Podrobné vysvětlení procesu chemického srážení: Principy odstraňování fosforu, těžkých kovů a tvrdosti iontů

Konvenční biologické čištění dokáže účinně odbourat většinu CHSK ve vodě a přidáním anoxických denitrifikačních procesů lze účinně odstranit i celkový dusík. Pro fosfor, ionty těžkých kovů a ionty tvrdosti je však efekt odstraňování jednoduchých biologických procesů omezený: mikroorganismy mohou svým vlastním růstem a metabolismem asimilovat pouze malé množství fosforu, které nemůže stabilně splňovat normy; zatímco těžké kovy a ionty tvrdosti nemohou být biodegradovány a biologické systémy nemohou dosáhnout účinného odstranění. Ionty těžkých kovů jsou toxické pro mikroorganismy a mírně vyšší koncentrace mohou inhibovat biologické reakce; ionty tvrdosti jsou zcela rozpuštěny ve vodě a biologické systémy je nemohou odstranit.

Aby bylo možné se s těmito látkami vypořádat, je nutné chemické vysrážení-přidáním chemických činidel, která způsobí, že cílové ionty přejdou z rozpuštěného stavu do nerozpustného stavu a vysrážejí se, což je následně odstraněno separací pevných-kapalin.

Základní logikou chemického srážení je pravidlo o produktu rozpustnosti: přidání srážecích činidel do odpadní vody způsobí, že se rozpuštěné ionty znečišťujících látek ve vodě spojí s činidly a vytvoří pevné látky, které se ve vodě obtížně rozpouštějí. Když koncentrace takových látek překročí limit únosnosti (součin rozpustnosti Ksp) vodního útvaru, automaticky se vysrážejí z vody a vytvoří sediment pro separaci.

Klíčové je, že množství přidaného srážedla musí být dostatečné ke snížení koncentrace cílových iontů na požadovanou úroveň, ale nikoli nadměrně-nadměrné srážedlo může způsobit sekundární znečištění (jako jsou zbytkové kovové ionty a soli) a zvýšit produkci kalu.

Fosfor je hlavním viníkem eutrofizace vodních útvarů a normy pro vypouštění celkového fosforu jsou stále přísnější. Biologické odstraňování fosforu závisí na bakteriích akumulujících polyfosforečnany-, které uvolňují fosfor anaerobně a poté jej během aerobních procesů odstraní zbývajícím kalem. Rychlost odstraňování je však omezená. Když je celkový fosfor v přítoku příliš vysoký, biologické odstraňování fosforu je nedostatečné pro spolehlivé splnění standardů a jako záložní řešení je třeba použít chemické odstranění fosforu.

Princip: Přidání solí hliníku (PAC) nebo solí železa (síran polyželezitý) způsobí reakci kovových iontů s fosforečnanovými ionty za vzniku sraženin fosforečnanu hlinitého nebo fosforečnanu železa; lze také přidat vápno (Ca(OH)₂), čímž se za alkalických podmínek vytvoří sraženiny hydroxyfosforečnanu vápenatého.

reakce s hlinitou solí: Al3+ + PO43⁻ → AlPO4↓;

reakce se solí železa: Fe3+ + PO43⁻ → FePO₄↓;

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

Umístění přidání: Existují tři možnosti. Před-přidávání před nádrží biologického čištění má za následek dlouhou reakční dobu, ale dopad hliníkových solí na mikroorganismy zůstává kontroverzní; současné přidávání na konci aerobní části nádrže biologického čištění využívá k podpoře reakce provzdušňování a míchání, což je nejběžnější metoda v komunálních čistírnách odpadních vod, a koagulant podporuje vločkování aktivovaného kalu; post-přidání za sekundární sedimentační nádrží, v sekci pokročilého čištění, přímo a přesně odstraňuje zbytkový fosfor, vyžaduje nejmenší dávkování, produkuje nejméně kalu, ale vyžaduje samostatné reakční a sedimentační zařízení. Konkrétní volba závisí na toku procesu a požadavcích na shodu s fosforem.

