Fosforečnany ve vodě – metody stanovení a čištění pitné vody

Přírodní voda není nikdy ideální a homogenní ve složení. Obsahuje různé chemikálie v různých procentech. Fosfáty se často vyskytují ve vodě – co to je? Jedná se o různé sloučeniny fosforu, přesněji kyseliny fosforečné s některými, především alkalickými kovy. Používají se všude – od potravinářského průmyslu až po hutnictví. Dihydrogenfosforečnany jsou vysoce rozpustné ve vodě, fosforečnany a hydrogenfosforečnany jsou rozpustné o něco méně. Fosfor je nezbytný pro život. Při jeho nadbytku se aktivně množí mikroorganismy – biomasa, díky čemuž klesá objem kyslíku ve vodním prostředí, v nádržích hynou ryby, ve stojatých přírodních vodách divoce rostou řasy. Čištění vody roztoků s velkým množstvím fosfátových sloučenin vyžaduje velké úsilí.

Odkud se fosfáty ve vodě berou?

V přírodních vodních ložiscích se anorganický fosfor nachází ve formě sloučenin – ortho- a polyfosfátů. Sloučeniny fosforu pronikají do nádrží a podzemních vod při zvětrávání ortofosfátových hornin (apatity, fosfority). Fosfátové ionty ve vodě se objevují z hnojiv rozptýlených po polích (superfosfáty) az detergentů (polyfosfáty). Vznikají při přirozeném rozkladu, při biochemickém zpracování zbytků živých organismů: rostlin, hmyzu, zvířat. Většina fosfátů se do přírody dostává ze zemědělské činnosti, z průmyslových odpadních vod, erozí půdy a regenerací ložisek spodních nerostů.

Polyfosfáty jsou široce používány v průmyslu, včetně potravin jako aromatické přísady. Používají se jako pěnotvorná složka v mýdlových detergentech, jako inhibitor zabraňující korozi, změkčování tvrdé vody a odmašťování vláken. Do vod se dostávají průmyslovými odpadními vodami, kde čistírny odpadních vod nezvládají čištění odpadních vod a přírodní nádrže nejsou schopny zpracovat škodliviny, které jsou do vod vypouštěny ve velkých objemech.

V různých obdobích roku se koncentrace fosforečnanů ve vodě mění. Jejich obsah závisí na fotosyntéze a biooxidaci organické hmoty:

• v čerstvých pramenech je na jaře a v létě méně výrazná, v zimě a na podzim intenzivnější;
• v mořských vodách na jaře a na podzim je koncentrace nižší, v zimě a v létě vyšší.

Pokud pH vodního zdroje překročí 6,5, znamená to, že ve vodě je rozpuštěno asi 90 % iontů HPO₄ -2. Toto je hlavní forma anorganického fosforu.

Jak se reguluje obsah fosforečnanů ve vodě?

V některých zeměpisných oblastech je ve vodě zanedbatelná přítomnost fosforečnanů – ne více než desetiny nebo dokonce setiny miligramů na litr. Ve znečištěných vodách je jejich koncentrace stokrát vyšší než normálně – několik mg/litr. V podzemních zdrojích, s výjimkou hornin obsahujících fosfor, nebývá limitní hodnota vyšší než 100 μg/dm 3 .
Hodnota MPC pro fosforečnany ve vodě, doporučená Státním výborem pro ekologii Ruska, je stanovena na 50 μg/dm 3 .

Podle norem je nejvyšší přípustná koncentrace pro polyfosfáty stanovena v mg/dm 3:

• 3,5 z hlediska fosforečnanového iontu a 1,1 z hlediska fosforu – v pití, domácnost;
• 0,4 – v zásobování vodou;
• 0,2 – pro rybolov;
• 0,1 – v tekoucích vodních útvarech;
• 0,05 – v rybnících, jezerech;
• 0,03 – ve vratné vodě.

Hodnoty jsou stanoveny na základě organoleptických ukazatelů.

Proč je voda s fosfáty nebezpečná?

Fosfátové sloučeniny jsou přítomny nejen v pitné vodě a nápojích, nacházejí se v potravinách a chemikáliích pro domácnost ve formě: Ca₃(PO₄)₂ — fosforečnan vápenatý, K₃PO₄ — orthofosforečnan draselný, Na₃PO₄ – fosforečnan sodný.

