Phosphate sind eine Gruppe chemischer Verbindungen, die als Salze oder Ester der Phosphorsäure (H₃PO₄) auftreten. Sie spielen in der industriellen Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung eine zentrale Rolle, da sie sowohl als essentielle Nährstoffe für biologische Prozesse als auch als Verursacher von Umweltproblemen wie Eutrophierung fungieren können. Ihre Kontrolle, Entfernung und Dosierung ist ein entscheidender Aspekt in der Prozessführung vieler Wasser- und Abwasserbehandlungsanlagen.

Chemische Grundlagen von Phosphaten

Phosphate existieren in verschiedenen chemischen Formen, die sich durch ihren Grad der Protonierung und ihre Löslichkeit unterscheiden:

1. Primärphosphate (Dihydrogenphosphate)​

   • Vorherrschend in sauren pH-Bereichen.

2. Sekundärphosphate (Hydrogenphosphate)​

   • Stabil in neutralen bis leicht basischen pH-Bereichen.

3. Tertiärphosphate (Orthophosphate):​

   • Dominant in stark basischen Milieus.

4. Polyphosphate:

   • Ketten- oder ringförmige Verbindungen, die aus mehreren Phosphatgruppen bestehen (z. B. Natriumtripolyphosphat, Na₅P₃O₁₀).

5. Organische Phosphate:

   • Ester von Phosphorsäure, gebunden an organische Moleküle.

Phosphate sind in Wasser gut löslich, insbesondere als Orthophosphate, während sie in Form schwerlöslicher Salze (z. B. Calciumphosphat) ausfallen können.

Quellen von Phosphaten im Wasser und Abwasser

1. Industrielle Prozesse:

   • In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie werden Phosphate als Stabilisatoren, Säureregulatoren oder Emulgatoren eingesetzt.
   • In der Textil- und Papierindustrie dienen sie als Hilfsstoffe zur Wasserenthärtung und Schmutzentfernung.
   • In der Metallverarbeitung kommen sie in Korrosionsschutzmitteln und Entfettungslösungen vor.

2. Haushalts- und Gewerbeabwässer:

   • Phosphate stammen aus Reinigungsmitteln, insbesondere Wasch- und Geschirrspülmitteln.
   • Haushaltsabwässer enthalten organisch gebundene Phosphate aus Lebensmitteln und biologischen Abfällen.

3. Landwirtschaftliche Einträge:

   • Phosphathaltige Düngemittel und Gülle sind eine Hauptquelle für Phosphateinträge in Oberflächengewässer durch Abschwemmung.

4. Kläranlagen:

   • Abflüsse aus kommunalen Kläranlagen tragen Phosphate in die Umwelt ein, wenn diese nicht effizient entfernt werden.

Bedeutung von Phosphaten in der Wasser- und Abwasserbehandlung

1. Nährstoff für Mikroorganismen:

   • Phosphate sind essentielle Nährstoffe für das Wachstum von Mikroorganismen in biologischen Behandlungsstufen.
   • Eine optimale Konzentration (z. B. C:N:P-Verhältnis von 100:5:1) ist erforderlich, um eine stabile biologische Abwasserbehandlung zu gewährleisten.

2. Eutrophierung:

   • Überschüssige Phosphate in Gewässern führen zu einem übermäßigen Algenwachstum und Sauerstoffmangel (Eutrophierung), was die Wasserqualität stark beeinträchtigt.

3. Korrosionsschutz:

   • In Kühlwasserkreisläufen werden Phosphate als Inhibitoren verwendet, um die Bildung von Korrosionsprodukten zu verhindern.

Verfahren zur Phosphatentfernung

Die Entfernung von Phosphaten aus Wasser und Abwasser erfolgt durch physikalische, chemische und biologische Verfahren:

1. Chemische Fällung

• • Mechanismus: Zugabe von Fällmitteln (z. B. Eisen-, Aluminium- oder Calciumsalzen) führt zur Bildung schwerlöslicher Phosphatverbindungen, die als Schlamm abgeschieden werden.
  • Anwendung: In kommunalen Kläranlagen zur Einhaltung gesetzlicher Grenzwerte (z. B. < 1 mg/L Gesamtphosphor).