ترسیب شیمیایی فاضلاب

ترسیب شیمایی فاضلاب: به سبب واکنش آهک با قلیاییت فاضلاب، به مقدار آهک مورد نیاز، بطور کلی مستقل از مقدار فسفات موجود است و در درجه ی اول به قلیاییت فاضلاب بستگی دارد.

مقدار آهک مورد نیاز برای ترسیب فسفات در فاضلاب عموماً حدود ۴ و ۱ تا ۵ و ۱ برابر کل قلیاییت با فرمول  CaCO₃ است.

چون برای ترسیب فسفات Ph بالایی لازم است، معمولاً ترسیب همزمان عملی نیست.

اگر آهک را به فاضلاب خام یا خروجی صانویه اضافه کنیم، معمولا قبل از تصفیه ی بعدی با دفع پساب، تنظیم PH ضروری خواهد بود.

برای پایین آوردن مقدار PH از کربن دهی مجدد با کربن دیوکسید  (CO₂)کمک می گیرند.

واکنشهای اصلی ترسیب فسفر با آلومینیوم و آهن به قرار زیر هستند.

ترسیب فسفات با آلومینیوم:

A1⁺^۳+H_nPO³₄^-n                 ↔           A1PO₄+Nh⁺                       (۱۲٫۷)

ترسیب فسفات با آهن:

Fe⁺³+HnPO^3-n₄                 ↔                  FePO₄ +Nh⁺                       (۱۳٫۷)

 

یک مول زاج یا آهن می تواند یک مول فسفات را ترسیب کند؛

اما این واکنشها به طرز فریبنده ای ساده اند و باید آنها را در پرتو بسیاری واکنشهای رقیب دیگر و با توجه به ثابتتهای تعادل آنها و اثرات قلیاییت، Ph، عناصر کمیاب، و لیگاندهای موجود در فاضلاب بررسی کرد.

به سبب وجود واکنشهای فراوان رقیب، رابطه های  (۱۲٫۷) و (۱۳٫۷) را نمیتوان مستقیماً برای تخمین مقدار لازم مواد شیمیایی به کار برد.

از این رو، مقدار مواد شیمیایی را، به ویژه در صورت پلی مرها، عموماً براساس آزمونهای در مقیاس آزمایشگاهی و گاه با مقیاس واقعی تعیین می کنند

خطهای پر، غلظت فسفات محلول باقیمانده را پس از ترسیب ردیابی میکنند.

فسفاتهای فلزی خالص در ناحیه ی هاشورزده ترسیب می شوند و رسوبهای کمپلکس مخلوط خارج از ناحیه ی هاشور زده، بطرف مقادیر بالاتر ph، تشکیل می شوند.

تعیین مقدار زاج برای جداسازی فسفر

مقدار زاج مایع لازم برای ترسیب فسفر فاضلابی که حاوی ۸ میلیگرم P/1 باشد را تعیین کنید.

همچنین در صورت یکه قرار باشد فاضلاب ۳۰ روزه ای را در تاسیسات تصفیه ذخیزه کنیم، گنجایش تاسیسات را تعیین کنید.

براساس آزمونهای آزمایشگاهی به ازای هر مول فسفر، ۵و۱ مول آلومینیوم لازم خواهد بود.

آهنگ جریان برابر با  (۳ Mgal/d) 10 , 455 m³/d است.

داده های زیر مربوط به موجودی زاج مایع است.

1. فرمول زاج مایع : A1₂(SO₄)₃       . ۱۸ H₂O
2. غلظت زاج= ۴۸%
3. چگالی محلول زاج مایع: ۱۰,۷ Lb/gal = 80 lb/ft³

 

حل

1. وزن آلومنیوم موجود در هر گالن زاج آلومینیوم را به دست آورید.

الف) وزن زاج در هر گالن برابر است با :

زاج بر گالن = ۰,۴۸ × ۱۰,۷ lb/gal = 5,14 lb/gal

ب) وزن آلومینیوم در هر گالن برابر است با:

وزن مولکولی زاج = ۶۶۶,۷

وزن مولکولی آلومینیوم = ۲۶,۹۸

آلومینیوم بر گالن = ۵,۱۴ lb/gal × (۲× ۲۶,۹۸:۶۶۶,۷) = ۰,۴۱۶ lb/gal

2. وزن آلومنیوم لازم به ازای واحد وزن فسفر را به دست آورید.

مقدار نظری: یک مول آلومینیوم در هر مول فسفر: الف

آلومینیوم لازم  ۱,۰lb ×(mwآلومینیوم:mwفسفر)ب:

=۱,۰lb × (۲۶ ,۹۸ : ۳۰,۹۷) = ۰,۸۷ lb آلومینیوم/lb فسفر

3. مقدار محلول زاج لازم به ازای هر پوند فسفر را تعیین کنید.