Nejvyšší koncentrace v produktech:

1. Klobása, sýr – kde se přidávají pro jednotnost;
2. Koláče, pečivo, pečivo – jako kypřidla těsta;
3. Mražená pizza, sladké nápoje, potraviny s potravinářskými přísadami (od E228 do E1442) – kde se používají jako konzervanty a zlepšováky chuti.

Fosfátové sloučeniny, které se nacházejí ve velkém množství v mase a ořeších, tělo snadno vylučuje. Ale umělé fosfátové soli ve vysokých koncentracích jsou velmi škodlivé. Snadno se rozpouštějí, dokonale se vstřebávají a hromadí v těle. Tělo nastaví automatickou bariéru pro přírodní fosfáty a odstraní přebytečné. Umělé soli se vstřebávají 100% v mnohem větším množství, než je nutné pro normální tělesné funkce.

Fosfáty ve vodě – vliv na lidské zdraví při jejich nadbytku v krvi a tělesných tkáních:

1. Může způsobit selhání ledvin a předčasnou smrt.
2. Způsobují kalcifikaci, deformaci a poškození stěn krevních cév.
3. Zvyšuje riziko srdečních chorob a infarktů.
4. Vyplavují vápník z kostí, takže jsou křehké a náchylné ke zlomeninám.
5. Vyvolávají kožní onemocnění a urychlují stárnutí.
6. Mění složení krve – hemoglobin, sérum, množství bílkovin.
7. Zhoršovat chronická onemocnění.
8. Způsobit otravu (při kombinaci s vápníkem nebo fluorem se stávají toxickými).
9. Narušují metabolismus voda-sůl, acidobazickou rovnováhu a fungování všech orgánů.

Čím více fosfátů vstupuje do těla, tím obtížnější je je ledviny odstraňovat. Maximální přípustná dávka je 700 mg denně.

Fosfáty v kotlové vodě představují zvýšené riziko pro výrobu. Ovlivňují svary kotlového zařízení:

• oslabit mezikrystalické hranice;
• zhoršit mechanické vlastnosti švů;
• snížit tažnost kovu;
• vyvolat tvorbu trhlin;
• zvýšit křehkost oceli.

Při zahřátí se vysrážejí soli, které pokrývají stěny ve formě vodního kamene, což způsobuje korozi a prasknutí kovu. Co jsou fosforečnany v kotlové vodě Jsou to nežádoucí nečistoty, které je nutné odstranit ve fázi úpravy vody před dodávkou vody do kotelny.

Stanovení fosforečnanů ve vodě

Polyfosfáty se někdy přidávají do pitné vody speciálně pro snížení tvrdosti. Bez složitých chemických rozborů prováděných laboranty ve specializovaných laboratořích nelze stanovit chemické složení a přesnou koncentraci látek.

Jak stanovit fosfáty ve vodě – v laboratořích používají různé metody založené na:

• na rozpustnost sloučenin fosforu ve vodě a roztoku amoniaku;
• na jejich účinky s alkáliemi, slabými a silnými kyselinami.

Kolorimetrická metoda umožňuje rychle, bez přípravy vzorku, detekovat přítomnost anorganických fosfátů: rozpuštěných, suspendovaných. Využívá se schopnosti tvorby molybdenové modři – reakce s molybdenanem amonným. Po redukci se získá barevná látka, jejíž koncentraci lze měřit spektrofotometricky.
Stanovení fosforečnanů vody v parních kotlích se provádí pomocí kationtů.

Jak čistit vodu od fosfátů

Naléhavou environmentální výzvou je snížit eutrofizaci: zamokření půdy a zarůstání vodních útvarů. K tomu je potřeba použít bezfosfátovou chemii – eliminovat používání hnojiv, saponátů a dalších chemických sloučenin s polyfosfáty.
Pokud se ve vodě nacházejí fosforečnany, je čištění nutné ve všech případech – při dodávání do vodovodní sítě, při použití vodných roztoků pro technické potřeby.

Voda se čistí od fosfátů pomocí jednotek reverzní osmózy, uhlíkových a iontoměničových filtrů:

1. Reverzní osmóza — vysoce kvalitní čisticí systém, který odstraňuje všechny škodlivé nečistoty. Instalace různých kapacit se používají v průmyslu i v každodenním životě.
2. Uhlíkové filtry — voda prochází uhlíkovým sorbentem, je očištěna od organických nečistot, obnovuje se její přirozená barva, chuť a vůně. Uhelné kartuše lze vložit do domácího místního vodovodu.
3. Iontově výměnné filtry — vodný roztok prochází iontoměničovými pryskyřicemi, jejichž iontoměniče zachycují a vysrážejí cizí látky, čímž se voda dokonale čistí.

