Konventionel biologisk behandling kan effektivt nedbryde det meste COD i vand, og med tilsætning af anoxiske denitrifikationsprocesser kan total nitrogen også effektivt fjernes. For fosfor, tungmetalioner og hårdhedsioner er fjernelseseffekten af simple biologiske processer dog begrænset: mikroorganismer kan kun assimilere en lille mængde fosfor gennem deres egen vækst og stofskifte, som ikke stabilt kan opfylde standarderne; mens tungmetaller og hårdhedsioner ikke kan nedbrydes biologisk, og biologiske systemer kan ikke opnå effektiv fjernelse. Tungmetalioner er giftige for mikroorganismer, og lidt højere koncentrationer kan hæmme biologiske reaktioner; hårdhedsioner er fuldstændigt opløst i vand, og biologiske systemer kan ikke fjerne dem.
For at håndtere disse stoffer er det nødvendigt med kemisk udfældning-tilsætning af kemiske midler for at få målionerne til at ændre sig fra en opløst tilstand til en uopløselig tilstand og udfælde, som derefter fjernes gennem fast-væskeseparation.
I. Grundlæggende principper for kemisk udfældning
Den bagvedliggende logik ved kemisk udfældning er opløselighedsproduktreglen: Tilsætning af bundfældningsmidler til spildevand får de opløste forurenende ioner i vandet til at kombinere med midlerne og danner faste stoffer, der er svære at opløse i vand. Når koncentrationen af sådanne stoffer overstiger vandmassens bæreevnegrænse (Ksp-opløselighedsprodukt), vil de automatisk udfældes fra vandet og danne sediment til adskillelse.
Nøglen er, at mængden af bundfældning, der tilsættes, skal være tilstrækkelig til at reducere koncentrationen af målionerne til det påkrævede niveau, men ikke for meget-for meget bundfald kan forårsage sekundær forurening (såsom resterende metalioner og salte) og øge slamproduktionen.
II. Kemisk fosforfjernelse
Fosfor er hovedsynderen bag eutrofiering i vandområder, og udledningsstandarderne for totalfosfor bliver stadig strengere. Biologisk fosforfjernelse er afhængig af polyphosphat-akkumulerende bakterier for at frigive fosfor anaerobt og derefter fjerne overskydende fosfor med det resterende slam under aerobe processer. Fjernelseshastigheden er dog begrænset. Når det samlede fosfor i tilløbsvandet er for højt, er den biologiske fosforfjernelse utilstrækkelig til pålideligt at leve op til standarderne, og kemisk fosforfjernelse skal bruges som en reserve.
Princip: Tilsætning af aluminiumsalte (PAC) eller jernsalte (polyferrisulfat) får metalioner til at reagere med phosphationer til dannelse af aluminiumphosphat eller jernphosphatudfældninger; kalk (Ca(OH)2) kan også tilsættes, hvilket danner calciumhydroxyphosphatudfældninger under alkaliske betingelser.
Aluminiumsaltreaktion: Al3+ + PO43⁻ → AlPO4↓;
Jernsaltreaktion: Fe³⁺ + PO43⁻ → FePO4↓;
Kalkreaktion: 5Ca²⁺ + 4OH⁻ + 3PO₄3⁻ → Ca₅(OH)(PO₄)₃↓;
Tilføjelsessted: Der er tre muligheder. For-tilsætning før den biologiske behandlingsbeholder resulterer i en lang reaktionstid, men aluminiumsaltets indvirkning på mikroorganismer er fortsat kontroversiel; samtidig tilsætning for enden af den aerobe sektion af den biologiske rensetank udnytter beluftning og omrøring til at fremme reaktionen, som er den mest almindelige metode i kommunale spildevandsrensningsanlæg, og koaguleringsmidlet fremmer aktiveret slamflokkulering; post-tilsætning efter den sekundære sedimentationstank, i den avancerede behandlingssektion, fjerner direkte og præcist resterende fosfor, kræver den mindste dosering, producerer mindst slam, men kræver et separat reaktions- og sedimentationsanlæg. Det specifikke valg afhænger af procesflowet og kravene til fosforoverholdelse.