Klíčové provozní body: Klíčem k chemickému odstranění fosforu je přizpůsobení dávkování chemikálie celkové koncentraci fosforu v přítoku. Když koncentrace celkového fosforu v přítoku výrazně kolísá, je pro úpravu dávkování nutný online měřič celkového fosforu nebo pravidelné odběry vzorků. pH odpadní vody vyžaduje pozornost-přidání solí hliníku a železa spotřebovává alkalitu a účinnost odstraňování fosforu klesá, když je pH nižší než 6; přidání vápna zvýší pH odpadní vody, což vyžaduje úpravu. Chemický kal produkovaný odstraňováním fosforu obsahuje velké množství anorganických látek a má dobrý odvodňovací výkon; měl by být likvidován pokud možno odděleně od biologického kalu.

Odpadní voda z průmyslových odvětví, jako je galvanizace, metalurgie, hornictví a elektronika, obsahuje ionty těžkých kovů, jako je měď, zinek, olovo, kadmium, nikl a chrom. Těžké kovy jsou vysoce toxické a -nerozložitelné a vyžadují přísnou kontrolu.

Princip: Přidání alkálie (NaOH, Ca(OH)₂) nebo sulfidů (Na2S, NaHS) způsobí, že se ionty těžkých kovů vysrážejí jako hydroxidy nebo sulfidy. Hydroxidové vysrážení je jednoduchý a{1}}nákladový způsob, a proto se jedná o tradiční přístup. Vysrážení sulfidu má menší rozpustnost a vyšší účinnost odstraňování (zejména u rtuti a kadmia), ale nadměrné přidávání sulfidu vytváří toxický plyn H2S, který vyžaduje alkalické podmínky, aby se zabránilo úniku H2S. V případě šestimocného chrómu (Cr⁶⁺) v odpadních vodách obsahujících chrom- musí být nejprve redukován na trojmocný chrom (Cr3⁺) redukčním činidlem (bisulfit sodný, disiřičitan sodný) a poté sražen jako Cr(OH)₃ alkálií.

Klíčové provozní body: Kontrola pH je prvořadá-každý těžký kov má optimální rozsah pH pro srážení hydroxidů (obecně mezi 8 a 10), a tyto rozsahy se liší. Je třeba komplexně zvážit koexistenci více těžkých kovů ve směsných odpadních vodách, zvolit kompromisní hodnotu pH nebo postupné srážení. Po dokončení srážecí reakce je nutné přidat koagulant (PAC+PAM), aby se zvýšila separace pevných-kapalin; jinak budou jemné částice sraženiny pronikat do odpadní vody. Komplexy mohou narušovat srážení-například kyanid-obsahující komplexy těžkých kovů vyžadují před srážením komplexní rozbití.

Ionty tvrdosti jsou především ionty vápníku (Ca²⁺) a hořčíku (Mg²⁺). Způsobují usazování vodního kamene v membránových systémech (RO, NF), tvoří vodní kámen v zařízeních pro výměnu tepla, snižují účinnost výměny tepla a ovlivňují kvalitu čištění v prádelenském průmyslu.

Princip: Použitím chemických činidel k přeměně iontů vápníku a hořčíku na CaCO3 a Mg(OH)₂ lze většinu iontů vápníku a hořčíku odstranit.

Provozní body: pH změkčeného odpadu je vysoké a před vstupem do dalších čistících jednotek nebo před vypouštěním je třeba jej upravit na neutrální přidáním kyseliny. Precipitační reakce vyžaduje dostatečný retenční čas a měla by být kombinována s koagulací a flokulací, aby se zlepšil srážecí účinek. Změkčený kal se vyrábí ve velkém množství, složený hlavně z uhličitanu vápenatého a hydroxidu hořečnatého, který lze odvodnit a použít jako stavební materiál nebo poslat na skládky.

Chemické odstraňování fosforu se často provádí současně se stupněm biologického čištění nebo po pokročilém stupni; odstranění těžkých kovů je předúprava na přítokovém konci k ochraně biologického systému; změkčení za účelem odstranění tvrdosti se obvykle provádí na předním konci úpravy opětovného použití (před membránovým systémem). Tyto tři lze použít v kombinaci v závislosti na požadavcích na kvalitu vody. současné odstraňování fosforu + pokročilé odstraňování fosforu je běžnou praxí pro komunální odpadní vody; a v projektech opětovného použití se změkčení provádí před membránou.