مقدار زاج = ۱,۵ ×(

= ۳,۱۳ پوند فسفر بر گالن زاج محلول

4. مقدار زاج محلول لازم در روز:

زاج= (۳, ۰ Mgal/d) ( 8 mg فسفر/۱) [۸,۳۴ lb/ Mgal.(mg/1)](3 ,13  پوند فسفر/ گالن زاج محلول)

= ۶۲۶,۵ گالن زاج محلول در روز

5. ظرفیت لازم برای دخیره سازی محلول زاج را بر اساس آهنگ جریان میانگین بدست آورید.

ظرفیت ذخیره سازی: (۶۲۶ ,۵ گالن زاج محلول در روز) (۳۰روزه) = ۱۸۷۹۵ گالن

 

 

جنبه های نظری ترسیب شیمیایی فاضلاب

نظریه ی واکنشهای شیمیایی ترسیب بسیار پیچیده است. واکنشهایی که قبلاً ذکر شده صرفا بخشی از آن را توجیه می کند و حتی الزاماً به همان شکل گفته شده هم رخ نمیدهد.

این واکنشها معمولاً ناقص اند و ممکن است واکنشهای جنبی بیشماری با سایر مواد درون فاضلاب رخ دهد.

بنابراین، بحث زیر ماهیت پدیده های دخیل را معرفی میکند.

 

 

ماهیت ذرات درون فاضلاب در ترسیب شیمیایی فاضلاب:

دو نوع کلی پراکندگی ذرات جامد کلوییدی در مایعات وجود دارد.

اگر حلال آب باشد، این ذرات را کلوییدهای “آبگریز” و “آبدوست” می نامند.

این دسته بندی بر جاذبه ی سطح ذره نسبت به آب مبتنی است.

ذرات آبگریز جاذبه ی نسبتاً کمی برای آب دارند؛ ذرات آبدوست جاذبه ی  زیادی نسبت به آن دارند.

اما باید توجه داشت که آب می تواند با ذرات آبگریز تا حدی واکنش کند.

برخی از مولکولهای آب عموماً جذب سطح ذرات آبگریز معمولی می شوند، ولی واکنش  بین آب و کلوییدهای آبدوست بسیار زیادتر است.

 

بارسطحی در ترسیب شیمیایی فاضلاب:

یک عامل مهم در ثبات کلوییدها وجود بار سطحی است.

این بار به روشهای مختلف بوجود می آید که به ترکیب شیمیایی محیط ( در این مورد فاضلاب) و کلویید بستگی دارند.

سوای چگونگی تشکیل این بار سطحی ، اگر قرار باشد برای ته نشینی، ذرات بصورت ذرات بزرگتر و با جرمی کافی به یکدیگر بچسبند (منفقد شوند)، باید آنها را ناپایدار کرد.

بار سطحی عموماً از طریق جذب سطحی انتخابی، یونش، و جایگزیمی همریخت ایجاد میشود.

مثلا: قطره های روغن، حبابهای گاز، یا سایر مواد پراکنده درآب که از نظر شیمیایی بی اثرند از طریق جذب سطحی انتخابی آنیونها ( بخصوص یونهای هیدروکسیل) بار منفی پیدا میکنند.

در مورد موادی چون پروتئینها و میکروارگانیزمها، بار سطحی از طریق یونش گروه های هیدروکسیل و آمینه کسب می شود.

ایزوالکتریک نشان داد که در آن R نشان دهنده ی توده ی جامد است.

ایجاد بار از طریق جایگزینی همریخت درخاک رس و سایر ذرات خاک رخ میدهد و در آن یونهای داخل ساختار شبکه ای  با یونهای محلول جایگزین می شوند( مثلا: جایگزینی سیلیسیم با آلومینیوم ).

وقتی که سطح کلویید یا ذره باردار می شود، برخی یونهای بار مخالف ( که به آنها یونهای نظیر میگویند) به سطح می چسبند.

این یونها، به سبب قدرت کافی نیروهای الکتروستاتیکی و وان دروالسی، در جای خود باقی می مانند تا بر تغییرات گرمایی فایق شوند.

گرداگرد این لایه ی ثابت یونی یک لایه ی پخشی یونی وجود دارد، که تغییرات گرمایی مانع تشکیل لایه ی متراکم دوگانه از آن میشود.

اگر ذره ای در یک محلول الکترولیتی قرار داده شود

وجریان الکتریکی از آن علور کند، آن ذره، بسته به بار سطحی خود،

به یکی از الکترودها جذب میشود و ابری از یونها را به دنبال خود می کشد.

ترسیب شیمیایی فاضلاب

در عملیات تصفیه ی فاضلاب، گاه پتانسیل را در سطح ابر ( که به آن سطح برش میگویند) اندازه گیری میکنند.

مقدار به دست آمده را پتانسیل زتا میخوانند.

از لحاظ نظری، پتانسیل زتا باید با پتانسیل اندازه گیری شده در سطح در برگیرنده ی لایه ی ثابت یونی چسبیده به ذره، برابر باشد.

کاربرد مقدار اندازه گیری شده ی پتانسیل زتا محدود است،

زیرا این مقدار نسبت به ماهیت اجزای محلول متغیر است و از این رو اندازه گیری آن تکرار پذیر نیست.