การบำบัดน้ำเสียโลหะหนัก: การตกตะกอน ตะกอน และการรีดน้ำตะกอนด้วยเครื่องกรองแบบอัด

คำตอบสั้น: น้ำเสียโลหะหนักถูกบำบัดโดยการเปลี่ยนโลหะที่ละลายน้ำให้เป็นของแข็งที่ไม่ละลายน้ำ — โดยทั่วไปคือไฮดรอกไซด์โดยการเพิ่ม pH ด้วยปูนขาวหรือโซดาไฟ บางครั้งใช้ซัลไฟด์เมื่อค่าจำกัดต่ำมาก — จากนั้นจึงตกตะกอนและรีดน้ำออกจากสลัดจ์ สลัดจ์คือส่วนที่แพงที่สุด: สลัดจ์ไฮดรอกไซด์มีน้ำเป็นองค์ประกอบ 96–99% เมื่อออกจากถังตกตะกอน และเครื่องกรองแบบอัดคือสิ่งที่เปลี่ยนมันให้เป็นเค้กที่คุณสามารถขนส่งเป็นของเสียอันตรายได้

อะไรถือเป็นน้ำเสียที่มีโลหะหนัก

น้ำล้างจากกระบวนการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าและการตกแต่งผิวโลหะ การกัดแผ่นวงจรพิมพ์ สายการดอง การผลิตและการรีไซเคิลแบตเตอรี่ น้ำเหมืองและกากแร่ น้ำทิ้งจากโรงฟอกหนัง (โครเมียม) และสายการผลิตสิ่งทอและเม็ดสีบางประเภท โลหะที่หน่วยงานกำกับดูแลระบุไว้จริงนั้นมีเพียงชุดสั้น ๆ กฎการตกแต่งผิวโลหะของสหรัฐฯ ใน 40 CFR Part 433 กำกับดูแล แคดเมียม โครเมียม ทองแดง ตะกั่ว นิกเกิล เงิน สังกะสี และไซยาไนด์และปริมาณสารอินทรีย์ที่เป็นพิษทั้งหมด น้ำมันและไขมัน TSS และ pH

ขีดจำกัดค่อนข้างเข้มงวด ภายใต้ Part 433 ค่าสูงสุดรายวันสำหรับโครเมียมทั้งหมดคือ 2.77 mg/L และค่าเฉลี่ยรายเดือน 1.71 mg/L; ทองแดง 3.38 / 2.07; นิกเกิล 3.98 / 2.38; สังกะสี 2.61 / 1.48; ตะกั่ว 0.69 / 0.43; แคดเมียม 0.69 / 0.26; เงิน 0.43 / 0.24; ไซยาไนด์ 1.20 / 0.65 แหล่งกำเนิดใหม่มีขีดจำกัดแคดเมียมที่ 0.11 / 0.07 mg/L น้ำล้างจากสายการชุบโลหะสามารถมีโลหะได้ตั้งแต่หลายสิบถึงหลายร้อย mg/L ดังนั้นในหลายกรณีจึงต้องกำจัดออกให้ได้มากกว่า 99%

ขั้นตอนที่ 1: ปรับสภาพสายธารที่ทำให้เกิดการตกตะกอนก่อน

ต้องจัดการสองสายธารก่อนสิ่งอื่นใด และการผสม พวกมัน เข้ากับกระแสหลักคือสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดที่ทำให้โรงบำบัดไม่ผ่านข้อกำหนดใบอนุญาต

