A hagyományos biológiai kezelés hatékonyan képes lebontani a legtöbb KOI-t a vízben, és anoxikus denitrifikációs eljárások hozzáadásával az összes nitrogén is hatékonyan eltávolítható. A foszfor, a nehézfém ionok és a keménységi ionok esetében azonban az egyszerű biológiai folyamatok eltávolító hatása korlátozott: a mikroorganizmusok saját növekedésük és anyagcseréjük révén csak kis mennyiségű foszfort tudnak asszimilálni, ami nem tud stabilan megfelelni a szabványoknak; míg a nehézfémek és a keménységi ionok biológiailag nem bomlanak le, a biológiai rendszerek pedig nem képesek hatékony eltávolítást elérni. A nehézfém-ionok mérgezőek a mikroorganizmusokra, és valamivel magasabb koncentrációk gátolhatják a biológiai reakciókat; A keménységi ionok teljesen feloldódnak a vízben, és a biológiai rendszerek nem tudják eltávolítani őket.
Ezeknek az anyagoknak a kezelésére kémiai kicsapásra van szükség,-vegyi anyagok hozzáadásával, hogy a célionok oldott állapotból oldhatatlan állapotba kerüljenek, és kicsapódjanak, amit ezután szilárd{1}}folyadék elválasztással távolítanak el.
I. A kémiai kicsapás alapelvei
A kémiai kicsapás mögött meghúzódó logika az oldhatósági szorzat szabálya: a kicsapószerek szennyvízbe juttatása hatására a vízben oldott szennyező ionok a szerekkel egyesülnek, így vízben nehezen oldódó szilárd anyagok képződnek. Ha az ilyen anyagok koncentrációja meghaladja a víztest teherbírási határát (Ksp oldhatósági szorzat), automatikusan kicsapódnak a vízből, és üledéket képeznek a leválasztáshoz.
A kulcs az, hogy a hozzáadott kicsapószer mennyiségének elegendőnek kell lennie ahhoz, hogy a célionok koncentrációját a kívánt szintre csökkentse, de nem túlzottan{0}}a túlzott kicsapószer másodlagos szennyezést (például maradék fémionokat és -sókat) okozhat, és növelheti az iszaptermelést.
II. Kémiai foszfor eltávolítás
A foszfor a fő felelőse a víztestek eutrofizációjának, és a teljes foszforra vonatkozó kibocsátási előírások egyre szigorúbbak. A biológiai foszforeltávolítás a polifoszfátot{1}}akkumuláló baktériumokon alapul, amelyek anaerob módon foszfort szabadítanak fel, majd az aerob folyamatok során a maradék iszappal együtt eltávolítják a felesleges foszfort. Az eltávolítási arány azonban korlátozott. Ha a befolyó víz összes foszfortartalma túl magas, a biológiai foszforeltávolítás nem elegendő a szabványok megbízható teljesítéséhez, és tartalékként a kémiai foszforeltávolítást kell alkalmazni.
Alapelv: Alumínium-sók (PAC) vagy vassók (poliferri-szulfát) hozzáadása a fémionok foszfát-ionokkal való reakcióját idézi elő, és alumínium-foszfátot vagy vas-foszfát-csapadékot képez; mész (Ca(OH)2) is hozzáadható, lúgos körülmények között kalcium-hidroxi-foszfát csapadék képződik.
Alumínium-só reakció: Al3⁺ + PO₄3⁻ → AlPO₄↓;
Vassó reakció: Fe3⁺ + PO₄3⁻ → FePO₄↓;
Mészreakció: 5Ca²⁺ + 4OH⁻ + 3PO₄3⁻ → Ca5(OH)(PO4)3↓;
Kiegészítés helye: Három lehetőség közül választhat. A biológiai kezelőtartály előtti elő-adagolás hosszú reakcióidőt eredményez, de az alumíniumsók mikroorganizmusokra gyakorolt hatása továbbra is vitatott; a biológiai tisztító tartály aerob szakaszának végén történő egyidejű beadagolás levegőztetést és keverést alkalmaz a reakció elősegítésére, ami a települési szennyvíztisztító telepeken a legelterjedtebb módszer, a koaguláns pedig elősegíti az eleveniszap pelyhesedését; utólagos-adagolás a másodlagos ülepítő tartály után, a speciális kezelési szakaszban, közvetlenül és pontosan eltávolítja a maradék foszfort, a legkisebb adagolást igényli, a legkevesebb iszapot termeli, de külön reakció- és ülepítőberendezést igényel. A konkrét választás a folyamat áramlásától és a foszfor megfelelőségi követelményeitől függ.
