توضیح تفصیلی فرآیند بارش شیمیایی: اصول حذف فسفر، فلزات سنگین و سختی یون

تصفیه بیولوژیکی مرسوم می تواند به طور موثری بیشتر COD را در آب تجزیه کند و با افزودن فرآیندهای نیتروژن زدایی بدون اکسیژن، نیتروژن کل نیز می تواند به طور موثر حذف شود. با این حال، برای فسفر، یون‌های فلزات سنگین و یون‌های سختی، اثر حذف فرآیندهای بیولوژیکی ساده محدود است: میکروارگانیسم‌ها فقط می‌توانند مقدار کمی فسفر را از طریق رشد و متابولیسم خود جذب کنند، که نمی‌تواند به طور پایدار استانداردها را برآورده کند. در حالی که فلزات سنگین و یون های سختی را نمی توان تجزیه زیستی کرد و سیستم های بیولوژیکی نمی توانند به حذف موثری دست یابند. یون های فلزات سنگین برای میکروارگانیسم ها سمی هستند و غلظت های کمی بالاتر می تواند واکنش های بیولوژیکی را مهار کند. یون های سختی به طور کامل در آب حل می شوند و سیستم های بیولوژیکی نمی توانند آنها را حذف کنند.

برای مقابله با این مواد، رسوب شیمیایی لازم است-با افزودن عوامل شیمیایی برای تبدیل یون های هدف از حالت محلول به حالت نامحلول و رسوب، که سپس از طریق جداسازی جامد-مایع خارج می شود.

منطق اساسی رسوب شیمیایی قانون محصول حلالیت است: افزودن عوامل رسوب‌دهنده به فاضلاب باعث می‌شود یون‌های آلاینده محلول در آب با عوامل ترکیب شوند و مواد جامدی را تشکیل دهند که به سختی در آب حل می‌شوند. هنگامی که غلظت چنین موادی از حد ظرفیت حمل (محصول حلالیت Ksp) بدنه آبی بیشتر شود، به طور خودکار از آب رسوب می کنند و رسوبی برای جداسازی تشکیل می دهند.

نکته کلیدی این است که مقدار رسوب دهنده اضافه شده باید برای کاهش غلظت یون های هدف به میزان لازم کافی باشد، اما نه اینکه بیش از حد-رسوب کننده بیش از حد ممکن است باعث آلودگی ثانویه (مانند یون های فلزی و نمک های باقیمانده) و افزایش تولید لجن شود.

فسفر عامل اصلی اوتروفیکاسیون در توده های آبی است و استانداردهای تخلیه کل فسفر به طور فزاینده ای سختگیرانه می شود. حذف بیولوژیکی فسفر متکی به پلی فسفات{1}}جمع آوری باکتری برای آزادسازی فسفر به صورت بی هوازی و سپس حذف فسفر اضافی با لجن باقی مانده در طی فرآیندهای هوازی است. با این حال، میزان حذف محدود است. هنگامی که کل فسفر در پساب بیش از حد بالا باشد، حذف بیولوژیکی فسفر برای برآورده کردن استانداردها کافی نیست، و حذف شیمیایی فسفر باید به عنوان جایگزین استفاده شود.

اصل: افزودن نمک‌های آلومینیوم (PAC) یا نمک‌های آهن (سولفات پلی‌فریک) باعث می‌شود یون‌های فلزی با یون‌های فسفات واکنش داده و فسفات آلومینیوم یا رسوبات فسفات آهن را تشکیل دهند. آهک (Ca(OH)2) نیز می تواند اضافه شود و رسوب هیدروکسی فسفات کلسیم را در شرایط قلیایی تشکیل دهد.

واکنش نمک آلومینیوم: Al³ + PO43- → AlPO4↓.

واکنش نمک آهن: Fe³+ + PO43- → FePO4↓.

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

مکان اضافه: سه گزینه وجود دارد. قبل{1}}افزودن قبل از مخزن تصفیه بیولوژیکی منجر به زمان واکنش طولانی می شود، اما تأثیر نمک های آلومینیوم بر میکروارگانیسم ها بحث برانگیز است. افزودن همزمان در انتهای بخش هوازی مخزن تصفیه بیولوژیکی از هوادهی و هم زدن برای ارتقای واکنش استفاده می کند که رایج ترین روش در تصفیه خانه های فاضلاب شهری است و منعقد کننده باعث لخته شدن لجن فعال می شود. پس از{2}}افزودن پس از مخزن ته نشینی ثانویه، در بخش تصفیه پیشرفته، به طور مستقیم و دقیق فسفر باقیمانده را حذف می کند، به کمترین دوز نیاز دارد، کمترین لجن را تولید می کند، اما نیاز به یک واکنش جداگانه و تسهیلات ته نشینی دارد. انتخاب خاص به جریان فرآیند و الزامات انطباق با فسفر بستگی دارد.

