Precipitatie, ook wel neerslag genoemd, is een chemisch proces waarbij opgeloste stoffen in een vloeistof door een chemische reactie worden omgezet in een vaste fase. Deze vaste stoffen, ook wel precipitaten genoemd, kunnen vervolgens uit het water of afvalwater worden verwijderd door bezinking, filtratie of flotatie. Precipitatie is een van de centrale methoden in industriële water- en afvalwaterbehandeling, omdat het effectief bijdraagt aan de verwijdering van opgeloste verontreinigende stoffen zoals zware metalen, fosfaten en organische stoffen.

De basis van neerslag

Definitie van

Precipitatie verwijst naar de vorming van een slecht oplosbare vaste stof uit een oplossing door de toevoeging van een neerslagmiddel. neerslagmiddeldat een reactie aangaat met de opgeloste stoffen. Dit gebeurt meestal door een verandering in de chemische omstandigheden zoals pH-waarde, concentratie of temperatuur.

Reactieprincipe

De chemische reacties zijn gebaseerd op het overschrijden van het oplosbaarheidsproduct van een bepaalde stof, waardoor deze uit de oplossing neerslaat. 

Soorten neerslag

Er wordt onderscheid gemaakt tussen verschillende vormen van neerslag, afhankelijk van het doel en het toepassingsgebied:

1. chemische neerslag
2. coagulatie en flocculatie
  • Doel: Verwijdering van colloïdale opgeloste stoffen door destabilisatie.
  • Mechanisme:
    • Coagulatie: Neutralisatie van oppervlakteladingen door neerslagmiddelen.
    • Flocculatie: Vorming van grotere deeltjes (vlokken) door polymeer of flocculatiehulpmiddelen.
3. oxidatieve neerslag
  • Doel: Omzetting van opgeloste stoffen in slecht oplosbare vormen door oxidatie.
  • Voorbeeld:
    • Oxidatie van ijzer(II) tot ijzer(III) en daaropvolgende precipitatie.
Chemisch-fysische installatie voor de behandeling van industrieel afvalwater.

Foto: Ons CP-systeem ALMA CHEM MCW voor het neerslaan en uitvlokken van zware metalen, AOX, koolwaterstoffen en cyaniden

Chemicaliën en materialen voor neerslag

De selectie en het gerichte gebruik van precipitanten en additieven zijn cruciaal voor de efficiëntie en effectiviteit van precipitatie in water- en afvalwaterzuivering. Deze chemicaliën beïnvloeden het type en de snelheid van de reacties evenals de stabiliteit en scheidbaarheid van de gevormde precipitaten. Een optimale combinatie van deze stoffen maakt de verwijdering van verontreinigende stoffen, de aanpassing van de waterkwaliteit en de naleving van wettelijke vereisten mogelijk.

Neerslagmiddel

Precipitanten zijn chemische stoffen die doelbewust in de water- of afvalwaterstroom worden gebracht om opgeloste stoffen om te zetten in een onoplosbare vorm. De keuze van het precipitaathangt af van het type stoffen dat verwijderd moet worden, de chemische eigenschappen van het medium en de streefwaarden die bereikt moeten worden.