Kulcsfontosságú működési pontok: A kémiai foszforeltávolítás kulcsa a vegyszer adagjának és a befolyó folyadék teljes foszforkoncentrációjának összehangolása. Ha a befolyó teljes foszforkoncentrációja jelentősen ingadozik, online összfoszfor-mérő vagy időszakos mintavétel szükséges az adagolás beállításához. A szennyvíz pH-jára figyelni kell-az alumínium- és vassók hozzáadása lúgosságot emészt fel, és a foszfor eltávolítási hatékonysága csökken, ha a pH 6 alatt van; a mész hozzáadása növeli a kifolyó víz pH-értékét, ami beállítást igényel. A foszfor eltávolításával előállított kémiai iszap nagy mennyiségű szervetlen anyagot tartalmaz, és jó víztelenítő képességgel rendelkezik; amennyire lehetséges, a biológiai iszaptól elkülönítve kell ártalmatlanítani.
III. Nehézfém eltávolítás
Az olyan iparágak szennyvizei, mint a galvanizálás, a kohászat, a bányászat és az elektronika, nehézfém-ionokat, például rezet, cinket, ólmot, kadmiumot, nikkelt és krómot tartalmaznak. A nehézfémek nagyon mérgezőek és nem-lebomlanak, ezért szigorú ellenőrzést igényelnek.
Alapelv: Lúg (NaOH, Ca(OH)₂) vagy szulfidok (Na2S, NaHS) hozzáadása a nehézfém-ionok hidroxidok vagy szulfidok formájában történő kicsapódását okozza. A hidroxidos lecsapás egy egyszerű és alacsony költségű{1}}módszer, ezért ez a fő megközelítés. A szulfid kicsapásnak kisebb az oldhatósága és nagyobb az eltávolítási hatékonysága (különösen a higany és a kadmium esetében), de a túlzott szulfid hozzáadása mérgező H₂S gázt termel, ami lúgos körülményeket igényel a H2S kiszökésének megakadályozása érdekében. A króm{4}}tartalmú szennyvízben lévő hat vegyértékű króm (Cr6+) esetében először redukálószerrel (nátrium-hidrogén-szulfit, nátrium-metabiszulfit) három vegyértékű krómmá (Cr3+) kell redukálni, majd lúggal Cr(OH)3-ként ki kell csapni.
Legfontosabb működési szempontok: a pH-szabályozás a legfontosabb{0}}minden nehézfémnek van egy optimális pH-tartománya a hidroxid-kicsapáshoz (általában 8 és 10 között van), és ezek a tartományok eltérőek. A vegyes szennyvízben több nehézfém együttélését átfogóan figyelembe kell venni, kompromisszumos pH-értéket vagy lépcsőzetes kicsapást választva. A kicsapási reakció befejeződése után koagulánst (PAC+PAM) kell hozzáadni a szilárd -folyadék elválasztásának fokozása érdekében; különben finom csapadékrészecskék hatolnak be a szennyvízbe. A komplexek megzavarhatják a kiválást-például a cianidot- tartalmazó nehézfém-komplexek komplex feltörést igényelnek a kicsapás előtt.
PIV. Keménység eltávolítása (lágyítás)
A keménységi ionok főként kalcium (Ca²+) és magnézium (Mg²+) ionok. Membránrendszerekben (RO, NF) vízkőképződést okoznak, hőcserélő berendezésekben lerakódást okoznak, csökkentve a hőcsere hatékonyságát, és befolyásolják a mosodai ipar tisztítási minőségét.
Alapelv: A kalcium- és magnéziumionok CaCO3-vá és Mg(OH)2-vé történő átalakítására kémiai anyagokkal a legtöbb kalcium- és magnéziumion eltávolítható.
Működési pontok: A lágyított szennyvíz pH-ja magas, és semlegesre kell állítani sav hozzáadásával, mielőtt a következő kezelőegységekbe kerülne vagy kiürítenék. A kicsapási reakció elegendő retenciós időt igényel, és a csapadékhatás javítása érdekében koagulációval és flokkulációval kell kombinálni. A lágyított iszapot nagy mennyiségben állítják elő, főként kalcium-karbonátból és magnézium-hidroxidból, amely víztelenítve felhasználható építőanyagként vagy hulladéklerakókba.
V. A három csapadékfolyamat elhelyezése az áramlási folyamatban
A kémiai foszforeltávolítást gyakran a biológiai kezelési szakaszsal egyidejűleg vagy az előrehaladott stádium után hajtják végre; a nehézfémek eltávolítása a befolyó végén végzett előkezelés a biológiai rendszer védelme érdekében; a keménység eltávolítására szolgáló lágyítást általában az újrahasználati kezelés elején (a membránrendszer előtt) végzik. A három együtt használható a vízminőségi követelményektől függően. A -nehézfém- az egyidejű foszforeltávolítás + fejlett foszforeltávolítás általános gyakorlat a települési szennyvíz esetében; és az újrahasználati projektekben a lágyítást a membrán előtt hajtják végre.