזה
באמצעות עקרון האלקטרוליזה, החומרים המזיקים בשפכים עוברים תגובת הפחתה ותגובת חמצון בקוטב השלילי והחיובי בהתאמה, והחומרים המזיקים מומרים לחומרים בלתי מזיקים להשגת מטרת טיהור המים. לתהליך האלקטרוליזה היתרונות של יעילות גבוהה, ציוד פשוט, תפעול קל, יעילות הסרה גבוהה ותיעוש של ציוד; אין צורך להוסיף חומרי קרישה, חומרי ניקוי וכימיקלים אחרים, מונע את ההשפעה על הסביבה הטבעית ומפחית עלויות בו זמנית. תיווצר כמות קטנה של בוצה. עם זאת, שיטת האלקטרוליזה צריכה לצרוך אנרגיה חשמלית וחומרי פלדה, עלות התפעול גבוהה, התחזוקה והניהול מסובכים, ובעיית הניצול המקיף של המשקעים דורשת מחקר ופתרון נוסף.
(2) אלקטרודיאליזה
בשיטת האלקטרודיאליזה, באמצעות פעולת שדה חשמלי חיצוני, האניונים והקטונים בתמיסה המימית עוברים לאנודה ולקתודה בהתאמה, כך שריכוז היונים באמצע האלקטרודה מצטמצם מאוד, וריכוז היונים. ליד האלקטרודה גדל. אם מוסיפים ממברנת חילופי יונים באמצע האלקטרודה, ניתן להשיג הפרדה וריכוז. המטרה של. ההבדל בין אלקטרודיאליזה לאלקטרוליזה הוא שלמרות שהמתח של האלקטרודיאליזה גבוה, הזרם אינו גדול, מה שלא יכול לשמור על תגובת החיזור המתמשכת הנדרשת, בעוד שהאלקטרוליזה היא בדיוק ההפך. לטכנולוגיית אלקטרודיאליזה יש את היתרונות של אין צורך בכימיקלים כלשהם, ציוד פשוט ותהליך הרכבה ותפעול נוח. עם זאת, ישנם גם כמה חסרונות המגבילים את היישום הרחב שלו, כגון צריכת אנרגיה גבוהה, דרישות גבוהות לטיפול מקדים במים גולמיים ויציבות טיפול לקויה.
(3) שיטת ספיחה
שיטת הספיחה היא שיטה שבה מזהמים מסוימים במים נספגים ומקובעים על ידי מוצקים נקבוביים (סופחים) כדי להסיר מזהמים במים. בדרך כלל, שיטת הספיחה מחולקת לשלושה שלבים. ראשית, הסופח נמצא במגע מלא עם השפכים כך שהמזהמים נספגים; שנית, הפרדת הסופח והשפכים; שלישית, התחדשות או חידוש של הסופח. בנוסף לפחם פעיל בשימוש נרחב כסופח, שרף ספיחה מאקרו-פורוסי סינטטי נמצא בשימוש נרחב גם בספיחת טיפול במים. לשיטת הספיחה יש את היתרונות של פעולה פשוטה, אפקט טיפול טוב וטיפול מהיר. עם זאת, העלות גבוהה, והשפעת הרוויה של הספיחה תפחת. אם נעשה שימוש בספיחת שרף, נדרש ניתוח לאחר רווית ספיחה, וקשה להתמודד עם פסולת הניתוח.
(4) שיטת החלפת יונים
שיטת חילופי היונים היא תחת פעולת חילופי יונים, היונים במים מוחלפים בזרחן בחומר המוצק, והזרחן מוסר על ידי שרף חילופי אניונים, אשר יכול להסיר זרחן במהירות ובעל יעילות גבוהה של סילוק זרחן. עם זאת, לשרף החליפין יש את החסרונות של הרעלה קלה והתחדשות קשה.
(5) שיטת התגבשות
סילוק זרחן על ידי התגבשות הוא הוספת חומר הדומה לפני השטח והמבנה של פוספט בלתי מסיס למי השפכים, להרוס את המצב המט-יציב של יונים בשפכים, ולהזרים גבישי פוספט על פני השטח של חומר ההתגבשות כגרעין הגביש, ולאחר מכן. להפריד ולהסיר זרחן. חומרים מינרליים המכילים סידן יכולים לשמש כחומרי התגבשות, כגון סלע פוספט, פחם עצם, סיגים וכו', ביניהם סלע פוספט ופחם עצם יעילים יותר. הוא חוסך שטח רצפה וקל לשליטה, אך יש לו דרישות pH גבוהות וריכוז יוני סידן מסוים.
