اسید فسفریک در آب و فاضلاب

اسید فسفریک ماده شیمیایی مهم در صنايع گوناگون است كه در تصفيه آب و فاضلاب نيز كاربرد دارد. در این محتوا تلاش کردیم تا به معرفی، ویژگیها و خواص اسید فسفریک و کاربرد اسید فسفریک در فاضلاب و تصفیه آب بپردازیم. اسید فسفریک در فاضلاب برای حذف آلاینده ها از محیط استفاده می شود. همچنین اسید فسفریک برای تنظیم pH و کنترل خوردگی در سیستمهای آب ضروری است.

معرفی اسید فسفریک

اسید فسفریک اولین اسید معدنی و مصرف شده از نظر ارزش تولید و دومین اسید از نظر حجم پس از اسید سولفوریک می باشد. اسید فسفریک اسید سه شاخه است که مانند یک اسید نسبتاً قوی واکنش نشان می دهد. نمکها و استرهای آن فسفات نام دارند. این اسید شیمیایی به طور دقیق تر یک ترکیب سه‌ تایی متعلق به دسته اکسی اسیدها است كه دارای فرمول H3PO4 است. اسید فسفریک معمولاً به صورت محلول آبی 90-83 درصد کاربرد دارد و به فروش می رسد. اسید فسفریک با تصفیه سنگهای فسفات کلسیم با اسید سولفوریک، سپس با فیلتر کردن مایع حاصل برای استخراج سولفات کلسیم تولید می شود. راه دیگر تهیه آن سوزاندن بخارات فسفر و تصفیه اکسید حاصل از بخار است.

ویژگیها و خواص اسید فسفریک

اسید فسفریک یک اسید پروتون سه گانه است. این بدان معناست که می تواند تا سه بار در آب تجزیه شود و هر بار یک پروتون را در آب آزاد کند. در شکل خالص این اسید جامد کریستالی سفید، مرطوب و روان است. در دمای اتاق اسید فسفریک یک جامد کریستالی با چگالی 1.83 است که در دمای 42.4 درجه سانتیگراد ذوب می شود. این اسید در حالت مایع شفاف و کمی مایل به زرد دارد. این اسید بسیار خورنده است و با تجزیه، مواد خطرناک را تولید می‌ كند و در تماس با فلزات خاص می تواند گاز هیدروژن قابل اشتعال تولید کند.

کاربرد اسید فسفریک در صنعت آب و فاضلاب

در تاسیسات تصفیه آب و سیستم توزیع آب از اسید فسفریک برای جلوگیری یا کاهش تشکیل رسوب مواد معدنی و خوردگی (pH پایین) استفاده می شود. همچنین اسید فسفریک در فاضلاب می تواند به کاهش سرب و مس محلول در آب لوله کشی کمک کند. شستوشوی لوله ها و وسایل لوله کشی باعث رسوب سرب و مس در آب آشامیدنی می شود و فسفاتها حضور سرب و مس را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند. همچنین اسید فسفریک در تصفیه آب با میل ترکیبی یونهای ارتوفسفات برای ذرات اکسید هیدراته منجر به برهمکنش بین فلزات سطح لوله و آنیونهای فسفات می شود. این فعل و انفعالات از حل شدن ذرات خورده شده مانند آهن یا سرب در آب آشامیدنی جلوگیری می کند و فرآیند خوردگی در لوله ها را محدود می کند.

اسید فسفریک در تصفیه آب آشامیدنی

آب آشامیدنی را با افزودن اسید فسفریک تصفیه می کنند تا از انحلال فلز در سیستمهای لوله کشی آب و به ویژه مسمومیت با سرب جلوگیری شود. ارتوفسفات به صورت اسید فسفریک، به شکل نمک (پتاسیم یا سدیم) به آب آشامیدنی اضافه می شوند. ارتوفسفات با سرب و مس آب واکنش می دهد و ترکیباتی را تشکیل می دهد که تمایل زیادی به فرم جامد ماندن و عدم حل شدن در آب دارند. میزانی که ارتوفسفات می تواند آزادسازی سرب و مس را کنترل کند به غلظت ارتوفسفات، pH و ویژگیهای مقیاس خوردگی موجود (به عنوان مثال اینکه آیا حاوی فلزات دیگری مانند آهن یا آلومینیوم است یا خیر) بستگی دارد.

