Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева — обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук» (ИХТРЭМС КНЦ РАН), Апатиты, Россия

М. Л. Беликов, старший научный сотрудник, специалист в области водоочистки адсорбционных процессов и фотокатализа, канд. техн. наук, эл. почта: m.belikov@ksc.ru
С. А. Сафарян, аспирант, инженер-исследователь, эл. почта: s.safarian@ksc.ru

Рассмотрены различные соли кальция, железа, алюминия, титана, лантана и церия в качестве реагентов-осадителей для очистки воды от фосфат-ионов. Показано, что для очистки воды, содержащей >200 мг/л фосфат-ионов, целесообразно использовать карбонат кальция. Сульфат железа(II) и сульфат титанила могут применяться лишь для частичной очистки воды от фосфат-ионов, так как степень очистки воды при исходном содержании фосфат-ионов 120 мг/л не превышает 75 %. С помощью солей железа(III), алюминия и лантана удается снизить концентрацию фосфатионов со 120 до 9–15 мг/л, то есть на 87,5–92,5 %. При этом в случае применения железа(III) и алюминия наблюдается вторичное загрязнение натрием, используемым для корректировки рН, превышающее установленные нормы предельно допустимых концентраций (ПДК). Наиболее эффективными реагентами-осадителями для очистки воды от фосфат-ионов являются соединения лантана и церия, которые позволяют снизить концентрацию фосфат-ионов в воде на 87,5–97,5 %, при этом вторичное загрязнение компонентами используемых реагентов не превышает норм ПДК. Максимальной эффективностью обладает хлорид церия(III). Так, при мольном отношении Се:Р = 1,3 и рН = 7,55 концентрация фосфат-ионов в воде снижается со 120 до ≤3 мг/л, то есть на 97,5 %. Показано, что процесс очистки воды от фосфат-ионов соединениями лантана и церия возможен в широком диапазоне рН = 2,52÷7,75, что является преимуществом в сравнении с другими реагентами. Кроме того, применение соединений лантана и церия в качестве эффективных реагентов-осадителей для очистки воды частично решает вопрос расширения сфер использования большого количества малоликвидных легких редкоземельных элементов (РЗЭ), получаемых при добыче и переработке редкоземельного сырья.

