Parastā bioloģiskā apstrāde var efektīvi noārdīt lielāko daļu ĶSP ūdenī, un, pievienojot anoksiskos denitrifikācijas procesus, kopējo slāpekli var arī efektīvi noņemt. Tomēr attiecībā uz fosforu, smago metālu joniem un cietības joniem vienkāršu bioloģisko procesu noņemšanas efekts ir ierobežots: mikroorganismi var asimilēt tikai nelielu daudzumu fosfora ar savu augšanu un vielmaiņu, kas nevar stabili atbilst standartiem; kamēr smagos metālus un cietības jonus nevar bioloģiski noārdīt, un bioloģiskās sistēmas nevar nodrošināt efektīvu izvadīšanu. Smago metālu joni ir toksiski mikroorganismiem, un nedaudz augstākas koncentrācijas var kavēt bioloģiskās reakcijas; cietības joni ir pilnībā izšķīdināti ūdenī, un bioloģiskās sistēmas nevar tos noņemt.
Lai cīnītos ar šīm vielām, ir nepieciešama ķīmiska nogulsnēšana, -pievienojot ķīmiskās vielas, lai mērķa joni mainītos no izšķīdināta stāvokļa uz nešķīstošu stāvokli un nogulsnētos, kas pēc tam tiek noņemti, atdalot cieto{1}}šķidrumu.
I. Ķīmiskās nogulsnēšanas pamatprincipi
Ķīmiskās nogulsnēšanas pamatā esošā loģika ir šķīdības produkta noteikums: nogulsnētāju pievienošana notekūdeņiem izraisa ūdenī izšķīdušo piesārņojošo jonu savienojumu ar aģentiem, veidojot cietas vielas, kuras ir grūti izšķīdināt ūdenī. Šo vielu koncentrācijai pārsniedzot ūdenstilpes nestspējas robežu (Ksp šķīdības produktu), tās automātiski izgulsnēsies no ūdens, veidojot nogulsnes atdalīšanai.
Galvenais ir tas, ka pievienotā nogulsnētāja daudzumam ir jābūt pietiekamam, lai samazinātu mērķa jonu koncentrāciju līdz vajadzīgajam līmenim, taču ne pārmērīgi{0}}pārmērīgs nogulsnētājs var izraisīt sekundāru piesārņojumu (piemēram, metālu jonu un sāļu atlikumu) un palielināt dūņu veidošanos.
II. Ķīmiskā fosfora noņemšana
Fosfors ir galvenais eitrofikācijas vaininieks ūdenstilpēs, un kopējā fosfora izplūdes standarti kļūst arvien stingrāki. Bioloģiskā fosfora noņemšana balstās uz polifosfātu{1}}akumulējošām baktērijām, kas atbrīvo fosforu anaerobā veidā un pēc tam noņem lieko fosforu ar atlikušajām dūņām aerobos procesos. Tomēr noņemšanas līmenis ir ierobežots. Ja kopējais fosfora daudzums ieplūdē ir pārāk augsts, bioloģiskā fosfora atdalīšana ir nepietiekama, lai droši atbilstu standartiem, un ķīmiskā fosfora atdalīšana ir jāizmanto kā rezerves.
Princips: Alumīnija sāļu (PAC) vai dzelzs sāļu (poliferricsulfāta) pievienošana izraisa metāla jonu reakciju ar fosfāta joniem, veidojot alumīnija fosfāta vai dzelzs fosfāta nogulsnes; var pievienot arī kaļķi (Ca(OH)₂), veidojot kalcija hidroksifosfāta nogulsnes sārmainos apstākļos.
Alumīnija sāls reakcija: Al³⁺ + PO₄³⁻ → AlPO₄↓;
Dzelzs sāls reakcija: Fe³⁺ + PO₄³⁻ → FePO₄↓;
Kaļķu reakcija: 5Ca²⁺ + 4OH⁻ + 3PO₄³⁻ → Ca₅(OH)(PO₄)3↓;
Papildinājuma vieta: ir trīs iespējas. Iepriekšēja-pievienošana pirms bioloģiskās attīrīšanas tvertnes rada ilgu reakcijas laiku, taču alumīnija sāļu ietekme uz mikroorganismiem joprojām ir pretrunīga; vienlaicīga pievienošana bioloģiskās attīrīšanas tvertnes aerobās sekcijas beigās izmanto aerāciju un maisīšanu, lai veicinātu reakciju, kas ir visizplatītākā metode sadzīves notekūdeņu attīrīšanas iekārtās, un koagulants veicina aktīvo dūņu flokulāciju; pēc-pievienošanas pēc sekundārās sedimentācijas tvertnes uzlabotās apstrādes sadaļā tieši un precīzi noņem atlikušo fosforu, ir nepieciešama vismazākā deva, rodas vismazāk dūņu, bet nepieciešama atsevišķa reakcija un sedimentācijas iekārta. Konkrētā izvēle ir atkarīga no procesa plūsmas un fosfora atbilstības prasībām.