• โครเมียมเฮกซะวาเลนต์ ไม่ตกตะกอนเป็นไฮดรอกไซด์ ต้องรีดิวซ์เป็นโครเมียมไตรวาเลนต์ก่อน โดยทั่วไปใช้โซเดียมเมตาไบซัลไฟต์ที่ pH ต่ำ จากนั้นจึงสามารถตกตะกอนเป็น Cr(OH)₃ ร่วมกับโลหะอื่นๆ ได้
• ไซยาไนด์ จากอ่างชุบไซยาไนด์จะถูกทำลายแยกต่างหากด้วยการคลอรีนแบบอัลคาไลน์ก่อนที่สายน้ำจะรวมเข้ากับการบำบัดโลหะ ข้อกำหนดระบุไว้อย่างชัดเจน: การตรวจสอบไซยาไนด์จะทำหลังการบำบัดไซยาไนด์และก่อนการเจือจางด้วยสายน้ำอื่น
• สารคีเลตติง (EDTA, ซิเตรต, แอมโมเนียจากนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้าหรือสังกะสีอัลคาไลน์) ยึดโลหะไว้ในสารละลายและหยุดการตกตะกอนของไฮดรอกไซด์ สายน้ำที่มีสารเหล่านี้จะถูกแยกออกและบำบัดแยกกันหรือเติมสารตกตะกอนที่แรงกว่า

ขั้นตอนที่ 2: การตกตะกอน — ไฮดรอกไซด์ ซัลไฟด์ หรือทั้งสองอย่าง

การตกตะกอนไฮดรอกไซด์

เพิ่มค่า pH ด้วยปูนขาว โซดาไฟ หรือแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ แล้วโลหะจะตกตะกอนเป็นไฮดรอกไซด์ ที่ค่า pH ต่ำกว่า 6 จะเกิดตะกอนน้อยมาก ค่า pH ที่เหมาะสมที่สุดขึ้นอยู่กับว่าเป็นโลหะชนิดใดและมีคู่ไอออนใดอยู่ และโลหะแต่ละชนิดจะละลายได้น้อยที่สุดที่ค่า pH ต่างกัน ดังนั้นโดยปกติแล้วน้ำเสียผสมจะถูกทำให้ตกตะกอนที่ค่า pH ที่เป็นค่าประนีประนอม จากนั้นหากยังมีโลหะชนิดเดียวเกินค่าจำกัด ก็จะทำการขัดเกลาที่ค่า pH ที่สอง

คู่มือการตกตะกอนของกองทัพบกสหรัฐฯ (EM 1110-1-4012) ระบุว่าการตกตะกอนด้วยไฮดรอกไซด์สามารถลดโครเมียม นิกเกิล แคดเมียม ทองแดง และสังกะสีให้ต่ำกว่า 1.0 มก./ลิตร แต่ตั้งข้อสังเกตว่าตะกั่ว แมงกานีส และเงินอาจไม่ได้รับการบำบัดอย่างเพียงพอด้วยวิธีนี้ ปูนขาวมีราคาถูกที่สุดแต่ผลิตตะกอนมากที่สุด: เอกสารข้อเท็จจริงเกี่ยวกับการตกตะกอนทางเคมีของ EPA เตือนว่าปูนขาวอาจเพิ่มปริมาตรตะกอนของเสียได้ถึง 50 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับโซดาไฟ

การตกตะกอนซัลไฟด์

เมทัลซัลไฟด์ละลายได้น้อยกว่าไฮดรอกไซด์มาก คู่มือ USACE เล่มเดียวกันนี้ได้จัดทำตารางค่าการละลายทางทฤษฎีในน้ำบริสุทธิ์ ดังนี้ คอปเปอร์ไฮดรอกไซด์ 2.2×10⁻² มก./ล. เทียบกับคอปเปอร์ซัลไฟด์ 5.8×10⁻¹⁸ มก./ล.; สังกะสี 1.1 เทียบกับ 2.3×10⁻⁷; ตะกั่ว 2.1 เทียบกับ 3.8×10⁻⁹; แคดเมียม 2.3×10⁻⁵ เทียบกับ 6.7×10⁻¹⁰ ปฏิกิริยาซัลไฟด์เกิดขึ้นที่ค่า pH ใกล้เป็นกลาง (7–9) และมีรายงานว่าสลัดจ์ซัลไฟด์มีแนวโน้มที่จะถูกชะละลายที่ pH 5 น้อยกว่าสลัดจ์ไฮดรอกไซด์ประมาณสามเท่า

