Подробное объяснение процесса химического осаждения: принципы удаления фосфора, тяжелых металлов и ионов жесткости

Обычная биологическая очистка может эффективно разлагать большую часть ХПК в воде, а с добавлением процессов бескислородной денитрификации также можно эффективно удалить общий азот. Однако для фосфора, ионов тяжелых металлов и ионов жесткости эффект удаления простых биологических процессов ограничен: микроорганизмы могут ассимилировать лишь небольшое количество фосфора за счет собственного роста и метаболизма, что не может стабильно соответствовать стандартам; в то время как тяжелые металлы и ионы жесткости не поддаются биоразложению, а биологические системы не могут обеспечить эффективное удаление. Ионы тяжелых металлов токсичны для микроорганизмов, а несколько более высокие концентрации могут ингибировать биологические реакции; Ионы жесткости полностью растворены в воде, и биологические системы не могут их удалить.

Чтобы справиться с этими веществами, необходимо химическое осаждение-с добавлением химических агентов, которые заставят целевые ионы перейти из растворенного состояния в нерастворимое состояние и выпасть в осадок, который затем удаляется посредством отделения твердой-жидкости.

В основе химического осаждения лежит правило произведения растворимости: добавление осаждающих агентов в сточные воды приводит к тому, что растворенные в воде ионы загрязняющих веществ соединяются с агентами, образуя твердые вещества, которые трудно растворить в воде. Когда концентрация таких веществ превышает предел несущей способности (произведение растворимости Ksp) водоема, они автоматически выпадают в осадок из воды, образуя осадок для разделения.

Ключевым моментом является то, что количество добавляемого осадителя должно быть достаточным для снижения концентрации целевых ионов до необходимого уровня, но не чрезмерно-, избыток осадителя может вызвать вторичное загрязнение (например, остаточные ионы металлов и соли) и увеличить образование осадка.

Фосфор является основным виновником эвтрофикации водоемов, а нормы сброса общего фосфора становятся все более строгими. Биологическое удаление фосфора основано на том, что бактерии, -накапливающие полифосфат, выделяют фосфор анаэробно, а затем удаляют избыток фосфора с оставшимся илом во время аэробных процессов. Однако скорость удаления ограничена. Когда общее содержание фосфора в приточной воде слишком велико, биологическое удаление фосфора недостаточно для надежного соответствия стандартам, и в качестве запасного варианта необходимо использовать химическое удаление фосфора.

Принцип: добавление солей алюминия (PAC) или солей железа (сульфата полижелеза) вызывает реакцию ионов металлов с ионами фосфата с образованием осадка фосфата алюминия или фосфата железа; Также можно добавить известь (Ca(OH)₂), которая в щелочных условиях образует осадок гидроксифосфата кальция.

Реакция солей алюминия: Al³⁺ + PO₄³⁻ → AlPO₄↓;

Реакция солей железа: Fe³⁺ + PO₄³⁻ → FePO₄↓;

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

Местоположение добавления: Есть три варианта. Предварительное-добавление перед резервуаром биологической очистки приводит к длительному времени реакции, но влияние солей алюминия на микроорганизмы остается спорным; при одновременном добавлении в конце аэробной секции резервуара биологической очистки для ускорения реакции используется аэрация и перемешивание, что является наиболее распространенным методом на городских очистных сооружениях, а коагулянт способствует флокуляции активного ила; добавление после-после вторичного отстойника, в секции глубокой очистки, напрямую и точно удаляет остаточный фосфор, требует наименьшей дозировки, образует наименьшее количество осадка, но требует отдельной установки для реакции и осаждения. Конкретный выбор зависит от технологического процесса и требований соответствия фосфору.

