Wastewater treatment technologies opened the door for recovery of extracellular polymeric substances (EPS), presenting novel opportunities for use across diverse industrial sectors. Earlier studies showed that a significant amount of phosphorus (P) is recovered within extracted EPS. P recovered within the extracted EPS is an intrinsic part of the recovered material that potentially influences its properties. Understanding the P speciation in extracted EPS lays the foundation for leveraging the incorporated P in EPS to manipulate its properties and industrial applications. This study evaluated P speciation in EPS extracted from aerobic granular sludge (AGS). A fractionation lab protocol was established to consistently distinguish P species in extracted EPS liquid phase and polymer chains. 31P nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy was used as a complementary technique to provide additional information on P speciation and track changes in P species during the EPS extraction process. Findings showed the dominance of organic phosphorus and orthophosphates within EPS, besides other minor fractions. On average, 25% orthophosphates in the polymer liquid phase, 52% organic phosphorus (equal ratio of mono and diesters) covalently bound to the polymer chains, 16% non-apatite inorganic phosphorus (NAIP) precipitates mainly FeP and AlP, and 7% pyrophosphates (6% in the liquid phase and 1% attached to the polymer chains) were identified. Polyphosphates were detected in initial AGS but hydrolyzed to orthophosphates, pyrophosphates, and possibly organic P (forming new esters) during the EPS extraction process. The knowledge created in this study is a step towards the goal of EPS engineering, manipulating P chemistry along the extraction process and enriching certain P species in EPS based on target properties and industrial applications.

Phosphorous not only needs to be removed to prevent eutrophication of wastewater effluent receiving surface water bodies, but it also has to be recovered as a scarce finite reserve. Phosphorus chemical precipitation as NH4MgPO4·6H2O, Ca3(PO4)2, or Fe3(PO4)2 ·8H2O is the most common method of phosphorus recovery from phosphorus-rich streams. These minerals ideally form under neutral to alkaline pH conditions, making acidic streams problematic for their formation due to the need for pH adjustments. This study proposes FePO4 .2H2O (strengite-like compounds) recovery from acidic streams due to its simplicity and high efficiency, while also avoiding the need for pH-adjusting chemicals. The effect of initial pH, temperature, Fe (III) dosing rates, and Fe (II) dosage under different oxidation conditions (pO2 = 0.2, 1, 1.5 bar, different H2O2 dosing rates) on phosphorus recovery percentage and product settleability were evaluated in this study. The precipitates formed were analyzed using optical microscopy, SEM, XRD, SQUID, Raman, and ICP. Experiments showed that Fe (III) dosing achieved phosphorus recovery of over 95 % at an initial pH of 3 or higher, and the product exhibited poor settleability in all initial pH (1.5-5), and temperature (20–80 °C) tests. On the other hand, Fe (II) dosage instead of Fe (III) resulted in good product settleability but varying phosphorus recovery percentages depending on the oxidation conditions. The novelty of the study lies in revealing that the Fe (II) oxidation rate serves as a crucial process-design parameter, significantly enhancing product settleability without the requirement of carrier materials or crystallizers. The study proposes a novel strategy with controlled Fe2+-H2O2 dosing, identifying an Fe (II) oxidation rate of 4.7 × 10−4 mol/l/min as the optimal rate for achieving over 95 % total phosphorus recovery, along with excellent settleability with a volumetric index equal to only 8 ml/gP.