Kemísk fosfórhreinsun er mikið notuð í skólphreinsistöðvum. Málmsölt eða kalk, meðal annarra efna, er hægt að bæta við frum-, framhalds- eða háskólameðferðarferla (fyrir lykilvalspunkta, vinsamlegast skoðaðu greinina "Types and Key Selection Points of Chemical Phosphorus Removal Agents" á þessum opinbera reikningi; smelltu á hlekkinn í lok greinarinnar). Hins vegar hefur efnafræðileg fosfóreyðing einnig sínar takmarkanir. Sanngjarnt val á hvarfefnum og nákvæmur útreikningur á skömmtum er forsenda þess að hægt sé að tryggja árangur meðferðar og lækkun kostnaðar. Þessi grein útlistar kerfisbundið umfang notkunar, eiginleika hvarfefna, áhrifaþætti, hvarfkerfi og skammta efnafræðilegrar fosfórfjarlægingar, og veitir tilvísun og hagnýtar leiðbeiningar fyrir fagfólk í vatnsmeðferð.
I. Umfang umsóknar um efnafræðilega fosfórfjarlægingu
Kemísk fosfóreyðing getur aðeins fjarlægt fosfathlutann (ortófosfat) alls fosfórs í frárennslisvatni. Fosfat í innstreymi er venjulega 50%–80% af heildar fosfór, venjulega til í tvenns konar myndum: H₂PO₄⁻ og HPO₄²⁻, þar sem hið fyrra er ríkjandi við pH undir 8,3. Fjölfosföt hvarfast ekki við málmsölt eða kalk; þó er þeim breytt í fosföt við líffræðilega meðhöndlun. Lífrænt bundinn fosfór er venjulega lítið hlutfall af heildarfosfór í innstreymi. Venjulega er hægt að fjarlægja kvoða og fosfór agna við aðskilnað fasts-vökva; Uppleystur lífrænn fosfór getur vatnsrofið í ortófosföt meðan á meðhöndlun stendur (ef hann er lífbrjótanlegur) og ef hann er ekki niðurbrjótanlegur er ekki hægt að fjarlægja hann með skólphreinsistöðinni.
II. Eiginleikar hvarfefnis og áhrifaþættir
1. Eiginleikar hvarfefnis
Hvarfefni sem notuð eru til að fjarlægja fosfór eru venjulega málmsölt eða kalk. Tvö algengustu málmsöltin eru álsúlfat (almennt þekkt sem ál) og járnklóríð. Einnig er hægt að nota natríumalúminat í staðinn fyrir álsúlfat, en viðbót þess eykur oft sýrustig kerfisins verulega. Að auki er einnig hægt að nota ýmsar gerðir af pólýálklóríði (PAC) til að fjarlægja fosfór úr efnafræðilegri útfellingu. Járnsúlfat og járnklóríð eru einnig notuð til að fjarlægja fosfór; þessi efni eru venjulega fengin sem aukaafurðir stálframleiðsluferla (súrsunarvatns). Kalk er almennt afgreitt í föstu formi, aðallega þar með talið brennt kalk (CaO) og vökvað kalk [Ca(OH)₂].
2. Þættir sem hafa áhrif á hvarfefni
Fyrir utan skammtinn eru gæði frárennslisvatns, skömmtunaraðferð hvarfefna, staðsetning hvarfefnaskammta, pH hvarfsins, flokkunaraðferð og hvarftími eftir skömmtun hvarfefnis allt mikilvægir hönnunar- og rekstrarþættir. Þessir þættir hafa allir áhrif á sambandið milli skammta og skilvirkni fosfórfjarlægingar.
(1) Blöndun hvarfefna
Næg blöndun á skammtapunkti hvarfefnisins er nauðsynleg til að tryggja að málmjónir hvarfast við fosfatsameindir. Blöndunarstyrkurinn einkennist venjulega af hraðastiglinum G, með einingum s⁻¹. Hröð blöndun tryggir að hvarfyfirborðsstaðir verða fyrir áhrifum í tíma og taka þátt í hvarfinu; Hins vegar, við lágan blöndunarstyrk, geta mörg málmoxíð myndast fyrst án fosfatþátttöku, sem kemur þannig í veg fyrir að innri súrefnisatóm þeirra sameinist fosfati, sem leiðir til minni fosfórfjarlægingar skilvirkni.
