Strącanie, znane również jako wytrącanie, to proces chemiczny, w którym substancje rozpuszczone w cieczy są przekształcane w fazę stałą w wyniku reakcji chemicznej. Te ciała stałe, znane jako osady, mogą być następnie usunięte z wody lub ścieków poprzez sedymentację, filtrację lub flotację. Strącanie jest jedną z głównych metod oczyszczania wody i ścieków przemysłowych, ponieważ skutecznie przyczynia się do usuwania rozpuszczonych zanieczyszczeń, takich jak metale ciężkie, fosforany i substancje organiczne.

Podstawy opadów atmosferycznych

Definicja

Wytrącanie odnosi się do tworzenia trudno rozpuszczalnego ciała stałego z roztworu poprzez dodanie środka strącającego. czynnik strącającyktóry wchodzi w reakcję z rozpuszczonymi substancjami. Zazwyczaj następuje to poprzez zmianę warunków chemicznych, takich jak wartość pH, stężenie lub temperatura.

Zasada reakcji

Reakcje chemiczne opierają się na przekroczeniu iloczynu rozpuszczalności danej substancji, co powoduje jej wytrącenie z roztworu. 

Rodzaje opadów

Rozróżnia się różne formy opadów w zależności od celu i obszaru zastosowania:

1. strącanie chemiczne
2. koagulacja i flokulacja
  • Cel: Usuwanie koloidalnych substancji rozpuszczonych poprzez destabilizację.
  • Mechanizm:
    • Koagulacja: Neutralizacja ładunków powierzchniowych przez środki strącające.
    • Flokulacja: Tworzenie większych cząstek (kłaczków) przez polimer lub substancje wspomagające flokulację.
3. strącanie oksydacyjne
  • Cel: Przekształcenie rozpuszczonych substancji w słabo rozpuszczalne formy poprzez utlenianie.
  • Przykład:
    • Utlenianie żelaza(II) do żelaza(III) i późniejsze wytrącanie.
Instalacja chemiczno-fizyczna do oczyszczania ścieków przemysłowych.

Zdjęcie: Nasz system CP ALMA CHEM MCW do wytrącania i flokulacji metali ciężkich, AOX, węglowodorów i cyjanków.

Środki chemiczne i materiały do strącania

Wybór i ukierunkowane stosowanie środków strącających i dodatków ma kluczowe znaczenie dla wydajności i skuteczności strącania w oczyszczaniu wody i ścieków. Te substancje chemiczne wpływają na rodzaj i szybkość reakcji, a także na stabilność i separowalność powstałych osadów. Optymalna kombinacja tych substancji umożliwia usuwanie zanieczyszczeń, regulację jakości wody i zgodność z wymogami prawnymi.

Środek strącający

Środki strącające to substancje chemiczne, które są celowo wprowadzane do strumienia wody lub ścieków w celu przekształcenia substancji rozpuszczonych w formę nierozpuszczalną. Wybór środka strącającegozależy od rodzaju substancji, które mają zostać usunięte, właściwości chemicznych medium i wartości docelowych, które mają zostać osiągnięte.

Wytrącanie wodorotlenku metalu
  • Zastosowanie: Wytrącanie wodorotlenków metali jest często stosowane do usuwania metali ciężkich, takich jak miedź, cynk lub nikiel. Substancje te tworzą słabo rozpuszczalne wodorotlenki w środowisku alkalicznym, które są łatwe do oddzielenia.
  • Typowe czynniki zakłócające:
    • Wodorotlenek sodu (NaOH): Jest często używany, ponieważ jest łatwy do dozowania i umożliwia szybką reakcję.
    • Wodorotlenek wapnia (Ca(OH)₂): Znany również jako mleko wapienne, jest opłacalny i może być również stosowany jako regulator pH.
    • Wodorotlenek magnezu (Mg(OH)₂): Zapewnia łagodną regulację pH i jest odpowiedni dla bardziej wrażliwych systemów.
Wytrącanie fosforanów
  • Zastosowanie: Celem strącania fosforanów jest zmniejszenie poziomu fosforu, który może prowadzić do eutrofizacji zbiorników wodnych. Wytrącanie odbywa się poprzez tworzenie słabo rozpuszczalnych fosforanów.
  • Typowe czynniki zakłócające:
    • Związki glinu (Al₂(SO₄)₃): Glin tworzy nierozpuszczalne związki AlPO₄ z fosforanami, które łatwo ulegają sedymentacji.
    • Chlorek żelaza(III) (FeCl₃): Szczególnie skuteczny w wytrącaniu fosforanów i jednocześnie skuteczny przeciwko ładunkom organicznym.
    • Siarczan żelaza(II) (FeSO₄): Odpowiedni do wytrącania w warunkach redukujących, np. w systemach beztlenowych.
Wytrącanie siarczków
  • Zastosowanie: Strącanie siarczków jest często stosowane do usuwania metali ciężkich, ponieważ tworzą one wyjątkowo słabo rozpuszczalne siarczki ze związkami siarki. Jest ono stosowane głównie w przemyśle galwanicznym i do oczyszczania ścieków przemysłowych.
  • Typowe czynniki wywołujące:
    • Siarczek organiczny: Stosowany w kontrolowanych środowiskach do bezpośredniego wytrącania siarczków.
    • Siarczek sodu (Na₂S): bezpieczny i łatwy w użyciu środek strącający do wytrącania siarczków.
Wytrącanie się wapna
  • Zastosowanie: Wytrącanie wapna jest stosowane głównie do usuwania substancji tworzących twardość, takich jak wapń i magnez lub do neutralizacji kwaśnych ścieków.
  • Typowe czynniki zakłócające:
    • Węglan wapnia (CaCO₃): Używany do zmniejszania kwasowości i wytrącania metali ciężkich.
    • Wodorotlenek wapnia (Ca(OH)₂): Zwiększa wartość pH i jednocześnie wspomaga wytrącanie metali lub fosforanów.

