Detaljerad förklaring av kemisk utfällningsprocess: principer för borttagning av fosfor, tungmetaller och jonavlägsnande

Konventionell biologisk rening kan effektivt bryta ner det mesta COD i vatten, och med tillägg av anoxiska denitrifieringsprocesser kan totalkväve effektivt avlägsnas. För fosfor, tungmetalljoner och hårdhetsjoner är dock borttagningseffekten av enkla biologiska processer begränsad: mikroorganismer kan bara assimilera en liten mängd fosfor genom sin egen tillväxt och metabolism, vilket inte kan stabilt uppfylla standarderna; medan tungmetaller och hårdhetsjoner inte kan nedbrytas biologiskt, och biologiska system kan inte uppnå ett effektivt avlägsnande. Tungmetalljoner är giftiga för mikroorganismer, och något högre koncentrationer kan hämma biologiska reaktioner; hårdhetsjoner är helt upplösta i vatten och biologiska system kan inte ta bort dem.

För att hantera dessa ämnen är kemisk utfällning nödvändig-tillsats av kemiska medel för att få måljonerna att ändras från ett löst tillstånd till ett olösligt tillstånd och fällas ut, som sedan avlägsnas genom fast-vätskeseparation.

Den underliggande logiken för kemisk utfällning är regeln för löslighetsprodukten: tillsats av utfällningsmedel till avloppsvattnet gör att de lösta förorenande jonerna i vattnet kombineras med medlen och bildar fasta ämnen som är svåra att lösa i vatten. När koncentrationen av sådana ämnen överstiger vattenförekomstens bärkraftsgräns (Ksp-löslighetsprodukt) kommer de automatiskt att fällas ut från vattnet och bilda sediment för separation.

Nyckeln är att mängden fällningsmedel som tillsätts måste vara tillräcklig för att minska koncentrationen av måljonerna till den erforderliga nivån, men att inte överdrivet-överskott av fällningsmedel kan orsaka sekundär förorening (som kvarvarande metalljoner och salter) och öka slamproduktionen.

Fosfor är den främsta boven till övergödningen i vattendrag, och utsläppsnormerna för totalfosfor blir allt strängare. Biologiskt fosforavlägsnande förlitar sig på att polyfosfat-ackumulerar bakterier för att frigöra fosfor anaerobt och sedan avlägsna överskott av fosfor med det kvarvarande slammet under aeroba processer. Borttagningsgraden är dock begränsad. När den totala fosforhalten i inloppet är för hög är det biologiska fosforavskiljandet otillräckligt för att tillförlitligt uppfylla kraven, och kemisk fosforavskiljning måste användas som reserv.

Princip: Tillsats av aluminiumsalter (PAC) eller järnsalter (polyferrisulfat) får metalljoner att reagera med fosfatjoner för att bilda aluminiumfosfat eller järnfosfatfällningar; Kalk (Ca(OH)2) kan också tillsättas, vilket bildar kalciumhydroxifosfatfällningar under alkaliska förhållanden.

Aluminiumsaltreaktion: Al3+ + PO43- → AlPO4↓;

Järnsaltreaktion: Fe3+ + PO43⁻ → FePO4↓;

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

Tilläggsplats: Det finns tre alternativ. För-tillsats innan den biologiska reningstanken resulterar i lång reaktionstid, men aluminiumsalternas påverkan på mikroorganismer är fortfarande kontroversiell; samtidig tillsats i slutet av den aeroba delen av den biologiska reningstanken använder luftning och omrörning för att främja reaktionen, vilket är den vanligaste metoden i kommunala avloppsreningsverk, och koaguleringsmedlet främjar aktiverad slamflockning; efter-tillsats efter den sekundära sedimenteringstanken, i avsnittet för avancerad behandling, tar direkt och exakt bort kvarvarande fosfor, kräver minsta dosen, producerar minst slam, men kräver en separat reaktions- och sedimenteringsanläggning. Det specifika valet beror på processflödet och kraven på fosforöverensstämmelse.