ราคากำลังดำเนินการอยู่ โซเดียมซัลไฟด์และก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นอันตราย ซัลไฟด์ส่วนเกินต้องถูกกำจัดออกจากน้ำทิ้ง และตะกอนที่ได้มีขนาดละเอียดและตกตะกอนช้า ทางออกที่ใช้กันทั่วไปคือการตกตะกอนด้วยไฮดรอกไซด์เป็นขั้นตอนหลัก ร่วมกับขั้นตอนการขัดด้วยซัลไฟด์ในปริมาณเล็กน้อยสำหรับเฉพาะโลหะที่ไม่สามารถผ่านเกณฑ์ได้ด้วยวิธีอื่น ซึ่งโดยทั่วไปคือตะกั่ว แคดเมียม หรือเงิน

การแข็งตัวและการตกตะกอน

ไฮดรอกไซด์ฟล็อกที่เพิ่งก่อตัวใหม่มีขนาดเล็ก มีการเติมเฟอร์ริกคลอไรด์หรือพอลิเมอร์เพื่อทำให้รวมตัวเป็นฟล็อกที่ตกตะกอนได้ และน้ำจะไหลไปยังถังตกตะกอน ถังตกตะกอนแบบลามелла หรือหน่วย DAF ของเหลวที่ไหลออกจากก้นถังตกตะกอนคือสลัดจ์ โดยทั่วไปมีของแข็ง 1–4% และตามคำในคู่มือ USACE ระบุว่ามีน้ำ 96 ถึง 99 เปอร์เซ็นต์

ขั้นตอนที่ 3: สลัดจ์ — ปัจจัยขับเคลื่อนต้นทุน

ตะกอนโลหะไฮดรอกไซด์มักจัดเป็นของเสียอันตรายตามรายการ (ในสหรัฐฯ F006 สำหรับตะกอนจากการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า) ดังนั้นจึงถูกกำจัดตามน้ำหนักในอัตราของเสียอันตราย ทุกตันของน้ำที่ขนไปพร้อมกับของแข็งคือเงินที่สูญเสียไป การลดน้ำจึงไม่ใช่เรื่องที่คิดทีหลัง แต่เป็นตัวกำหนดต้นทุนการดำเนินงานของโรงงานทั้งหมด

คู่มือ USACE ให้ผลการวัดจากเครื่องกรองแบบเพลตแอนด์เฟรมสำหรับสลัดจ์ไฮดรอกไซด์ตามสารตกตะกอน:

สองสิ่งที่โดดเด่น ประการแรก สารตกตะกอนที่คุณเลือกใช้ในขั้นต้นส่งผลต่อผลลัพธ์ของเครื่องกรองแบบอัดมากกว่าตัวเครื่องกรองเอง ตะกอนแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์กรองได้เร็วกว่าสี่เท่าและให้ปริมาตรน้อยกว่าครึ่งหนึ่ง ที่ต้นทุนน้ำยาประมาณสามเท่าของปูนขาว ประการที่สอง แม้แต่ตะกอนอัลคาไลน์ก็ยังมีความเข้มข้นของของแข็งถึง 30% ในเครื่องกรองแบบอัด ซึ่งเครื่องกรองแบบสายพานหรือเครื่องหมุนเหวี่ยงแทบจะทำไม่ได้กับฟล็อกไฮดรอกไซด์แบบเจลาตินัส

การกำหนดขนาดเครื่องกรองแบบอัดสำหรับตะกอนโลหะไฮดรอกไซด์

เริ่มจากของแข็งแห้งต่อวัน ไม่ใช่อัตราการไหล สายการชุบที่ผลิตเมทัลไฮดรอกไซด์แห้ง 100 กิโลกรัมต่อวัน ที่ของแข็งเค้ก 35% จะได้เค้กประมาณ 285 กิโลกรัม หรือประมาณ 0.2 ลูกบาศก์เมตร ที่ 1,400 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร นั่นคือหนึ่งหรือสองรอบต่อวันบนเครื่องขนาดเล็ก เครื่องกรองแบบห้องประเด็นที่สำคัญสำหรับสลัดจ์นี้โดยเฉพาะ:

• ระยะเวลาวงจรยาวนาน เวลาในการกรอง 7–9 ชั่วโมงในตารางเป็นค่าจริง ตะกอนไฮดรอกไซด์สามารถอัดตัวได้และทำให้ผ้าอุดตัน ควรออกแบบให้กรองหนึ่งรอบต่อกะ แทนที่จะกรองหลายรอบ
• การบีบเมมเบรนช่วยได้ A เครื่องกรองแบบเมมเบรน สามารถย่นระยะเวลาการทำงานและเพิ่มปริมาณของแข็งในเค้กได้อีกเล็กน้อย ซึ่งจะคืนทุนได้อย่างรวดเร็วเมื่อมีการคิดค่ากำจัดต่อตันของเสียอันตราย
• เลือกผ้า โมโนฟิลาเมนต์โพลีโพรพิลีนที่มีพื้นผิวผ่านการอัดรีดจะปล่อยเค้กไฮดรอกไซด์ออกได้อย่างสะอาดและต้านทานอนุภาคละเอียดที่ทำให้ผ้ามัลติฟิลาเมนต์อุดตัน ดู การกำหนดขนาดเครื่องกรองแบบเพรสสำหรับน้ำเสียจากการชุบไฟฟ้า สำหรับการเลือกผ้าและจาน
• วัสดุ แผ่นโพลิโพรพิลีนและผ้าสามารถรองรับการเปลี่ยนแปลงค่า pH จากการปรับสภาพด้วยกรดไปจนถึงการตกตะกอนในสภาวะเบสได้โดยไม่เกิดการกัดกร่อน ปั๊มป้อนควรเป็น ปั๊มไดอะแฟรมแบบขับเคลื่อนด้วยลม หรือปั๊มสกรูในโครงสร้างที่ทนต่อการกัดกร่อน
• น้ำกรองไหลกลับ น้ำกรองจากเครื่องกรองแบบอัดจะพาสารละเอียดและโลหะที่ละลายอยู่ที่ค่า pH ของการตกตะกอน ให้นำกลับไปยังทางเข้าของถังตกตะกอน ห้ามปล่อยลงสู่ทางระบายโดยตรง

สิ่งที่ต้องส่งสำหรับข้อเสนอการบำบัดและการลดความชื้น

การสอบถามที่เป็นประโยชน์ประกอบด้วย: กระบวนการ (ประเภทการชุบโลหะ การกัดกรด แบตเตอรี่ น้ำเหมือง) อัตราการไหลต่อวัน การวิเคราะห์สายน้ำดิบ (โลหะแต่ละชนิด ไซยาไนด์ pH สารคีเลตถ้ามี) ขีดจำกัดการระบายที่คุณต้องปฏิบัติตาม และวิธีการกำจัดสลัดจ์ จากข้อมูลเหล่านี้เราสามารถกำหนดขนาดขั้นตอนการตกตะกอน ประเมินของแข็งแห้งต่อวัน และเลือกเครื่องอัดผ้า กรอง และปั๊ม หากคุณมีสลัดจ์อยู่แล้ว ส่งตัวอย่างมา: การทดสอบการกรองจะบอกเวลาไซเคิลและของแข็งในเค้กก่อนที่จะมีการเสนอราคาใดๆ

ที่เกี่ยวข้อง: โรงบำบัดน้ำเสียผลิตสลัดจ์เท่าไร, การกำจัดไนโตรเจนในรูปแอมโมเนีย, และ อุปกรณ์บำบัดน้ำเสียอุตสาหกรรม.