Dodatki

Oprócz środków strącających, często stosuje się następujące środki flokulanty i środki neutralizujące są często stosowane w celu zwiększenia skuteczności wytrącania i ułatwienia oddzielania powstałych ciał stałych.

Flokulant
  • Funkcja: Flokulanty sprzyjają tworzeniu większych i bardziej stabilnych kłaczków z drobno zdyspergowanych osadów. Wiążą mniejsze cząstki w większe aglomeraty, które są łatwiejsze do osadzania lub filtrowania.
  • Typowe substancje:
    • Polimery organiczne: np. poliakrylamidy, które działają poprzez neutralizację ładunku lub mostkowanie.
    • Dodatki nieorganiczne: np. bentonit, który wspomaga tworzenie się płatków ze względu na dużą powierzchnię.
  • Zastosowanie: W instalacjach sedymentacyjnych i flotacyjnych w celu optymalizacji wydajności separacji.
Środek neutralizujący
  • Funkcja: Wiele reakcji strącania jest silnie zależnych od pH. Precyzyjna wartość pH ma kluczowe znaczenie dla zminimalizowania rozpuszczalności substancji docelowych i tworzenia stabilnych osadów.
  • Typowe substancje:
  • Zastosowanie: Wartość pH jest precyzyjnie kontrolowana przez zautomatyzowane systemy dozowania oparte na pomiarach w czasie rzeczywistym.
Stacja dozowania kontenerowego systemu CP

Zdjęcie: Stacja dozująca IBC dla środków strącających i neutralizujących, stacja dozowania i przygotowania flokulantów oraz stacja dozowania wodorosiarczynu sodu i nadtlenku wodoru, zainstalowane w kontenerze pomieszczenia technicznego ALMA MODUL.

Budowa systemu CP dla opadów atmosferycznych

Precyzyjny projekt systemu CP ma kluczowe znaczenie dla wydajności procesu wytrącania. Obejmuje on następujące elementy:

1. stacja dozująca

Stacja dozująca jest pierwszym krokiem w linii reakcyjnej i odgrywa kluczową rolę w precyzyjnym i zorientowanym na zapotrzebowanie dodawaniu środków strącających i flokulantów.

  • Cel:

    • Zapewnienie, że wymagane chemikalia są wprowadzane do systemu w odpowiedniej ilości i w optymalnym punkcie.
    • Dostosowanie dozowania do rzeczywistych warunków procesu, takich jak wahania obciążenia wsadu lub wartości pH.

  • Technologia:

    • Pompy dozujące:
      • Precyzyjne pompy (np. membranowe lub perystaltyczne) zapewniają dokładne dozowanie chemikaliów.
      • Integracja pętli sterowania reagujących na sygnały pomiarowe (np. pH, przewodność).
    • Pojemnik do przechowywania:
      • Przechowywanie środków strącających, np. roztworów aluminium lub żelaza, w pojemnikach odpornych na chemikalia (PE, stal nierdzewna).
      • Automatyczne systemy uzupełniania i mieszadła zapobiegają powstawaniu osadów i zapewniają jednorodny roztwór.
    • Systemy mieszania:
      • Mieszalniki statyczne lub wtryskiwacze zapewniają równomierne rozprowadzenie środków strącających w wodzie zasilającej.
2. naczynie reakcyjne

Reakcje chemiczne prowadzące do powstawania osadów zachodzą w zbiorniku reakcyjnym. Wystarczający czas przebywania, równomierne mieszanie i optymalne warunki chemiczne mają tutaj kluczowe znaczenie.

