Pengolahan biologis konvensional dapat secara efisien menurunkan sebagian besar COD dalam air, dan dengan penambahan proses denitrifikasi anoksik, total nitrogen juga dapat dihilangkan secara efektif. Namun, untuk fosfor, ion logam berat, dan ion kekerasan, efek penghilangan melalui proses biologis sederhana terbatas: mikroorganisme hanya dapat mengasimilasi sejumlah kecil fosfor melalui pertumbuhan dan metabolismenya sendiri, yang tidak dapat memenuhi standar secara stabil; sementara logam berat dan ion kekerasan tidak dapat terurai secara hayati, dan sistem biologis tidak dapat mencapai penghilangan yang efektif. Ion logam berat bersifat racun bagi mikroorganisme, dan konsentrasi yang sedikit lebih tinggi dapat menghambat reaksi biologis; ion kesadahan larut seluruhnya dalam air, dan sistem biologis tidak dapat menghilangkannya.
Untuk mengatasi zat ini, diperlukan pengendapan kimia-penambahan bahan kimia untuk menyebabkan ion target berubah dari keadaan terlarut menjadi tidak larut dan mengendap, yang kemudian dihilangkan melalui pemisahan-cair padat.
I. Prinsip Dasar Pengendapan Kimia
Logika yang mendasari pengendapan kimia adalah aturan hasil kali kelarutan: menambahkan zat pengendap ke air limbah menyebabkan ion polutan terlarut dalam air bergabung dengan zat tersebut, membentuk zat padat yang sulit larut dalam air. Apabila konsentrasi zat-zat tersebut melebihi batas daya dukung (hasil kali kelarutan Ksp) suatu badan air, maka zat-zat tersebut secara otomatis akan mengendap dari dalam air sehingga membentuk sedimen untuk dipisahkan.
Kuncinya adalah jumlah pengendap yang ditambahkan harus cukup untuk mengurangi konsentrasi ion target ke tingkat yang diperlukan, namun tidak berlebihan-pengendap berlebihan dapat menyebabkan polusi sekunder (seperti sisa ion logam dan garam) dan meningkatkan produksi lumpur.
II. Penghapusan Fosfor Kimia
Fosfor adalah penyebab utama eutrofikasi di badan air, dan standar pembuangan total fosfor menjadi semakin ketat. Penghapusan fosfor secara biologis bergantung pada bakteri yang mengumpulkan polifosfat-untuk melepaskan fosfor secara anaerobik dan kemudian membuang kelebihan fosfor bersama sisa lumpur selama proses aerobik. Namun, tingkat penghapusannya terbatas. Ketika total fosfor dalam influen terlalu tinggi, penghilangan fosfor secara biologis tidak cukup untuk memenuhi standar, dan penghilangan fosfor secara kimia harus digunakan sebagai penggantinya.
Prinsip: Penambahan garam aluminium (PAC) atau garam besi (poliferik sulfat) menyebabkan ion logam bereaksi dengan ion fosfat membentuk endapan aluminium fosfat atau besi fosfat; kapur (Ca(OH)₂) juga dapat ditambahkan, membentuk endapan kalsium hidroksifosfat dalam kondisi basa.
Reaksi garam aluminium: Al³⁺ + PO₄³⁻ → AlPO₄↓;
Reaksi garam besi: Fe³⁺ + PO₄³⁻ → FePO₄↓;
Reaksi kapur: 5Ca²⁺ + 4OH⁻ + 3PO₄³⁻ → Ca₅(OH)(PO₄)₃↓;
Lokasi tambahan: Ada tiga opsi. Pra-penambahan sebelum tangki pengolahan biologis menghasilkan waktu reaksi yang lama, namun dampak garam aluminium terhadap mikroorganisme masih kontroversial; penambahan simultan di akhir bagian aerobik dari tangki pengolahan biologis menggunakan aerasi dan agitasi untuk mendorong reaksi, yang merupakan metode paling umum di instalasi pengolahan air limbah kota, dan koagulan mendorong flokulasi lumpur aktif; pasca-penambahan setelah tangki sedimentasi sekunder, di bagian pengolahan lanjutan, secara langsung dan tepat menghilangkan sisa fosfor, memerlukan dosis paling sedikit, menghasilkan lumpur paling sedikit, namun memerlukan fasilitas reaksi dan sedimentasi terpisah. Pilihan spesifiknya bergantung pada aliran proses dan persyaratan kepatuhan fosfor.
