Η συμβατική βιολογική επεξεργασία μπορεί να αποικοδομήσει αποτελεσματικά το μεγαλύτερο μέρος του COD στο νερό και με την προσθήκη διαδικασιών ανοξικής απονιτροποίησης, το συνολικό άζωτο μπορεί επίσης να αφαιρεθεί αποτελεσματικά. Ωστόσο, για τον φώσφορο, τα ιόντα βαρέων μετάλλων και τα ιόντα σκληρότητας, το αποτέλεσμα απομάκρυνσης απλών βιολογικών διεργασιών είναι περιορισμένο: οι μικροοργανισμοί μπορούν να αφομοιώσουν μόνο μια μικρή ποσότητα φωσφόρου μέσω της δικής τους ανάπτυξης και μεταβολισμού, που δεν μπορεί να ανταποκριθεί σταθερά στα πρότυπα. ενώ τα βαρέα μέταλλα και τα ιόντα σκληρότητας δεν μπορούν να βιοαποικοδομηθούν και τα βιολογικά συστήματα δεν μπορούν να επιτύχουν αποτελεσματική απομάκρυνση. Τα ιόντα βαρέων μετάλλων είναι τοξικά για τους μικροοργανισμούς και ελαφρώς υψηλότερες συγκεντρώσεις μπορούν να αναστείλουν τις βιολογικές αντιδράσεις. Τα ιόντα σκληρότητας διαλύονται πλήρως στο νερό και τα βιολογικά συστήματα δεν μπορούν να τα αφαιρέσουν.
Για την αντιμετώπιση αυτών των ουσιών, είναι απαραίτητη η χημική καθίζηση-με την προσθήκη χημικών παραγόντων για την αλλαγή των ιόντων-στόχων από διαλυμένη σε αδιάλυτη κατάσταση και το ίζημα, το οποίο στη συνέχεια απομακρύνεται μέσω διαχωρισμού στερεών-υγρών.
I. Βασικές Αρχές Χημικής Κατακρήμνισης
Η υποκείμενη λογική της χημικής κατακρήμνισης είναι ο κανόνας του προϊόντος διαλυτότητας: η προσθήκη παραγόντων καθίζησης στα λύματα προκαλεί τα διαλυμένα ρυπογόνα ιόντα στο νερό να συνδυαστούν με τους παράγοντες, σχηματίζοντας στερεές ουσίες που είναι δύσκολο να διαλυθούν στο νερό. Όταν η συγκέντρωση τέτοιων ουσιών υπερβαίνει το όριο φέρουσας ικανότητας (προϊόν διαλυτότητας Ksp) του υδατικού συστήματος, θα καθιζάνουν αυτόματα από το νερό, σχηματίζοντας ίζημα για διαχωρισμό.
Το κλειδί είναι ότι η ποσότητα του ιζηματοποιητή που προστίθεται πρέπει να είναι επαρκής για τη μείωση της συγκέντρωσης των ιόντων-στόχων στο απαιτούμενο επίπεδο, αλλά όχι υπερβολικά-υπερβολικός κατακρημνιστής μπορεί να προκαλέσει δευτερογενή ρύπανση (όπως υπολειμματικά μεταλλικά ιόντα και άλατα) και να αυξήσει την παραγωγή λάσπης.
II. Χημική Αφαίρεση Φωσφόρου
Ο φώσφορος είναι ο κύριος ένοχος του ευτροφισμού στα υδατικά συστήματα και τα πρότυπα απόρριψης για τον συνολικό φώσφορο γίνονται όλο και πιο αυστηρά. Η βιολογική απομάκρυνση του φωσφόρου βασίζεται στη συσσώρευση πολυφωσφορικών-βακτηρίων για την απελευθέρωση του φωσφόρου αναερόβια και στη συνέχεια την απομάκρυνση της περίσσειας του φωσφόρου με την υπόλοιπη λάσπη κατά τη διάρκεια των αερόβιων διεργασιών. Ωστόσο, το ποσοστό αφαίρεσης είναι περιορισμένο. Όταν ο συνολικός φώσφορος στην εισροή είναι πολύ υψηλός, η βιολογική απομάκρυνση του φωσφόρου είναι ανεπαρκής για την αξιόπιστη τήρηση των προτύπων και η χημική αφαίρεση του φωσφόρου πρέπει να χρησιμοποιείται ως εναλλακτική λύση.
Αρχή: Η προσθήκη αλάτων αλουμινίου (PAC) ή αλάτων σιδήρου (θειικός πολυσιδηρός) προκαλεί τα μεταλλικά ιόντα να αντιδρούν με ιόντα φωσφορικών για να σχηματίσουν φωσφορικό αργίλιο ή ιζήματα φωσφορικού σιδήρου. μπορεί επίσης να προστεθεί ασβέστης (Ca(OH)2), σχηματίζοντας ιζήματα υδροξυφωσφορικού ασβεστίου υπό αλκαλικές συνθήκες.