نکات کلیدی عملیاتی: کلید حذف فسفر شیمیایی تطبیق دوز ماده شیمیایی با غلظت کل فسفر در پساب است. هنگامی که غلظت کل فسفر در ورودی به طور قابل توجهی نوسان می کند، یک فسفرسنج کل آنلاین یا نمونه برداری دوره ای برای تنظیم دوز ضروری است. pH پساب نیاز به توجه دارد-افزودن نمک‌های آلومینیوم و آهن باعث مصرف قلیایی می‌شود و راندمان حذف فسفر زمانی که pH زیر 6 باشد کاهش می‌یابد. افزودن آهک باعث افزایش pH پساب می شود که نیاز به تنظیم دارد. لجن شیمیایی تولید شده توسط حذف فسفر حاوی مقدار زیادی ماده معدنی است و عملکرد آبگیری خوبی دارد. باید تا حد امکان جدا از لجن بیولوژیکی دفع شود.

فاضلاب صنایعی مانند آبکاری، متالورژی، معدن و الکترونیک حاوی یون های فلزات سنگین مانند مس، روی، سرب، کادمیوم، نیکل و کروم است. فلزات سنگین بسیار سمی و غیر قابل تجزیه- هستند و نیاز به کنترل دقیق دارند.

اصل: افزودن قلیایی (NaOH، Ca(OH)2) یا سولفیدها (Na2S، NaHS) باعث می شود یون های فلزات سنگین به صورت هیدروکسید یا سولفید رسوب کنند. بارش هیدروکسید روشی ساده و کم هزینه{1}} است که آن را به روش اصلی تبدیل می کند. رسوب سولفید محصول حلالیت کمتر و راندمان حذف بالاتری دارد (به ویژه برای جیوه و کادمیوم)، اما افزودن بیش از حد سولفید گاز سمی H2S تولید می‌کند که برای جلوگیری از فرار H2S به شرایط قلیایی نیاز دارد. برای کروم شش ظرفیتی (Cr6+) در فاضلاب حاوی کروم، ابتدا باید به کروم سه ظرفیتی (Cr3+) با یک عامل کاهنده (بی سولفیت سدیم، متابی سولفیت سدیم) تقلیل داده شود و سپس به صورت Cr(OH)Alkali رسوب داده شود.

نکات کلیدی عملیاتی: کنترل pH بسیار مهم است-هر فلز سنگین دارای محدوده pH بهینه برای بارش هیدروکسید است (معمولاً بین 8 تا 10)، و این محدوده ها متفاوت است. همزیستی چند فلز سنگین در فاضلاب مخلوط باید به طور جامع در نظر گرفته شود و یک مقدار pH سازش یا بارش گام به گام انتخاب شود. پس از تکمیل واکنش رسوب، یک منعقد کننده (PAC+PAM) باید اضافه شود تا جداسازی مایع جامد را بهبود بخشد. در غیر این صورت، ذرات ریز رسوب به پساب نفوذ می کنند. مجتمع‌ها می‌توانند با بارش تداخل داشته باشند-به‌عنوان مثال، سیانید-حاوی کمپلکس‌های فلزات سنگین نیاز به شکستن پیچیده قبل از بارش دارند.

یون های سختی عمدتاً یون های کلسیم (Ca2+) و منیزیم (Mg2+) هستند. آنها باعث پوسته پوسته شدن در سیستم های غشایی (RO, NF) می شوند، در تجهیزات تبادل حرارتی تشکیل می شوند که بازده تبادل حرارتی را کاهش می دهد و بر کیفیت تمیز کردن در صنعت لباسشویی تأثیر می گذارد.

اصل: با استفاده از عوامل شیمیایی برای تبدیل یون های کلسیم و منیزیم به CaCO3 و Mg(OH)2 می توان بیشتر یون های کلسیم و منیزیم را حذف کرد.

نقاط عملیاتی: pH پساب نرم شده بالا است و باید قبل از ورود به واحدهای تصفیه بعدی یا تخلیه با افزودن اسید به حالت خنثی تنظیم شود. واکنش رسوب به زمان ماند کافی نیاز دارد و باید با انعقاد و لخته سازی ترکیب شود تا اثر بارش بهبود یابد. لجن نرم شده در مقادیر زیادی تولید می شود که عمدتاً از کربنات کلسیم و هیدروکسید منیزیم تشکیل شده است که می تواند آبگیری شود و به عنوان مصالح ساختمانی استفاده شود یا به محل های دفن زباله فرستاده شود.

حذف شیمیایی فسفر اغلب به طور همزمان با مرحله تصفیه بیولوژیکی یا پس از مرحله پیشرفته انجام می شود. حذف فلزات سنگین یک پیش تصفیه در انتهای ورودی برای محافظت از سیستم بیولوژیکی است. نرم کردن برای حذف سختی معمولاً در قسمت جلویی درمان استفاده مجدد (قبل از سیستم غشایی) انجام می شود. بسته به الزامات کیفیت آب می‌توان از این سه به صورت ترکیبی استفاده کرد. حذف همزمان فسفر + حذف پیشرفته فسفر یک روش معمول برای فاضلاب شهری است. و در پروژه های استفاده مجدد، نرم شدن قبل از غشا انجام می شود.