فرایندهای واحد شیمیایی۲

واکنش های مربوط به زاج، آهک، فروسولفات  و آهک، فریک کلرید، فریک کلرید وآهک و فریک سولفات و آهک بررسی میکنیم:

واکنش شیمیایی آب: آلومینیوم هیدروکسید نامحلول لخته ای ژلاتینی است که بتدریج در فاضلاب ته نشینی میشود و مواد معلق را با خود خارج میکند و تغییرات دیگری نیز به وجود می آورد.

زاج: هنگامی که به فاضلاب حاوی کلسیم و منیزیوم بیکربنات زاج می افزاییم، واکنشی به شکل زیر رخ میدهد:

۱۳۶×۳                                                    ۱۰۰×۳ به شکل CaCO₃                                                                  ۷×۶۶۶

A1₂(SO₂)₃.۱۸H₂O                        +                           ۳Ca(HCO₃)₂                                          ↔                       ۳ CaSO₂

۲×۷۸                                            ۶×۴۴                   ۱۸×۱۸

+                           ۲A1(OH)₃                                    ۶ CO₂            +    ۱۸H₂O

(۱٫۷)                       کربن دیوکسید                             آلومینیوم هیدروکسید

اعداد بالای فرمولهای شیمیایی جمع وزنهای مولکولی مواد مختلف است و بنابراین نشانگر مقدار هریک از آن مواد است.

 

اگر به جای نمک کلسیم از منیزیوم بیکربنات استفاده شود، واکنش دقیقاً مشابه خواهد بود.

چون قلیاییت رابطه ی (۱٫۷) بصورت کلسیم بیکربنات  (CaCO₃)داده شده است که وزن مولکولی آن ۱۰۰ است، مقدار قلیاییت لازم برای واکنش با ۱۰  mg/1 زاج عبارت است از

=۴,۵ mg/1 0 mg/1×و۱۰

اگر مقدار قلیاییت موجود کمتر از این باشد، باید مقداری به آن اضافه کرد. درصورت لزوم آهک را عموماً به این منظور اضافه  میکنند، اما این کار در تصفیه ی شیمیایی فاضلاب به ندرت ضرورت می یابد.

آهک:

هنگامی که فقط آهک را به منزله ی ماده ی رسوب دهنده اضافه کنیم، اصول زلال کنندگی آب با واکنشهای زیر توصیف می شود:

واکنش شیمیایی آب:

۱۸×۲                               ۱۰۰                                                          ۴۴به شکلCO₂                   ۵۶           به شکلCaO

Ca(OH₂)                           +                        H₂ CO₃                          ↔                       CaCO₃               +               ۲H₂O

(۲٫۷)                           کلسیم بی کربنات                                            کربنیک اسید                                      کلسیم هیدروکسید

 

۱۸×۲                               ۱۰۰×۲                                                     ۱۰۰به شکلCO₂                ۵۶           به شکلCaO

Ca(OH₂)                           +                   Ca(HCO₃ )                         ↔                       CaCO₃               +               ۲H₂O

(۳٫۷)                           کلسیم کربنات                                            کلسیم بی کربنیک                                              هیدروکسید

 

بنابراین، باید مقدار کافی آهک افزود تا با تمام کربنیک اسید آزاد وکرنیک اسید بی کربناتها ( کربنیک اسید نیم وابسته ) ترکیب شود و کلسیم بی کربنات را ، که به منزله ی لخته ساز عمل میکند، به وجود آورد. هنگامی که آهک به تنهایی مصرف می شود، مقدار مورد نیاز آن بسیار بیشتر از زمانی استکه از سولفات آهن نیز استفاده می شود.

در مواردی که فاضلاب صنعتی اسیدهای معدنی یا نمکهای اسیدی به فاضلاب وارد کرده باشد، باید قبل از ترسیب، این موارد را خنثی سازیم.

فروسولفات و آهک:

اکثر اوقات، فروسولفات را نمیتوان به منزله ی تنها ماده ی رسوب دهنده به کار برد، زیرا برای تشکیل ماده ی رسوب دهنده آهک نیز باید اضافه شود.

در رابطه ی (۴٫۷)، واکنش با فروسولفات تنها نشان داده شده است.