1. Xiaoyu Zhang, Jian Zhao, Lin Ding, Yuan Li et al. Eutrophication evolution trajectory influenced by human activities and climate in the shallow Lake Gehu, China. Ecological Indicators. 2022. Vol. 138. 108821.
2. Total phosphorus and phosphate compounds in wastewater: MPC, causes of occurrence, methods of determination. Available at: https://vistaros.ru/stati/analizatory/fosfaty-v-stokah.html (accessed: 23.01.2023).
3. Gouider M., Feki M., Sayadi S. Treatment of wastewaters from phosphate fertilizer industry. Environmental Progress & Sustainable Energy. 2014. Vol. 33, No. 2. pp. 463–471.
4. Goldinov A. L. Complex nitric acid processing of phosphate raw materials. Leningrad : Khimiya, 1982. 208 p.
5. Lokshin E. P. Development of technologies for extraction of rare earth elements during sulfuric acid processing of Khibiny apatite concentrate for mineral fertilizers. Apatity : KSC RAS, 2015. 268 p.
6. Maximum permissible concentrations (MPC) of chemical substances in water of water bodies for domestic, drinking and cultural water use. GN 2.1.5.1315-03 Moscow : Ministry of Health of the Russian Federation, 2003. 154 p.
7. Order of the Ministry of Agriculture of Russia dated December 13, 2016 No. 552 “On approval of water quality standards for water bodies of fishery purposes, including standards for maximum permissible concentrations of harmful substances in waters of water bodies of fishery importance.” 8. Grzmil B., Wronkowski J. Removal of phosphates and fluorides from industrial wastewater. Desalination. 2006. Vol. 189, No. 1-3. pp. 261–268.
9. Gouider M., Feki M., Sayadi S. Separative recovery with lime of phosphate and fluoride from and acidic effluent containing H3PO4, HF and/or H2SiF6. Journal of Hazardous Materials. 2009. Vol. 170. pp. 962–968.
10. Ruzhitskaya O. A., Mendesa S. Modern chemical methods for removing phosphates from wastewater. Sistemnye tekhnologii. 2019. Vol. 3, No. 32. pp. 22–27.
11. Kangyu Dong, Xiangmei Xiang, Juanjuan Zhou, Zhanjun Li. Efficient fertilizer production from low phosphate water using in situ-formed vaterite/calcite calcium carbonate composite microspheres. Science of the Total Environment. 2022. Vol. 822. 153260.
12. Bhattacharjee S., Darwish N., Shanableh A. Phosphate removal using nanoscale zerovalent iron: impact of chitosan and humic acid. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2020. Vol. 8, No. 5. 104131.
13. Hauduc H., Takács I., Smith S., Szabo A. et al. A dynamic physicochemical model for chemical phosphorus removal. Water Research. 2015. Vol. 73. pp. 157–170.
14. Hsu P. Comparison of iron(III) and aluminum in precipitation of phosphate from solution. Water Research. 1976. Vol. 10. pp. 903–907.
15. Rabinovich V. A. Brief chemical reference book. Leningrad : Khimiya, 1978. 392 p.
16. Sujitha R., Ravindhranath K. Extraction of phosphate from polluted waters using calcium alginate beads doped with active carbon derived from А. Aspera plant as adsorbent. Journal of Analytical Methods in Chemistry. 2017. Vol. 5. pp. 1–13.
17. Fytianos K., Voudrias E., Raikos N. Modelling of phosphorus removal from aqueous and wastewater samples using ferric iron. Environmental Pollution. 1998. Vol. 101, No. 1. pp. 123–130.
18. Agbovi H., Wilson L. Design of amphoteric chitosan flocculants for phosphate and turbidity removal in wastewater. Carbohydrate Polymers. 2018. Vol. 189. pp. 360–370.
19. Qian Ping, Bingqian Zhang, Zhipeng Zhang, Kaxin Lu et al. Speciation analysis and formation mechanism of iron-phosphorus compounds during chemical phosphorus removal process. Chemosphere. 2023. Vol. 310. 136852.
20. Tao Zhang, Lili Ding, Hongqiang Ren, Zhitao Guo et al. Thermodynamic modeling of ferric phosphate precipitation for phosphorus removal and recovery from wastewater. Journal of Hazardous Materials. 2010. Vol. 176, No. 1-3. pp. 444–450.
21. Proskuryakov V. A., Shmidt L. I. Waste water treatment in the chemical industry. Leningrad : Khimiya, 1977. 464 p.
22. Elshin A. I., Melnikov V. S., Voronina V. M., et al. Wastewater dephosphatization method. Patent RF, No. 2237619. Applied: 03.03.2003. Published: 10.10. 2004.
23. Qinqin He, Hongjun Zhao, Zedong Teng, Yin Wang et al. Phosphate removal and recovery by lanthanum-based adsorbents: A review for current advances. Chemosphere. 2022. Vol. 303 (part. 1). 134987.
24. Lejwoda P., Bialecka B., Thomas M. Removal of phosphate from brewery wastewater by cerium(III) chloride originating from spent polishing agent: Recovery and optimization studies. Science of the Total Environment. 2023. Vol. 875. 162643.
25. Kajjumba G. W., Marti E. J. A review of the application of cerium and lanthanum in phosphorus removal during wastewater treatment: Characteristics, mechanism, and recovery. Chemosphere. 2022. Vol. 309. 136462.
26. Lurling M., Waajen G., van Oosterhout F. Humic substances interfere with phosphate removal by lanthanum modified clay in controlling eutrophication. Water Research. 2014. Vol. 54. pp. 78–88.
27. Jie Xie, Yan Lin, Chunjie Li, Deyi Wu et al. Removal and recovery of phosphate from water by activated aluminum oxide and lanthanum oxide. Powder Technology. 2014. Vol. 269. pp. 351–357.
28. Glushchenko Yu. G., Nechaev A. V., Polyakov E. G., Levin B. V. Isolation of rare earth elements from extraction phosphoric acid in the context of global problems of their production and consumption. Available at: https://rusredmet.ru/f/vydelenie-redkozemelnyh-elementov-iz-ekstrakcionnojfosfornoj-kisloty-v-kontekste-mirovyh-problem-ih-proizvodstva-i-potreble.pdf?ysclid=lopge3rx3w105502467 (accessed: 02.02.2024).
29. Lokshin E. P., Tareeva O. A. Application of the sorption conversion method for processing phosphate, fluoride, fluorophosphate natural and man-made rare earth raw materials. Apatity : Izdatelstvo FITs KNTs RAN, 2020. 80 p.
30. Lokshin E. P., Belikov M. L. Method for purifying wastewater from fluoride. Patent RF, No. 2382738. Applied: 24.11.2008. Published: 27.02.2010. Bulletin No. 6.
31. Lokshin E. P., Belikov M. L. On the fluorine removal from wastewater containing complex fluorides of aluminum and silicon. Zhurnal prikladnoy khimii. 2008. Vol. 81, No. 2. pp. 177–181.
32. Belikov M. L., Lokshin E. P. Treatment of wastewater from inorganic fluorine compounds. Khimiya v interesakh ustoychivogo razvitiya. 2008. Vol. 16. pp. 581–588.
33. Belikov M. L., Lokshin E. P. Effective and affordable methods of cleaning a variety of water sources from the fluorine-containing inorganic impurities. Tsvetnye Metally. 2020. No. 3. pp. 79–85.
34. Neo water technologies wastewater treatment plant chemicals. Available at: https://neowatertreatment.com/ (accessed: 14.02.2024).
35. Nikolsky B.P. Chemist's Handbook. Leningrad : Khimiya, 1971. 1168 p.

36. Knunyants I. L. Chemical encyclopedic dictionary. Moscow : Sovetskaya entsiklopediya, 1983. 792 p.
37. Serebrennikov V. V. Chemistry of rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanides). Tomsk : Tomsk University, 1959. 380 p.
38. SanPiN 1.2.3685-21. Hygienic standards and requirements for ensuring the safety and (or) harmlessness of environmental factors to humans Available at: https://docs.cntd.ru/document/573500115 (accessed: 20.05.2024).
39. Bespamyatnov G. P. Maximum permissible concentrations of chemicals in the environment. Leningrad : Khimiya, 1985. 528 p.
40. Sneller F. E. C., Kalf D. F., Weltje L., van Wezel A. P. Maximum permissible concentrations and negligible concentrations for rare earth elements (REEs). The Netherlands : National Institute of Public Health and the Environment, 2000. pp. 1–66.
41. Report on environmental protection and rational use of natural resources in the Murmansk region in 2006. Murmansk : Committee for Natural Resources and Environmental Protection of the Murmansk Region, 2007. 160 p.
42. Cichy B., Kuzdzal E., Krzton H. Phosphorus recovery from acidic wastewater by hydroxyapatite precipitation. Journal of Environmental Management. 2019. Vol. 232. pp. 421–427.