Galvenie darbības punkti: Ķīmiskā fosfora noņemšanas atslēga ir ķīmiskās vielas devas saskaņošana ar kopējo fosfora koncentrāciju ieplūdē. Ja kopējā fosfora koncentrācija ieplūdē ievērojami svārstās, ir nepieciešams tiešsaistes kopējā fosfora mērītājs vai periodiska paraugu ņemšana, lai pielāgotu devu. Ir jāpievērš uzmanība notekūdeņu pH-alumīnija un dzelzs sāļu pievienošana patērē sārmainību, un fosfora atdalīšanas efektivitāte samazinās, ja pH ir zem 6; kaļķa pievienošana paaugstinās notekūdeņu pH, kas ir jāpielāgo. Fosfora atdalīšanas rezultātā iegūtās ķīmiskās dūņas satur lielu daudzumu neorganisko vielu, un tām ir labas atūdeņošanas īpašības; tas pēc iespējas jāiznīcina atsevišķi no bioloģiskajām dūņām.
III. Smago metālu noņemšana
Notekūdeņi no tādām nozarēm kā galvanizācija, metalurģija, kalnrūpniecība un elektronika satur smago metālu jonus, piemēram, varu, cinku, svinu, kadmiju, niķeli un hromu. Smagie metāli ir ļoti toksiski un nenoārdās, un tiem ir nepieciešama stingra kontrole.
Princips: Sārmu (NaOH, Ca(OH)₂) vai sulfīdu (Na2S, NaHS) pievienošana izraisa smago metālu jonu nogulsnēšanos hidroksīdu vai sulfīdu veidā. Hidroksīda nogulsnēšana ir vienkārša un lēta{1}}metode, kas padara to par galveno pieeju. Sulfīda nogulsnēšanās ir mazāka šķīdības produkts un augstāka atdalīšanas efektivitāte (īpaši dzīvsudrabam un kadmijam), bet pārmērīga sulfīda pievienošana rada toksisku H₂S gāzi, kas prasa sārmainus apstākļus, lai novērstu H2S izplūšanu. Sešvērtīgajam hromam (Cr⁶⁺) hromu- saturošos notekūdeņos tas vispirms ar reducētāju (nātrija bisulfītu, nātrija metabisulfītu) jāreducē līdz trīsvērtīgajam hromam (Cr³⁺) un pēc tam ar sārmu jāizgulsnē kā Cr(OH)₃.
Galvenie darbības punkti: pH kontrole ir vissvarīgākā Daudzu smago metālu līdzāspastāvēšana jauktos notekūdeņos ir rūpīgi jāapsver, izvēloties kompromisa pH vērtību vai pakāpenisku nokrišņu veidošanos. Kad izgulsnēšanās reakcija ir pabeigta, jāpievieno koagulants (PAC+PAM), lai uzlabotu cieto{6}}šķidruma atdalīšanu; pretējā gadījumā smalkas nogulšņu daļiņas iesūksies notekūdeņos. Kompleksi var traucēt nokrišņiem,{8}}piemēram, cianīdu- saturošie smago metālu kompleksi pirms nokrišņiem ir jāsadala.
PIV. Cietības noņemšana (mīkstināšana)
Cietības joni galvenokārt ir kalcija (Ca²⁺) un magnija (Mg²⁺) joni. Tie izraisa katlakmens veidošanos membrānu sistēmās (RO, NF), veido katlakmeni siltuma apmaiņas iekārtās, samazinot siltuma apmaiņas efektivitāti, un ietekmē tīrīšanas kvalitāti veļas mazgāšanas nozarē.
Princips: izmantojot ķīmiskos līdzekļus, lai kalcija un magnija jonus pārvērstu par CaCO₃ un Mg(OH)₂, var noņemt lielāko daļu kalcija un magnija jonu.
Darbības punkti: mīkstinātā notekūdeņu pH ir augsts, un tas ir jānoregulē uz neitrālu, pievienojot skābi pirms ievadīšanas nākamajās attīrīšanas iekārtās vai izvadīšanas. Nokrišņu reakcijai nepieciešams pietiekams aiztures laiks, un tā jāapvieno ar koagulāciju un flokulāciju, lai uzlabotu nokrišņu efektu. Mīkstinātās dūņas tiek ražotas lielos daudzumos, galvenokārt sastāv no kalcija karbonāta un magnija hidroksīda, ko var atūdeņot un izmantot kā būvmateriālu vai nosūtīt uz poligoniem.
V. Trīs nokrišņu procesu pozicionēšana plūsmas procesā
Fosfora ķīmiskā atdalīšana bieži tiek veikta vienlaikus ar bioloģiskās attīrīšanas stadiju vai pēc progresējošās stadijas; smago metālu noņemšana ir pirmapstrāde ieplūdes galā, lai aizsargātu bioloģisko sistēmu; mīkstināšana, lai noņemtu cietību, parasti tiek veikta atkārtotas izmantošanas apstrādes priekšpusē (pirms membrānas sistēmas). Šos trīs var izmantot kopā atkarībā no ūdens kvalitātes prasībām-smagos metālus- saturošos notekūdeņos parasti tiek veikta ķīmiska nogulsnēšana, lai atdalītu smagos metālus pirms nonākšanas bioloģiskajā attīrīšanas procesā; vienlaicīga fosfora atdalīšana + uzlabota fosfora atdalīšana ir ierasta prakse sadzīves notekūdeņiem; un atkārtotas izmantošanas projektos pirms membrānas tiek veikta mīkstināšana.