Αντίδραση άλατος αλουμινίου: Al3+ + PO43- → AlPO4↓;
Αντίδραση άλατος σιδήρου: Fe3+ + PO43- → FePO4↓;
Αντίδραση ασβέστη: 5Ca2+ + 4OH- + 3PO43- → Ca5(OH)(PO4)36;
Τοποθεσία προσθήκης: Υπάρχουν τρεις επιλογές. Η προ{1}}προσθήκη πριν από τη δεξαμενή βιολογικής επεξεργασίας έχει ως αποτέλεσμα μακρύ χρόνο αντίδρασης, αλλά η επίδραση των αλάτων αλουμινίου στους μικροοργανισμούς παραμένει αμφιλεγόμενη. Η ταυτόχρονη προσθήκη στο τέλος του αερόβιου τμήματος της δεξαμενής βιολογικού καθαρισμού χρησιμοποιεί αερισμό και ανάδευση για την προώθηση της αντίδρασης, η οποία είναι η πιο κοινή μέθοδος στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων και το πηκτικό προάγει την κροκίδωση της ενεργοποιημένης λάσπης. μετά-προσθήκη μετά τη δεξαμενή δευτερεύουσας καθίζησης, στο τμήμα προηγμένης επεξεργασίας, αφαιρεί άμεσα και με ακρίβεια τον υπολειμματικό φώσφορο, απαιτεί τη μικρότερη δόση, παράγει τη λιγότερη λάσπη, αλλά απαιτεί ξεχωριστή εγκατάσταση αντίδρασης και καθίζησης. Η συγκεκριμένη επιλογή εξαρτάται από τη ροή της διαδικασίας και τις απαιτήσεις συμμόρφωσης με τον φώσφορο.
Βασικά Λειτουργικά Σημεία: Το κλειδί για την απομάκρυνση του χημικού φωσφόρου είναι η αντιστοίχιση της δοσολογίας της χημικής ουσίας με τη συνολική συγκέντρωση φωσφόρου στην εισροή. Όταν η συγκέντρωση ολικού φωσφόρου στην εισροή κυμαίνεται σημαντικά, απαιτείται ένας διαδικτυακός μετρητής ολικού φωσφόρου ή περιοδική δειγματοληψία για την προσαρμογή της δοσολογίας. Το pH των εκροών χρειάζεται προσοχή-η προσθήκη αλάτων αλουμινίου και σιδήρου καταναλώνει την αλκαλικότητα και η απόδοση απομάκρυνσης του φωσφόρου μειώνεται όταν το pH είναι κάτω από 6. Η προσθήκη ασβέστη θα αυξήσει το pH των εκροών, απαιτώντας προσαρμογή. Η χημική λάσπη που παράγεται από την αφαίρεση του φωσφόρου περιέχει μεγάλη ποσότητα ανόργανης ύλης και έχει καλή απόδοση αφυδάτωσης. θα πρέπει να απορρίπτεται χωριστά από τη βιολογική λάσπη όσο το δυνατόν περισσότερο.
III. Αφαίρεση βαρέων μετάλλων
Τα λύματα από βιομηχανίες όπως η ηλεκτρολυτική, η μεταλλουργία, η εξόρυξη και τα ηλεκτρονικά περιέχουν ιόντα βαρέων μετάλλων όπως χαλκός, ψευδάργυρος, μόλυβδος, κάδμιο, νικέλιο και χρώμιο. Τα βαρέα μέταλλα είναι εξαιρετικά τοξικά και μη αποικοδομήσιμα-, και απαιτούν αυστηρό έλεγχο.
Αρχή: Η προσθήκη αλκαλίων (NaOH, Ca(OH)2) ή σουλφιδίων (Na2S, NaHS) προκαλεί την καθίζηση ιόντων βαρέων μετάλλων ως υδροξείδια ή σουλφίδια. Η κατακρήμνιση υδροξειδίου είναι μια απλή και χαμηλού κόστους-μέθοδος, που την καθιστά την κύρια προσέγγιση. Η κατακρήμνιση σουλφιδίου έχει προϊόν μικρότερης διαλυτότητας και υψηλότερη απόδοση απομάκρυνσης (ειδικά για τον υδράργυρο και το κάδμιο), αλλά η υπερβολική προσθήκη σουλφιδίου παράγει τοξικό αέριο H2S, που απαιτεί αλκαλικές συνθήκες για να αποτραπεί η διαφυγή H2S. Για εξασθενές χρώμιο (Cr6+) σε λύματα που περιέχουν χρώμιο-, πρέπει πρώτα να αναχθεί σε τρισθενές χρώμιο (Cr3+) με έναν αναγωγικό παράγοντα (όξινο θειώδες νάτριο, μεταδιθειώδες νάτριο) και στη συνέχεια να καταβυθιστεί ως Cr(ΟΗ)3.