Neerslag van metaalhydroxide
  • Toepassing: Metaalhydroxide neerslag wordt vaak gebruikt om zware metalen zoals koper, zink of nikkel te verwijderen. Deze stoffen vormen slecht oplosbare hydroxiden in alkalisch milieu, die gemakkelijk te scheiden zijn.
  • Typische neerslag:
    • Natriumhydroxide (NaOH): wordt vaak gebruikt omdat het gemakkelijk te doseren is en een snelle reactie mogelijk maakt.
    • Calciumhydroxide (Ca(OH)₂): Ook bekend als kalkmelk, is kosteneffectief en kan ook worden gebruikt als pH-regelaar.
    • Magnesiumhydroxide (Mg(OH)₂): Zorgt voor een milde pH-regeling en is geschikt voor gevoeligere systemen.
Fosfaatneerslag
  • Toepassing: Het doel van fosfaatneerslag is om het fosforgehalte te verlagen dat kan leiden tot eutrofiëring van waterlichamen. Neerslag vindt plaats door de vorming van slecht oplosbare fosfaten.
  • Typische neerslag:
    • Aluminiumverbindingen (Al₂(SO₄)₃): Aluminium vormt onoplosbare AlPO₄-verbindingen met fosfaten, die gemakkelijk bezinken.
    • IJzer(III) chloride (FeCl₃): Bijzonder efficiënt in het neerslaan van fosfaten en tegelijkertijd effectief tegen organische belasting.
    • IJzer(II)sulfaat (FeSO₄): Geschikt voor precipitatie onder reducerende omstandigheden, bijvoorbeeld in anaerobe systemen.
Neerslag van sulfide
  • Toepassing: Sulfideprecipitatie wordt vaak gebruikt om zware metalen te verwijderen, omdat deze extreem slecht oplosbare sulfiden vormen met zwavelverbindingen. Het wordt voornamelijk gebruikt in de galvanische industrie en voor industrieel afvalwater.
  • Typische neerslag:
    • Organosulfide: Gebruikt in gecontroleerde omgevingen voor directe sulfideprecipitatie.
    • Natriumsulfide (Na₂S): Een veilig en gemakkelijk te gebruiken precipitaat voor sulfideprecipitatie.
Neerslag van kalk
  • Toepassing: Kalkneerslag wordt voornamelijk gebruikt om hardheidsvormers zoals calcium en magnesium te verwijderen of om zuur afvalwater te neutraliseren.
  • Typische neerslag:
    • Calciumcarbonaat (CaCO₃): Wordt gebruikt om de zuurgraad te verlagen en zware metalen neer te slaan.
    • Calciumhydroxide (Ca(OH)₂): Verhoogt de pH-waarde en ondersteunt tegelijkertijd het neerslaan van metalen of fosfaten.

Toevoegingen

Naast de precipitanten worden vaak de volgende stoffen gebruikt vlokmiddelen en neutraliserende middelen worden vaak gebruikt om de efficiëntie van het neerslaan te verhogen en de scheiding van de gevormde vaste stoffen te vergemakkelijken.

Vlokmiddel
  • Functie: Vlokmiddelen bevorderen de vorming van grotere en stabielere vlokken uit de fijn gedispergeerde precipitaten. Ze binden kleinere deeltjes tot grotere agglomeraten die gemakkelijker bezinken of filteren.
  • Typische stoffen:
    • Organische polymeren: bijvoorbeeld polyacrylamiden, die werken door ladingsneutralisatie of brugvorming.
    • Anorganische additieven: bijvoorbeeld bentoniet, dat de vlokvorming ondersteunt vanwege het grote oppervlak.
  • Toepassing: In bezinkings- en flotatie-installaties om de scheidingsprestaties te optimaliseren.
Neutralisatiemiddel
  • Functie: Veel precipitatiereacties zijn sterk pH-afhankelijk. Een precieze pH-waarde is cruciaal om de oplosbaarheid van de doelsubstanties te minimaliseren en stabiele precipitaten te vormen.
  • Typische stoffen:
  • Toepassing: De pH-waarde wordt nauwkeurig geregeld door geautomatiseerde doseersystemen op basis van real-time metingen.
Doseerstation van een gecontaineriseerd CP-systeem

Afbeelding: IBC-doseerstation voor neerslag- en neutralisatiemiddelen, doseer- en voorbereidingsstation voor vlokmiddelen en doseerstation voor natriumbisulfiet en waterstofperoxide, geïnstalleerd in de ALMA MODUL technische ruimte container

Bouw van CP-systeem voor neerslag

Een nauwkeurig ontwerp van het CP-systeem is cruciaal voor de efficiëntie van het neerslagproces. Het bestaat uit de volgende onderdelen:

1e doseerstation

Het doseerstation is de eerste stap in de reactielijn en speelt een centrale rol in de nauwkeurige en vraaggerichte toevoeging van precipitanten en flocculanten.

  • Doel:

    • Ervoor zorgen dat de vereiste chemicaliën in de juiste hoeveelheid en op het optimale punt in het systeem worden ingevoerd.
    • Aanpassing van de dosering aan de actuele procesomstandigheden, zoals schommelingen in de toevoerbelasting of de pH-waarde.

  • Technologie:

    • Doseerpompen:
      • Nauwkeurige pompen (bijv. membraan- of slangenpompen) zorgen voor een exacte dosering van chemicaliën.
      • Integratie van regelkringen die reageren op meetsignalen (bijv. pH, geleidbaarheid).
    • Opbergcontainer:
      • Opslag van neerslagmiddelen, bijv. aluminium- of ijzeroplossingen, in chemisch bestendige containers (PE, roestvrij staal).
      • Automatische bijvulsystemen en roerders voorkomen afzettingen en zorgen voor een homogene oplossing.
    • Mengsystemen:
      • Statische mixers of injectoren zorgen voor een gelijkmatige verdeling van de precipitanten in het voedingswater.
2. reactievat

De chemische reacties die leiden tot de vorming van precipitaten vinden plaats in de reactietank. Voldoende verblijftijd, gelijkmatige menging en optimale chemische omstandigheden zijn hier cruciaal.

