Penjelasan Terperinci Proses Kerpasan Kimia: Prinsip Fosforus, Logam Berat, Dan Penyingkiran Ion Kekerasan

Rawatan biologi konvensional boleh merendahkan kebanyakan COD di dalam air dengan cekap, dan dengan penambahan proses pendenitrifikasi anoksik, jumlah nitrogen juga boleh dikeluarkan dengan berkesan. Walau bagaimanapun, untuk fosforus, ion logam berat dan ion kekerasan, kesan penyingkiran proses biologi mudah adalah terhad: mikroorganisma hanya boleh mengasimilasikan sejumlah kecil fosforus melalui pertumbuhan dan metabolisme mereka sendiri, yang tidak dapat memenuhi piawaian secara stabil; manakala logam berat dan ion kekerasan tidak boleh terbiodegradasi, dan sistem biologi tidak dapat mencapai penyingkiran yang berkesan. Ion logam berat adalah toksik kepada mikroorganisma, dan kepekatan yang lebih tinggi sedikit boleh menghalang tindak balas biologi; ion kekerasan terlarut sepenuhnya dalam air, dan sistem biologi tidak dapat mengeluarkannya.

Untuk menangani bahan ini, pemendakan kimia perlu-menambah agen kimia untuk menyebabkan ion sasaran berubah daripada keadaan terlarut kepada keadaan tidak larut dan mendakan, yang kemudiannya dialihkan melalui-pemisahan cecair pepejal.

Logik asas pemendakan kimia ialah peraturan produk keterlarutan: menambahkan agen pemendakan kepada air sisa menyebabkan ion pencemar terlarut dalam air bergabung dengan agen, membentuk bahan pepejal yang sukar larut dalam air. Apabila kepekatan bahan tersebut melebihi had kapasiti bawaan (produk keterlarutan Ksp) badan air, ia secara automatik akan memendakan daripada air, membentuk sedimen untuk diasingkan.

Perkara utama ialah jumlah pemendakan yang ditambahkan mestilah mencukupi untuk mengurangkan kepekatan ion sasaran ke tahap yang diperlukan, tetapi tidak secara berlebihan-mendakan yang berlebihan boleh menyebabkan pencemaran sekunder (seperti sisa ion logam dan garam) dan meningkatkan pengeluaran enap cemar.

Fosforus adalah punca utama eutrofikasi dalam badan air, dan piawaian pelepasan untuk jumlah fosforus menjadi semakin ketat. Penyingkiran fosforus biologi bergantung pada bakteria terkumpul polifosfat-untuk membebaskan fosforus secara anaerobik dan kemudian mengeluarkan lebihan fosforus dengan enapcemar yang tinggal semasa proses aerobik. Walau bagaimanapun, kadar penyingkiran adalah terhad. Apabila jumlah fosforus dalam influen terlalu tinggi, penyingkiran fosforus biologi tidak mencukupi untuk memenuhi piawaian yang boleh dipercayai, dan penyingkiran fosforus kimia mesti digunakan sebagai sandaran.

Prinsip: Menambah garam aluminium (PAC) atau garam besi (poliferik sulfat) menyebabkan ion logam bertindak balas dengan ion fosfat untuk membentuk aluminium fosfat atau mendakan fosfat besi; kapur (Ca(OH)₂) juga boleh ditambah, membentuk mendakan kalsium hidroksifosfat dalam keadaan beralkali.

Tindak balas garam aluminium: Al³⁺ + PO₄³⁻ → AlPO₄↓;

Tindak balas garam besi: Fe³⁺ + PO₄³⁻ → FePO₄↓;

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

Lokasi tambahan: Terdapat tiga pilihan. Pra-penambahan sebelum tangki rawatan biologi menghasilkan masa tindak balas yang panjang, tetapi kesan garam aluminium pada mikroorganisma masih menjadi kontroversi; penambahan serentak pada hujung bahagian aerobik tangki rawatan biologi menggunakan pengudaraan dan pengadukan untuk menggalakkan tindak balas, yang merupakan kaedah yang paling biasa di loji rawatan air sisa perbandaran, dan koagulan menggalakkan pemberbukuan enapcemar diaktifkan; selepas-penambahan selepas tangki pemendapan sekunder, di bahagian rawatan lanjutan, secara langsung dan tepat mengeluarkan sisa fosforus, memerlukan dos paling sedikit, menghasilkan enapcemar paling sedikit, tetapi memerlukan kemudahan tindak balas dan pemendapan yang berasingan. Pilihan khusus bergantung pada aliran proses dan keperluan pematuhan fosforus.