Internetový obchod NPK Diasel prodává zařízení pro komplexní úpravu vody včetně filtračních jednotek pro odstraňování fosfátových iontů z vody. Zavolejte, prodiskutujte své potřeby a zakupte si vhodné výkonné vybavení.

Aplikace pro výběr zařízení

Přírodní voda, která se používá pro autonomní zásobování vodou pomocí studní nebo vstupuje do městských centralizovaných vodovodních systémů, téměř nikdy nemá ideální složení. Obsahuje různé nečistoty: organické látky, jednotlivé chemické prvky a jejich různé sloučeniny.

Fosfáty jsou často přítomny ve vodě. Odkud v různých zdrojích pocházejí, proč jsou nebezpečné, jaký vliv mohou mít na lidský organismus? V tomto článku na našem webu budeme hovořit o důvodech výskytu fosfátů ve vodě, jejich možném poškození, metodách detekce a metodách odstraňování.

Fosfáty – co to je?

Fosfáty jsou anorganické sloučeniny prvku fosfor, konkrétně soli vznikající při reakci kyseliny ortofosforečné H ₃PO ₄ (nazývá se také fosfor) s různými kovy, například železem, hliníkem, draslíkem.

Molekuly kyseliny fosforečné mají speciální strukturu, díky které se tvoří různé fosfáty, které se liší strukturou, složením, stupněm rozpustnosti ve vodě a tepelnou stabilitou. Dihydrogenfosforečnany a hydrogenfosforečnany jsou tedy klasifikovány jako rozpustné. Horší je rozpustnost fosforečnanů.

Užitečné informace! Polyfosfáty za různých podmínek mají schopnost měnit své vlastnosti, jako je stabilita při zahřívání, stupeň rozpustnosti. Jedná se o sloučeniny, které jsou vysokoenergetickými lineárními polymery kyseliny ortofosforečné.

Zdroje fosforečnanů ve vodě

Jak se fosfáty objevují ve vodě? Existují různé zdroje znečištění:

• Zemědělství. Pro aktivní růst, normální vývoj a hojnou plodnost některých kulturních rostlin se používají fosforečná hnojiva. Z půdy pronikají fosforečnanové ionty do podzemních vod a jsou také částečně vyplavovány srážkami do blízkých vodních ploch.
• Polyfosfáty a ortofosfáty se přirozeně vyskytují v některých fosfátových horninách, jako jsou fosfority a apatity. Z nich se sloučeniny částečně vyplavují, erodují, pronikají do podzemních vod i do povrchových vod.
• Průmysl: potravinářský, chemický, hutnický. V těchto oblastech jsou sloučeniny fosforu široce používány, například polyfosfáty při přípravě potravinářských výrobků (uzeniny, sycené nápoje, sýry, pečivo), pro výrobu domácích pracích a čisticích prostředků, stejně jako výrobků pro změkčování nadměrně tvrdých potravin. voda, pro výrobu hnojiv, pro výrobu tavidel, freonů a pasivátorů, pro zpracování kovů. Odpadní vody z průmyslových podniků většinou končí ve vodních tocích a pokud nejsou odpady řádně zpracovány, silně znečišťují přírodní vodní zdroje.
• Antropogenním faktorem, který skrývá každodenní lidskou činnost, je aktivní používání domácích chemikálií (mycí prášky, prostředky na mytí nádobí) a používání přípravků obsahujících fosfor.
• Výchova v přírodním prostředí. Kyslík, fosfor a dusík jsou biogenní prvky, které se účastní biologických cyklů. Tyto látky jsou důležité, protože slouží jako účastníci procesů energetického metabolismu. Fosfor se do prostředí dostává při rozkladu rostlin, autolýze živočišných a rybích zbytků.

V přírodní vodě se koncentrace fosforečnanů může měnit s ročním obdobím. Také obsah závisí na typu nádrže. V mořských vodách se tedy mimo sezónu počet sloučenin snižuje a v létě a v zimě se zvyšuje. Ve sladkých vodách se všechno děje jinak. V létě a na jaře jsou koncentrace nižší, ale na podzim a v zimě se zvyšují.

Pokud má vodní zdroj hodnotu pH vyšší než 6,5, znamená to, že množství rozpuštěných iontů HPO ₄ -2 je asi 90 %. A tato forma anorganického fosforu je hlavní.

