Detaillierte Erläuterung des chemischen Fällungsprozesses: Prinzipien der Phosphor-, Schwermetall- und Härteionenentfernung

Durch herkömmliche biologische Behandlung können die meisten CSB im Wasser effizient abgebaut werden, und durch die Hinzufügung von anoxischen Denitrifikationsprozessen kann auch der Gesamtstickstoff effektiv entfernt werden. Bei Phosphor, Schwermetallionen und Härteionen ist die Entfernungswirkung einfacher biologischer Prozesse jedoch begrenzt: Mikroorganismen können durch ihr eigenes Wachstum und ihren Stoffwechsel nur eine geringe Menge Phosphor aufnehmen, was die Standards nicht stabil erfüllen kann; während Schwermetalle und Härteionen nicht biologisch abgebaut werden können und biologische Systeme keine wirksame Entfernung erreichen können. Schwermetallionen sind für Mikroorganismen giftig und etwas höhere Konzentrationen können biologische Reaktionen hemmen; Härte-Ionen sind im Wasser vollständig gelöst und können von biologischen Systemen nicht entfernt werden.

Um mit diesen Substanzen umzugehen, ist eine chemische Fällung erforderlich-die Zugabe chemischer Wirkstoffe, um zu bewirken, dass die Zielionen von einem gelösten Zustand in einen unlöslichen Zustand übergehen und ausfallen, die dann durch Fest--Flüssigkeitstrennung entfernt werden.

Die zugrunde liegende Logik der chemischen Fällung ist die Löslichkeitsproduktregel: Durch die Zugabe von Fällungsmitteln zum Abwasser verbinden sich die im Wasser gelösten Schadstoffionen mit den Mitteln und bilden feste Substanzen, die sich nur schwer in Wasser lösen lassen. Wenn die Konzentration solcher Stoffe die Tragfähigkeitsgrenze (Ksp-Löslichkeitsprodukt) des Gewässers überschreitet, fallen sie automatisch aus dem Wasser aus und bilden Sedimente zur Trennung.

Der Schlüssel liegt darin, dass die Menge des zugesetzten Fällungsmittels ausreichend sein muss, um die Konzentration der Zielionen auf das erforderliche Niveau zu reduzieren, jedoch nicht übermäßig.-Überschüssiges Fällungsmittel kann sekundäre Verschmutzungen verursachen (z. B. restliche Metallionen und Salze) und die Schlammproduktion erhöhen.

Phosphor ist der Hauptverursacher der Eutrophierung in Gewässern, und die Einleitungsnormen für Gesamtphosphor werden immer strenger. Bei der biologischen Phosphorentfernung werden Polyphosphat-ansammelnde Bakterien eingesetzt, die Phosphor anaerob freisetzen und dann bei aeroben Prozessen überschüssigen Phosphor mit dem verbleibenden Schlamm entfernen. Allerdings ist die Abtragsrate begrenzt. Wenn der Gesamtphosphorgehalt im Zulauf zu hoch ist, reicht die biologische Phosphorentfernung nicht aus, um die Standards zuverlässig zu erfüllen, und als Ausweichlösung muss die chemische Phosphorentfernung eingesetzt werden.

Prinzip: Durch die Zugabe von Aluminiumsalzen (PAC) oder Eisensalzen (Polyferrisulfat) reagieren Metallionen mit Phosphationen unter Bildung von Aluminiumphosphat- oder Eisenphosphat-Niederschlägen; Kalk (Ca(OH)₂) kann ebenfalls zugesetzt werden, wodurch sich unter alkalischen Bedingungen Calciumhydroxyphosphat-Niederschläge bilden.

Aluminiumsalzreaktion: Al³⁺ + PO₄³⁻ → AlPO₄↓;

Eisensalzreaktion: Fe³⁺ + PO₄³⁻ → FePO₄↓;

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

Zusatzort: Es gibt drei Möglichkeiten. Die Vor-Zugabe vor dem biologischen Behandlungstank führt zu einer langen Reaktionszeit, die Auswirkung von Aluminiumsalzen auf Mikroorganismen bleibt jedoch umstritten; Durch die gleichzeitige Zugabe am Ende des aeroben Abschnitts des biologischen Behandlungstanks werden Belüftung und Rühren genutzt, um die Reaktion zu fördern, was in kommunalen Kläranlagen die häufigste Methode ist, und das Koagulans fördert die Ausflockung von Belebtschlamm. Die Post-Zugabe nach dem Nachklärbecken im fortgeschrittenen Behandlungsabschnitt entfernt den Restphosphor direkt und präzise, ​​erfordert die geringste Dosierung, erzeugt den geringsten Schlamm, erfordert aber eine separate Reaktions- und Sedimentationsanlage. Die konkrete Wahl hängt vom Prozessablauf und den Phosphor-Compliance-Anforderungen ab.