Perkara Operasi Utama: Kunci kepada penyingkiran fosforus kimia adalah memadankan dos bahan kimia dengan jumlah kepekatan fosforus dalam influen. Apabila jumlah kepekatan fosforus dalam influen turun naik dengan ketara, jumlah meter fosforus dalam talian atau persampelan berkala diperlukan untuk melaraskan dos. pH efluen memerlukan perhatian-penambahan aluminium dan garam besi menggunakan kealkalian, dan kecekapan penyingkiran fosforus berkurangan apabila pH di bawah 6; penambahan kapur akan meningkatkan pH efluen, memerlukan pelarasan. Enapcemar kimia yang dihasilkan oleh penyingkiran fosforus mengandungi sejumlah besar bahan bukan organik dan mempunyai prestasi penyahairan yang baik; ia hendaklah dilupuskan secara berasingan daripada enap cemar biologi sebanyak mungkin.

Air sisa daripada industri seperti penyaduran elektrik, metalurgi, perlombongan, dan elektronik mengandungi ion logam berat seperti kuprum, zink, plumbum, kadmium, nikel, dan kromium. Logam berat sangat toksik dan tidak{1}}terdegradasi, memerlukan kawalan ketat.

Prinsip: Menambah alkali (NaOH, Ca(OH)₂) atau sulfida (Na₂S, NaHS) menyebabkan ion logam berat memendakan sebagai hidroksida atau sulfida. Kerpasan hidroksida ialah kaedah kos-yang mudah dan rendah, menjadikannya pendekatan arus perdana. Kerpasan sulfida mempunyai produk keterlarutan yang lebih kecil dan kecekapan penyingkiran yang lebih tinggi (terutamanya untuk merkuri dan kadmium), tetapi penambahan sulfida yang berlebihan menghasilkan gas H₂S toksik, yang memerlukan keadaan beralkali untuk mengelakkan pelepasan H₂S. Untuk kromium heksavalen (Cr⁶⁺) dalam kromium-yang mengandungi air buangan, ia mesti dikurangkan terlebih dahulu kepada kromium trivalen (Cr³⁺) dengan agen penurunan (natrium bisulfit, natrium metabisulfit), dan kemudian dimendakan sebagai Cr(OH)₃ dengan alkali.

Titik operasi utama: Kawalan pH adalah terpenting-setiap logam berat mempunyai julat pH optimum untuk pemendakan hidroksida (biasanya antara 8 dan 10), dan julat ini berbeza-beza. Kewujudan bersama pelbagai logam berat dalam air sisa campuran mesti dipertimbangkan secara menyeluruh, memilih nilai pH yang berkompromi atau pemendakan secara berperingkat. Selepas tindak balas pemendakan selesai, koagulan (PAC+PAM) mesti ditambah untuk meningkatkan-pemisahan cecair pepejal; jika tidak, zarah mendakan halus akan meresap ke dalam efluen. Kompleks boleh mengganggu kerpasan-contohnya, sianida-yang mengandungi kompleks logam berat memerlukan pemecahan kompleks sebelum pemendakan.

Ion kekerasan terutamanya ion kalsium (Ca²⁺) dan magnesium (Mg²⁺). Ia menyebabkan penskalaan dalam sistem membran (RO, NF), membentuk skala dalam peralatan pertukaran haba mengurangkan kecekapan pertukaran haba, dan menjejaskan kualiti pembersihan dalam industri dobi.

Prinsip: Dengan menggunakan agen kimia untuk menukar ion kalsium dan magnesium kepada CaCO₃ dan Mg(OH)₂, kebanyakan ion kalsium dan magnesium boleh disingkirkan.

Titik Operasi: pH efluen yang dilembutkan adalah tinggi dan perlu diselaraskan kepada neutral dengan menambahkan asid sebelum memasuki unit rawatan berikutnya atau dibuang. Tindak balas pemendakan memerlukan masa pengekalan yang mencukupi dan harus digabungkan dengan pembekuan dan pemberbukuan untuk meningkatkan kesan pemendakan. Enap cemar yang dilembutkan dihasilkan dalam kuantiti yang banyak, terutamanya terdiri daripada kalsium karbonat dan magnesium hidroksida, yang boleh dinyahair dan digunakan sebagai bahan binaan atau dihantar ke tapak pelupusan.

Penyingkiran fosforus kimia sering dilakukan serentak dengan peringkat rawatan biologi atau selepas peringkat lanjut; penyingkiran logam berat adalah prarawatan pada hujung influen untuk melindungi sistem biologi; pelembutan untuk menghilangkan kekerasan biasanya dilakukan pada hujung hadapan rawatan guna semula (sebelum sistem membran). Ketiga-tiga boleh digunakan secara gabungan bergantung pada keperluan kualiti air-logam berat-yang mengandungi air sisa biasanya mengalami pemendakan kimia untuk mengeluarkan logam berat sebelum memasuki proses rawatan biologi; penyingkiran fosforus serentak + penyingkiran fosforus lanjutan adalah amalan biasa untuk air sisa perbandaran; dan dalam projek guna semula, pelembutan dilakukan sebelum membran.