Í raunverulegum skólphreinsistöðvum eru blöndunarskilyrði við skömmtunarstað venjulega léleg, þar sem G gildi eru yfirleitt á bilinu 200 til 300 s⁻¹. Við þessar miklar-orkublöndunaraðstæður er blöndunartíminn venjulega 10 til 30 s. Eftir upphafshraða hvarfhvörfunarfasa geta fosfat og járn haldið áfram að bregðast við með hægu hvarfhvarfaferli, sem getur varað í klukkutíma eða jafnvel daga. Þetta hæga-hvarfstýrða ferli til að fjarlægja fosfór er sérstaklega mikilvægt fyrir íblöndun á áli eða járnklóríði í virka seyrutanka, þar sem varðveislutími föstefna (SRT) slíkra kerfa er venjulega mældur í dögum.
(2) Flokkun
Eftir hraða blöndun á skömmtunarpunkti þarf varlega blöndun til að stuðla að myndun flokka sem geta sest eða fjarlægt með því að-vökva aðskilnaður. Þetta ferli er mikilvægt til að uppfylla kröfur um lágan styrk fosfórs frárennslis. Venjulega gefur flæði afrennslisvatns innan hreinsivirkisins sjálfs nægjanleg blöndunarskilyrði fyrir flokkmyndun, en ef flokkunartími er ófullnægjandi, eða ef aðstæður sem trufla flokkmyndun eru fyrir hendi (svo sem dæling, loftun o.s.frv.), verður flokkunarferlið takmarkað.
(3) pH og basískt
Mesta virkni fosfórfjarlægingar í efnameðferð á sér stað á pH-bilinu 5,5–7,0. Þegar pH er á milli 7 og 10, minnkar skilvirkni fosfórfjarlægingar vegna sterkari neikvæðu hleðslu á yfirborði málmhýdroxíða og myndun leysanlegra járnhýdroxíða. Við lægra pH-skilyrði minnkar leysni botnfallsins; en við mjög lágt pH-skilyrði er myndun málmhýdroxíðútfellinga takmörkuð. Skilvirkni fosfórfjarlægingar álsúlfats og járnklóríðs sýnir svipaða þróun við mismunandi pH-skilyrði.
(4) CODcr og SS
Skilvirkni fosfórfjarlægingar við að bæta við málmsöltum á frummeðhöndlunarstigi hefur verulega áhrif á eiginleika frárennslisvatnsins. Skýrt samband er á milli innihalds lífrænna efna og fosfórfjarlægingarvirkni málmsölta. Þegar CODcr er á bilinu 300–700 mg/L minnkar virkni fosfatfjarlægingar með aukinni CODcr. Svipaðar niðurstöður fengust úr rannsóknum á heildar sviflausnum (TSS), þ.e., því hærra sem TSS styrkur er, því minni er fosfóreyðingin.
Auk þess að draga úr skilvirkni fosfórfjarlægingar á frummeðhöndlunarstigi, veikir hátt innihald lífrænna efna einnig fosfóreyðingaráhrif málmsalta í virkum seyruofnum. Járn- og áljónir geta hvarfast við lífræn efni eins og huminsýru og fulvinsýru til að mynda óleysanlegar fléttur sem tengjast málmjónum og steinefnaoxíðum þeirra, og þar með hernema eða hindra hvarfstaði sem þarf til fosfatútfellingar, sem leiðir til lækkunar á efnafræðilegri fosfórfjarlægingu. Þetta er ein af ástæðunum fyrir því að eftir-fjarlæging fosfórs er oft valin í raunverulegum verkefnum.
III. Hvarfefnaviðbragðskerfi og hvarfefnisval
Viðbrögð álsúlfats við fosfór eru sýnd hér að neðan.
Í nærveru basa í vatni eru hvarf járnklóríðs við uppleyst fosfór og bíkarbónat basa í vatninu sýnd hér að neðan.
