Išsamus cheminio nusodinimo proceso paaiškinimas: fosforo, sunkiųjų metalų ir kietumo jonų pašalinimo principai

Įprastas biologinis apdorojimas gali efektyviai suskaidyti daugumą vandenyje esančių ChDS, o pridedant beanoksinių denitrifikacijos procesų, bendras azotas taip pat gali būti veiksmingai pašalintas. Tačiau fosforo, sunkiųjų metalų jonams ir kietumo jonams paprastų biologinių procesų pašalinimo efektas yra ribotas: mikroorganizmai per savo augimą ir metabolizmą gali pasisavinti tik nedidelį fosforo kiekį, kuris negali stabiliai atitikti standartų; sunkieji metalai ir kietumo jonai negali būti biologiškai skaidomi, o biologinės sistemos negali veiksmingai pašalinti. Sunkiųjų metalų jonai yra toksiški mikroorganizmams, o kiek didesnė koncentracija gali slopinti biologines reakcijas; kietumo jonai visiškai ištirpsta vandenyje, o biologinės sistemos negali jų pašalinti.

Norint susidoroti su šiomis medžiagomis, būtinas cheminis nusodinimas, -pridedant cheminių agentų, kad tiksliniai jonai iš ištirpusios būsenos pasikeistų į netirpią būseną ir susidarytų nuosėdos, kurios vėliau pašalinamos atskiriant kietą{1}}skystį.

Pagrindinė cheminio nusodinimo logika yra tirpumo produkto taisyklė: pridedant nusodinamąsias medžiagas į nuotekas, vandenyje ištirpę teršalų jonai susijungia su agentais ir susidaro kietos medžiagos, kurios sunkiai ištirpsta vandenyje. Tokių medžiagų koncentracijai viršijus vandens telkinio keliamosios galios ribą (Ksp tirpumo sandaugą), jos automatiškai iškris iš vandens, sudarydamos nuosėdas atskirti.

Svarbiausia, kad pridėto nusodintuvo kiekis turi būti pakankamas, kad sumažintų tikslinių jonų koncentraciją iki reikiamo lygio, bet ne per didelis{0}}nusodintuvo perteklius gali sukelti antrinę taršą (pvz., metalų jonų ir druskų likučius) ir padidinti dumblo gamybą.

Fosforas yra pagrindinis vandens telkinių eutrofikacijos kaltininkas, o bendrojo fosforo išleidimo normos tampa vis griežtesnės. Biologinis fosforo šalinimas priklauso nuo polifosfatą{1}}akumuliuojančių bakterijų, kurios išskiria fosforą anaerobiniu būdu, o paskui pašalina fosforo perteklių su likusiu dumblu aerobinių procesų metu. Tačiau pašalinimo greitis yra ribotas. Kai bendras fosforo kiekis įtekamajame kanale yra per didelis, biologinio fosforo šalinimo nepakanka, kad būtų patikimai laikomasi standartų, o cheminis fosforo šalinimas turi būti naudojamas kaip atsarginė priemonė.

Principas: Pridėjus aliuminio druskų (PAC) arba geležies druskų (poliferrio sulfato), metalo jonai reaguoja su fosfato jonais ir susidaro aliuminio fosfato arba geležies fosfato nuosėdos; taip pat galima pridėti kalkių (Ca(OH)₂), todėl šarminėmis sąlygomis susidaro kalcio hidroksifosfato nuosėdos.

Aliuminio druskos reakcija: Al³⁺ + PO₄³⁻ → AlPO₄↓;

Geležies druskos reakcija: Fe³⁺ + PO₄³⁻ → FePO₄↓;

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

Papildymo vieta: yra trys parinktys. Išankstinis įpylimas prieš biologinio apdorojimo baką sukelia ilgą reakcijos laiką, tačiau aliuminio druskų poveikis mikroorganizmams išlieka prieštaringas; vienu metu įpilant biologinio valymo rezervuaro aerobinės dalies pabaigoje reakcijai skatinti naudojama aeracija ir maišymas, kuris yra labiausiai paplitęs būdas komunalinių nuotekų valymo įrenginiuose, o koaguliantas skatina aktyviojo dumblo flokuliaciją; po-pridėjimo po antrinio sedimentacijos rezervuaro, pažangaus apdorojimo skyriuje, tiesiogiai ir tiksliai pašalina liekamąjį fosforą, reikia mažiausio dozavimo, susidaro mažiausiai dumblo, tačiau reikalinga atskira reakcija ir nusodinimo įranga. Konkretus pasirinkimas priklauso nuo proceso eigos ir fosforo atitikties reikalavimų.