Normy

Jaké je normální množství fosforečnanů ve vodě? Maximální přípustné koncentrace, tj. MPC, závisí na účelu využití vodních zdrojů. Uvažujme několik případů udávajících maximální množství v mg/dm3, tedy miligramy na litr:

• Obsah fosforečnanů povolený normami v zařízeních pro pitnou, užitkovou a hospodářskou vodu je 3,5 mg/l ve smyslu fosforečnanových iontů. Tato voda je vhodná pro pitnou a potravinářskou výrobu. Obsah fosforu v tomto chemickém prvku nemůže být vyšší než 1,1.
• MPC ve vodě z vodovodu je 0,4.
• Maximální koncentrace fosforečnanů v přírodní vodě závisí na typu nádrže. Pokud se jedná o eutrofní, např. malý rybník s vysokou koncentrací organické hmoty, pak je pro něj norma 0,2 mg/l v přepočtu na fosfor. Pro mezotrofní nádrže, které zahrnují jezera s průměrným obsahem živin rozpuštěných látek, je MPC 0,15 miligramů na litr. Maximum pro oligotrofní typ nádrží s nízkou koncentrací organické hmoty je 0,04.
• Maximální přípustná koncentrace fosforečnanů pro rybářské nádrže je 0,2.
• Vratná voda vyčištěná po použití pro hospodářské nebo domácí účely a určená k opětovnému použití by neměla obsahovat více než 0,03 fosforečnanů.
• Celkový fosfor v odpadní vodě před čištěním by měl být přítomen v koncentraci nejvýše 12 miligramů na litr.

Jak zjistit, kolik fosfátových sloučenin je ve vodě?

Stanovení fosforu a jeho sloučenin vyžaduje laboratorní analýzu. I když je maximální limit koncentrace fosforečnanů v pitné vodě vyšší než norma, může to zůstat nepostřehnutelné. Organoleptické vlastnosti se v přítomnosti těchto látek prakticky nemění. Ale i když je voda navenek čistá a chutná normálně, je nutné prostudovat její složení.

Fosfor a jeho sloučeniny obsažené ve vodě lze detekovat při speciálních studiích vzorků, které jsou prováděny metodami založenými na vazbách fosforečnanů s kyselinami a zásadami a také na rozpustnosti látek v roztocích čpavku a ve vodném prostředí. Používají se následující metody analýzy:

• Kolorimetrické. Jeho podstatou je proces hydrolýzy polyfosfátů. V důsledku této reakce tvoří ortofosforečnany a při dalším zpracování pak tvoří sloučeniny s molybdenem, které mají modrý odstín. Tento barevný roztok se studuje – měří se vlnová délka. Ale s touto metodou se přesnost snižuje v přítomnosti křemičitanů, dusitanů a železa ve vodě. K neutralizaci jejich účinků se používají další činidla nebo se roztok ředí. Kolorimetrie vyžaduje mnoho času a úsilí, je pracná a drahá.
• Spektrofotometrická. Studie se provádí pomocí elektronických zařízení, která monitorují změny v průchodu světelných toků přes vzorky. Analýzy pomocí této metody se provádějí rychleji než u kolorimetrie a nevyžadují činidla.

Jsou fosfáty nebezpečné?

Mohou fosfáty ve vodě škodit? Pokud jsou jejich koncentrace v normálních mezích a samotné sloučeniny jsou přírodního původu, pak mohou být prospěšné. Příkladem je aktivace procesu eutrofizace přírodních suchozemských vodních útvarů, v důsledku čehož systémy vodního oběhu podléhají biologickému zanášení a obohacování živinami a minerály.

Fosfáty jsou také užitečné pro lidi. Obecně naše tělo obsahuje asi 1,16 % fosforu. Nachází se v kostní tkáni, buněčných membránách, nukleových kyselinách (RNA, DNA) a esterech glukózy. Organické fosfáty se podílejí na enzymatických reakcích, udržování stabilního pH krve, tvorbě některých sloučenin (ADP, ATP), biochemických procesech, metabolismu, přenosu energie, svalové kontrakce, biosyntéze.

