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

CompostoFormulaComportamento generale di solubilità in acquaApplicazione / settore / impiego tipicoFlussi acquosi tipici in cui si trova
Fosfato monosodicoNaH2PO4Solubile; 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 disodicoNa2HPO4Solubile; 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 trisodicoNa3PO4Solubile; 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 potassioKH2PO4, K2HPO4, K3PO4Generalmente 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 ammonioNH4H2PO4, (NH4)2HPO4Generalmente 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 sodioad es. (NaPO3)nMolte 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 dicalcicoCaHPO4 (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 / apatiteCa3(PO4)2; le fasi di apatite varianoBassa 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)MgNH4PO4·6H2OPoco 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 alluminioFePO4, 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 obiettivoPossibile percorso di trattamentoAspetti da considerare nella scelta
Rimuovere l'ortofosfato disciolto dalle acque reflue urbane o industrialiAggiunta di sali di ferro/alluminio o precipitazione con calce, seguita da chiarificazione o filtrazionepH, alcalinità, dose, reazioni concorrenti, separazione dei solidi, volume dei fanghi e smaltimento.
Raggiungere un obiettivo di fosforo totale quando il trattamento biologico è adattoRimozione biologica avanzata del fosforo, spesso con una fase finale di affinamento chimico, se necessariaStabilità 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 nutrientiCristallizzazione controllata, inclusa quella della struvite quando la chimica dell'alimentazione lo consenteMagnesio, 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 acquosaMateriali adsorbenti, scambio ionico selezionato o separazione a membranaCapacità/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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Fonti e ulteriori letture