रासायनिक अवक्षेपण प्रक्रिया की विस्तृत व्याख्या: फास्फोरस, भारी धातु और कठोरता आयन हटाने के सिद्धांत

पारंपरिक जैविक उपचार पानी में अधिकांश सीओडी को कुशलतापूर्वक कम कर सकता है, और एनोक्सिक डिनाइट्रीकरण प्रक्रियाओं को जोड़ने के साथ, कुल नाइट्रोजन को भी प्रभावी ढंग से हटाया जा सकता है। हालाँकि, फॉस्फोरस, भारी धातु आयनों और कठोरता आयनों के लिए, सरल जैविक प्रक्रियाओं का निष्कासन प्रभाव सीमित है: सूक्ष्मजीव केवल अपनी वृद्धि और चयापचय के माध्यम से फॉस्फोरस की थोड़ी मात्रा को आत्मसात कर सकते हैं, जो मानकों को पूरा नहीं कर सकते हैं; जबकि भारी धातुओं और कठोरता वाले आयनों को बायोडिग्रेडेड नहीं किया जा सकता है, और जैविक प्रणालियाँ प्रभावी निष्कासन प्राप्त नहीं कर सकती हैं। भारी धातु आयन सूक्ष्मजीवों के लिए जहरीले होते हैं, और थोड़ी अधिक सांद्रता जैविक प्रतिक्रियाओं को रोक सकती है; कठोरता आयन पूरी तरह से पानी में घुल जाते हैं, और जैविक प्रणालियाँ उन्हें हटा नहीं सकती हैं।

इन पदार्थों से निपटने के लिए, रासायनिक अवक्षेपण आवश्यक है {{0}रासायनिक एजेंटों को जोड़ने से लक्ष्य आयन एक विघटित अवस्था से अघुलनशील अवस्था में बदल जाते हैं और अवक्षेपित हो जाते हैं, जिसे फिर ठोस {{1}तरल पृथक्करण के माध्यम से हटा दिया जाता है।

रासायनिक वर्षा का अंतर्निहित तर्क घुलनशीलता उत्पाद नियम है: अपशिष्ट जल में अवक्षेपण एजेंटों को जोड़ने से पानी में घुले प्रदूषक आयन एजेंटों के साथ जुड़ जाते हैं, जिससे ठोस पदार्थ बनते हैं जिन्हें पानी में घुलना मुश्किल होता है। जब ऐसे पदार्थों की सांद्रता जल निकाय की वहन क्षमता सीमा (केएसपी घुलनशीलता उत्पाद) से अधिक हो जाती है, तो वे स्वचालित रूप से पानी से अवक्षेपित हो जाएंगे, जिससे पृथक्करण के लिए तलछट बन जाएगी।

मुख्य बात यह है कि अवक्षेपण की मात्रा लक्ष्य आयनों की सांद्रता को आवश्यक स्तर तक कम करने के लिए पर्याप्त होनी चाहिए, लेकिन अत्यधिक नहीं। अत्यधिक अवक्षेपण द्वितीयक प्रदूषण (जैसे अवशिष्ट धातु आयन और लवण) का कारण बन सकता है और कीचड़ उत्पादन में वृद्धि कर सकता है।

फास्फोरस जल निकायों में यूट्रोफिकेशन का मुख्य अपराधी है, और कुल फास्फोरस के लिए निर्वहन मानक तेजी से कड़े होते जा रहे हैं। जैविक फॉस्फोरस निष्कासन अवायवीय रूप से फॉस्फोरस को मुक्त करने के लिए पॉलीफॉस्फेट जमा करने वाले बैक्टीरिया पर निर्भर करता है और फिर एरोबिक प्रक्रियाओं के दौरान शेष कीचड़ के साथ अतिरिक्त फॉस्फोरस को हटा देता है। हालाँकि, निष्कासन दर सीमित है। जब प्रभाव में कुल फास्फोरस बहुत अधिक होता है, तो जैविक फास्फोरस निष्कासन मानकों को विश्वसनीय रूप से पूरा करने के लिए अपर्याप्त होता है, और रासायनिक फास्फोरस निष्कासन को फ़ॉलबैक के रूप में उपयोग किया जाना चाहिए।

सिद्धांत: एल्यूमीनियम लवण (पीएसी) या लौह लवण (पॉलीफेरिक सल्फेट) मिलाने से धातु आयन फॉस्फेट आयनों के साथ प्रतिक्रिया करके एल्यूमीनियम फॉस्फेट या लौह फॉस्फेट अवक्षेप बनाते हैं; चूना (Ca(OH)₂) भी मिलाया जा सकता है, जिससे क्षारीय परिस्थितियों में कैल्शियम हाइड्रॉक्सीफॉस्फेट अवक्षेपित हो जाता है।

