Explicação detalhada do processo de precipitação química: princípios de remoção de fósforo, metal pesado e íons de dureza

O tratamento biológico convencional pode degradar eficientemente a maior parte do DQO na água e, com a adição de processos de desnitrificação anóxica, o nitrogênio total também pode ser removido com eficácia. No entanto, para fósforo, íons de metais pesados ​​e íons de dureza, o efeito de remoção de processos biológicos simples é limitado: os microrganismos só podem assimilar uma pequena quantidade de fósforo através de seu próprio crescimento e metabolismo, que não pode atender de forma estável aos padrões; enquanto metais pesados ​​e íons de dureza não podem ser biodegradados e os sistemas biológicos não conseguem alcançar uma remoção eficaz. Os íons de metais pesados ​​são tóxicos para os microrganismos e concentrações ligeiramente mais altas podem inibir reações biológicas; os íons de dureza são completamente dissolvidos na água e os sistemas biológicos não conseguem removê-los.

Para lidar com essas substâncias, é necessária a precipitação química-adicionando agentes químicos para fazer com que os íons alvo mudem de um estado dissolvido para um estado insolúvel e precipitam, que é então removido por meio de separação sólida-líquida.

A lógica subjacente da precipitação química é a regra do produto de solubilidade: a adição de agentes precipitantes às águas residuais faz com que os íons poluentes dissolvidos na água se combinem com os agentes, formando substâncias sólidas que são difíceis de dissolver na água. Quando a concentração dessas substâncias ultrapassa o limite da capacidade de carga (produto de solubilidade Ksp) do corpo hídrico, elas precipitarão automaticamente da água, formando sedimentos para separação.

O segredo é que a quantidade de precipitante adicionado deve ser suficiente para reduzir a concentração dos íons alvo ao nível necessário, mas não excessivamente-precipitante excessivo pode causar poluição secundária (como íons metálicos residuais e sais) e aumentar a produção de lodo.

O fósforo é o principal responsável pela eutrofização nas massas de água e as normas de descarga para o fósforo total estão a tornar-se cada vez mais rigorosas. A remoção biológica de fósforo depende de bactérias-acumuladoras de polifosfato para liberar fósforo anaerobicamente e, em seguida, remover o excesso de fósforo com o lodo restante durante os processos aeróbicos. No entanto, a taxa de remoção é limitada. Quando o fósforo total no afluente é muito alto, a remoção biológica do fósforo é insuficiente para atender com segurança aos padrões, e a remoção química do fósforo deve ser usada como alternativa.

Princípio: A adição de sais de alumínio (PAC) ou sais de ferro (sulfato poliférrico) faz com que os íons metálicos reajam com os íons fosfato para formar precipitados de fosfato de alumínio ou fosfato de ferro; cal (Ca(OH)₂) também pode ser adicionada, formando precipitados de hidroxifosfato de cálcio sob condições alcalinas.

Reação do sal de alumínio: Al³⁺ + PO₄³⁻ → AlPO₄↓;

Reação do sal de ferro: Fe³⁺ + PO₄³⁻ → FePO₄↓;

Reação de cal: 5Ca²⁺ + 4OH⁻ + 3PO₄³⁻ → Ca₅(OH)(PO₄)₃↓;

Local de adição: Existem três opções. A pré-adição antes do tanque de tratamento biológico resulta em um longo tempo de reação, mas o impacto dos sais de alumínio nos microrganismos permanece controverso; a adição simultânea no final da seção aeróbica do tanque de tratamento biológico utiliza aeração e agitação para promover a reação, método mais comum em estações de tratamento de efluentes municipais, e o coagulante promove a floculação do lodo ativado; a pós-adição após o tanque de sedimentação secundário, na seção de tratamento avançado, remove direta e precisamente o fósforo residual, requer a menor dosagem, produz menos lodo, mas requer uma instalação separada de reação e sedimentação. A escolha específica depende do fluxo do processo e dos requisitos de conformidade do fósforo.

