Häufige phosphorhaltige Salze in wässrigen Lösungen und ihre Behandlung
Phosphor liegt im Wasser hauptsächlich als gelöstes Phosphat, in phosphorhaltigen Partikeln oder als Phosphatmineral vor. Die Löslichkeit einer phosphorhaltigen Verbindung hängt von ihrem Gegenion und der festen Phase ab; pH-Wert, Temperatur, Ionenstärke und andere gelöste Ionen können beeinflussen, wie viel davon gelöst bleibt.
Die folgenden Angaben zur Löslichkeit sind qualitativ und keine Auslegungswerte. „Lösliche“ Salze dissoziieren in Ionen; schwer lösliche Phosphate können ausfallen oder als Minerale vorkommen. Die Löslichkeit von Calciumphosphaten variiert mit dem pH-Wert und der Mineralphase. Konzentrierte Salzlösungen erfordern eine aktivitätsbasierte Modellierung oder Untersuchungen.
Häufige phosphorhaltige Salze und Verbindungen in wässrigen Systemen
| Verbindung | Formel | Allgemeines Löslichkeitsverhalten in Wasser | Typische Anwendung / Branche / Verwendung | Typische wässrige Ströme, in denen sie vorkommen |
|---|---|---|---|---|
| Natriumdihydrogenphosphat | NaH2PO4 | Löslich; die Lösung ist im Allgemeinen sauer. Hydratationszustand und Temperatur beeinflussen Tabellenwerte. | Lebensmittel- und chemische Verarbeitung; pH-Einstellung und Phosphatdosierung. | Produktlösungen, Waschwasser und Abwasser, wenn dieses Salz verwendet wird. |
| Dinatriumhydrogenphosphat | Na2HPO4 | Löslich; die Verteilung der gelösten Phosphatspezies hängt vom pH-Wert ab. | Herstellung von Lebensmitteln, Reinigungsmitteln und Chemikalien; Pufferung. | Wasser aus Formulierung, Reinigung und Prozessen. |
| Trinatriumphosphat | Na3PO4 | Löslich; stark alkalische Lösungen können die Verteilung der Phosphatspezies und das Fällungsverhalten verändern. | Reinigung, Oberflächenbehandlung und chemische Verarbeitung. | Verbrauchte Reinigungsbäder, Spülwasser und phosphathaltiges Abwasser. |
| Kaliumphosphate | KH2PO4, K2HPO4, K3PO4 | Im Allgemeinen wasserlöslich; der pH-Wert und das jeweilige Salz bestimmen die Verteilung der gelösten Spezies. | Düngemittel, Lebensmittelverarbeitung, Puffer und Spezialchemikalien. | Abflusswasser von gedüngten Flächen, Dosierlösungen sowie Prozess- oder Waschwasser. |
| Ammoniumphosphate | NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 | Im Allgemeinen wasserlöslich; die Verteilung der Ammoniak-/Ammonium- und Phosphatspezies hängt vom pH-Wert und von der Temperatur ab. | Düngemittel, Feuerlöschmittel und Nährstoffdosierung. | Landwirtschaftliches Abflusswasser, Wasser aus der Düngemittelproduktion und nährstoffreiches Abwasser. |
| Natriumpolyphosphate | z. B. (NaPO3)n | Viele handelsübliche Formen lösen sich in Wasser; Kettenlänge und Hydrolyse beeinflussen ihr Verhalten. | Wasserkonditionierung, Reinigungsmittel und Dispergiermittelformulierungen. | Kühl-, Reinigungs- und Prozesswasser; eine Umwandlung zu Orthophosphat ist möglich. |
| Dicalciumphosphat | CaHPO4 (verschiedene Hydrate) | Schwer löslich; die Auflösung hängt stark vom pH-Wert und von der Mineralform ab. | Düngemittel, Tierfutter und Verarbeitung von Phosphatmineralen. | Suspensionen, Wasser aus der Mineralverarbeitung und Rückstände aus der Phosphatbehandlung. |
