Podrobné vysvetlenie procesu chemického zrážania: princípy odstraňovania fosforu, ťažkých kovov a tvrdosti

Konvenčné biologické čistenie dokáže efektívne odbúrať väčšinu CHSK vo vode a pridaním anoxických denitrifikačných procesov možno účinne odstrániť aj celkový dusík. Avšak pre fosfor, ióny ťažkých kovov a ióny tvrdosti je efekt odstraňovania jednoduchými biologickými procesmi obmedzený: mikroorganizmy môžu svojím vlastným rastom a metabolizmom asimilovať len malé množstvo fosforu, čo nemôže stabilne spĺňať normy; zatiaľ čo ťažké kovy a ióny tvrdosti sa nedajú biodegradovať a biologické systémy nedokážu dosiahnuť účinné odstránenie. Ióny ťažkých kovov sú toxické pre mikroorganizmy a mierne vyššie koncentrácie môžu inhibovať biologické reakcie; ióny tvrdosti sú úplne rozpustené vo vode a biologické systémy ich nedokážu odstrániť.

Na zvládnutie týchto látok je potrebné chemické vyzrážanie-pridaním chemických činidiel, ktoré spôsobia, že cieľové ióny prejdú z rozpusteného stavu do nerozpustného stavu a precipitujú, čo sa potom odstráni separáciou tuhej-kvapaliny.

Základnou logikou chemického zrážania je pravidlo o produkte rozpustnosti: pridanie zrážacích činidiel do odpadovej vody spôsobí, že rozpustené ióny znečisťujúcich látok vo vode sa spoja s činidlami a vytvoria pevné látky, ktoré sa ťažko rozpúšťajú vo vode. Keď koncentrácia takýchto látok prekročí limit únosnosti (produkt rozpustnosti Ksp) vodného útvaru, automaticky sa vyzrážajú z vody a vytvoria sediment na separáciu.

Kľúčom je, že množstvo pridaného zrážadla musí byť dostatočné na zníženie koncentrácie cieľových iónov na požadovanú úroveň, ale nie nadmerne-nadmerné zrážadlo môže spôsobiť sekundárne znečistenie (ako sú zvyškové kovové ióny a soli) a zvýšiť produkciu kalu.

Fosfor je hlavným vinníkom eutrofizácie vodných útvarov a normy vypúšťania celkového fosforu sú čoraz prísnejšie. Biologické odstraňovanie fosforu závisí od baktérií akumulujúcich polyfosforečnany{1}}, ktoré uvoľňujú fosfor anaeróbne a následne ho odstránia zvyšným kalom počas aeróbnych procesov. Rýchlosť odstraňovania je však obmedzená. Keď je celkový fosfor v prítoku príliš vysoký, biologické odstraňovanie fosforu je nedostatočné na to, aby spoľahlivo spĺňalo normy, a ako núdzové riešenie sa musí použiť chemické odstraňovanie fosforu.

Princíp: Pridanie solí hliníka (PAC) alebo solí železa (síran polyželeznatý) spôsobí reakciu kovových iónov s iónmi fosforečnanu za vzniku zrazenín fosforečnanu hlinitého alebo fosforečnanu železa; môže sa pridať aj vápno (Ca(OH)2), čím sa v alkalických podmienkach vytvoria zrazeniny hydroxyfosforečnanu vápenatého.

reakcia so soľou hliníka: Al3+ + PO43⁻ → AlPO4↓;

reakcia so soľou železa: Fe3+ + PO₄3⁻ → FePO₄↓;

Reakcia vápna: 5Ca2+ + 4OH⁻ + 3PO₄3⁻⁻ → Ca₅(OH)(PO₄)3↓;

Miesto pridania: Existujú tri možnosti. Pred-pridávanie pred nádržou na biologické čistenie má za následok dlhý reakčný čas, ale vplyv hliníkových solí na mikroorganizmy zostáva kontroverzný; súčasné pridávanie na konci aeróbnej časti nádrže biologického čistenia využíva prevzdušňovanie a miešanie na podporu reakcie, čo je najbežnejšia metóda v komunálnych čistiarňach odpadových vôd, a koagulant podporuje flokuláciu aktivovaného kalu; post-pridávanie po sekundárnej sedimentačnej nádrži, v sekcii pokročilého čistenia, priamo a presne odstraňuje zvyškový fosfor, vyžaduje najmenšie dávkovanie, produkuje najmenej kalu, ale vyžaduje samostatné reakčné a sedimentačné zariadenie. Konkrétny výber závisí od prietoku procesu a požiadaviek na dodržiavanie fosforu.