Principais pontos operacionais: A chave para a remoção química do fósforo é combinar a dosagem do produto químico com a concentração total de fósforo no afluente. Quando a concentração total de fósforo no afluente flutua significativamente, é necessário um medidor de fósforo total online ou amostragem periódica para ajustar a dosagem. O pH do efluente precisa de atenção-a adição de sais de alumínio e ferro consome alcalinidade e a eficiência de remoção de fósforo diminui quando o pH está abaixo de 6; a adição de cal elevará o pH do efluente, necessitando de ajuste. O lodo químico produzido pela remoção do fósforo contém grande quantidade de matéria inorgânica e possui bom desempenho de desidratação; deve ser eliminado tanto quanto possível separadamente do lodo biológico.

As águas residuais de indústrias como galvanoplastia, metalurgia, mineração e eletrônica contêm íons de metais pesados, como cobre, zinco, chumbo, cádmio, níquel e cromo. Os metais pesados ​​são altamente tóxicos e não{1}}degradáveis, exigindo controle rigoroso.

Princípio: A adição de álcalis (NaOH, Ca(OH)₂) ou sulfetos (Na₂S, NaHS) faz com que íons de metais pesados ​​precipitem como hidróxidos ou sulfetos. A precipitação com hidróxido é um método simples e-de baixo custo, o que o torna a abordagem predominante. A precipitação de sulfeto tem um produto de solubilidade menor e maior eficiência de remoção (especialmente para mercúrio e cádmio), mas a adição excessiva de sulfeto produz gás H₂S tóxico, exigindo condições alcalinas para evitar o escape de H₂S. Para cromo hexavalente (Cr⁶⁺) em águas residuais contendo cromo-, ele deve primeiro ser reduzido a cromo trivalente (Cr³⁺) com um agente redutor (bissulfito de sódio, metabissulfito de sódio) e depois precipitado como Cr(OH)₃ com um álcali.

Principais pontos operacionais: o controle do pH é fundamental-cada metal pesado tem uma faixa de pH ideal para precipitação de hidróxido (geralmente entre 8 e 10), e essas faixas variam. A coexistência de múltiplos metais pesados ​​em águas residuais mistas deve ser considerada de forma abrangente, selecionando um valor de pH de compromisso ou precipitação gradual. Após a conclusão da reação de precipitação, um coagulante (PAC+PAM) deve ser adicionado para melhorar a separação de sólidos-líquidos; caso contrário, partículas finas de precipitado penetrarão no efluente. Os complexos podem interferir na precipitação-por exemplo, complexos de metais pesados ​​contendo cianeto-requerem a quebra do complexo antes da precipitação.

Os íons de dureza são principalmente íons de cálcio (Ca²⁺) e magnésio (Mg²⁺). Eles causam incrustações em sistemas de membrana (RO, NF), formam incrustações em equipamentos de troca de calor, reduzindo a eficiência da troca de calor e afetam a qualidade da limpeza na indústria de lavanderia.

Princípio: Ao usar agentes químicos para converter íons de cálcio e magnésio em CaCO₃ e Mg(OH)₂, a maioria dos íons de cálcio e magnésio podem ser removidos.

Pontos de Operação: O pH do efluente amolecido é alto e precisa ser ajustado para neutro pela adição de ácido antes de entrar nas unidades de tratamento subsequentes ou ser descarregado. A reação de precipitação requer tempo de retenção suficiente e deve ser combinada com coagulação e floculação para melhorar o efeito de precipitação. O lodo amolecido é produzido em grandes quantidades, composto principalmente por carbonato de cálcio e hidróxido de magnésio, que pode ser desidratado e utilizado como material de construção ou enviado para aterros sanitários.

A remoção química do fósforo é muitas vezes realizada simultaneamente com a fase de tratamento biológico ou após a fase avançada; a remoção de metais pesados ​​é um pré-tratamento na extremidade afluente para proteger o sistema biológico; o amolecimento para remover a dureza é geralmente realizado no início do tratamento de reutilização (antes do sistema de membrana). Os três podem ser usados ​​em combinação, dependendo dos requisitos de qualidade da água.-águas residuais contendo metais pesados-geralmente passam por precipitação química para remover metais pesados ​​antes de entrar no processo de tratamento biológico; a remoção simultânea de fósforo + remoção avançada de fósforo é uma prática comum para águas residuais municipais; e em projetos de reaproveitamento o amolecimento é realizado antes da membrana.