Ef basagildi vatnsins er ófullnægjandi myndar viðbætt járnklóríð vökvað járnoxíð botnfall, sem gefur yfirborðsvirka staði fyrir fosfórhvarf. Grundvallarreglan um járnsalt fosfór fjarlægingarkerfi er að fosfat og járn geta deilt súrefnisatómi og víxlverkun þeirra getur verið táknuð með eftirfarandi formúlu (gjald ekki gefið til kynna).
Þegar kalki er bætt við skólpsvatnið hvarfast kalkið fyrst við bíkarbónatbasa í vatninu og myndar kalsíumkarbónat (CaCO₃). Þegar pH kerfisins hækkar yfir 10 mun umfram kalsíumjónir hvarfast við fosföt og mynda hýdroxýapatit [Ca₅(OH)(PO₄)₃] botnfall, eins og sýnt er hér að neðan.
Af ofangreindum hvarfbúnaði má sjá að: (1) járnsölt og kalk verða fyrir miklum áhrifum af basastigi vatnsins; (2) Fjarlæging kalkfosfórs framleiðir mikið magn af seyru (bæði magnesíumhýdroxíð og kalsíumkarbónat eru seyru). Þetta er ein af ástæðunum fyrir því að álsölt eru oft valin til að fjarlægja fosfór í raunverulegum verkefnum.
IV. Skammtar efna
Skammturinn af málmsöltum er venjulega gefinn upp sem fjöldi móla af málmi (Me) sem bætt er við á hvert mól af leysanlegum fosfór (Pin) í innstreyminu. "Staukiómetrískur skammtur" vísar til þess að bæta við 1,0 móli af málmi fyrir hvert mól af fosfór sem er fjarlægt (þ.e. Me/Pin=1.0), sem er stranglega byggt á mólhlutfallinu sem þarf til að málmsaltið (álsalt eða járnsalt) hvarfast við fosfór til að mynda fosfatbotnfall. Eftir því sem skammtur málmsöltanna eykst, batnar hraði fosfórfjarlægingar og fosfórstyrkur frárennslis minnkar. Hins vegar, þegar skammturinn eykst að vissu marki, veikjast smám saman áhrifin til að fjarlægja stigvaxandi skammtinn af því að auka skammtinn.
Þegar járnklóríðskammturinn nær Me/Pin=1.5~2,0, getur það fjarlægt 80%~98% af leysanlegum fosfór. Til að ná mjög lágum heildarfosfórþéttni frárennslis (td undir 0,10 mg/L), þarf hærra skammtahlutfall, með Me/Pin=6~7.
Skammtahlutfall álsúlfats er svipað og járnklóríð, en flutningshlutfallið er lægra, á milli 75% og 95%. Notkun PAC eða natríumalúmínats til að ná svipaðri fosfórfjarlægingu þarf enn stærri skammta.
Af ofangreindum skammtaupplýsingum má sjá að járnsölt hafa mesta fosfóreyðingu, en eins og fyrr segir eru járnsölt fyrir miklum áhrifum af basavirkni. PAC hefur minnstu fosfórfjarlægingarvirkni, jafnvel lægri en álsúlfat. Þetta stangast á við þá skoðun sumra að PAC, sem er „pólýál“, ætti að hafa meiri fosfóreyðandi áhrif en ó-fjölliða álsúlfat.
Niðurstaða
Kemísk fosfórfjarlæging, sem mikilvæg aðferð við meðhöndlun skólps, fer ekki aðeins eftir gerð og skömmtum hvarfefnisins, heldur einnig á gæðum skólpsvatns, pH, basa, blöndun og flokkunarskilyrðum. Að velja viðeigandi málmsölt eða kalk, vísindalega útreikning á skammtinum og sameina þetta með hagræðingu ferli getur tryggt skilvirka fjarlægingu fosfórs á sama tíma og seyruframleiðslu og rekstrarkostnaður er stjórnað. Með því að skilja viðbragðsaðferðir og áhrifaþætti hvarfefnanna geta skólphreinsunarverkfræðingar náð stöðugri stjórnun á fosfór frárennslis og beitt sveigjanlega tækni til að fjarlægja fosfór á mismunandi stigum meðhöndlunar, sem veitir traustan stuðning við umhverfisvernd í þéttbýli.