Organické přírodní sloučeniny fosforu jsou schopny být vylučovány tělem nezávisle, pokud jsou v nadbytku. Ale umělé, syntetické fosfáty v pitné vodě mohou být škodlivé. Jejich negativní dopad na tělo může vést k následujícím důsledkům:

• Kalcifikace cév a žilních chlopní. Tento proces může časem způsobit kardiovaskulární onemocnění, narušit prokrvení tkání a zvýšit riziko infarktu myokardu.
• Patologie ledvin, například chronické nebo akutní selhání ledvin, které vede k tvorbě edému, narušuje metabolické procesy a v těžkých případech způsobuje smrt.
• Vyplavování vápníku z kostní tkáně. Kvůli tomu se snižuje hustota kostí a zvyšuje se riziko zlomenin.
• Urychlení procesu stárnutí organismu v důsledku poruchy metabolismu.
• Výskyt dermatologických onemocnění. Jsou doprovázeny suchou kůží, zarudnutím a podrážděním.
• Změny ve složení a vlastnostech krve: její kyselost, hladina hemoglobinu, sérum, obsah bílkovin.
• Změny normální acidobazické rovnováhy, metabolismus voda-sůl.

Při velmi vysokých koncentracích fosforu ve vodě je možná otrava doprovázená příznaky jako svalové křeče a křeče, dýchací potíže, zvýšená sekrece slin, potu a bronchiálního hlenu, prudký pokles krevního tlaku, ztráta vědomí, ochrnutí končetin, zvracení a průjem.

Syntetické fosfáty jsou také škodlivé pro vodní útvary. Látky v nich způsobují rychlou, nadměrnou eutrofizaci s nekontrolovaným růstem řas a množením sinic. Snižují obsah kyslíku ve vodě, způsobují smrt obyvatel rybníků a jezer a mění ekosystém.

Voda s fosfáty také poškozuje topná zařízení. Snižuje kvalitu a pevnost svarů karoserie, ovlivňuje tažnost kovů, vyvolává tvorbu trhlin, činí ocel křehkou a také vyvolává vznik usazenin nebo plaku.

Efektivní metody čištění vody od fosfátů, které obsahuje

Jak vyřešit problém znečištění vody fosfáty? Existují různé způsoby čištění:

• Reverzní osmóza. Filtry s reverzní osmózou jsou zařízení se speciální membránou, která má polopropustnou strukturu s drobnými póry. Mohou jimi projít pouze molekuly vody. A více než 99 % nečistot je zadrženo a odesláno do kanalizace.
• Iontová výměna. Iontoměničové filtry využívají pryskyřici – iontoměnič – která nahrazuje částice síranů nebo jiných sloučenin vodíkovými a sodnými ionty. Tato substituce normalizuje složení vody.
• Sorpční filtry. Aktivní uhlí se často používá jako filtrační materiál v kartuších nebo ve formě zátěží. Absorbuje fosfáty, organické látky a některé další látky.
• Komplexní instalace. V posledních dnech jsou populární a mohou zahrnovat sadu modulů: hrubé předběžné mechanické čištění, iontovou výměnu nebo reverzní osmózu, konečnou jemnou filtraci a někdy i mineralizaci.
• Fyzikálně-chemické čištění. Obvykle se používá pro zpracování velkých objemů odpadních vod a zahrnuje několik stupňů. Nejprve se provede filtrace, aby se odstranily suspendované malé částice, poté se zavedou koagulanty a někdy flokulanty. Takové látky vážou fosfáty, převádějí je do koloidní formy a vysrážejí se. Po koagulaci se aplikuje flotace nebo mechanické čištění. Další možností fyzikálně-chemického zpracování je elektrochemické, založené na použití elektrod a proudu.
• Biologická léčba. Jedná se o zavádění aktivovaného kalu do odpadních vod, který obsahuje anaerobní a aerobní bakterie využívající fosfáty pro své životní funkce. Takové mikroorganismy umístěné v živném substrátu spotřebovávají sloučeniny fosforu. Ty se mění na biomasu, která se uvolňuje z hlavního objemu vody.
• Kombinované metody. Mohou zahrnovat sled procesů, například chemickou koagulaci, biologickou úpravu, mechanickou filtraci.

Závěr

Čištění zjištěných fosfátů není snadný úkol a vyžaduje zodpovědný přístup. V posledních letech se kvalitě vody věnuje zvláštní pozornost, proto se vyvíjejí nové metody a zlepšují se staré.

Pro správnou volbu způsobu úpravy vody je důležité vzít v úvahu několik hlavních faktorů: oblast použití (ekonomika, zásobování pitnou vodou, průmysl), požadovaná kvalita čištěné vody, složitost údržby zařízení, její výkon a další body. Pokud se nemůžete rozhodnout, můžete využít pomoci specialistů.