Ключевые рабочие моменты: Ключом к химическому удалению фосфора является соответствие дозировки химиката общей концентрации фосфора в сточных водах. Когда общая концентрация фосфора в приточной воде значительно колеблется, для корректировки дозировки необходим онлайн-метр общего фосфора или периодический отбор проб. Необходимо обратить внимание на уровень pH сточных вод.-добавление солей алюминия и железа снижает щелочность, а эффективность удаления фосфора снижается, когда уровень pH ниже 6; добавление извести повысит pH сточных вод, что потребует корректировки. Химический шлам, образующийся при удалении фосфора, содержит большое количество неорганических веществ и обладает хорошими характеристиками обезвоживания; его следует утилизировать, насколько это возможно, отдельно от биологического ила.

Сточные воды таких отраслей, как гальваника, металлургия, горнодобывающая промышленность и электроника, содержат ионы тяжелых металлов, таких как медь, цинк, свинец, кадмий, никель и хром. Тяжелые металлы высокотоксичны и не-неразлагаются, поэтому требуют строгого контроля.

Принцип: добавление щелочи (NaOH, Ca(OH)₂) или сульфидов (Na₂S, NaHS) приводит к осаждению ионов тяжелых металлов в виде гидроксидов или сульфидов. Осаждение гидроксидом – простой и недорогой-метод, что делает его распространенным методом. Осаждение сульфидов имеет меньший продукт растворимости и более высокую эффективность удаления (особенно ртути и кадмия), но чрезмерное добавление сульфида приводит к образованию токсичного газа H₂S, требующего щелочных условий для предотвращения утечки H₂S. Для получения шестивалентного хрома (Cr⁶⁺) в хром-содержащих сточных водах его необходимо сначала восстановить до трехвалентного хрома (Cr³⁺) с помощью восстановителя (бисульфит натрия, метабисульфит натрия), а затем осаждать в виде Cr(OH)₃ щелочью.

Ключевые рабочие моменты: контроль pH имеет первостепенное значение.-Каждый тяжелый металл имеет оптимальный диапазон pH для осаждения гидроксидов (обычно от 8 до 10), и эти диапазоны различаются. Сосуществование нескольких тяжелых металлов в смешанных сточных водах необходимо всесторонне учитывать, выбирая компромиссное значение pH или поэтапное осаждение. После завершения реакции осаждения необходимо добавить коагулянт (PAC+PAM) для улучшения разделения твердых частиц-жидкости; в противном случае мелкие частицы осадка будут проникать в сточные воды. Комплексы могут мешать осаждению,-например, цианидные-комплексы тяжелых металлов требуют разрушения комплекса перед осаждением.

Ионы жесткости – это в основном ионы кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺). Они вызывают образование накипи в мембранных системах (RO, NF), образуют накипь в теплообменном оборудовании, снижая эффективность теплообмена, а также влияют на качество очистки в прачечной.

Принцип: используя химические вещества для преобразования ионов кальция и магния в CaCO₃ и Mg(OH)₂, можно удалить большую часть ионов кальция и магния.

Рабочие точки: pH умягченных сточных вод высок, и его необходимо довести до нейтрального значения путем добавления кислоты перед поступлением в последующие очистные сооружения или сбросом. Реакция осаждения требует достаточного времени удерживания и должна сочетаться с коагуляцией и флокуляцией для улучшения эффекта осаждения. В больших количествах производится размягченный ил, в основном состоящий из карбоната кальция и гидроксида магния, который можно обезвоживать и использовать в качестве строительного материала или отправлять на свалку.

Химическое удаление фосфора часто проводят одновременно со стадией биологической очистки или после продвинутой стадии; Удаление тяжелых металлов представляет собой предварительную обработку на входном конце для защиты биологической системы; умягчение для устранения жесткости обычно проводится на начальном этапе повторной обработки (перед мембранной системой). Эти три метода можно использовать в сочетании в зависимости от требований к качеству воды. Сточные воды, содержащие -тяжелые металлы-, обычно подвергаются химическому осаждению для удаления тяжелых металлов перед поступлением в процесс биологической очистки; одновременное удаление фосфора + предварительное удаление фосфора является обычной практикой для городских сточных вод; а в проектах повторного использования размягчение выполняется перед мембраной.