Βασικά λειτουργικά σημεία: ο έλεγχος του pH είναι πρωταρχικής σημασίας-κάθε βαρύ μέταλλο έχει ένα βέλτιστο εύρος pH για καθίζηση υδροξειδίου (γενικά μεταξύ 8 και 10) και αυτά τα εύρη ποικίλλουν. Η συνύπαρξη πολλαπλών βαρέων μετάλλων σε μικτά λύματα πρέπει να εξεταστεί πλήρως, επιλέγοντας μια συμβιβαστική τιμή pH ή σταδιακή κατακρήμνιση. Μετά την ολοκλήρωση της αντίδρασης καθίζησης, πρέπει να προστεθεί ένα πηκτικό (PAC+PAM) για να ενισχυθεί ο διαχωρισμός των στερεών-υγρών. Διαφορετικά, τα λεπτά σωματίδια ιζήματος θα διεισδύσουν στα απόβλητα. Τα σύμπλοκα μπορούν να επηρεάσουν την κατακρήμνιση-για παράδειγμα, σύμπλοκα κυανιούχων-που περιέχουν βαρέα μέταλλα απαιτούν πολύπλοκη θραύση πριν από την κατακρήμνιση.
PIV. Αφαίρεση σκληρότητας (μαλάκωμα)
Τα ιόντα σκληρότητας είναι κυρίως ιόντα ασβεστίου (Ca2+) και μαγνησίου (Mg2+). Προκαλούν απολέπιση σε συστήματα μεμβράνης (RO, NF), σχηματίζουν άλατα στον εξοπλισμό ανταλλαγής θερμότητας μειώνοντας την απόδοση ανταλλαγής θερμότητας και επηρεάζουν την ποιότητα καθαρισμού στη βιομηχανία πλυντηρίων ρούχων.
Αρχή: Με τη χρήση χημικών παραγόντων για τη μετατροπή ιόντων ασβεστίου και μαγνησίου σε CaCO3 και Mg(OH)2, τα περισσότερα ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου μπορούν να αφαιρεθούν.
Σημεία λειτουργίας: Το pH των μαλακών εκροών είναι υψηλό και πρέπει να ρυθμιστεί σε ουδέτερο με προσθήκη οξέος πριν εισέλθει σε επόμενες μονάδες επεξεργασίας ή εκκενωθεί. Η αντίδραση κατακρήμνισης απαιτεί επαρκή χρόνο κατακράτησης και θα πρέπει να συνδυαστεί με πήξη και κροκίδωση για να βελτιωθεί η επίδραση της καθίζησης. Η μαλακωμένη ιλύς παράγεται σε μεγάλες ποσότητες, που αποτελείται κυρίως από ανθρακικό ασβέστιο και υδροξείδιο του μαγνησίου, τα οποία μπορούν να αφυδατωθούν και να χρησιμοποιηθούν ως δομικό υλικό ή να σταλούν σε χωματερές.
V. Τοποθέτηση των τριών διεργασιών καθίζησης στη διαδικασία ροής
Η χημική απομάκρυνση του φωσφόρου πραγματοποιείται συχνά ταυτόχρονα με το στάδιο της βιολογικής επεξεργασίας ή μετά το προχωρημένο στάδιο. Η αφαίρεση βαρέων μετάλλων είναι μια προεπεξεργασία στο άκρο εισροής για την προστασία του βιολογικού συστήματος. Η αποσκλήρυνση για την αφαίρεση της σκληρότητας πραγματοποιείται συνήθως στο μπροστινό άκρο της επεξεργασίας επαναχρησιμοποίησης (πριν από το σύστημα μεμβράνης). Τα τρία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό ανάλογα με τις απαιτήσεις ποιότητας του νερού-βαρέων μετάλλων-που περιέχουν λύματα συνήθως υφίστανται χημική καθίζηση για την απομάκρυνση των βαρέων μετάλλων πριν εισέλθουν στη διαδικασία βιολογικού καθαρισμού. Η ταυτόχρονη αφαίρεση φωσφόρου + προηγμένη αφαίρεση φωσφόρου είναι κοινή πρακτική για τα αστικά λύματα. και σε έργα επαναχρησιμοποίησης, η αποσκλήρυνση πραγματοποιείται πριν από τη μεμβράνη.