Pagrindiniai veikimo taškai: Cheminio fosforo pašalinimo raktas yra cheminės medžiagos dozės suderinimas su bendra fosforo koncentracija įtekamajame vandenyje. Kai bendroji fosforo koncentracija įtekamajame sraute labai svyruoja, norint pakoreguoti dozę, būtinas internetinis bendrojo fosforo matuoklis arba periodiškai imti mėginius. Reikia atkreipti dėmesį į nuotekų pH-pridedant aliuminio ir geležies druskų, sumažėja šarmingumas, o fosforo šalinimo efektyvumas sumažėja, kai pH yra mažesnis nei 6; kalkių pridėjimas padidins nuotekų pH, todėl jį reikės reguliuoti. Cheminis dumblas, susidarantis pašalinus fosforą, turi daug neorganinių medžiagų ir turi geras vandens nusausinimo savybes; jį reikia šalinti kiek įmanoma atskirai nuo biologinio dumblo.

Tokių pramonės šakų kaip galvanizavimas, metalurgija, kasyba ir elektronika nuotekose yra sunkiųjų metalų jonų, tokių kaip varis, cinkas, švinas, kadmis, nikelis ir chromas. Sunkieji metalai yra labai toksiški ir ne{1}}skaidomi, todėl juos reikia griežtai kontroliuoti.

Principas: Pridėjus šarmo (NaOH, Ca(OH)₂) arba sulfidų (Na2S, NaHS), sunkiųjų metalų jonai nusėda kaip hidroksidai arba sulfidai. Hidroksido nusodinimas yra paprastas ir nebrangus{1}}metodas, todėl tai yra įprastas metodas. Sulfido nusodinimo produktas turi mažesnį tirpumą ir didesnį pašalinimo efektyvumą (ypač gyvsidabrio ir kadmio atveju), tačiau per didelis sulfido pridėjimas gamina toksiškas H₂S dujas, todėl reikia šarminių sąlygų, kad H2S nepatektų. Šešiavalentis chromas (Cr⁶⁺) chromo- turinčiose nuotekose pirmiausia turi būti redukuojamas į trivalentį chromą (Cr³⁺) su reduktoriumi (natrio bisulfitu, natrio metabisulfitu), o po to nusodinamas kaip Cr(OH)3 su šarmu.

Pagrindiniai veikimo aspektai: pH kontrolė yra svarbiausia{0}}kiekvienas sunkusis metalas turi optimalų pH diapazoną hidroksido nusodinimui (paprastai nuo 8 iki 10), ir šie diapazonai skiriasi. Kelių sunkiųjų metalų sambūvis mišriose nuotekose turi būti išsamiai apsvarstytas, pasirenkant kompromisinę pH vertę arba laipsnišką nusodinimą. Pasibaigus nusodinimo reakcijai, reikia pridėti koagulianto (PAC+PAM), kad būtų pagerintas kietųjų -skysčių atskyrimas; kitu atveju smulkios nuosėdų dalelės prasiskverbs į nuotekas. Kompleksai gali trukdyti nusodinti, -pavyzdžiui, cianido-sudėtyje esantiems sunkiųjų metalų kompleksams prieš nusodinant reikia suskaidyti kompleksą.

Kietumo jonai daugiausia yra kalcio (Ca²⁺) ir magnio (Mg²⁺) jonai. Jie sukelia nuosėdų susidarymą membraninėse sistemose (RO, NF), susidaro apnašos šilumos mainų įrenginiuose, mažinančios šilumos mainų efektyvumą, ir turi įtakos valymo kokybei skalbimo pramonėje.

Principas: Naudojant chemines priemones kalcio ir magnio jonams paversti CaCO₃ ir Mg(OH)₂, galima pašalinti daugumą kalcio ir magnio jonų.

Veikimo taškai: suminkštintų nuotekų pH yra aukštas ir prieš patenkant į kitus valymo įrenginius arba išleidžiant jį reikia sureguliuoti iki neutralaus pridedant rūgšties. Kritulių reakcijai reikalingas pakankamas sulaikymo laikas ir ji turėtų būti derinama su koaguliacija ir flokuliacija, kad būtų pagerintas kritulių poveikis. Suminkštintas dumblas susidaro dideliais kiekiais, daugiausia sudarytas iš kalcio karbonato ir magnio hidroksido, kurį galima nusausinti ir naudoti kaip statybinę medžiagą arba išvežti į sąvartynus.

Cheminis fosforo šalinimas dažnai atliekamas kartu su biologinio valymo etapu arba po pažengusios stadijos; sunkiųjų metalų pašalinimas yra išankstinis apdorojimas įtekėjimo gale, siekiant apsaugoti biologinę sistemą; minkštinimas, siekiant pašalinti kietumą, paprastai atliekamas pakartotinio naudojimo pradžioje (prieš membranos sistemą). Šie trys elementai gali būti naudojami kartu, atsižvelgiant į vandens kokybės reikalavimus, -sunkiųjų metalų- turinčiose nuotekose paprastai vyksta cheminis nusodinimas, siekiant pašalinti sunkiuosius metalus prieš patenkant į biologinio valymo procesą; vienalaikis fosforo šalinimas + pažangus fosforo šalinimas yra įprasta komunalinių nuotekų praktika; o pakartotinio naudojimo projektuose minkštinimas atliekamas prieš membraną.