Nyckelfunktioner: Nyckeln till kemiskt fosforavlägsnande är att matcha doseringen av kemikalien med den totala fosforkoncentrationen i inflödet. När den totala fosforkoncentrationen i inflödet fluktuerar avsevärt är en online totalfosformätare eller periodisk provtagning nödvändig för att justera doseringen. Avloppsvattnets pH-värde behöver uppmärksammas-tillsatsen av aluminium- och järnsalter förbrukar alkalinitet, och fosforavlägsningseffektiviteten minskar när pH-värdet är under 6; tillsats av kalk kommer att höja avloppets pH, vilket kräver justering. Det kemiska slammet som produceras genom fosforavskiljning innehåller en stor mängd oorganiskt material och har goda avvattningsegenskaper; det bör kasseras separat från biologiskt slam så mycket som möjligt.

Avloppsvatten från industrier som galvanisering, metallurgi, gruvdrift och elektronik innehåller tungmetalljoner som koppar, zink, bly, kadmium, nickel och krom. Tungmetaller är mycket giftiga och icke-nedbrytbara, vilket kräver strikt kontroll.

Princip: Tillsats av alkali (NaOH, Ca(OH)₂) eller sulfider (Na₂S, NaHS) gör att tungmetalljoner fälls ut som hydroxider eller sulfider. Hydroxidfällning är en enkel och låg-metod, vilket gör det till den vanliga metoden. Sulfidfällning har en mindre löslighetsprodukt och högre avlägsningseffektivitet (särskilt för kvicksilver och kadmium), men överdriven sulfidtillsats producerar giftig H2S-gas, vilket kräver alkaliska förhållanden för att förhindra H2S-utsläpp. För sexvärt krom (Cr⁶⁺) i krom-innehållande avloppsvatten måste det först reduceras till trevärt krom (Cr³⁺) med ett reduktionsmedel (natriumbisulfit, natriummetabisulfit) och sedan fällas ut som Cr(OH)₃ med en alkali.

Nyckelfunktioner: pH-kontroll är av största vikt-varje tungmetall har ett optimalt pH-intervall för hydroxidutfällning (vanligtvis mellan 8 och 10), och dessa intervall varierar. Samexistensen av flera tungmetaller i blandat avloppsvatten måste övervägas omfattande genom att välja ett kompromiss pH-värde eller stegvis utfällning. Efter att utfällningsreaktionen är avslutad måste ett koaguleringsmedel (PAC+PAM) tillsättas för att förbättra fast-vätskeseparationen; annars kommer fina fällningspartiklar att tränga in i utflödet. Komplex kan störa nederbörd-till exempel, cyanid-innehållande tungmetallkomplex kräver komplexbrytning före utfällning.

Hårdhetsjoner är huvudsakligen kalcium (Ca²⁺) och magnesium (Mg²⁺) joner. De orsakar avlagringar i membransystem (RO, NF), bildar avlagringar i värmeväxlarutrustning vilket minskar värmeväxlingseffektiviteten och påverkar rengöringskvaliteten i tvättindustrin.

Princip: Genom att använda kemiska medel för att omvandla kalcium- och magnesiumjoner till CaCO₃ och Mg(OH)₂ kan de flesta kalcium- och magnesiumjoner avlägsnas.

Driftspunkter: Det uppmjukade avloppsvattnets pH är högt och måste justeras till neutralt genom att tillsätta syra innan det går in i efterföljande behandlingsenheter eller töms ut. Fällningsreaktionen kräver tillräcklig retentionstid och bör kombineras med koagulering och flockning för att förbättra fällningseffekten. Avhärdat slam produceras i stora mängder, huvudsakligen sammansatt av kalciumkarbonat och magnesiumhydroxid, som kan avvattnas och användas som byggmaterial eller skickas till deponier.

Kemisk fosforavskiljning utförs ofta samtidigt med det biologiska reningssteget eller efter det avancerade skedet; Avlägsnande av tungmetaller är en förbehandling i den inflytande änden för att skydda det biologiska systemet; uppmjukning för att ta bort hårdhet utförs vanligtvis i den främre delen av återanvändningsbehandlingen (före membransystemet). De tre kan användas i kombination beroende på vattenkvalitetskraven. samtidig fosforavskiljning + avancerad fosforavskiljning är vanlig praxis för kommunalt avloppsvatten; och i återanvändningsprojekt utförs uppmjukning före membranet.