(6) שטח ביצה מלאכותי
סילוק זרחן ביצות בנויה משלבת את היתרונות של סילוק זרחן ביולוגי, סילוק זרחן משקעים כימיים ופינוי זרחן ספיחה. הוא מפחית את תכולת הזרחן באמצעות ספיגה והטמעה ביולוגית, וספיחת מצע. סילוק זרחן הוא בעיקר באמצעות ספיחת מצע של זרחן.
לסיכום, השיטות הנ"ל יכולות להסיר זרחן בשפכים בצורה נוחה ומהירה, אך לכולן יש חסרונות מסוימים. אם נעשה שימוש באחת מהשיטות לבד, היישום בפועל עלול להתמודד עם בעיות נוספות. השיטות הנ"ל מתאימות יותר לטיפול מקדים או לטיפול מתקדם להרחקת זרחן, ובשילוב עם סילוק זרחן ביולוגי עשוי להגיע לתוצאות טובות יותר.
שיטה לקביעת סך זרחן
1. אנטי-ספקטרופוטומטריה מוליבדן-אנטימון: עקרון הניתוח והקביעה של אנטי-ספקטרופוטומטריה מוליבדן-אנטימון הוא: בתנאים חומציים, זרחן בדגימות מים יכול להגיב עם חומצה מוליבדן ואנטימון אשלגן טרטרט בצורה של יונים ליצירת מוליבדן חומצי. מתחמים. פוליאחומצה, וחומר זה יכול להיות מופחת על ידי חומר הפחתת חומצה אסקורבית ליצירת קומפלקס כחול, שאנו קוראים לו מוליבדן כחול. כאשר משתמשים בשיטה זו לניתוח דגימות מים, יש להשתמש בשיטות עיכול שונות בהתאם לדרגת זיהום המים. העיכול של אשלגן פרסולפט מכוון בדרך כלל לדגימות מים בדרגת זיהום נמוכה, ואם דגימת המים מזוהמת מאוד, היא תופיע בדרך כלל בצורת חמצן נמוך, מלחי מתכות גבוהים וחומרים אורגניים. בשלב זה, עלינו להשתמש בעיכול ריאגנטים מחמצן חזק יותר. לאחר שיפור מתמיד ושלמות, שימוש בשיטה זו לקביעת תכולת הזרחן בדגימות מים יכול לא רק לקצר את זמן הניטור, אלא גם להיות בעל דיוק גבוה, רגישות טובה ומגבלת זיהוי נמוכה. מתוך השוואה מקיפה, זוהי שיטת הזיהוי הטובה ביותר.
2. שיטת הפחתת כלור ברזל: מערבבים את דגימת המים עם חומצה גופרתית ומחממים אותה לרתיחה, ולאחר מכן מוסיפים כלוריד ברזל וחומצה גופרתית כדי להפחית את סך הזרחן ליון פוספט. לאחר מכן השתמש באמוניום מוליבדאט לתגובת צבע, והשתמש בקולורימטריה או בספקטרופוטומטריה כדי למדוד את הספיגה כדי לחשב את ריכוז הזרחן הכולל.
3. עיכול-ספקטרופוטומטריה בטמפרטורה גבוהה: עכל את דגימת המים בטמפרטורה גבוהה כדי להמיר את כל הזרחן ליוני זרחן אנאורגניים. לאחר מכן השתמש בתמיסת אשלגן דיכרומט חומצי להפחתת יון הפוספט ואשלגן דיכרומט בתנאים חומציים כדי ליצור Cr(III) ופוספט. ערך הספיגה של Cr(III) נמדד, ותכולת הזרחן חושבה על ידי העקומה הסטנדרטית.
4. שיטת הקרינה האטומית: כלל הזרחן בדגימת המים מומר תחילה לצורת זרחן אנאורגנית, ולאחר מכן מנותח על ידי מנתח פלואורסצנטי אטומי כדי לקבוע את תכולתו.
5. כרומטוגרפיית גז: כל הזרחן בדגימת המים מופרד ומזהה בכרומטוגרפיה גז. דגימת המים טופלה תחילה כדי להפיק יוני פוספט, ולאחר מכן תערובת אצטוניטריל-מים (9:1) שימשה כממס לנגזרת טרום-עמודה, ולבסוף נקבעה תכולת הזרחן הכוללת באמצעות כרומטוגרפיה גז.
6. עכירות איזותרמית: המר את כל הזרחן בדגימת המים ליוני פוספט, לאחר מכן הוסף חיץ ומגיב חומצה Molybdovanadophosphoric Acid (MVPA) כדי להגיב ליצירת קומפלקס צהוב, למדוד את ערך הספיגה עם קולורימטר, ולאחר מכן נעשה שימוש בעקומת הכיול כדי לחשב את תכולת הזרחן הכוללת.
זמן פרסום: יולי-06-2023