اسید فسفریک در كنترل رنگ آب

اسید فسفریک در فاضلاب برای جلوگیری از اثرات بعدی آهن و منگنز در آبهای زیرزمینی استفاده می شود. وقتی آهن و منگنز در معرض هوا قرار می گیرند، اکسید شده و رنگ آب را تغییر می دهند. این واكنش باعث ایجاد لکه های زنگ از آهن و یا لکه های قهوه ای مایل به سیاه از منگنز می شود. گاهی اوقات می توان این لکه ها را در اطراف زهکشی وان یا در لباسشویی پیدا کرد. در اصطلاح به اكسید آهن، آب قرمز و اكسید منگنز، آب سیاه می گویند. افزودن اسید فسفریک به آب لوله کشی مانع تشکیل این لكه ها می شود.

اسید فسفریک در کنترل سختی و pH آب

اسید فسفریک در فاضلاب به عنوان یک عامل جداکننده عمل می کند و به بسیاری از کاتیونهای دو ظرفیتی از جمله Fe، Cu، Ca و  Mg متصل می شود. در تصفیه خانه‌ ها رسوب این مواد در تجهیزات تصفیه منجر به آسیب به آنها می شود و برای تعمیر آنها بایستی هزینه زیادی صرف كرد. اسید فسفریک به دلیل غیر سمی بودن و pH  كم و خوردگی بهترین گزینه برای حذف این رسوبات است. همچنین از این اسید در كنترل pH  آب نیز استفاده می شود. این اسید با خاصیت بافری، pH آب را ثابت نگه می‌ دارد.

سوالات متداول اسید فسفریک در آب و فاضلاب

1- سایر کاربردهای اسید فسفریک چیست؟

اسید فسفریک به دلیل ماهیت غیر سمی و کمی اسیدی آن، در طعم دهنده های غذا، نوشیدنیها، محصولات دندانپزشکی، لوازم آرایشی و در محصولات مراقبت از پوست استفاده می شود. همچنین به عنوان الکترولیت، پاک کننده زنگ زدگی، اصلاح کننده pH، پاک کننده خانگی نیز کاربرد دارد.

2- اسید فسفریک در صنایع غذایی چه کاربردی دارد؟

اسید فسفریک به طور معمول برای کنترل pH در صنایع غذایی استفاده می شود. این اسید در تولید محصولات پنیر، چربیها، نوشیدنیها به ویژه نوشابه ها كاربرد وسیع دارد.

3- محدوده نرمال فسفات در آب چقدر است؟

سطح طبیعی فسفر کل در آب، به طور کلی کمتر از 0.03 میلی گرم در لیتر است. معمولاً سطوح طبیعی فسفات از 0.005 تا 0.05 میلی گرم در لیتر متغیر است.

4- بیشترین مقدار اسید فسفریک در کجا مصرف می شود؟

بیشترین اسید فسفریک تولید شده (حدود 90 درصد) برای تولید کود کشاورزی استفاده می شود. پنج درصد دیگر برای تهیه مکمل‌های خوراک دام استفاده می شود. پنج درصد باقیمانده در طیف گسترده ای از محصولات از جمله صابون، خمیر دندان، نوشابه و سایر مصارف استفاده می شود.

5- کاربرد اسید فسفریک در صنعت كشاورزی چیست؟

این ماده به طور عمده به سه نمک فسفات تبدیل می شود که به عنوان کود از آن استفاده می کنند. این كودها، سوپر فسفات سه گانه (TSP) ، دی آمونیوم فسفات (DAP) و مونو آمونیوم فسفات (MAP)  هستند.