Poin Operasional Utama: Kunci penghilangan fosfor secara kimia adalah mencocokkan dosis bahan kimia dengan konsentrasi total fosfor dalam influen. Ketika konsentrasi total fosfor dalam influen berfluktuasi secara signifikan, pengukur total fosfor online atau pengambilan sampel berkala diperlukan untuk menyesuaikan dosis. PH limbah perlu diperhatikan-penambahan garam aluminium dan besi akan menghabiskan alkalinitas, dan efisiensi penghilangan fosfor menurun ketika pH di bawah 6; penambahan kapur akan menaikkan pH limbah sehingga memerlukan penyesuaian. Lumpur kimia yang dihasilkan dari penghilangan fosfor mengandung sejumlah besar bahan anorganik dan memiliki kinerja dewatering yang baik; sebisa mungkin harus dibuang secara terpisah dari lumpur biologis.
AKU AKU AKU. Penghapusan Logam Berat
Air limbah dari industri seperti pelapisan listrik, metalurgi, pertambangan, dan elektronik mengandung ion logam berat seperti tembaga, seng, timbal, kadmium, nikel, dan kromium. Logam berat sangat beracun dan tidak-dapat terurai sehingga memerlukan pengendalian yang ketat.
Prinsip: Penambahan alkali (NaOH, Ca(OH)₂) atau sulfida (Na₂S, NaHS) menyebabkan ion logam berat mengendap sebagai hidroksida atau sulfida. Pengendapan hidroksida adalah metode yang sederhana dan berbiaya-sehingga menjadikannya pendekatan yang umum digunakan. Pengendapan sulfida memiliki produk kelarutan yang lebih kecil dan efisiensi penghilangan yang lebih tinggi (terutama untuk merkuri dan kadmium), namun penambahan sulfida yang berlebihan menghasilkan gas H₂S beracun, sehingga memerlukan kondisi basa untuk mencegah pelepasan H₂S. Untuk kromium heksavalen (Cr⁶⁺) dalam kromium-yang mengandung air limbah, terlebih dahulu harus direduksi menjadi kromium trivalen (Cr³⁺) dengan zat pereduksi (natrium bisulfit, natrium metabisulfit), lalu diendapkan sebagai Cr(OH)₃ dengan alkali.
Poin operasional utama: kontrol pH adalah hal yang terpenting-setiap logam berat memiliki rentang pH optimal untuk pengendapan hidroksida (umumnya antara 8 dan 10), dan rentang ini bervariasi. Koeksistensi beberapa logam berat dalam campuran air limbah harus dipertimbangkan secara komprehensif, dengan memilih nilai pH yang sesuai atau pengendapan bertahap. Setelah reaksi pengendapan selesai, koagulan (PAC+PAM) harus ditambahkan untuk meningkatkan pemisahan padat-cair; jika tidak, partikel endapan halus akan meresap ke dalam limbah. Kompleks dapat mengganggu pengendapan-misalnya, sianida-yang mengandung kompleks logam berat memerlukan pemecahan yang rumit sebelum pengendapan.
PIV. Penghapusan Kekerasan (Pelunakan)
Ion kekerasan terutama adalah ion kalsium (Ca²⁺) dan magnesium (Mg²⁺). Hal ini menyebabkan kerak pada sistem membran (RO, NF), membentuk kerak pada peralatan pertukaran panas sehingga mengurangi efisiensi pertukaran panas, dan mempengaruhi kualitas pembersihan di industri laundry.
Prinsip: Dengan menggunakan bahan kimia untuk mengubah ion kalsium dan magnesium menjadi CaCO₃ dan Mg(OH)₂, sebagian besar ion kalsium dan magnesium dapat dihilangkan.
Titik Pengoperasian: PH limbah cair yang dilunakkan adalah tinggi dan perlu diatur ke netral dengan menambahkan asam sebelum memasuki unit pengolahan berikutnya atau dibuang. Reaksi pengendapan memerlukan waktu retensi yang cukup dan harus dikombinasikan dengan koagulasi dan flokulasi untuk meningkatkan efek pengendapan. Lumpur lunak diproduksi dalam jumlah besar, terutama terdiri dari kalsium karbonat dan magnesium hidroksida, yang dapat dikeringkan dan digunakan sebagai bahan bangunan atau dikirim ke tempat pembuangan sampah.
V. Penempatan Tiga Proses Pengendapan pada Proses Aliran
Penghilangan fosfor secara kimiawi sering kali dilakukan bersamaan dengan tahap pengolahan biologis atau setelah tahap lanjut; penghilangan logam berat merupakan perlakuan awal pada ujung influen untuk melindungi sistem biologis; pelunakan untuk menghilangkan kekerasan biasanya dilakukan pada ujung depan perlakuan penggunaan kembali (sebelum sistem membran). Ketiganya dapat digunakan secara kombinasi tergantung pada persyaratan kualitas air-logam berat-yang mengandung air limbah biasanya mengalami pengendapan kimia untuk menghilangkan logam berat sebelum memasuki proses pengolahan biologis; penghilangan fosfor secara bersamaan + penghilangan fosfor tingkat lanjut adalah praktik umum untuk air limbah kota; dan dalam proyek penggunaan kembali, pelunakan dilakukan sebelum membran.