  • Cel:

    • Zapewnienie pełnej reakcji między rozpuszczonymi zanieczyszczeniami a środkami strącającymi.
    • Zapewnienie niezbędnego czasu reakcji i warunków fizycznych do tworzenia stabilnych i łatwych do oddzielenia osadów.

  • Projekt:

    • Agitatory:
      • Mechaniczne lub hydrauliczne mieszadła zapewniają równomierne mieszanie w celu zmaksymalizowania powierzchni kontaktu między odczynnikami i substancjami docelowymi.
      • Prędkość obrotową można dostosować do właściwości osadu, aby uniknąć ścierania lub zniszczenia cząstek.
    • Reaktory wielostopniowe:
      • Oddzielne komory do wytrącania i flokulacji optymalizują warunki procesu:
        • Strefa opadów: Szybkie mieszanie umożliwiające natychmiastową reakcję.
        • Strefa flokulacji: Powolne warunki przepływu sprzyjają agregacji osadów w większe cząstki (kłaczki).
    • Kontrola pH:
      • Pętle kontrolne do automatycznej regulacji pH są niezbędne, ponieważ wiele reakcji wytrącania jest silnie zależnych od pH (np. wytrącanie wodorotlenku przy pH 8-9).
3. system sedymentacji lub filtracji

Usuwanie powstałych osadów jest ostatnim etapem po zajściu reakcji chemicznej. W zależności od właściwości osadów i wymagań procesowych stosowane są różne techniki separacji.

  • Cel:

    • Oddzielenie ciał stałych (osadów) od fazy ciekłej w celu uzyskania klarowanej wody.
    • Przygotowanie ciał stałych do utylizacji lub dalszego przetwarzania.

  • Techniki:

    • Zbiornik osadczy:
      • Zbiorniki sedymentacyjne z urządzeniami oczyszczającymi (np. zgarniaczami osadu) zbierają osady na dnie i odprowadzają je do obróbki osadu.
      • Wolne od zmętnienia obszary przelewowe zapewniają odprowadzanie oczyszczonej wody.
    • Filtracja ciśnieniowa:
      • Zastosowanie komorowych pras filtracyjnych lub filtrów tarczowych do oddzielania ciał stałych od wysoko obciążonych strumieni cieczy.
      • Wysoki współczynnik retencji nawet przy najdrobniejszych osadach.
    • Flotacja:

Zdjęcie: System flotacji ALMA NeoDAF z pętlą reakcyjną do mieszania środka strącającego, neutralizującego i flokulanta.

Czynniki wpływające na opady

1. wartość pH
  • Wiele reakcji strącania jest silnie zależnych od pH.
  • Przykład:
    • Optymalny zakres pH dla wytrącania wodorotlenków: 8-9.
    • Przekroczenie limitu może prowadzić do ponownego rozwiązania.
2. stężenie reagentów
  • Dawka środka strącającego musi być dokładnie dopasowana do stężenia substancji docelowych.
  • Niewystarczająca dawka: Niekompletny opad.
  • Przedawkowanie: powstawanie produktów ubocznych i wyższe koszty operacyjne.
3. temperatura
  • Wyższe temperatury często zwiększają szybkość reakcji, ale mogą również zwiększać rozpuszczalność.
4. czas przebywania
  • Wystarczający czas kontaktu w sekcji reakcyjnej jest niezbędny do zapewnienia tworzenia stabilnych osadów.

Wnioski

Strącanie jest wszechstronną i skuteczną metodą usuwania rozpuszczonych zanieczyszczeń z wody i ścieków. Wymaga starannego planowania i monitorowania, ponieważ czynniki takie jak wartość pH, stężenie i czas retencji mają znaczący wpływ na sukces. Zastosowanie nowoczesnej technologii kontroli i zoptymalizowanych sekcji reakcji może zwiększyć wydajność, obniżyć koszty operacyjne i zapewnić zgodność z wymogami prawnymi. Strącanie pozostaje zatem nieodzowną częścią nowoczesnego uzdatniania wody.

Aby uzyskać więcej informacji na temat naszych produktów, prosimy skontaktować się z nami w dowolnym momencie!

info@almawatech.com

06073 687470