W13 13.06.12

CHEMICZNE OCZYSZCZANIE ŚSCIEKÓW:

Metody strąceniowe:

• koagulacja ścieków

• chemiczne strącanie związków fosforu

• strącanie wapnem

• strącanie metali ciężkich

Koagulacja: wytrącanie koloidów w postaci zawiesin kłaczkowatych pod wpływem czynników fizycznych lub chemicznych. Do czynników fizycznych zalicza sie energię cieplną( podgrzewanie lub wymrażanie) energię fal mechanicznych( ultradźwięki, wibracje) oraz energie promieniowania β, γ i UV.

Metody chemiczne: polegają na dodaniu do ścieków soli mineralnych zwiększających stężenie jonów dwu - i trójwartościowych, z których najczęściej powstają cząstki koloidalne o znaku przeciwnym do zoli obecnych w ściekach.

Destabilizacja: destabilizacja układów koloidalnych zachodzi bezpośrednio po dodaniu roztworu koagulantu do ścieków. W fazie tej można rozróżnić dwa etapy:

* w pierwszym etapie pod wpływem wielu następujących kolejno reakcji chemicznych( głównie hydrolizy) i zjawisk fizykochemicznych( adsorpcji jonów).

* w drugim etapie zachodzi właściwa destabilizacja zoli zawartych w ściekach polegająca na zmianie ich potencjału elektrokinetycznego do wartości mieszających sie w przedziale od -30mV do +30M=mV. Cząstki o takim potencjale łatwo łączą się ze sobą, gdyż zmniejszają się siły odpychania elektrostatycznego. Destabilizacja może odbywać się przez łączenie sie koloidów o odmiennym znaku( występujących w ściekach i sztucznie powstałych z koagulantu).

Flokulacja: druga faza procesu koagulacji. Zrównoważenie ładunku powierzchniowego cząstek koloidalnych powoduje zwiększenie prawdopodobieństwa łączenia sie poszczególnych cząstek ze sobą. Flokulacja jest to destabilizacja hydrofobowej koloidalnej zawiesiny poprzez łączenie (mostkowanie) koloidalnych drobin przy pomocy wysoko cząsteczkowych polimerów.

Strącanie chemiczne związków fosforu: fosfor w ściekach występuje w postaci ortofosforanów, polifosforanów i fosforu organicznego zawartego głównie w zawiesinach. Ortofosforany w zależności od odczynu mają formę jonów H₂PO^-₄,HPO^-2₄ lub PO^-3₄. Proces strącania związków fosforu można prowadzić z użyciem soli glinu, żelaza lub wodorotlenku wapnia. Przy dodawaniu do ścieków koagulantów mineralnych zawierających jony żelaza i glinu, równoległe z procesem koagulacji, wytrącają się nierozpuszczalne ortofosforany żelaza i glinu zgodnie z reakcjami:

Me³⁺+H₂PO^-₄ MePO₄ + 2H⁺

Me³⁺+HPO^-2₄ MePO₄ + H⁺ Dochodzi do zakwaszania ścieków

Postać	Odczyn, pH
	5
H3PO4	0,1
H2PO4-	97,99
HPO4^-2	1,91
PO4^-3	-

* Ze względu na miejsce dawkowania koagulantu można wyróżnić trzy sposoby prowadzeni procesu, tj:

• strącanie: wstępne, symultanicznego, końcowego

Strącanie wstępne( bezpośrednie): stosowane jest głównie w oczyszczalniach mechanicznych. Prowadzi ono do usunięcia ze ścieków związków organicznych zawartych w zawiesinach, rozpuszczonych i organicznych związków fosforu. Sprawność usuwania ze ścieków związków azotowych tą metodą jest natomiast niewielka. W oczyszczaniach tego typu osiąga się:

• zmniejszenie BZT₅ do 75%

• zawiesin ogołnych do 90%

• fosforu ogólnego do 90%

• azotu ogólnego do 25%

Strącanie symultaniczne: jest stosowane w oczyszczalniach z osadem czynnym i polega na dodawaniu koagulantu przed komorami osadu czynnego. Przy strącaniu symultanicznym można osiągnąć zmniejszenie stężenia fosforu do 95%, a więc lepsze wyniki niż przy strącaniu wstępnym.

