Behandeling van industrieel afvalwater

Behandeling van industrieel afvalwater

Water wordt in de industrie gebruikt voor procesbehoeften, voor koeling, voor stoomopwekking, voor stofonderdrukking en vele andere toepassingen. Industrieel afvalwater is het waterige afval dat ontstaat nadat het water voor de bovengenoemde doeleinden is gebruikt. Industrieel afvalwater is het resultaat van het oplossen of zweven van andere stoffen dan water in water.

Behandeling van industrieel afvalwater omvat de mechanismen en processen die worden gebruikt om water te behandelen dat op de een of andere manier is verontreinigd als gevolg van het gebruik van het water bij de bovengenoemde activiteiten. Het doel van de behandeling is om de opgeloste en gesuspendeerde stoffen uit het afvalwater te verwijderen, zodat het behandelde water veilig in het milieu kan worden geloosd of in hetzelfde proces kan worden hergebruikt of in een ander proces kan worden gebruikt.

Bestanden van afvalwater

Industrieel afvalwater bevat de volgende bestanddelen die een goede behandeling nodig hebben.

• Zwevende vaste stoffen - Dit zijn de verontreinigingen die met het blote oog zichtbaar zijn en die over het algemeen met gewoon filtreerpapier uit het water kunnen worden gefilterd. Hoewel er geen harde en snelle definitie is, zijn zwevende stoffen meestal groter dan 1 – 2 micron. Als het water met rust wordt gelaten zonder het te verstoren, zullen de zwevende stoffen na verloop van tijd naar de bodem van de container zakken.
• Opgeloste vaste stoffen – Dit zijn verontreinigingen die met het blote oog niet zichtbaar zijn en niet door filtratie uit het water kunnen worden verwijderd. De opgeloste vaste stoffen worden gedefinieerd als de materialen die in het algemeen kleiner zijn dan 0,45 micron. De opgeloste vaste stoffen zijn ofwel normaal oplosbare stoffen of omgekeerd oplosbare stoffen. De normaal oplosbare stoffen zijn die materialen die beter oplosbaar worden naarmate de temperatuur stijgt. De omgekeerd oplosbare stoffen die normaal gesproken 'hardheid'-ionen worden genoemd, zijn over het algemeen beperkt tot zouten van calcium, magnesium, strontium en barium in waterbehandeling. Deze materialen worden minder oplosbaar naarmate de temperatuur stijgt. Deze materialen vormen aanslag op de hete oppervlakken van ketel- of warmtewisselaarbuizen.
• Colloïdale vaste stoffen - Dit zijn vaste stoffen die niet klein genoeg zijn om als opgelost te worden beschouwd, maar niet groot genoeg om als zwevende stoffen te worden beschouwd. Over het algemeen zullen colloïdale materialen als een waas in het water verschijnen en het zal niet mogelijk zijn om afzonderlijke deeltjes met het blote oog te zien. Colloïdale materialen zijn typisch binnen het groottebereik van ~0,45 tot ~2,0 micron. Colloïdale vaste stoffen bezinken niet uit het water omdat ze zo klein zijn dat ze sterk worden beïnvloed door hun ionische oppervlakteladingen. Van een colloïdale suspensie in water wordt gezegd dat het een stabiele suspensie is.
• Kleur - Het is een soort colloïdale suspensie. Organische moleculen die kleur bijdragen aan ruw oppervlaktewater zijn eenvoudig macromoleculen die in het kleinere colloïdale groottebereik vallen. In water nemen deze macromoleculen een ionische oppervlaktelading aan die hen stabiliseert en ze kunnen niet bezinken.
• Biologisch zuurstofverbruik (BZV) en chemisch zuurstofverbruik (CZV) – BZV is een maat voor de hoeveelheid zuurstof die door bacteriën wordt verbruikt tijdens de afbraak van organisch materiaal. Het hebben van een veilig BZV-niveau in afvalwater is essentieel voor het produceren van afvalwater van hoge kwaliteit. Als het BZV-niveau te hoog is, kan het water het risico lopen op verdere verontreiniging, het zuiveringsproces verstoren en het eindproduct aantasten. Er zijn verschillende factoren die kunnen bijdragen aan hoge BOD-niveaus, zoals nitraten en fosfaten die aanwezig zijn in het afvalwater, de watertemperatuur en andere. Elke factor beïnvloedt het plantenleven in het water, zoals algen, en heeft op zijn beurt ook een effect op de organismen die helpen bij het afbreken van waterverontreinigingen in het afvalwaterzuiveringsproces. De afvalwaterbehandeling van de beste kwaliteit zal plaatsvinden in een omgeving die het leven van deze bacteriën ondersteunt, terwijl een gecontroleerde populatie van hen in stand wordt gehouden om snelle bacteriële afbraak niet aan te moedigen, wat zou leiden tot hogere BOD-niveaus. Net als BOD is COD. CZV meet de hoeveelheid zuurstof die door het water wordt verbruikt bij de afbraak- en oxidatieprocessen, met name de afbraak van organisch materiaal en oxidatie van anorganisch materiaal, of chemicaliën. COD is een applicatie die meestal wordt gebruikt voor industrieel afvalwater.

