Какие существуют способы удаления фосфоров из сточных вод?

Последнее редактирование сделал пользователь zhaolijun 06.07.2015 в 19:46. Обычно выделяют два этапа: химическое удаление фосфатов: первый этап заключается в химическом удалении фосфатов из потока сточных вод с высоким содержанием фосфора; для этого требуется относительно простое оборудование； Второй способ — удаление фосфора до сброса; при этом неорганический фосфор, как правило, превращается в ортофосфаты, которые удаляются полностью. Биологическое удаление фосфора: методы A2/0, SBR, CASS и окислительные каналы обеспечивают хорошее удаление фосфора.

Для удаления фосфора существуют два метода: химическое и биологическое удаление. Биологическое удаление является относительно экономичным способом, однако в настоящее время этот метод не гарантирует стабильного достижения норматива содержания фосфора в сточных водах на уровне 0,5 мг/л. Поэтому для обеспечения стабильного соблюдения этого норматива часто приходится применять химическое удаление фосфора. Химическое удаление фосфора осуществляется путем химического осаждения. Под химическим осаждением подразумевается процесс, при котором в сточные воды добавляются неорганические металлические соли. Эти соли взаимодействуют с растворенными в сточных водах солями, такими как фосфаты, в результате чего образуются твердые, нерастворимые частицы. В этом процессе происходит так называемый переход фаз. Пример уравнения реакции приведен в формуле 1. На самом деле после добавления химических реагентов в сточных водах происходит не только реакция осаждения, но и химическая флокуляция; поэтому необходимо различать химическое осаждение и химическую флокуляцию. FeCl3 + K3PO4 → FePO4↓ + 3KCl. Уравнение 1. Процесс осаждения в сточных водах можно просто понимать как процесс преобразования растворенных в воде веществ, в основном ионных, в нерастворимые, твердые частицы. Флокуляция же представляет собой процесс слияния мелких нерастворимых твердых частиц в более крупные образования. Следовательно, флокуляция не является процессом перехода фаз. В процессе очистки сточных вод флокуляция и осаждение играют чрезвычайно важную роль. Однако флокуляция используется для улучшения эффективности осаждения в отстойниках, а осаждение — для удаления растворенного в сточных водах фосфора. При использовании процесса осаждения для осуществления фазового перехода, после добавления в сточные воды растворимых солей металлов, с одной стороны, растворимый фосфор превращается в нерастворимые фосфаты металлов; с другой стороны, в зависимости от значения pH образуются также нерастворимые гидроксиды. С другой стороны, по мере увеличения количества осадка и накопления более мелких нерастворимых твердых частиц в более крупные нерастворимые твердые частицы происходит дестабилизация стабильного коллоида; под действием градиента скорости или процесса диффузии дестабилизированные коллоиды соприкасаются друг с другом, образуя флокулы. В конце, посредством этапа разделения твердых и жидких фаз, получают очищенные сточные воды и концентрат твердых и жидких веществ (химический осадок), что позволяет достичь цели химического удаления фосфора. На основе химических реакций осаждения, для получения фосфатных соединений в качестве химических реагентов, используемых для химического удаления фосфатов, применяются в основном соли металлов и гидроксид кальция (гашеная известь). Многие препараты, содержащие ионы дорогостоящих металлов, при добавлении в сточные воды соединяются с растворимыми ионами фосфора, образуя нерастворимые соединения. По экономическим причинам для осаждения фосфатов в качестве реагентов используются в основном соли Fe3+, Al3+ и Fe2+ и известь. Эти препараты используются в виде растворов и суспензий. Соли двухвалентного железа можно использовать только в том случае, если в сточных водах содержится кислород, позволяющий им окислиться до солей трехвалентного железа. На практике для того, чтобы Fe2+ мог окисляться, его добавляют в аэрационные песколовки или с помощью метода синхронной осадки — в аэрационные бассейны; эффект от этого такой же, как при использовании Fe3+. Реакции описываются уравнениями 2 и 3. Al3++PO43-→AlPO4↓ при pH=6–7 (уравнение 2); Fe3++PO43-→FePO4↓ при pH=5–5,5 (уравнение 3). Реакцией, конкурирующей с процессом осаждения, является реакция ионов металлов с OH−; поэтому при работе с различными солями металлов необходимо учитывать количество ионов металла. Уравнения этих реакций приведены в уравнениях 4 и 5. Al3+ + 3OH− → Al(OH)3↓ Уравнение 4; Fe3+ + 3OH− → Fe(OH)3 Уравнение 5. Гидроксиды металлов образуют крупные флоккулы, что способствует коагуляции осадка; они также адсорбируют коллоидные вещества и мелкие взвешенные частицы. Следует отметить, что осаждение органических веществ в ходе химической коагуляции с целью удаления фосфатов является второстепенным процессом; однако при разделении решающую роль играет коагуляция органических коллоидов и взвешенных веществ в флокулы. Эффект осаждения зависит от значения pH; растворимость фосфатов металлов также зависит от pH. Оптимальный диапазон значений pH для железных солей составляет 5,0–5,5, а для алюминиевых солей — 6,0–7,0, поскольку в этих пределах растворимость FePO4 или AlPO4 минимальна. Кроме того, использование препаратов на основе металлических солей приносит пользу при