Tratamentul biologic convențional poate degrada în mod eficient majoritatea COD din apă și, prin adăugarea proceselor de denitrificare anoxică, azotul total poate fi, de asemenea, îndepărtat eficient. Cu toate acestea, pentru fosfor, ionii de metale grele și ionii de duritate, efectul de îndepărtare al proceselor biologice simple este limitat: microorganismele pot asimila doar o cantitate mică de fosfor prin propria creștere și metabolism, care nu poate îndeplini în mod stabil standardele; în timp ce metalele grele și ionii de duritate nu pot fi biodegradați, iar sistemele biologice nu pot obține o îndepărtare eficientă. Ionii de metale grele sunt toxici pentru microorganisme, iar concentrațiile puțin mai mari pot inhiba reacțiile biologice; ionii de duritate sunt complet dizolvați în apă, iar sistemele biologice nu îi pot elimina.
Pentru a face față acestor substanțe, este necesară precipitarea chimică-adăugarea de agenți chimici care să facă ca ionii țintă să treacă dintr-o stare dizolvată într-o stare insolubilă și să precipite, care este apoi îndepărtat prin separarea solid-lichide.
I. Principiile de bază ale precipitațiilor chimice
Logica de bază a precipitării chimice este regula produsului de solubilitate: adăugarea de agenți de precipitare în apele uzate face ca ionii poluanți dizolvați din apă să se combine cu agenții, formând substanțe solide care sunt greu de dizolvat în apă. Când concentrația unor astfel de substanțe depășește limita capacității de transport (produsul de solubilitate Ksp) a corpului de apă, acestea vor precipita automat din apă, formând sediment pentru separare.
Cheia este că cantitatea de precipitant adăugată trebuie să fie suficientă pentru a reduce concentrația ionilor țintă la nivelul necesar, dar precipitantul nu excesiv-excesiv poate cauza poluare secundară (cum ar fi ionii metalici reziduali și sărurile) și poate crește producția de nămol.
II. Eliminarea chimică a fosforului
Fosforul este principalul vinovat al eutrofizării corpurilor de apă, iar standardele de descărcare pentru fosfor total devin din ce în ce mai stricte. Eliminarea biologică a fosforului se bazează pe bacteriile care acumulează-polifosfat pentru a elibera fosforul în mod anaerob și apoi pentru a elimina excesul de fosfor cu nămolul rămas în timpul proceselor aerobe. Cu toate acestea, rata de eliminare este limitată. Când fosforul total din influent este prea mare, îndepărtarea biologică a fosforului este insuficientă pentru a îndeplini standardele în mod fiabil, iar îndepărtarea chimică a fosforului trebuie utilizată ca o alternativă.
Principiu: Adăugarea de săruri de aluminiu (PAC) sau săruri de fier (sulfat poliferric) face ca ionii metalici să reacționeze cu ionii de fosfat pentru a forma fosfat de aluminiu sau precipitate de fosfat de fier; se mai poate adăuga var (Ca(OH)₂), formând precipitate de hidroxifosfat de calciu în condiții alcaline.
Reacția sării de aluminiu: Al³⁺ + PO₄³⁻ → AlPO₄↓;
Reacția sărurilor de fier: Fe³⁺ + PO₄³⁻ → FePO₄↓;
Reacția calcarului: 5Ca²⁺ + 4OH⁻ + 3PO₄³⁻ → Ca₅(OH)(PO₄)₃↓;
Locație suplimentară: Există trei opțiuni. Pre-adăugarea înainte de rezervorul de tratare biologică are ca rezultat un timp de reacție lung, dar impactul sărurilor de aluminiu asupra microorganismelor rămâne controversat; adăugarea simultană la sfârșitul secțiunii aerobe a rezervorului de tratare biologică utilizează aerarea și agitarea pentru a promova reacția, care este cea mai comună metodă în stațiile de epurare a apelor uzate municipale, iar coagulantul promovează flocularea nămolului activ; post-adăugarea după rezervorul de sedimentare secundar, în secțiunea de tratare avansată, îndepărtează direct și precis fosforul rezidual, necesită cea mai mică doză, produce cel mai puțin nămol, dar necesită o instalație separată de reacție și sedimentare. Alegerea specifică depinde de fluxul procesului și de cerințele de conformitate cu fosfor.