۲۷۸                               CaCO₃ ۱۰۰به شکل                     ۱۷۸                      ۱۳۶                       ۷×۱۸

FeSO₄.۷H₂O             +           CA(HCO₃)₂                     ↔      Fe(HCO₃)₂      +      CaSO₄       +     ۷H₂O

فروسولفات            کلسیم بی کربنات                    فروبی کربنات                                 کلسیم سولفات             (۴٫۷)

 

 

اگر اکنون آهک را به شکل Ca(OH)₂ بی افزاییم، واکنشی که انجام می شود بدین قرار است :

 

۱۷۸                         CaO به شکل ۲×۵۶                                       ۸۹,۹                   ۲×۱۰۰                  ۲×۱۸

Fe(HCO₃)₂         +             ۲Ca(OH)₂               ↔              Fe(OH)₂             +    ۲CaCO₃          +    ۲H₂O

فرو بی کربنات       کلسیم هیدروکسید                  فروهیدروکسید                               کلسیم کربنات                   (۵٫۷)

 

بعداً فروهیدروکسید با اکسیژن محلول در فاضلاب به شکل دلخواه نهایی، یعنی فریک هیدروکسید، کسید می شود.

 

۴×۸۹,۹                                    ۳۲                                      ۲×۱۸                                             ۴×۱۰۶,۹

۴ Fe(OH)₂        +                     O₂                     +              ۲H₂O                          ↔             ۴Fe(OH)₃               (۶٫۷)

فروهیدروکسید                اکسیژن                                               فریک هیدروکسید

فریک هیدروکسید غیر محلول به شکل یک لخته ی توده ای ژلاتینی شبیه به لخته ی زاج تشکیل می شود.

قلیاییت لازم برای رسیدن به مقدار ۱۰ mg/1 فروسولفات برابر است با :

۱۰, ۰ mg/1×= ۳,۶ mg/1

آهک لازم برابر است با:

 

۱۰, ۰ mg/1×= ۴ mg/1

اکسیژن لازم برابر است با:

۱۰, ۰ mg/1×=۰,۲۹ mg/1

چون تشکیل فریک هیدروکسید به حضور اکسیژن محلول بستگی دارد، واکنش رابطه ی (۶٫۷) نمیتواند در فاضلاب عفونی یا فضولات صنعتی فاقد اکسیژن تکمیل شود.

فریک سولفات می تواند جای فروسولفات را بگیرد و اغلب استفاده از آن نیاز به افزودن آهک و شرط وجود اکسیژن محلول را رفع می کند.

 

فریک کلرید:

واکنش های فریک کلرید چنین اند:

 

۱۶۲,۱                            ۳×۱۸                               ۱۰۶,۹

FeCI₃              +            ۳ H₂O            ↔            Fe(OH)₃                 +۳H⁺+۳CI⁻ (۷٫۷)

فریک کلرید   آب                               فریک هیدروکسید

 

۳H⁺               +               ۳HCO-₃           ↔     ۳H₂CO₃                          (۸٫۷)

بی کربنات                      اسیدکربنیک

 

 

فریک کلرید و آهک:

واکنشهای فریک کلرید و آهک چنین اند:

۲×۱۶۲                                        CaOبه شکل۳×۵۶                               ۳×۱۱                                     ۲×۱۰۶,۹

۲FeCI₃                   +                        ۳Ca(OH)₂              ↔              ۳CaCI₂               +                ۲Fe(OH)₃          (۹٫۷)

فریک کلرید                           کلسیم هیدروکسید کلسیم کلرید                                            فریک هیدروکسید

 

فریک سولفات وآهک:

واکنشهای فریک سولفات وآهک چنین اند:

۴۰۰                                         CaOبه شکل۳×۵۶                               ۴۰۸                                              ۲×۱۰۶,۹

Fe₂(S0₄)₃                 +             ۳Ca(OH)₂                        ↔          ۳CaSO₄                +                 ۲Fe(OH)₃        (۱۰٫۷)

فریک سولفات                        کلسیم هیدرکسید کلسیم سولفات                                              فریک هیدروکسید

 

 

واکنش شیمیایی آب: ترسیب شیمیایی برای جداسازی فسفر 

جداسازی فسفر از فاضلاب عبارت است از ترکیب فسفات با مواد جامد معلق و سپس جداسازی همان مواد جامد.

