Konvencionalni biološki tretman može efikasno razgraditi većinu HPK u vodi, a uz dodatak procesa anoksične denitrifikacije, ukupni dušik se također može efikasno 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, što ne može stabilno zadovoljiti standarde; dok se teški metali i joni tvrdoće ne mogu biorazgraditi, a biološki sistemi ne mogu postići efikasno uklanjanje. Joni teških metala su toksični za mikroorganizme, a nešto veće koncentracije mogu inhibirati biološke reakcije; joni tvrdoće su potpuno rastvoreni u vodi, a biološki sistemi ih ne mogu ukloniti.
Za rješavanje ovih supstanci neophodna je hemijska precipitacija-dodavanjem hemijskih agenasa koji uzrokuju promjenu ciljnih jona iz otopljenog u nerastvorljivo stanje i taloženje, koji se zatim uklanja odvajanjem čvrste-tečnosti.
I. Osnovni principi hemijske precipitacije
Osnovna logika hemijskog taloženja je pravilo proizvoda rastvorljivosti: dodavanje sredstava za taloženje u otpadnu vodu uzrokuje da se rastvoreni ioni zagađivača u vodi kombinuju sa agensima, formirajući čvrste supstance koje je teško rastvoriti u vodi. Kada koncentracija takvih supstanci pređe granicu nosivosti (Ksp proizvod rastvorljivosti) vodnog tijela, one će se automatski taložiti iz vode, formirajući sediment za odvajanje.
Ključno je da količina dodanog taložnika mora biti dovoljna da smanji koncentraciju ciljanih jona na traženi nivo, ali ne pretjerano-pretjerani taložnik može uzrokovati sekundarno zagađenje (kao što su zaostali metalni joni i soli) i povećati proizvodnju mulja.
II. Hemijsko uklanjanje fosfora
Fosfor je glavni krivac eutrofikacije u vodnim tijelima, a standardi za ispuštanje ukupnog fosfora postaju sve stroži. Biološko uklanjanje fosfora se oslanja na bakterije koje akumuliraju polifosfat- kako bi anaerobno oslobodile fosfor, a zatim uklonile višak fosfora sa preostalim muljem tokom aerobnih procesa. Međutim, stopa uklanjanja je ograničena. Kada je ukupni fosfor u dotoku previsok, biološko uklanjanje fosfora je nedovoljno da bi se pouzdano ispunili standardi, a hemijsko uklanjanje fosfora se mora koristiti kao rezervni.
Princip: Dodavanje soli aluminijuma (PAC) ili soli gvožđa (poliferisulfat) uzrokuje reakciju metalnih jona sa fosfatnim jonima i formiranje taloga aluminijum-fosfata ili gvožđe-fosfata; može se dodati i vapno (Ca(OH)₂), formirajući precipitate kalcijum hidroksifosfata u alkalnim uslovima.
Reakcija soli aluminijuma: Al³⁺ + PO₄³⁻ → AlPO₄↓;
Reakcija soli gvožđa: Fe³⁺ + PO₄³⁻ → FePO₄↓;
Reakcija kreča: 5Ca²⁺ + 4OH⁻ + 3PO₄³⁻ → Ca₅(OH)(PO₄)₃↓;
Lokacija za dodavanje: Postoje tri opcije. Pred{1}}dodavanje prije rezervoara za biološki tretman rezultira dugim vremenom reakcije, ali utjecaj soli aluminija na mikroorganizme ostaje kontroverzan; istovremeno dodavanje na kraju aerobne sekcije rezervoara za biološki tretman koristi aeraciju i mešanje za promociju reakcije, što je najčešća metoda u komunalnim postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda, a koagulant potiče flokulaciju aktivnog mulja; naknadno-dodavanje nakon sekundarnog taložnika, u sekciji za napredni tretman, direktno i precizno uklanja zaostali fosfor, zahtijeva najmanju dozu, proizvodi najmanje mulja, ali zahtijeva odvojeno postrojenje za reakciju i sedimentaciju. Specifičan izbor zavisi od toka procesa i zahtjeva usklađenosti sa fosforom.