Wichtige Betriebspunkte: Der Schlüssel zur chemischen Phosphorentfernung liegt darin, die Dosierung der Chemikalie an die gesamte Phosphorkonzentration im Zufluss anzupassen. Wenn die Gesamtphosphorkonzentration im Zufluss erheblich schwankt, ist ein Online-Gesamtphosphormessgerät oder eine regelmäßige Probenahme erforderlich, um die Dosierung anzupassen. Der pH-Wert des Abwassers muss beachtet werden.-Die Zugabe von Aluminium- und Eisensalzen verbraucht Alkalität und die Effizienz der Phosphorentfernung nimmt ab, wenn der pH-Wert unter 6 liegt. Die Zugabe von Kalk erhöht den pH-Wert des Abwassers und erfordert eine Anpassung. Der durch die Phosphorentfernung entstehende Chemieschlamm enthält eine große Menge an anorganischen Stoffen und weist eine gute Entwässerungsleistung auf; Es sollte möglichst getrennt vom Bioschlamm entsorgt werden.

Abwasser aus Industriezweigen wie Galvanik, Metallurgie, Bergbau und Elektronik enthält Schwermetallionen wie Kupfer, Zink, Blei, Cadmium, Nickel und Chrom. Schwermetalle sind hochgiftig und nicht-abbaubar und erfordern eine strenge Kontrolle.

Prinzip: Durch die Zugabe von Alkali (NaOH, Ca(OH)₂) oder Sulfiden (Na₂S, NaHS) fallen Schwermetallionen als Hydroxide oder Sulfide aus. Die Hydroxidfällung ist eine einfache und kostengünstige-Methode und daher der gängige Ansatz. Die Sulfidfällung hat ein kleineres Löslichkeitsprodukt und eine höhere Entfernungseffizienz (insbesondere für Quecksilber und Cadmium), aber eine übermäßige Sulfidzugabe erzeugt giftiges H₂S-Gas, was alkalische Bedingungen erfordert, um ein Entweichen von H₂S zu verhindern. Sechswertiges Chrom (Cr⁶⁺) in chrom-haltigem Abwasser muss zunächst mit einem Reduktionsmittel (Natriumbisulfit, Natriummetabisulfit) zu dreiwertigem Chrom (Cr³⁺) reduziert und dann mit einem Alkali als Cr(OH)₃ ausgefällt werden.

Wichtige Betriebspunkte: Die Kontrolle des pH-Werts ist von größter Bedeutung. -Jedes Schwermetall hat einen optimalen pH-Bereich für die Hydroxidfällung (im Allgemeinen zwischen 8 und 10), und diese Bereiche variieren. Die Koexistenz mehrerer Schwermetalle im gemischten Abwasser muss umfassend berücksichtigt werden, indem ein Kompromiss-pH-Wert oder eine stufenweise Fällung gewählt wird. Nachdem die Fällungsreaktion abgeschlossen ist, muss ein Koagulans (PAC+PAM) hinzugefügt werden, um die Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten zu verbessern. Andernfalls gelangen feine Niederschlagspartikel in das Abwasser. Komplexe können die Fällung stören-z. B. Cyanid-enthaltende Schwermetallkomplexe erfordern vor der Fällung eine komplexe Aufspaltung.

Härteionen sind hauptsächlich Calcium- (Ca²⁺) und Magnesiumionen (Mg²⁺). Sie verursachen Ablagerungen in Membransystemen (RO, NF), bilden Ablagerungen in Wärmetauschergeräten, wodurch die Effizienz des Wärmetauschers verringert wird, und beeinträchtigen die Reinigungsqualität in der Wäschereiindustrie.

Prinzip: Durch den Einsatz chemischer Mittel zur Umwandlung von Calcium- und Magnesiumionen in CaCO₃ und Mg(OH)₂ können die meisten Calcium- und Magnesiumionen entfernt werden.

Betriebspunkte: Der pH-Wert des enthärteten Abwassers ist hoch und muss durch Zugabe von Säure auf neutral eingestellt werden, bevor es in nachfolgende Behandlungseinheiten gelangt oder abgeleitet wird. Die Fällungsreaktion erfordert eine ausreichende Verweilzeit und sollte zur Verbesserung der Fällungswirkung mit Koagulation und Flockung kombiniert werden. In großen Mengen fällt Weichschlamm an, der hauptsächlich aus Calciumcarbonat und Magnesiumhydroxid besteht und entwässert und als Baumaterial verwendet oder auf Deponien verbracht werden kann.

Die chemische Phosphorentfernung wird häufig gleichzeitig mit der biologischen Behandlungsstufe oder nach der fortgeschrittenen Stufe durchgeführt; Die Entfernung von Schwermetallen ist eine Vorbehandlung am Zuflussende zum Schutz des biologischen Systems. Das Enthärten zur Entfernung der Härte erfolgt üblicherweise am Anfang der Wiederverwendungsbehandlung (vor dem Membransystem). Die drei können je nach den Anforderungen an die Wasserqualität in Kombination verwendet werden. -Schwermetalle-Abwässer, die Schwermetalle enthalten, werden in der Regel einer chemischen Fällung unterzogen, um Schwermetalle zu entfernen, bevor sie in den biologischen Behandlungsprozess gelangen. Die gleichzeitige Phosphorentfernung + erweiterte Phosphorentfernung ist bei kommunalem Abwasser üblich. und bei Wiederverwendungsprojekten erfolgt die Enthärtung vor der Membran.