Konvencionalna biološka obrada može učinkovito razgraditi većinu KPK u vodi, a uz dodatak anoksičnih procesa denitrifikacije, ukupni dušik se također može učinkovito ukloniti. Međutim, za fosfor, ione teških metala i ione tvrdoće, učinak uklanjanja jednostavnih bioloških procesa je ograničen: mikroorganizmi mogu asimilirati samo malu količinu fosfora kroz vlastiti rast i metabolizam, koji ne može stabilno zadovoljiti standarde; dok se teški metali i ioni tvrdoće ne mogu biorazgraditi, a biološki sustavi ne mogu postići učinkovito uklanjanje. Ioni teških metala otrovni su za mikroorganizme, a nešto veće koncentracije mogu inhibirati biološke reakcije; ioni tvrdoće potpuno su otopljeni u vodi i biološki ih sustavi ne mogu ukloniti.
Za rješavanje ovih tvari potrebno je kemijsko taloženje-dodavanjem kemijskih sredstava da izazovu promjenu ciljnih iona iz otopljenog stanja u netopljivo stanje i taloženje, koje se zatim uklanja odvajanjem čvrste-tekućine.
I. Osnovni principi kemijskog taloženja
Temeljna logika kemijskog taloženja je pravilo umnoška topljivosti: dodavanje sredstava za taloženje u otpadnu vodu uzrokuje da se otopljeni ioni zagađivača u vodi spajaju s agensima, tvoreći čvrste tvari koje se teško otapaju u vodi. Kada koncentracija takvih tvari prijeđe granicu nosivosti (Ksp produkt topljivosti) vodenog tijela, one će se automatski istaložiti iz vode, stvarajući sediment za odvajanje.
Ključno je da količina dodanog taložnika mora biti dovoljna da smanji koncentraciju ciljnih iona na potrebnu razinu, ali ne pretjerano-prekomjerni taložnik može uzrokovati sekundarno onečišćenje (kao što su zaostali metalni ioni i soli) i povećati proizvodnju mulja.
II. Kemijsko uklanjanje fosfora
Fosfor je glavni krivac eutrofikacije u vodnim tijelima, a standardi ispuštanja za ukupni fosfor postaju sve stroži. Biološko uklanjanje fosfora oslanja se na bakterije-akumulacije polifosfata koje oslobađaju fosfor anaerobno i zatim uklanjaju višak fosfora s preostalim muljem tijekom aerobnih procesa. Međutim, stopa uklanjanja je ograničena. Kada je ukupni fosfor u protoku previsok, biološko uklanjanje fosfora nije dovoljno za pouzdano ispunjavanje standarda, pa se kemijsko uklanjanje fosfora mora koristiti kao zamjena.
Princip: Dodavanje aluminijevih soli (PAC) ili željeznih soli (poliferi sulfat) uzrokuje reakciju metalnih iona s fosfatnim ionima kako bi se formirali talozi aluminijevog fosfata ili željeznog fosfata; može se dodati i vapno (Ca(OH)₂), stvarajući precipitate kalcijevog hidroksifosfata u alkalnim uvjetima.
Reakcija aluminijeve soli: Al³⁺ + PO₄³⁻ → AlPO₄↓;
Reakcija željezne soli: Fe³⁺ + PO₄³⁻ → FePO₄↓;
Reakcija vapna: 5Ca²⁺ + 4OH⁻ + 3PO₄³⁻ → Ca₅(OH)(PO₄)3₃↓;
Mjesto dodavanja: Postoje tri opcije. Pred-dodavanje prije spremnika za biološki tretman rezultira dugim vremenom reakcije, ali utjecaj aluminijevih soli na mikroorganizme ostaje kontroverzan; istovremeno dodavanje na kraju aerobnog dijela spremnika za biološki tretman koristi prozračivanje i miješanje za poticanje reakcije, što je najčešća metoda u komunalnim postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda, a koagulant potiče flokulaciju aktivnog mulja; post-dodavanje nakon sekundarnog taložnog spremnika, u odjeljku za naprednu obradu, izravno i precizno uklanja zaostali fosfor, zahtijeva najmanje doziranja, proizvodi najmanje mulja, ali zahtijeva zasebnu reakciju i postrojenje za taloženje. Specifični izbor ovisi o tijeku procesa i zahtjevima sukladnosti s fosforom.