Puncte operaționale cheie: Cheia pentru îndepărtarea chimică a fosforului este potrivirea dozei substanței chimice cu concentrația totală de fosfor din influent. Atunci când concentrația totală de fosfor din influent fluctuează semnificativ, este necesar un contor online de fosfor total sau o prelevare periodică de probe pentru a ajusta doza. pH-ul efluentului necesită atenție-adăugarea de săruri de aluminiu și fier consumă alcalinitate, iar eficiența de eliminare a fosforului scade atunci când pH-ul este sub 6; adăugarea de var va ridica pH-ul efluentului, necesitând ajustare. Nămolul chimic produs prin îndepărtarea fosforului conține o cantitate mare de materie anorganică și are performanțe bune de deshidratare; ar trebui eliminat pe cât posibil separat de nămolul biologic.
III. Îndepărtarea metalelor grele
Apele uzate din industrii precum galvanizarea, metalurgia, mineritul și electronicele conțin ioni de metale grele, cum ar fi cupru, zinc, plumb, cadmiu, nichel și crom. Metalele grele sunt extrem de toxice și ne{1}}degradabile, necesitând un control strict.
Principiu: Adăugarea de alcali (NaOH, Ca(OH)₂) sau sulfuri (Na₂S, NaHS) determină precipitarea ionilor de metale grele sub formă de hidroxizi sau sulfuri. Precipitația cu hidroxid este o metodă simplă și cu cost redus-, ceea ce o face abordarea generală. Precipitarea cu sulfuri are un produs de solubilitate mai mic și o eficiență de îndepărtare mai mare (în special pentru mercur și cadmiu), dar adăugarea excesivă de sulfură produce gaz toxic H₂S, necesitând condiții alcaline pentru a preveni scăparea H₂S. Pentru cromul hexavalent (Cr⁶⁺) în apa reziduală care conține crom-, acesta trebuie mai întâi redus la crom trivalent (Cr³⁺) cu un agent reducător (bisulfit de sodiu, metabisulfit de sodiu) și apoi precipitat ca Cr(OH)₃ cu un alcalin.
Puncte operaționale cheie: controlul pH-ului este esențial-fiecare metal greu are un interval optim de pH pentru precipitarea hidroxidului (în general între 8 și 10), iar aceste intervale variază. Coexistența mai multor metale grele în apele uzate mixte trebuie luată în considerare în mod cuprinzător, selectând o valoare de compromis a pH-ului sau o precipitare treptată. După ce reacția de precipitare este completă, trebuie adăugat un coagulant (PAC+PAM) pentru a îmbunătăți separarea solid-lichidei; în caz contrar, particulele fine precipitate vor pătrunde în efluent. Complexele pot interfera cu precipitarea-de exemplu, complecșii de metale grele care conțin cianuri- necesită spargerea complexă înainte de precipitare.
PIV. Îndepărtarea durității (înmuiere)
Ionii de duritate sunt în principal ioni de calciu (Ca²⁺) și magneziu (Mg²⁺). Acestea provoacă detartrare în sistemele cu membrană (RO, NF), formează depuneri în echipamentele de schimb de căldură reducând eficiența schimbului de căldură și afectează calitatea curățării în industria de spălătorie.
Principiu: Prin utilizarea agenților chimici pentru a transforma ionii de calciu și magneziu în CaCO₃ și Mg(OH)₂, majoritatea ionilor de calciu și magneziu pot fi îndepărtați.
Puncte de funcționare: pH-ul efluentului înmuiat este ridicat și trebuie ajustat la neutru prin adăugarea de acid înainte de a intra în unitățile de tratare ulterioare sau de a fi evacuat. Reacția de precipitare necesită un timp de retenție suficient și trebuie combinată cu coagulare și floculare pentru a îmbunătăți efectul de precipitare. Nămolul înmuiat este produs în cantități mari, compus în principal din carbonat de calciu și hidroxid de magneziu, care poate fi deshidratat și folosit ca material de construcție sau trimis la gropile de gunoi.
V. Poziţionarea celor trei procese de precipitare în procesul de curgere
Îndepărtarea chimică a fosforului se realizează adesea concomitent cu etapa de tratament biologic sau după stadiul avansat; îndepărtarea metalelor grele este un pretratament la capătul de afluent pentru a proteja sistemul biologic; înmuierea pentru a elimina duritatea este de obicei efectuată la capătul frontal al tratamentului de reutilizare (înainte de sistemul de membrană). Cele trei pot fi utilizate în combinație, în funcție de cerințele de calitate a apei, apele uzate care conțin metale grele-de obicei suferă o precipitare chimică pentru a îndepărta metalele grele înainte de a intra în procesul de tratare biologică; eliminarea simultană a fosforului + îndepărtarea avansată a fosforului este o practică comună pentru apele uzate municipale; iar în proiectele de reutilizare, înmuierea se realizează înaintea membranei.