Sali comuni contenenti fosforo nelle soluzioni acquose e loro trattamento
Nell'acqua il fosforo è presente principalmente sotto forma di fosfato disciolto, particelle contenenti fosforo o minerali fosfatici. La solubilità di un composto contenente fosforo dipende dal suo controione e dalla fase solida; pH, temperatura, forza ionica e altri ioni disciolti possono modificare la quantità che rimane disciolta.
Le descrizioni della solubilità riportate di seguito sono qualitative, non valori da utilizzare per la progettazione. I sali «solubili» si dissociano in ioni; i fosfati poco solubili possono precipitare o essere presenti come minerali. La solubilità dei fosfati di calcio varia con il pH e la fase minerale. Le salamoie concentrate richiedono modelli basati sulle attività chimiche o prove sperimentali.
Sali e composti comuni contenenti fosforo nei sistemi acquosi
| Composto | Formula | Comportamento generale di solubilità in acqua | Applicazione / settore / impiego tipico | Flussi acquosi tipici in cui si trova |
|---|---|---|---|---|
| Fosfato monosodico | NaH2PO4 | Solubile; la soluzione è generalmente acida. L'idratazione e la temperatura influiscono sui valori tabulati. | Industria alimentare e chimica; regolazione del pH e dosaggio di fosfati. | Soluzioni di prodotto, acque di lavaggio e acque reflue negli ambiti in cui si utilizza il sale. |
| Fosfato disodico | Na2HPO4 | Solubile; la speciazione in soluzione dipende dal pH. | Produzione di alimenti, detergenti e prodotti chimici; impiego come tampone. | Acque di formulazione, di pulizia e di processo. |
| Fosfato trisodico | Na3PO4 | Solubile; le soluzioni fortemente alcaline possono modificare la speciazione dei fosfati e il comportamento di precipitazione. | Pulizia, trattamento delle superfici e processi chimici. | Bagni di pulizia esausti, acque di risciacquo e acque reflue contenenti fosfati. |
| Fosfati di potassio | KH2PO4, K2HPO4, K3PO4 | Generalmente solubili in acqua; il pH e il sale specifico determinano la speciazione. | Fertilizzanti, industria alimentare, tamponi e prodotti chimici speciali. | Acque di ruscellamento da fertilizzanti, soluzioni di dosaggio e acque di processo o di lavaggio. |
| Fosfati di ammonio | NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 | Generalmente solubili in acqua; la speciazione dell'ammoniaca/ammonio e dei fosfati dipende dal pH e dalla temperatura. | Fertilizzanti, prodotti antincendio e dosaggio di nutrienti. | Acque di ruscellamento agricolo, acque della produzione di fertilizzanti e acque reflue ricche di nutrienti. |
| Polifosfati di sodio | ad es. (NaPO3)n | Molte forme commerciali si sciolgono in acqua; la lunghezza della catena e l'idrolisi ne influenzano il comportamento. | Condizionamento dell'acqua, detergenti e formulazioni di disperdenti. | Acque di raffreddamento, di pulizia e di processo; possono trasformarsi in ortofosfato. |
| Fosfato dicalcico | CaHPO4 (vari idrati) | Poco solubile; la dissoluzione dipende fortemente dal pH e dalla forma minerale. | Fertilizzanti, mangimi e lavorazione di minerali fosfatici. | Sospensioni, acque della lavorazione dei minerali e residui del trattamento dei fosfati. |
| Fosfato tricalcico / apatite | Ca3(PO4)2; le fasi di apatite variano | Bassa solubilità in condizioni prossime alla neutralità; le condizioni acide possono aumentare la dissoluzione. La fase specifica è importante. | Roccia fosfatica, produzione di fertilizzanti e rimozione del fosforo mediante calce. | Acque di miniera, flussi della lavorazione dei minerali e fanghi da trattamento chimico. |
| Struvite (fosfato di magnesio e ammonio) | MgNH4PO4·6H2O | Poco solubile; può cristallizzare quando le condizioni relative a magnesio, ammonio e fosfato favoriscono la sovrasaturazione. | Recupero del fosforo sotto forma di fertilizzante e gestione dei nutrienti. | Liquido dei digestori e acque reflue ricche di nutrienti, a seconda della composizione chimica e delle condizioni di processo. |
| Fosfati di ferro e alluminio | FePO4, AlPO4 (le fasi solide variano) | Spesso formano precipitati poco solubili; i solidi effettivi possono comprendere fasi amorfe o coprecipitate. Il pH è importante. | Coagulazione e rimozione chimica del fosforo; lavorazione dei minerali. | Acque reflue dopo il dosaggio di sali di ferro/alluminio, fanghi di trattamento e acque di miniera o di processo. |
Opzioni per la rimozione e il recupero dei fosfati
Scegliere il trattamento in base alla frazione di fosforo misurata, all'obiettivo, alla chimica dell'acqua e alla finalità di rimozione, recupero o entrambe. Le opzioni seguenti richiedono una valutazione caso per caso.
| Problema o obiettivo | Possibile percorso di trattamento | Aspetti da considerare nella scelta |
|---|---|---|
| Rimuovere l'ortofosfato disciolto dalle acque reflue urbane o industriali | Aggiunta di sali di ferro/alluminio o precipitazione con calce, seguita da chiarificazione o filtrazione | pH, alcalinità, dose, reazioni concorrenti, separazione dei solidi, volume dei fanghi e smaltimento. |
| Raggiungere un obiettivo di fosforo totale quando il trattamento biologico è adatto | Rimozione biologica avanzata del fosforo, spesso con una fase finale di affinamento chimico, se necessaria | Stabilità del processo biologico, carbonio facilmente biodegradabile, equilibrio dei nutrienti, ritenzione dei solidi e obiettivo per l'effluente. |
| Recuperare il fosforo dai flussi laterali ricchi di nutrienti | Cristallizzazione controllata, inclusa quella della struvite quando la chimica dell'alimentazione lo consente | Magnesio, ammonio, fosfato, pH, solidi concorrenti, qualità del prodotto e gestione a valle. |
| Affinare la rimozione di basse concentrazioni residue di fosfato o trattare una specifica matrice acquosa | Materiali adsorbenti, scambio ionico selezionato o separazione a membrana | Capacità/selettività, ioni concorrenti, pretrattamento, fouling, gestione del concentrato e dei materiali adsorbenti esausti. |
Le membrane possono trattenere i fosfati in condizioni idonee, ma il risultato dipende dalle specie fosfatiche, dalle proprietà della membrana e dalla chimica dell'acqua in ingresso. Un concentrato di membrana può diventare sovrasaturo rispetto a fasi di fosfati di calcio, magnesio, ferro o alluminio. Per recuperi elevati possono quindi essere importanti prove di laboratorio e una valutazione del rischio di incrostazioni.
Informazioni correlate: fosfato disciolto e fosforo nell'acqua.
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