คำถามที่พบบ่อย

ค่า pH ที่ใช้ในการตกตะกอนโลหะหนักคือเท่าใด

การตกตะกอนด้วยไฮดรอกไซด์ทำในสภาวะเบส โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง pH 8 ถึง 11 ขึ้นอยู่กับส่วนผสมของโลหะ หากต่ำกว่า pH 6 แทบจะไม่เกิดการตกตะกอน โลหะแต่ละชนิดมี pH ที่มีความสามารถในการละลายต่ำสุดของตัวเอง ดังนั้นสายน้ำผสมจะถูกตกตะกอนที่ pH ประนีประนอม และโลหะที่ตกตะกอนยากจะถูกกำจัดในขั้นตอนสุดท้ายที่ pH ที่สองหรือด้วยซัลไฟด์

ทำไมโครเมียมเฮกซะวาเลนต์จึงถูกจัดการแยกต่างหาก

เนื่องจาก Cr(VI) ยังคงอยู่ในสารละลายที่ค่า pH ใดก็ได้ จึงต้องถูกรีดิวซ์เป็น Cr(III) ก่อน โดยทั่วไปใช้โซเดียมเมตาไบซัลไฟต์ภายใต้สภาวะกรด และจากนั้นจึงจะตกตะกอนเป็นโครเมียมไฮดรอกไซด์ร่วมกับโลหะอื่นๆ

การตกตะกอนซัลไฟด์ดีกว่าการตกตะกอนไฮดรอกไซด์หรือไม่?

มันสามารถลดโลหะตกค้างได้ต่ำกว่ามาก หลายลำดับความสำคัญเมื่อเทียบกับค่าละลายทางทฤษฎี และตะกอนก็ชะละลายออกมาน้อยกว่า มันมีค่าใช้จ่ายสูงกว่า สารเคมีที่ใช้ก็เป็นอันตราย และตะกอนก็ตกตัวช้า ดังนั้นจึงมักใช้เป็นขั้นตอนขัดเกลาสำหรับตะกั่ว แคดเมียม หรือเงิน มากกว่าที่จะใช้กับสายน้ำทั้งหมด

กากโลหะไฮดรอกไซด์สามารถแห้งได้แค่ไหนในเครื่องกรองแบบอัด?

ผลการวัดจากเครื่องอัดแผ่นและกรอบให้ปริมาณของแข็งประมาณ 30% สำหรับตะกอนโซดาไฟ 35% สำหรับตะกอนปูนขาว และ 55% สำหรับตะกอนแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ ขั้นตอนการบีบอัดด้วยเมมเบรนจะเพิ่มปริมาณของแข็งได้อีกเล็กน้อย

กากตะกอนไฮดรอกไซด์ของโลหะเป็นของเสียอันตรายหรือไม่

ในเขตอำนาจศาลส่วนใหญ่ ใช่ ในสหรัฐอเมริกา สลัดจ์จากระบบบำบัดน้ำเสียจากกระบวนการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าถูกจัดเป็นของเสียอันตรายประเภท F006 และกำจัดโดยคิดตามน้ำหนัก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการลดความชื้นให้ได้ของแข็งในเค้กสูงสุดเท่าที่ทำได้จึงสำคัญมาก

สามารถระบายน้ำกรองจากเครื่องกรองแบบอัดได้โดยตรงหรือไม่

ไม่ กรองจากตะกอนไฮดรอกไซด์มีอนุภาคละเอียดและโลหะที่ละลายอยู่บางส่วนที่ค่า pH ของการตกตะกอน นำกลับไปที่ทางเข้าของถังตกตะกอนเพื่อให้ผ่านการตกตะกอนและการปรับ pH ขั้นสุดท้ายอีกครั้ง

ส่งผลวิเคราะห์น้ำดิบ อัตราการไหล และขีดจำกัดการระบายน้ำของคุณมาให้เรา แล้วเราจะกำหนดขนาดขั้นตอนการตกตะกอนและเครื่องกรองแบบอัดร่วมกัน: ขอข้อเสนอการบำบัดโลหะหนัก.

เอกสารอ้างอิง: 40 CFR Part 433 — ประเภทแหล่งกำเนิดมลพิษแบบจุดสำหรับการตกแต่งโลหะ (eCFR), หน่วยวิศวกรทหารสหรัฐ — EM 1110-1-4012, การตกตะกอน/การรวมตัว/การจับตัวเป็นก้อน (2001), US EPA — Wastewater Technology Fact Sheet: Chemical Precipitation (832-F-00-018).

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของคู่มือของเราเกี่ยวกับ wastewater sludge dewatering.