обработке сточных вод и ила: например, снижается индекс вязкости ила, что способствует десульфурации биогаза и т. д. Добавление препаратов на основе металлических солей приводит к увеличению содержания ионов Cl- или SO4^2- в очищенных сточных водах. Если в растворе средства для осаждения также присутствует кислота, необходимо уделять этому особое внимание. После добавления солей металлов щелочность сточных вод соответственно снижается, что может негативно повлиять на очистку. При использовании сульфата железа в процессе синхронного осаждения необходимо учитывать его влияние на реакцию нитрификации. Кроме того, если иловые отложения очистных сооружений используются в сельском хозяйстве, при применении реагентов на основе металлических солей для удаления фосфора необходимо учитывать влияние нагрузки по алюминию или железу на сельское хозяйство. Помимо препаратов на основе металлических солей, гидроксид кальция также используется в качестве осадительного реагента. В процессе осаждения основную роль в образовании нерастворимого фосфата кальция играют не ионы Ca2+, а ионы OH−, поскольку с повышением pH растворимость фосфата кальция уменьшается; для удаления фосфатов с помощью Ca(OH)2 требуется значение pH выше 8,5. Образование фосфата кальция происходит по уравнению 6: 5Ca2+ + 3PO43- + OH- → Ca5(PO4)3OH↓. При pH ≥ 8,5 происходит именно такой процесс. Однако в диапазоне pH от 8,5 до 10,5, помимо осаждения фосфата кальция, также образуется карбонат кальция. Это может привести к образованию отложений на стенках резервуаров, каналов и трубопроводов. Реакция описывается уравнением 7. Ca2++CO32-→CaCO3. Реакция осаждения фосфатов с участием кальция, описываемая уравнением 7, зависит не только от значения pH, но также от концентрации гидрокарбонатов (щелочности). При определенном значении pH количество добавляемого кальция пропорционально щелочности. При осаждении кальцием мягкие или умеренно жесткие сточные воды требуют небольшого количества кальция для достижения необходимого значения pH; напротив, сточные воды с высокой буферной способностью требуют большего количества добавляемого кальция. Процессы химической коагуляции классифицируются по месту добавления коагулирующих веществ. На практике часто применяются следующие методы: предварительная коагуляция, синхронная коагуляция и последующая коагуляция, а также флокуляционная фильтрация после биологической обработки. (1) Предварительная коагуляция. Особенностью процесса предварительной коагуляции является то, что коагулирующее вещество добавляется в песчано-гравийный отстойник, либо в водовод (трубу), ведущий к первичному отстойнику, либо в Вентури-трубу (где создается вихревое течение). Как правило, необходимо установить устройство для создания вихрей или подавать энергию для обеспечения смешивания. Образующийся в результате осадок (крупные флокулы) отделяется путем осаждения в первом отстойнике. Если в биологической ступени используется биофильтр, то применение реагента Fe2+ запрещено во избежание повреждения наполнителя (образование желтой ржавчины). Предосаждение (как показано на рис. 2) особенно подходит для модернизации существующих очистных сооружений (для внедрения мер химического удаления фосфора), поскольку этот процесс позволяет не только удалять фосфор, но и снижать нагрузку на сооружения биологической очистки. Обычно используемыми коагулянтами являются известь и соли металлов. После осаждения перед менструацией содержание оставшегося фосфата составляет 1,5–2,5 мг/л, что полностью удовлетворяет потребности последующей биологической обработки в фосфоре. (2) Синхронная осаждение. Синхронная осаждение является наиболее широко используемым химическим методом удаления фосфора; за рубежом он применяется примерно в 50% всех случаев химического удаления фосфора. Технология заключается во введении коагулирующего реагента в воду, выходящую из аэрационного бассейна, или в воду, поступающую во вторичный отстойник; в отдельных случаях реагент также добавляют в воду, поступающую в аэрационный бассейн, или в каналы (трубопроводы) для возврата осадка. В настоящее время этот метод применяется на многих очистных сооружениях; например, на третьей очереди очистных сооружений Датаньша в Гуанчжоу используется синхронная седиментация, при которой добавление химикатов оказывает относительно небольшое влияние на активный ил. (3) Последующее осаждение. Последующее осаждение представляет собой процесс, при котором осаждение, флокуляция и разделение сформировавшихся флокул проводятся в установке, отделенной от биологических сооружений; поэтому этот процесс также называют двухстадийным. Обычно коагулянт добавляют в смесительный бассейн (бассейн М), расположенный после вторичного отстойника; за ним следуют флокуляционный бассейн (бассейн F) и отстойник (или флотационная установка). Для водоемов с нестрогими требованиями в процессе последующего осаждения можно использовать известковый раствор, однако необходимо контролировать значение pH очищенной воды, например, путем нейтрализации с помощью CO2, содержащегося в биогазе. Использование пневматических флотаторов позволяет более эффективно удалять взвешенные вещества и общий фосфор, чем при использовании отстойников, однако из-за необходимости постоянной подачи воздуха эксплуатационные расходы оказываются выше.

Выучил*, спасибо за分享!