एल्यूमीनियम नमक प्रतिक्रिया: Al³⁺ + PO₄³⁻ → AlPO₄↓;

लौह नमक प्रतिक्रिया: Fe³⁺ + PO₄³⁻ → FePO₄↓;

चूने की प्रतिक्रिया: 5Ca²⁺ + 4OH⁻ + 3PO₄³⁻ → Ca₅(OH)(PO₄)₃↓;

अतिरिक्त स्थान: तीन विकल्प हैं. जैविक उपचार टैंक से पहले जोड़ने से प्रतिक्रिया समय लंबा हो जाता है, लेकिन सूक्ष्मजीवों पर एल्युमीनियम लवण का प्रभाव विवादास्पद बना हुआ है; जैविक उपचार टैंक के एरोबिक खंड के अंत में एक साथ जोड़ने से प्रतिक्रिया को बढ़ावा देने के लिए वातन और आंदोलन का उपयोग होता है, जो नगरपालिका अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों में सबसे आम तरीका है, और कौयगुलांट सक्रिय कीचड़ फ्लोक्यूलेशन को बढ़ावा देता है; उन्नत उपचार अनुभाग में द्वितीयक अवसादन टैंक के बाद पोस्ट{{2}जोड़, सीधे और सटीक रूप से अवशिष्ट फॉस्फोरस को हटाता है, कम से कम खुराक की आवश्यकता होती है, कम से कम कीचड़ पैदा करता है, लेकिन एक अलग प्रतिक्रिया और अवसादन सुविधा की आवश्यकता होती है। विशिष्ट विकल्प प्रक्रिया प्रवाह और फास्फोरस अनुपालन आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।

मुख्य परिचालन बिंदु: रासायनिक फॉस्फोरस हटाने की कुंजी प्रभाव में कुल फॉस्फोरस एकाग्रता के साथ रसायन की खुराक का मिलान करना है। जब प्रभाव में कुल फास्फोरस सांद्रता में काफी उतार-चढ़ाव होता है, तो खुराक को समायोजित करने के लिए एक ऑनलाइन कुल फास्फोरस मीटर या आवधिक नमूनाकरण आवश्यक होता है। बहिःस्राव के pH पर ध्यान देने की आवश्यकता है-एल्यूमीनियम और लौह नमक मिलाने से क्षारीयता खत्म हो जाती है, और pH 6 से नीचे होने पर फॉस्फोरस हटाने की दक्षता कम हो जाती है; चूना मिलाने से बहिःस्राव का पीएच बढ़ जाएगा, जिसके लिए समायोजन की आवश्यकता होगी। फॉस्फोरस हटाने से उत्पन्न रासायनिक कीचड़ में बड़ी मात्रा में अकार्बनिक पदार्थ होते हैं और इसमें पानी निकालने का अच्छा प्रदर्शन होता है; जितना संभव हो सके इसका निपटान जैविक कीचड़ से अलग किया जाना चाहिए।

इलेक्ट्रोप्लेटिंग, धातुकर्म, खनन और इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे उद्योगों के अपशिष्ट जल में तांबा, जस्ता, सीसा, कैडमियम, निकल और क्रोमियम जैसे भारी धातु आयन होते हैं। भारी धातुएँ अत्यधिक विषैली और अविघटनीय होती हैं, जिन पर सख्त नियंत्रण की आवश्यकता होती है।

सिद्धांत: क्षार (NaOH, Ca(OH)₂) या सल्फाइड (Na₂S, NaHS) मिलाने से भारी धातु आयन हाइड्रॉक्साइड या सल्फाइड के रूप में अवक्षेपित हो जाते हैं। हाइड्रॉक्साइड अवक्षेपण एक सरल और कम लागत वाली विधि है, जो इसे मुख्यधारा का दृष्टिकोण बनाती है। सल्फाइड अवक्षेपण में घुलनशीलता उत्पाद कम होता है और हटाने की क्षमता अधिक होती है (विशेषकर पारा और कैडमियम के लिए), लेकिन अत्यधिक सल्फाइड मिलाने से जहरीली H₂S गैस पैदा होती है, जिससे H₂S के पलायन को रोकने के लिए क्षारीय स्थितियों की आवश्यकता होती है। क्रोमियम युक्त अपशिष्ट जल में हेक्सावलेंट क्रोमियम (Cr⁶⁺) के लिए, इसे पहले एक कम करने वाले एजेंट (सोडियम बाइसल्फाइट, सोडियम मेटाबाइसल्फाइट) के साथ त्रिसंयोजक क्रोमियम (Cr³⁺) में कम किया जाना चाहिए, और फिर क्षार के साथ Cr(OH)₃ के रूप में अवक्षेपित किया जाना चाहिए।