فسفر را میتوان  با مواد جامد زیست شناختی ( ماننند میکروارگانیزمها) و یا با رسوب سازهای شیمیایی ترکیب کرد.

 

واکنش شیمیایی آب: روش های جداسازی فسفر

مواد شیمیایی مورد استفاده در جداسازی فسفر شامل نمکهای فلزی و آهک است.

معمولترین نمکهای فلزی مورد استفاده فریک کلریدو آلومینیوم سولفات ( زاج )اند.

از فروسولفات و فروکلرید، که به صورت محصولات جانبی عملیات فولادسازی بدست می آیند ( مایع اسید شویی)، نیز استفاده می شود.

از پلی مرها نیز به همراه نمکهای آهن و زاج به طور موثری استفاده شده است.

آهک به سبب افزایش زیاد وزن لجن تولید شده در مقایسه با لجن نمکهای فلزی و نیز به دلیل مشکلات بهره برداری و نگهداری ناشی از جابه جا کردن، ذخیره سازی و تغذیه ی آهک، این ماده کمتر از بقیه ی مواد مورد استفاده قرار گرفته است.

ترسیب فسفر از فاضلاب در چندین نقطه ی مختلف در نمودار جریان فرآیند ممکن است.

موقعیتهای عمومی که در آنها فسفر را میتوان جدا کردبدین صورت قابل دسته بندی اند.

1. پیش ترسیب
2. ترسیب همزمان
3. پس ترسیب

پیش ترسیب:

افزودن مواد شیمیایی به فاضلاب خام به منظور ترسیب شیمیایی فسفر در تاسیسات ته نشینی اولیه را اصطلاحاً پیش ترسیب می نامند.

فسفات ترسیب شده به همراه لجن اولیه جدا می شود.

ترسیب همزمان:

افزودن مواد شیمیایی به منظور تشکیل رسوباتی که همراه با لجن زیست شناختی جدا میشود را “ترسیب همزمان ” می نامند.

مواد شیمیایی را می توان به خروجی تاسیسات  ته نشینی  اولیه ، محلول آمیخته ( در فرآیند لجن فعال شده ) یا قبل از ته نشینی ثانویه به خروجی فرایند تصفیه ی زیست شناختی اضافه کرد.

پس ترسیب:

پس ترسیب عبارت است ازافزودن مواد شیمیایی به خروجی تاسیسات ته نشینی ثانویه و جداسازی رسوبهای شیمیایی حاصل از آن.

در این فرآیند،رسوبهای شیمیایی معمولاً در تاسیسات ته نشینی جداگانه یا در صرافیهای جریان خروجی جدا می شوند.

شیمی جداسازی فسفات:

ترسیب شیمیایی فسفر به وسیله ی افزودن نمکهای یونهای فلزی چند ظرفیتی که تشکیل دهنده ی فسفاتهای تقریباً محلول اند، انجام می شود.

یونهای فلزی چند ظرفیتی مورد استفاده عبارت اند از کلسیم دو ظرفیتی [Ca (II)]، آلومینیوم سه ظرفیتی [A1 (III)]، و آهن سه ظرفیتی  [Fe (III)].

چون شیمی ترسیب فسفات با کلسیم، کاملاً متفاوت با ترسیب با آلومینیوم و آهن است.

کلسیم را معمولاً به صورت آهک،  Ca (OH)₂، اضافه میکنند.

از روی رابطه هایی که قبلا داده شد میبینیم که هنگامی که آهک به آب اضافه می شود با قلیاییت طبیعی بیکربنات واکنش میکند تا CaCO₃ رسوب کند. با تجاوز Ph فاضلاب از حدود ۱۰، یونهای اضافی کلسیم در آن هنگام، مطابق با رابطه ی (۱۱٫۷)، واکنش میکنند تا هیدروکسیلاپتیت Ca₁₀ (PO₄)₆(OH)₂ رسوب کند.

ترسیب فسفات با کلسیم مطابق واکنش زیر انجام می شود.

۱۰Ca⁺^۲+۶PO⁻^۳₄+ ۲OH⁻  ↔Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂                                ←        (۱۱٫۷)