Ključne operativne točke: Ključ za kemijsko uklanjanje fosfora je usklađivanje doze kemikalije s ukupnom koncentracijom fosfora u protoku. Kada ukupna koncentracija fosfora u influentu značajno varira, potreban je online mjerač ukupnog fosfora ili periodično uzorkovanje za prilagodbu doze. Potrebno je obratiti pozornost na pH efluenta-dodavanje soli aluminija i željeza troši alkalnost, a učinkovitost uklanjanja fosfora opada kada je pH ispod 6; dodavanje vapna će povisiti pH otpadne vode, što zahtijeva podešavanje. Kemijski mulj proizveden uklanjanjem fosfora sadrži veliku količinu anorganske tvari i ima dobre performanse odvodnjavanja; treba ga odlagati odvojeno od biološkog mulja što je više moguće.
III. Uklanjanje teških metala
Otpadne vode iz industrija kao što su galvanizacija, metalurgija, rudarstvo i elektronika sadrže ione teških metala kao što su bakar, cink, olovo, kadmij, nikal i krom. Teški metali su vrlo otrovni i ne-razgradivi te zahtijevaju strogu kontrolu.
Princip: Dodavanje lužina (NaOH, Ca(OH)₂) ili sulfida (Na₂S, NaHS) uzrokuje taloženje iona teških metala kao hidroksida ili sulfida. Taloženje hidroksida jednostavna je i jeftina-metoda, što je čini glavnim pristupom. Taloženje sulfida ima manji produkt topljivosti i veću učinkovitost uklanjanja (posebno za živu i kadmij), ali prekomjerno dodavanje sulfida proizvodi toksični plin H₂S, zahtijevajući alkalne uvjete da se spriječi ispuštanje H₂S. Za šestovalentni krom (Cr⁶⁺) u otpadnoj vodi koja sadrži krom-, prvo se mora reducirati u trovalentni krom (Cr³⁺) redukcijskim sredstvom (natrijev bisulfit, natrijev metabisulfit), a zatim istaložiti kao Cr(OH)3 pomoću lužine.
Ključne operativne točke: kontrola pH je najvažnija-svaki teški metal ima optimalni raspon pH za taloženje hidroksida (općenito između 8 i 10), a ti rasponi variraju. Koegzistencija više teških metala u miješanoj otpadnoj vodi mora se sveobuhvatno razmotriti, odabirom kompromisne pH vrijednosti ili postupnog taloženja. Nakon završetka reakcije taloženja, mora se dodati koagulant (PAC+PAM) kako bi se poboljšalo odvajanje čvrste-tekućine; inače će fine čestice taloga prodrijeti u efluent. Kompleksi mogu ometati taloženje-na primjer, kompleksi teških metala-koji sadrže cijanid zahtijevaju razbijanje kompleksa prije taloženja.
PIV. Uklanjanje tvrdoće (omekšavanje)
Ioni tvrdoće uglavnom su ioni kalcija (Ca²⁺) i magnezija (Mg²⁺). Oni uzrokuju stvaranje kamenca u membranskim sustavima (RO, NF), stvaraju kamenac u opremi za izmjenu topline smanjujući učinkovitost izmjene topline i utječu na kvalitetu čišćenja u industriji pranja rublja.
Princip: korištenjem kemijskih sredstava za pretvaranje iona kalcija i magnezija u CaCO3 i Mg(OH)₂, većina iona kalcija i magnezija može se ukloniti.
Radne točke: pH omekšanog efluenta je visok i potrebno ga je prilagoditi na neutralan dodavanjem kiseline prije ulaska u sljedeće jedinice za obradu ili ispuštanja. Reakcija taloženja zahtijeva dovoljno vremena zadržavanja i treba je kombinirati s koagulacijom i flokulacijom kako bi se poboljšao učinak taloženja. Omekšani mulj se proizvodi u velikim količinama, uglavnom sastavljen od kalcijevog karbonata i magnezijevog hidroksida, koji se može odvodniti i koristiti kao građevinski materijal ili poslati na odlagališta.
V. Pozicioniranje tri procesa taloženja u procesu strujanja
Kemijsko uklanjanje fosfora često se izvodi istovremeno sa fazom biološke obrade ili nakon uznapredovale faze; uklanjanje teških metala je predtretman na ulaznom kraju radi zaštite biološkog sustava; omekšavanje radi uklanjanja tvrdoće obično se provodi na prednjem kraju tretmana za ponovnu upotrebu (prije membranskog sustava). Ova tri se mogu koristiti u kombinaciji ovisno o zahtjevima za kvalitetu vode-otpadne vode koje sadrže teške metale- obično se podvrgavaju kemijskom taloženju kako bi se uklonili teški metali prije ulaska u proces biološke obrade; istovremeno uklanjanje fosfora + napredno uklanjanje fosfora uobičajena je praksa za komunalne otpadne vode; au projektima ponovne uporabe omekšavanje se izvodi prije membrane.
