Geleneksel biyolojik arıtma, sudaki KOİ'nin çoğunu verimli bir şekilde parçalayabilir ve anoksik denitrifikasyon işlemlerinin eklenmesiyle toplam nitrojen de etkili bir şekilde uzaklaştırılabilir. Bununla birlikte, fosfor, ağır metal iyonları ve sertlik iyonları için basit biyolojik süreçlerin giderme etkisi sınırlıdır: mikroorganizmalar, kendi büyümeleri ve metabolizmaları yoluyla yalnızca küçük miktarda fosforu asimile edebilir ve bu da standartları stabil bir şekilde karşılayamaz; ağır metaller ve sertlik iyonları biyolojik olarak parçalanamaz ve biyolojik sistemler etkili bir şekilde giderilemez. Ağır metal iyonları mikroorganizmalar için toksiktir ve biraz daha yüksek konsantrasyonlar biyolojik reaksiyonları engelleyebilir; sertlik iyonları suda tamamen çözünür ve biyolojik sistemler bunları gideremez.
Bu maddelerle başa çıkmak için, hedef iyonların çözünmüş bir durumdan çözünmez bir duruma geçmesine ve çökelmesine neden olacak kimyasal ajanların-eklenmesi ve daha sonra katı-sıvı ayrımı yoluyla uzaklaştırılması için kimyasal çökeltme gereklidir.
I. Kimyasal Çökeltmenin Temel Prensipleri
Kimyasal çöktürmenin altında yatan mantık, çözünürlük çarpımı kuralıdır: atık suya çökeltici maddelerin eklenmesi, sudaki çözünmüş kirletici iyonların maddelerle birleşerek suda çözülmesi zor katı maddeler oluşturmasına neden olur. Bu tür maddelerin konsantrasyonu su kütlesinin taşıma kapasitesi sınırını (Ksp çözünürlük ürünü) aştığında, bunlar otomatik olarak sudan çökelecek ve ayrılma için tortu oluşturacaktır.
Önemli olan, eklenen çökeltici miktarının, hedef iyonların konsantrasyonunu gerekli seviyeye düşürmek için yeterli olması gerektiğidir, ancak aşırı-aşırı çökeltici, ikincil kirliliğe (artık metal iyonları ve tuzlar gibi) neden olup çamur üretimini artırmamalıdır.
II. Kimyasal Fosfor Giderimi
Fosfor, su kütlelerindeki ötrofikasyonun ana suçlusudur ve toplam fosfora yönelik deşarj standartları giderek daha sıkı hale gelmektedir. Biyolojik fosfor giderimi, polifosfat-biriktiren bakterilerin fosforu anaerobik olarak salmasına ve daha sonra aerobik işlemler sırasında fazla fosforu kalan çamurla birlikte uzaklaştırmasına dayanır. Ancak kaldırma oranı sınırlıdır. Giriş suyundaki toplam fosfor çok yüksek olduğunda, biyolojik fosfor giderimi standartları güvenilir bir şekilde karşılamak için yetersiz kalır ve bir geri dönüş olarak kimyasal fosfor gideriminin kullanılması gerekir.
Prensip: Alüminyum tuzlarının (PAC) veya demir tuzlarının (poliferrik sülfat) eklenmesi, metal iyonlarının fosfat iyonlarıyla reaksiyona girerek alüminyum fosfat veya demir fosfat çökeltilerine neden olmasına neden olur; alkali koşullar altında kalsiyum hidroksifosfat çökeltileri oluşturacak şekilde kireç (Ca(OH)₂) de eklenebilir.
Alüminyum tuzu reaksiyonu: Al³⁺ + PO₄³⁻ → AlPO₄↓;
Demir tuzu reaksiyonu: Fe³⁺ + PO₄³⁻ → FePO₄↓;
Kireç reaksiyonu: 5Ca²⁺ + 4OH⁻ + 3PO₄³⁻ → Ca₅(OH)(PO₄)₃↓;
Ekleme yeri: Üç seçenek vardır. Biyolojik arıtma tankı öncesinde-önceden ilave edilmesi uzun bir reaksiyon süresiyle sonuçlanır, ancak alüminyum tuzlarının mikroorganizmalar üzerindeki etkisi tartışmalı olmaya devam etmektedir; biyolojik arıtma tankının aerobik bölümünün sonuna eş zamanlı ekleme, belediye atık su arıtma tesislerinde en yaygın yöntem olan reaksiyonu teşvik etmek için havalandırma ve çalkalamadan yararlanır ve pıhtılaştırıcı, aktif çamurun topaklanmasını destekler; ikincil çökeltme tankından sonraki ekleme sonrası, ileri arıtma bölümünde, artık fosforu doğrudan ve hassas bir şekilde giderir, en az dozaj gerektirir, en az çamur üretir, ancak ayrı bir reaksiyon ve çökeltme tesisi gerektirir. Spesifik seçim proses akışına ve fosfor uyumluluk gerekliliklerine bağlıdır.