Nøgle operationelle punkter: Nøglen til kemisk fosforfjernelse er at matche doseringen af kemikaliet med den samlede fosforkoncentration i indløbet. Når den totale fosforkoncentration i tilløbsvandet svinger betydeligt, er en online totalfosformåler eller periodisk prøveudtagning nødvendig for at justere doseringen. Spildevandets pH-værdi kræver opmærksomhed-tilsætning af aluminium og jernsalte forbruger alkalinitet, og fosforfjernelseseffektiviteten falder, når pH-værdien er under 6; tilsætning af kalk vil hæve udløbets pH, hvilket kræver justering. Det kemiske slam produceret ved fosforfjernelse indeholder en stor mængde uorganisk materiale og har en god afvandingsevne; det skal så vidt muligt bortskaffes adskilt fra biologisk slam.
III. Fjernelse af tungmetal
Spildevand fra industrier som galvanisering, metallurgi, minedrift og elektronik indeholder tungmetalioner som kobber, zink, bly, cadmium, nikkel og krom. Tungmetaller er meget giftige og ikke-nedbrydelige, hvilket kræver streng kontrol.
Princip: Tilsætning af alkali (NaOH, Ca(OH)₂) eller sulfider (Na₂S, NaHS) får tungmetalioner til at udfældes som hydroxider eller sulfider. Hydroxidfældning er en enkel og billig-metode, hvilket gør den til den almindelige tilgang. Sulfidfældning har et mindre opløselighedsprodukt og højere fjernelseseffektivitet (især for kviksølv og cadmium), men overdreven sulfidtilsætning producerer giftig H2S-gas, hvilket kræver alkaliske forhold for at forhindre H2S-udslip. For hexavalent chrom (Cr⁶⁺) i chrom-holdigt spildevand skal det først reduceres til trivalent chrom (Cr³⁺) med et reduktionsmiddel (natriumbisulfit, natriummetabisulfit) og derefter udfældes som Cr(OH)₃ med en alkali.
Vigtige operationelle punkter: pH-kontrol er altafgørende-hvert tungmetal har et optimalt pH-område for hydroxidudfældning (generelt mellem 8 og 10), og disse områder varierer. Sameksistensen af flere tungmetaller i blandet spildevand skal overvejes grundigt ved at vælge en kompromitteret pH-værdi eller trinvis udfældning. Efter udfældningsreaktionen er afsluttet, skal et koaguleringsmiddel (PAC+PAM) tilsættes for at forbedre faststof-væskeseparation; ellers vil fine bundfaldspartikler trænge ind i spildevandet. Komplekser kan interferere med nedbør-for eksempel kræver cyanid-holdige tungmetalkomplekser kompleksbrydning før udfældning.
PIV. Fjernelse af hårdhed (blødgøring)
Hårdhedsioner er hovedsageligt calcium (Ca²⁺) og magnesium (Mg²⁺) ioner. De forårsager skældannelse i membransystemer (RO, NF), danner belægninger i varmevekslerudstyr, hvilket reducerer varmevekslingseffektiviteten og påvirker rengøringskvaliteten i vaskeriindustrien.
Princip: Ved at bruge kemiske midler til at omdanne calcium- og magnesiumioner til CaCO₃ og Mg(OH)₂ kan de fleste calcium- og magnesiumioner fjernes.
Driftspunkter: pH-værdien af det blødgjorte spildevand er højt og skal justeres til neutralt ved at tilsætte syre, før det kommer ind i efterfølgende behandlingsenheder eller udledes. Fældningsreaktionen kræver tilstrækkelig retentionstid og bør kombineres med koagulation og flokkulering for at forbedre fældningseffekten. Blødgjort slam produceres i store mængder, hovedsageligt sammensat af calciumcarbonat og magnesiumhydroxid, som kan afvandes og bruges som byggemateriale eller sendes til lossepladser.
V. Placering af de tre udfældningsprocesser i flowprocessen
Kemisk fosforfjernelse udføres ofte samtidig med det biologiske behandlingstrin eller efter det fremskredne stadie; Fjernelse af tungmetal er en forbehandling i den indstrømmende ende for at beskytte det biologiske system; blødgøring for at fjerne hårdhed udføres normalt i den forreste ende af genbrugsbehandlingen (før membransystemet). De tre kan bruges i kombination afhængigt af vandkvalitetskravene-tungmetal-holdigt spildevand gennemgår normalt kemisk udfældning for at fjerne tungmetaller, før de går ind i den biologiske behandlingsproces; samtidig fosforfjernelse + avanceret fosforfjernelse er almindelig praksis for kommunalt spildevand; og i genbrugsprojekter udføres blødgøring før membranen.