  • Doel:

    • Zorgen voor een volledige reactie tussen de opgeloste vervuilende stoffen en de neerslagmiddelen.
    • Zorg voor de nodige reactietijd en fysische omstandigheden voor de vorming van stabiele en gemakkelijk scheidbare precipitaten.

  • Ontwerp:

    • Roerwerken:
      • Mechanische of hydraulische roerwerken zorgen voor een gelijkmatige menging om het contactoppervlak tussen de reagentia en de doelsubstanties te maximaliseren.
      • De rotatiesnelheid kan worden aangepast aan de eigenschappen van de precipitaten om afslijting of vernietiging van de deeltjes te voorkomen.
    • Meertrapsreactoren:
      • Aparte kamers voor precipitatie en flocculatie optimaliseren de procesomstandigheden:
        • Neerslagzone: Snelle menging om een onmiddellijke reactie mogelijk te maken.
        • Vlokzone: Langzame stromingsomstandigheden bevorderen de samenklontering van neerslag tot grotere deeltjes (vlokken).
    • pH-regeling:
      • Regelkringen voor automatische pH-aanpassing zijn essentieel, omdat veel precipitatiereacties sterk pH-afhankelijk zijn (bijv. hydroxideprecipitatie bij pH 8-9).
3. bezinkings- of filtratiesysteem

De verwijdering van de gevormde precipitaten is de laatste stap nadat de chemische reactie heeft plaatsgevonden. Afhankelijk van de eigenschappen van de precipitaten en de procesvereisten worden verschillende scheidingstechnieken gebruikt.

  • Doel:

    • Scheiding van de vaste stoffen (neerslag) van de vloeibare fase om gezuiverd water te verkrijgen.
    • Voorbereiding van vaste stoffen voor verwijdering of verdere verwerking.

  • Technieken:

    • Bezinkbassin:
      • Bezinktanks met ontwateringsapparatuur (bv. slibschrapers) vangen de neerslag op de bodem op en voeren deze af voor slibbehandeling.
      • Troebelheidsvrije overloopgebieden zorgen voor de afvoer van het gezuiverde water.
    • Drukfiltratie:
      • Gebruik van kamerfilterpersen of schijffilters om vaste deeltjes te scheiden van sterk beladen vloeistofstromen.
      • Hoge retentie, zelfs bij de fijnste precipitaten.
    • Flotatie:

Afbeelding: ALMA NeoDAF flotatiesysteem met reactiekring voor het mengen van neerslag, neutralisatiemiddel en vlokmiddel

Factoren die neerslag beïnvloeden

1. pH-waarde
  • Veel neerslagreacties zijn sterk pH-afhankelijk.
  • Voorbeeld:
    • Optimaal pH-bereik voor hydroxideprecipitatie: 8-9.
    • Overschrijding van de limiet kan leiden tot redissolutie.
2. concentratie van de reactanten
  • De dosering van het neerslagmiddel moet nauwkeurig worden afgestemd op de concentratie van de doelsubstanties.
  • Onvoldoende dosering: Onvolledige neerslag.
  • Overdosering: vorming van bijproducten en hogere bedrijfskosten.
3. temperatuur
  • Hogere temperaturen bevorderen vaak de reactiesnelheid, maar kunnen ook de oplosbaarheid verhogen.
4. verblijftijd
  • Voldoende contacttijd in het reactiegedeelte is nodig om de vorming van stabiele precipitaten te garanderen.

Conclusie

Precipitatie is een veelzijdige en effectieve methode om opgeloste verontreinigende stoffen uit water en afvalwater te verwijderen. Het vereist zorgvuldige planning en controle, aangezien factoren zoals pH-waarde, concentratie en retentietijd een aanzienlijke invloed hebben op het succes. Het gebruik van moderne controletechnologie en geoptimaliseerde reactiesecties kan de efficiëntie verhogen, de bedrijfskosten verlagen en ervoor zorgen dat wordt voldaan aan de wettelijke vereisten. Precipitatie blijft daarom een onmisbaar onderdeel van moderne waterbehandeling.

Voor meer informatie over onze producten kunt u altijd contact met ons opnemen!

info@almawatech.com

06073 687470