Ključne operativne tačke: Ključ za uklanjanje hemijskog fosfora je usklađivanje doze hemikalije sa ukupnom koncentracijom fosfora u influentu. Kada ukupna koncentracija fosfora u influentu značajno varira, potreban je online mjerač ukupnog fosfora ili periodično uzorkovanje da bi se prilagodila doza. Treba obratiti pažnju na pH efluenta-dodavanje soli aluminijuma i gvožđa troši alkalnost, a efikasnost uklanjanja fosfora se smanjuje kada je pH ispod 6; dodavanje vapna će podići pH efluenta, što zahteva podešavanje. Hemijski mulj koji nastaje uklanjanjem fosfora sadrži veliku količinu neorganske materije i ima dobre performanse odvodnje; 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, kadmijum, nikal i hrom. Teški metali su veoma toksični i ne-razgradivi i zahtijevaju strogu kontrolu.
Princip: Dodavanje alkalija (NaOH, Ca(OH)₂) ili sulfida (Na₂S, NaHS) uzrokuje taloženje jona teških metala u obliku hidroksida ili sulfida. Taloženje hidroksidom je jednostavan i jeftin-metod, što ga čini uobičajenim pristupom. Taloženje sulfida ima manji proizvod rastvorljivosti i veću efikasnost uklanjanja (posebno za živu i kadmijum), ali prekomerno dodavanje sulfida proizvodi otrovni gas H₂S, koji zahteva alkalne uslove da spreči izlazak H₂S. Za heksavalentni hrom (Cr⁶⁺) u otpadnoj vodi koja sadrži hrom-, on se prvo mora redukovati u trovalentni hrom (Cr³⁺) pomoću redukcionog sredstva (natrijum bisulfit, natrijum metabisulfit), a zatim istaložiti kao Cr(OH)₃ sa alkalijom.
Ključne operativne tačke: kontrola pH je najvažnija-svaki teški metal ima optimalni pH opseg za taloženje hidroksida (obično između 8 i 10), a ti rasponi variraju. Koegzistencija više teških metala u mješovitoj otpadnoj vodi mora se sveobuhvatno razmotriti, odabirom kompromisne pH vrijednosti ili postupnog taloženja. Nakon što se reakcija taloženja završi, mora se dodati koagulant (PAC+PAM) kako bi se poboljšalo odvajanje čvrste-tečnosti; u suprotnom, fine čestice taloga će prodreti u efluent. Kompleksi mogu ometati padavine-na primjer, kompleksi teških metala koji sadrže cijanid- zahtijevaju kompleksno razbijanje prije padavina.
PIV. Uklanjanje tvrdoće (omekšavanje)
Joni tvrdoće su uglavnom joni kalcijuma (Ca²⁺) i magnezijuma (Mg²⁺). Oni uzrokuju stvaranje kamenca u membranskim sistemima (RO, NF), formiraju kamenac u opremi za izmjenu topline smanjujući efikasnost izmjene topline i utiču na kvalitet čišćenja u industriji pranja rublja.
Princip: Korišćenjem hemijskih sredstava za pretvaranje jona kalcijuma i magnezijuma u CaCO₃ i Mg(OH)₂, većina jona kalcijuma i magnezijuma može se ukloniti.
Radne tačke: pH omekšanog efluenta je visok i potrebno ga je podesiti na neutralno dodavanjem kiseline prije ulaska u sljedeće jedinice za tretman ili ispuštanja. Reakcija precipitacije zahtijeva dovoljno vremena zadržavanja i treba je kombinirati sa koagulacijom i flokulacijom kako bi se poboljšao učinak precipitacije. Omekšani mulj se proizvodi u velikim količinama, uglavnom sastavljen od kalcijum karbonata i magnezijum hidroksida, koji se može isušiti i koristiti kao građevinski materijal ili poslati na deponije.
V. Pozicioniranje tri procesa precipitacije u procesu protoka
Hemijsko uklanjanje fosfora se često izvodi istovremeno sa fazom biološkog tretmana ili nakon uznapredovale faze; uklanjanje teških metala je predtretman na ulaznom kraju radi zaštite biološkog sistema; omekšavanje radi uklanjanja tvrdoće se obično izvodi na prednjem kraju tretmana ponovne upotrebe (prije membranskog sistema). Ova tri se mogu koristiti u kombinaciji u zavisnosti od zahtjeva za kvalitetom vode-teške metale-koje sadrže otpadne vode obično se podvrgavaju hemijskoj precipitaciji kako bi se uklonili teški metali prije ulaska u proces biološke obrade; istovremeno uklanjanje fosfora + napredno uklanjanje fosfora je uobičajena praksa za komunalne otpadne vode; au projektima ponovne upotrebe, omekšavanje se izvodi prije membrane.