मुख्य परिचालन बिंदु: पीएच नियंत्रण सर्वोपरि है। प्रत्येक भारी धातु में हाइड्रॉक्साइड अवक्षेपण के लिए एक इष्टतम पीएच रेंज होती है (आमतौर पर 8 और 10 के बीच), और ये रेंज अलग-अलग होती हैं। मिश्रित अपशिष्ट जल में कई भारी धातुओं के सह-अस्तित्व पर व्यापक रूप से विचार किया जाना चाहिए, एक समझौता पीएच मान या चरणबद्ध वर्षा का चयन करना चाहिए। अवक्षेपण प्रतिक्रिया पूरी होने के बाद, ठोस तरल पृथक्करण को बढ़ाने के लिए एक कौयगुलांट (PAC+PAM) जोड़ा जाना चाहिए; अन्यथा, बारीक अवक्षेपित कण बहिःस्राव में प्रवेश कर जायेंगे। कॉम्प्लेक्स अवक्षेपण में हस्तक्षेप कर सकते हैं -उदाहरण के लिए, साइनाइड-जिनमें भारी धातु कॉम्प्लेक्स होते हैं उन्हें वर्षण से पहले जटिल रूप से तोड़ने की आवश्यकता होती है।

कठोरता आयन मुख्य रूप से कैल्शियम (Ca²⁺) और मैग्नीशियम (Mg²⁺) आयन होते हैं। वे झिल्ली प्रणालियों (आरओ, एनएफ) में स्केलिंग का कारण बनते हैं, हीट एक्सचेंज उपकरण में स्केल बनाते हैं जिससे हीट एक्सचेंज दक्षता कम हो जाती है, और कपड़े धोने के उद्योग में सफाई की गुणवत्ता प्रभावित होती है।

सिद्धांत: कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों को CaCO₃ और Mg(OH)₂ में परिवर्तित करने के लिए रासायनिक एजेंटों का उपयोग करके, अधिकांश कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों को हटाया जा सकता है।

परिचालन बिंदु: नरम प्रवाह का पीएच उच्च है और बाद की उपचार इकाइयों में प्रवेश करने या डिस्चार्ज होने से पहले एसिड जोड़कर इसे तटस्थ में समायोजित करने की आवश्यकता होती है। अवक्षेपण प्रतिक्रिया के लिए पर्याप्त प्रतिधारण समय की आवश्यकता होती है और अवक्षेपण प्रभाव को बेहतर बनाने के लिए इसे जमावट और फ्लोक्यूलेशन के साथ जोड़ा जाना चाहिए। नरम कीचड़ बड़ी मात्रा में उत्पन्न होता है, जो मुख्य रूप से कैल्शियम कार्बोनेट और मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड से बना होता है, जिसे पानी से निकालकर निर्माण सामग्री के रूप में उपयोग किया जा सकता है या लैंडफिल में भेजा जा सकता है।

रासायनिक फॉस्फोरस निष्कासन अक्सर जैविक उपचार चरण के साथ-साथ या उन्नत चरण के बाद किया जाता है; भारी धातु को हटाना जैविक प्रणाली की रक्षा के लिए प्रभावशाली छोर पर एक पूर्व उपचार है; कठोरता को दूर करने के लिए नरमीकरण आमतौर पर पुन: उपयोग उपचार के सामने के अंत में (झिल्ली प्रणाली से पहले) किया जाता है। तीनों को पानी की गुणवत्ता की आवश्यकताओं के आधार पर संयोजन में उपयोग किया जा सकता है {{1}भारी धातु-युक्त अपशिष्ट जल आमतौर पर जैविक उपचार प्रक्रिया में प्रवेश करने से पहले भारी धातुओं को हटाने के लिए रासायनिक अवक्षेपण से गुजरता है; एक साथ फॉस्फोरस निष्कासन + उन्नत फॉस्फोरस निष्कासन नगरपालिका अपशिष्ट जल के लिए आम बात है; और पुन: उपयोग परियोजनाओं में, झिल्ली से पहले नरमीकरण किया जाता है।