Kľúčové prevádzkové body: Kľúčom k chemickému odstraňovaniu fosforu je zosúladenie dávky chemikálie s celkovou koncentráciou fosforu v prítoku. Keď koncentrácia celkového fosforu v prítoku výrazne kolíše, na úpravu dávkovania je potrebný online merač celkového fosforu alebo pravidelné odbery vzoriek. pH odpadovej vody si vyžaduje pozornosť-pridanie solí hliníka a železa spotrebúva zásaditosť a účinnosť odstraňovania fosforu klesá, keď je pH nižšie; pridanie vápna zvýši pH odpadovej vody, čo si vyžaduje úpravu. Chemický kal produkovaný odstránením fosforu obsahuje veľké množstvo anorganických látok a má dobrý odvodňovací výkon; mal by sa čo najviac likvidovať oddelene od biologického kalu.

Odpadová voda z priemyselných odvetví, ako je galvanické pokovovanie, metalurgia, baníctvo a elektronika, obsahuje ióny ťažkých kovov, ako je meď, zinok, olovo, kadmium, nikel a chróm. Ťažké kovy sú vysoko toxické a -nerozložiteľné a vyžadujú si prísnu kontrolu.

Princíp: Pridanie alkálie (NaOH, Ca(OH)₂) alebo sulfidov (Na2S, NaHS) spôsobí, že sa ióny ťažkých kovov vyzrážajú ako hydroxidy alebo sulfidy. Hydroxidové zrážanie je jednoduchá a lacná-metóda, vďaka čomu ide o bežný prístup. Precipitácia sulfidu má menší produkt rozpustnosti a vyššiu účinnosť odstraňovania (najmä pre ortuť a kadmium), ale nadmerné pridávanie sulfidu vytvára toxický plyn H2S, čo si vyžaduje alkalické podmienky, aby sa zabránilo úniku H2S. V prípade šesťmocného chrómu (Cr⁶⁺) v odpadových vodách- obsahujúcich chróm sa musí najskôr redukovať na trojmocný chróm (Cr3⁺) pomocou redukčného činidla (bisulfit sodný, disiričitan sodný) a potom vyzrážať ako Cr(OH)₃ alkáliou.

Kľúčové prevádzkové body: Prvoradá je kontrola pH-každý ťažký kov má optimálny rozsah pH na zrážanie hydroxidu (vo všeobecnosti medzi 8 a 10) a tieto rozsahy sa líšia. Je potrebné komplexne zvážiť koexistenciu viacerých ťažkých kovov v zmiešaných odpadových vodách, zvoliť kompromisnú hodnotu pH alebo postupné zrážanie. Po dokončení precipitačnej reakcie sa musí pridať koagulant (PAC+PAM), aby sa zvýšila separácia tuhej-kvapaliny; inak budú jemné častice zrazeniny prenikať do odpadovej vody. Komplexy môžu interferovať so zrážkami,-napríklad komplexy ťažkých kovov-kyanidov vyžadujú pred zrážaním komplexné rozbitie.

Ióny tvrdosti sú hlavne ióny vápnika (Ca²⁺) a horčíka (Mg²⁺). Spôsobujú tvorbu vodného kameňa v membránových systémoch (RO, NF), vytvárajú vodný kameň v zariadeniach na výmenu tepla, znižujú účinnosť výmeny tepla a ovplyvňujú kvalitu čistenia v práčovni.

Princíp: Použitím chemických činidiel na premenu iónov vápnika a horčíka na CaCO₃ a Mg(OH)₂ je možné odstrániť väčšinu iónov vápnika a horčíka.

Prevádzkové body: pH zmäkčenej odpadovej vody je vysoké a pred vstupom do ďalších čistiarní alebo pred vypustením je potrebné ho upraviť na neutrálne pridaním kyseliny. Precipitačná reakcia vyžaduje dostatočný retenčný čas a mala by byť kombinovaná s koaguláciou a flokuláciou na zlepšenie precipitačného účinku. Zmäkčený kal sa vyrába vo veľkých množstvách, pozostáva najmä z uhličitanu vápenatého a hydroxidu horečnatého, ktorý možno odvodniť a použiť ako stavebný materiál alebo poslať na skládky.

Chemické odstraňovanie fosforu sa často vykonáva súčasne so štádiom biologického čistenia alebo po pokročilom štádiu; odstraňovanie ťažkých kovov je predúprava na prítokovom konci na ochranu biologického systému; zmäkčenie na odstránenie tvrdosti sa zvyčajne vykonáva na prednej strane opätovného spracovania (pred membránovým systémom). Tieto tri možno použiť v kombinácii v závislosti od požiadaviek na kvalitu vody. súčasné odstraňovanie fosforu + pokročilé odstraňovanie fosforu je bežnou praxou pre komunálne odpadové vody; a pri projektoch opätovného použitia sa zmäkčenie vykonáva pred membránou.