Anahtar Operasyonel Noktalar: Kimyasal fosfor gideriminin anahtarı, kimyasalın dozajını giriş suyundaki toplam fosfor konsantrasyonuyla eşleştirmektir. Giriş suyundaki toplam fosfor konsantrasyonu önemli ölçüde dalgalandığında, dozajı ayarlamak için çevrimiçi bir toplam fosfor ölçüm cihazı veya periyodik numune alma gereklidir. Atık suyun pH'ına dikkat edilmesi gerekir-alüminyum ve demir tuzlarının eklenmesi alkaliniteyi tüketir ve pH 6'nın altında olduğunda fosfor giderme verimliliği düşer; Kireç eklenmesi atık suyun pH'ını yükseltecek ve ayarlama gerektirecektir. Fosfor giderimiyle üretilen kimyasal çamur büyük miktarda inorganik madde içerir ve iyi bir susuzlaştırma performansına sahiptir; mümkün olduğunca biyolojik çamurdan ayrı olarak bertaraf edilmelidir.
III. Ağır Metal Giderimi
Elektrokaplama, metalurji, madencilik ve elektronik gibi endüstrilerden kaynaklanan atık sular bakır, çinko, kurşun, kadmiyum, nikel ve krom gibi ağır metal iyonlarını içerir. Ağır metaller son derece zehirlidir ve-bozunamazlar; sıkı kontrol gerektirirler.
Prensip: Alkali (NaOH, Ca(OH)₂) veya sülfitlerin (Na₂S, NaHS) eklenmesi, ağır metal iyonlarının hidroksit veya sülfit olarak çökelmesine neden olur. Hidroksit çöktürmesi basit ve düşük-maliyetli bir yöntemdir, bu da onu ana yaklaşım haline getirir. Sülfür çökeltmesi daha küçük bir çözünürlük ürününe ve daha yüksek uzaklaştırma verimliliğine sahiptir (özellikle cıva ve kadmiyum için), ancak aşırı sülfit ilavesi toksik H₂S gazı üretir ve H₂S kaçışını önlemek için alkalin koşullar gerektirir. Krom- içeren atık sudaki altı değerlikli krom (Cr⁶⁺) için, öncelikle bir indirgeyici madde (sodyum bisülfit, sodyum metabisülfit) ile üç değerlikli kroma (Cr³⁺) indirgenmesi ve ardından bir alkali ile Cr(OH)₃ olarak çökeltilmesi gerekir.
Temel operasyonel noktalar: pH kontrolü çok önemlidir-her ağır metalin hidroksit çökeltmesi için optimal bir pH aralığı vardır (genellikle 8 ile 10 arasında) ve bu aralıklar değişiklik gösterir. Karışık atık sudaki birden fazla ağır metalin bir arada bulunması, uygun bir pH değeri veya kademeli çökeltme seçilerek kapsamlı bir şekilde dikkate alınmalıdır. Çökeltme reaksiyonu tamamlandıktan sonra, katı-sıvı ayrımını geliştirmek için bir pıhtılaştırıcının (PAC+PAM) eklenmesi gerekir; aksi takdirde ince çökelti parçacıkları atık suya nüfuz edecektir. Kompleksler yağışa müdahale edebilir-örneğin, ağır metal kompleksleri içeren siyanür-, çökelmeden önce karmaşık parçalanma gerektirir.
PIV. Sertlik Giderme (Yumuşatma)
Sertlik iyonları esas olarak kalsiyum (Ca²⁺) ve magnezyum (Mg²⁺) iyonlarıdır. Membran sistemlerde (RO, NF) kireçlenmeye neden olurlar, ısı değişim ekipmanlarında kireçlenme oluşturarak ısı değişim verimliliğini düşürürler ve çamaşırhane sektöründe temizlik kalitesini etkilerler.
Prensip: Kalsiyum ve magnezyum iyonlarını CaCO₃ ve Mg(OH)₂'ye dönüştürmek için kimyasal ajanlar kullanılarak çoğu kalsiyum ve magnezyum iyonu uzaklaştırılabilir.
Çalışma Noktaları: Yumuşatılmış atık suyun pH'ı yüksektir ve sonraki arıtma ünitelerine girmeden veya deşarj edilmeden önce asit eklenerek nötr hale ayarlanması gerekir. Çöktürme reaksiyonu yeterli tutma süresi gerektirir ve çökeltme etkisini geliştirmek için pıhtılaşma ve topaklaştırma ile birleştirilmelidir. Yumuşatılmış çamur büyük miktarlarda üretilir ve esas olarak kalsiyum karbonat ve magnezyum hidroksitten oluşur; bu çamur susuzlaştırılıp yapı malzemesi olarak kullanılabilir veya çöplüklere gönderilebilir.
V. Üç Çöktürme Sürecinin Akış Sürecinde Konumlandırılması
Kimyasal fosfor giderimi çoğunlukla biyolojik arıtma aşamasıyla eş zamanlı olarak veya ileri aşamadan sonra gerçekleştirilir; ağır metallerin uzaklaştırılması, biyolojik sistemi korumak için giriş kısmında yapılan bir ön arıtmadır; sertliği gidermek için yumuşatma genellikle yeniden kullanım işleminin ön ucunda (membran sisteminden önce) gerçekleştirilir. Su kalitesi gereksinimlerine bağlı olarak bu üçü kombinasyon halinde kullanılabilir.-Ağır metal-içeren atık su, biyolojik arıtma sürecine girmeden önce ağır metalleri uzaklaştırmak için genellikle kimyasal çökeltme işlemine tabi tutulur; eş zamanlı fosfor giderimi + gelişmiş fosfor giderimi belediye atıksuları için yaygın bir uygulamadır; yeniden kullanım projelerinde ise membrandan önce yumuşatma işlemi yapılmaktadır.