化学沈殿プロセスの詳細な説明: リン、重金属、および硬度イオンの除去の原理

従来の生物学的処理は水中のほとんどの COD を効率的に分解でき、無酸素脱窒プロセスを追加することで全窒素も効果的に除去できます。しかし、リン、重金属イオン、硬度イオンについては、単純な生物学的プロセスによる除去効果には限界があります。微生物は自らの増殖と代謝によって少量のリンしか吸収できないため、安定して基準を満たすことができません。一方、重金属や硬度イオンは生分解できず、生体系では効果的に除去できません。重金属イオンは微生物にとって有毒であり、濃度がわずかに高いと生物学的反応を阻害する可能性があります。硬度イオンは水に完全に溶解しており、生物システムは硬度イオンを除去することができません。

これらの物質に対処するには、化学的沈殿が必要です。-化学薬品を追加して、ターゲット イオンを溶解状態から不溶性状態に変化させて沈殿させ、固液分離によって除去します。-

化学的沈殿の基礎となるロジックは溶解度積の法則です。つまり、廃水に沈殿剤を添加すると、水中に溶解している汚染物質イオンが沈殿剤と結合し、水に溶解しにくい固体物質が形成されます。このような物質の濃度が水域の保持容量限界 (Ksp 溶解度積) を超えると、それらは自動的に水から沈殿し、分離のための沈殿物が形成されます。

重要なのは、添加する沈殿剤の量は、対象イオンの濃度を必要なレベルまで下げるのに十分である必要がありますが、過剰な沈殿剤は二次汚染（残留金属イオンや塩など）を引き起こし、スラッジの生成を増加させる可能性があるため、使用しないことです。{0}}

リンは水域の富栄養化の主な原因であり、全リンの排出基準はますます厳しくなっています。生物学的リン除去は、ポリリン酸蓄積バクテリアに依存して嫌気的にリンを放出し、好気的プロセス中に残りの汚泥とともに過剰なリンを除去します。ただし、除去率には限界があります。流入水中の総リンが高すぎる場合、生物学的リン除去では基準を確実に満たすには不十分であるため、代替として化学的リン除去を使用する必要があります。

原理: アルミニウム塩 (PAC) または鉄塩 (ポリ硫酸第二鉄) を添加すると、金属イオンがリン酸イオンと反応して、リン酸アルミニウムまたはリン酸鉄の沈殿物が形成されます。石灰 (Ca(OH)2) を添加することもでき、アルカリ性条件下でヒドロキシリン酸カルシウム沈殿物が形成されます。

アルミニウム塩の反応: Al3+ + PO43- → AlPO4↓;

鉄塩反応: Fe3⁺ + PO43⁻ → FePO4↓;

石灰反応: 5Ca2⁺ + 4OH⁻ + 3PO43⁻ → Ca₅(OH)(PO4)₃↓;

追加場所: 3 つのオプションがあります。生物処理タンクの前に事前に添加すると反応時間が長くなりますが、アルミニウム塩が微生物に及ぼす影響については依然として議論の余地があります。-生物処理槽の好気セクションの最後に同時添加する場合、曝気と撹拌を利用して反応を促進します。これは都市下水処理場で最も一般的な方法であり、凝集剤は活性汚泥の凝集を促進します。二次沈殿タンクの後の高度処理セクションでのポスト-添加は、残留リンを直接かつ正確に除去し、必要な用量は最小限で、スラッジの生成も最小限ですが、別個の反応および沈殿施設が必要です。具体的な選択は、プロセス フローとリンのコンプライアンス要件によって異なります。

重要な操作ポイント: 化学的リン除去の鍵は、化学物質の投与量と流入水中の総リン濃度を一致させることです。流入水中の全リン濃度が大きく変動する場合、投与量を調整するにはオンライン全リン計または定期的なサンプリングが必要です。排水の pH には注意が必要です。-アルミニウム塩と鉄塩の添加によりアルカリ度が消費され、pH が 6 未満になるとリンの除去効率が低下します。石灰を添加すると排水の pH が上昇するため、調整が必要になります。リン除去により生成する化学汚泥は無機物を多く含み、脱水性能が良好です。可能な限り生物汚泥とは別に処分する必要があります。

電気メッキ、冶金、鉱業、電子機器などの産業からの廃水には、銅、亜鉛、鉛、カドミウム、ニッケル、クロムなどの重金属イオンが含まれています。重金属は毒性が高く、分解できないため、厳密な管理が必要です。-

原理: アルカリ (NaOH、Ca(OH)₂) または硫化物 (Na₂S、NaHS) を添加すると、重金属イオンが水酸化物または硫化物として沈殿します。水酸化物の沈殿はシンプルで低コストの方法であり、主流のアプローチとなっています。-硫化物の沈殿は溶解度積が小さく、除去効率が高くなります (特に水銀とカドミウムの場合) が、過剰な硫化物を添加すると有毒な H₂S ガスが生成され、H₂S の流出を防ぐためにアルカリ性条件が必要になります。クロム-含有廃水中の六価クロム (Cr⁶⁺) は、まず還元剤 (重亜硫酸ナトリウム、メタ重亜硫酸ナトリウム) で三価クロム (Cr3⁺) に還元し、その後アルカリで Cr(OH)₃ として沈殿させる必要があります。

重要な操作ポイント: pH 制御が最も重要です-各重金属には水酸化物の沈殿に最適な pH 範囲（通常は 8 ～ 10）があり、その範囲は異なります。混合廃水中の複数の重金属の共存を総合的に考慮し、妥協する pH 値または段階的な沈殿を選択する必要があります。沈殿反応が完了したら、固液分離を強化するために凝固剤 (PAC+PAM) を添加する必要があります。-そうしないと、微細な沈殿粒子が流出液に浸透してしまいます。錯体は沈殿を妨げる可能性があります-たとえば、シアン化物を含む重金属錯体は、沈殿前に錯体の分解を必要とします-。

硬度イオンは主にカルシウム (Ca2⁺) イオンとマグネシウム (Mg2⁺) イオンです。これらは膜システム (RO、NF) でスケールを引き起こし、熱交換装置でスケールを形成して熱交換効率を低下させ、ランドリー業界の洗浄品質に影響を与えます。

原理: 化学薬品を使用してカルシウムイオンとマグネシウムイオンを CaCO₃ と Mg(OH)₂ に変換すると、ほとんどのカルシウムイオンとマグネシウムイオンを除去できます。

動作点: 軟化した排水の pH は高く、後続の処理ユニットに入る前または排出される前に酸を加えて中性に調整する必要があります。沈殿反応には十分な保持時間が必要であり、沈殿効果を向上させるために凝集および凝集と組み合わせる必要があります。軟化汚泥は、主に炭酸カルシウムと水酸化マグネシウムで構成され、大量に生成され、脱水して建築材料として使用したり、埋め立て地に送ったりすることができます。

化学的リン除去は、多くの場合、生物学的処理段階と同時に、または進行した段階の後に実行されます。重金属の除去は、生物系を保護するための流入端での前処理です。硬さを除去するための軟化は、通常、再利用処理の前端（膜システムの前）で行われます。これら 3 つは、水質要件に応じて組み合わせて使用​​できます。-重金属-を含む廃水は通常、生物処理プロセスに入る前に化学沈殿を行って重金属を除去します。都市下水では、同時のリン除去と高度なリン除去が一般的です。再利用プロジェクトでは、膜の前に軟化処理が行われます。