Efekt technologiczny strącania symultanicznego zależy od sprawności osadników wtórnych, gdyż wraz ze wzrostem stężenia zawiesin w odpływie rośnie stężenie fosforu ogólnego w ściekach oczyszczonych.

Strącanie końcowe: wymaga wprowadzenia po osadnikach wtórnych komór szybkiego mieszania, komór flokulacji i osadników końcowych lub filtrów piaskowych. Przy strącaniu końcowym istnieje możliwość zmniejszenia stężenie fosforu ogólnego poniżej 0,2 P/m³.

W celu praktycznego określenie niezbędnej ilości koagulantu oblicza sie iloraz:

$$\beta = \frac{\text{mol\ me}\text{talu}}{\text{mol\ fosforu}}$$

Wartość β dla ścieków surowych poddawanych strącaniu wstępnemu wynosi ok. 1,5. W warunkach korzystnych wartość β może wynosić 1, natomiast w warunkach niekorzystnych β=2-3.

Strącanie wapnem: przy dozowaniu do ścieków wapna( wodorotlenku wapnia) dochodzi do wytrącania nierozpuszczalnych kompleksów o złożonej strukturze. Metodą tą można usunąć związki organiczne będące w stanie zawieszonym lub tworzące roztwory rzeczywiste, fosforany, metale ciężkie, węglany, siarczany, fluorki i azot amonowy. Wzrost pH ścieków powyżej wartości 10,5 dezaktywuje bakterie i wirusy. Wady tej metody są następujące: powstają duże ilości osadów, konieczna jest neutralizacja odczynu ścieków oczyszczonych oraz są znaczne koszty eksploatacji i inwestycyjne.

Strącanie metali ciężkich: metale ciężkie w ściekach mogą występować w postaci zawiesin oraz roztworów rzeczywistych. Usuwanie metali ciężkich odbywa sie najczęściej metodą strącania chemicznego lub współ strącania. Przy usuwaniu ich ze ścieków przemysłowych wykorzystuje się fakt, że wodorotlenki i siarczki większości metali ciężkich są trudno rozpuszczalne w wodzie. Używa sie w tym celu wapna lub stosuje sie koagulację. Przy wytrącaniu jednej substancji mineralnej zawsze obserwuje się współ strącanie innych składników roztworu rzeczywistego. Zjawisko współ strącania jest wynikiem adsorpcji jonów lub związków na powierzchni powstających kryształów oraz okludacji, tj. zatrzymania poszczególnych składników w porach kryształów. Kryształ( wytrącane ciało bezpostaciowe), na którym zatrzymywane są inne składniki roztworu, nosi nazwę nośnika.

NEUTRALIZACJA ŚCIEKÓW:

Neutralizacja - jest to proces doprowadzania ścieków z silnie kwaśnego lub silnie zasadowego do bliskiego obojętnemu.

W celu zneutralizowania ścieków kwaśnych najczęściej stosuje się wapno, rzadziej ług sodowy, marmur, dolomit, węglan sodu. Proces prowadzi się:

• w reaktorach porcjowych( duże ładunki kwasów)

• na drodze filtracji( mała ilość ścieków kwaśnych)

UWAGA!

Filtracji nie stosuje się, jeżeli kwasowość ścieków wywołana kwasem siarkowym, gdyż tworzący się na powierzchni złoża gips dezaktywuje masę neutralizującą.

Ścieki alkaiczne - neutralizuje się najczęściej za pomocą: kwasu solnego lub siarkowego, względnie metodą rekarbonizacji.

Rekarbonizacja polega na wiązaniu wolnych jonów hydroksytlenowych dwutlenkiem węgla, co powoduje wzrost zawartości węglanów w ściekach. Do procesu rekarbonizacji używa się najczęściej gazów spalinowych z lokalnych kotłowni przemysłowych. Ogranicza sie przez to emisję zanieczyszczeń gazowych do atmosfery, gdyż oprócz dwutlenku węgla wiązane są także tlenki azotu i siarki.

Utlenianie i Redukcja:

Reagenty chemiczne o właściwościach utleniających to:

• chlor i jego pochodne

• wapno chlorowe

• pogłębione chemiczne utlenianie( AOP)

Chlorowanie ścieków zawierających związki organiczne powoduje powstanie chloropochodnych organicznych działaniu kancero i mutagennych.