| Tricalciumphosphat / Apatit | Ca3(PO4)2; Apatitphasen variieren | Geringe Löslichkeit bei annähernd neutralen Bedingungen; saure Bedingungen können die Auflösung verstärken. Die genaue Phase ist entscheidend. | Phosphatgestein, Düngemittelproduktion und kalkbasierte Phosphorentfernung. | Grubenwasser, Ströme aus der Mineralverarbeitung und Schlamm aus der chemischen Behandlung. |
| Struvit (Magnesiumammoniumphosphat) | MgNH4PO4·6H2O | Schwer löslich; kann kristallisieren, wenn die Bedingungen hinsichtlich Magnesium, Ammonium und Phosphat eine Übersättigung begünstigen. | Düngemittelrückgewinnung und Nährstoffmanagement. | Faulwasser und nährstoffreiches Abwasser, abhängig von der chemischen Zusammensetzung und den Prozessbedingungen. |
| Eisen- und Aluminiumphosphate | FePO4, AlPO4 (feste Phasen variieren) | Häufig schwer lösliche Niederschläge; die tatsächlichen Feststoffe können amorphe oder gemeinsam ausgefällte Phasen umfassen. Der pH-Wert spielt eine Rolle. | Koagulation und chemische Phosphorentfernung; Mineralaufbereitung. | Abwasser nach Zugabe von Eisen- oder Aluminiumsalzen, Behandlungsschlamm sowie Gruben- und Prozesswasser. |
Verfahren zur Phosphatentfernung und -rückgewinnung
Die Wahl des Behandlungsverfahrens richtet sich nach der gemessenen Phosphorfraktion, dem Behandlungsziel, der Wasserchemie und danach, ob die Entfernung, die Rückgewinnung oder beides angestrebt wird. Die folgenden Optionen müssen im Einzelfall bewertet werden.
| Herausforderung oder Zielsetzung | Mögliches Behandlungsverfahren | Kriterien für die Auswahl |
|---|---|---|
| Gelöstes Orthophosphat aus kommunalem oder industriellem Abwasser entfernen | Zugabe von Eisen- oder Aluminiumsalzen oder Kalkfällung, gefolgt von Klärung oder Filtration | pH-Wert, Alkalinität, Dosierung, konkurrierende Reaktionen, Feststoffabtrennung, Schlammvolumen und Entsorgung. |
| Einen Zielwert für Gesamtphosphor erreichen, wenn eine biologische Behandlung geeignet ist | Verstärkte biologische Phosphorelimination, bei Bedarf häufig mit einer chemischen Nachbehandlung | Stabilität des biologischen Prozesses, leicht biologisch abbaubarer Kohlenstoff, Nährstoffbilanz, Feststoffrückhaltung und Ablaufzielwert. |
| Phosphor aus nährstoffreichen Teilströmen zurückgewinnen | Kontrollierte Kristallisation, einschließlich Struvit, sofern die Zusammensetzung des Zulaufs dies ermöglicht | Magnesium, Ammonium, Phosphat, pH-Wert, konkurrierende Feststoffe, Produktqualität und nachgelagerte Handhabung. |
| Geringe Phosphatrestkonzentrationen weiter senken oder eine spezifische Wassermatrix behandeln | Adsorptionsmedien, gezielt ausgewählter Ionenaustausch oder Membrantrennung | Kapazität und Selektivität, konkurrierende Ionen, Vorbehandlung, Fouling sowie Umgang mit Konzentrat und verbrauchten Medien. |
Membranen können Phosphat unter geeigneten Bedingungen zurückhalten; das Ergebnis hängt jedoch von den Phosphatspezies, den Membraneigenschaften und der Zusammensetzung des Zulaufs ab. Ein Membrankonzentrat kann in Bezug auf Calcium-, Magnesium-, Eisen- oder Aluminiumphosphatphasen übersättigt werden. Daher können Versuche im Labormaßstab und eine Bewertung des Verkrustungsrisikos bei hohen Rückgewinnungsraten wichtig sein.
Weitere Informationen: gelöstes Phosphat und Phosphor im Wasser.
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