Afvalwaterbehandelingstechnologieën

Technologieën voor de behandeling van industrieel afvalwater worden gewoonlijk onderverdeeld in de volgende vier categorieën, namelijk (i) chemische technologieën, (ii) fysische technologieën, (iii) biologische technologieën en (iv) membraantechnologieën.

Chemische technologieën – De belangrijkste chemische technologieën voor industrieel afvalwater zijn als volgt.

• Neutralisatie - Het is de aanpassing van de alkaliteit en zuurgraad van afvalwater tot een neutrale waarde met pH 7.
• Neerslag – Neerslag is de toevoeging van chemicaliën aan afvalwater om de chemische samenstelling van verontreinigende stoffen te veranderen, zodat de nieuw gevormde verbinding bezinkt tijdens sedimentatie. Neerslag wordt gewoonlijk toegepast voor het verwijderen van zware metalen uit het afvalwater, die normaal worden neergeslagen als hydroxiden. Het is echter noodzakelijk om het afvalwater voor te behandelen om de stoffen te verwijderen die de neerslag van de zware metalen verstoren.
• Coagulatie - Het is het gebruik van chemicaliën om verontreinigende stoffen te laten agglomereren en vervolgens bezinken tijdens sedimentatie. Coagulatie wordt gebruikt voor het zuiveren van afvalwater dat colloïdale en zwevende stoffen bevat. Silica of polyelektrolyt helpt bij de vorming van een snel bezinkend materiaal. Afval dat geëmulgeerde oliën bevat, kan worden geklaard door een coagulatieproces. Het proces is zeer efficiënt voor het verminderen van de kleur van het afvalwater, maar minder effectief voor het verminderen van CZV (chemische oxidatievraag).
• Adsorptie – Adsorptie is het gebruik van een chemische stof die ervoor zorgt dat bepaalde verontreinigende stoffen zich aan het oppervlak van die chemische stof hechten voor latere verwijdering. Voor adsorptie worden actieve kool of synthetische actieve oppervlakken gebruikt.
• Ionenwisseling - Een ionenwisselingsproces wordt normaal gesproken gebruikt voor het verwijderen van ongewenste anionen en kationen uit het afvalwater. Kationen worden uitgewisseld voor waterstof of natrium en anionen voor hydroxylionen. Ionenuitwisselingsharsen bestaan ​​uit een organische of anorganische netwerkstructuur met daaraan gekoppelde functionele groepen. De meeste ionenuitwisselingsharsen die worden gebruikt bij de behandeling van afvalwater, zijn synthetische harsen die zijn gemaakt door de polymerisatie van organische verbindingen.

Fysieke technologieën – De belangrijkste fysieke technologieën voor industrieel afvalwater zijn als volgt.

• Screening - Het is de verwijdering van grove vaste stoffen uit afvalwater door middel van een zeefapparaat.
• Opheldering en sedimentatie – Opheldering en sedimentatie van afvalwater is een algemeen en essentieel proces in industriële afvalwaterzuiveringsinstallaties. Clarifiers bestaan ​​uit tanks of bassins die afvalwater gedurende een bepaalde periode vasthouden, waardoor vaste stoffen of andere materialen die in het water zweven, naar de bodem kunnen bezinken.
• Floatatie – Floating wordt uitgevoerd met behulp van kleine lucht-/gasbelletjes die in het afvalwater worden geïnjecteerd. De lucht-/gasbellen zorgen ervoor dat verontreinigende deeltjes in het afvalwater naar de oppervlakte stijgen om ze vervolgens te verwijderen. Het flotatieproces wordt meestal gebruikt voor oliescheiding. Vrije olie wordt naar het oppervlak van de tank gedreven en vervolgens afgeroomd.
• Luchtstrippen - Het is de verwijdering van vluchtige en halfvluchtige organische stoffen uit afvalwater door middel van luchtstroom.

Biologische technologieën – Biologische behandeling is een natuurlijker afvalwaterzuiveringsproces dan andere afvalwaterzuiveringsmethoden. Micro-organismen voeden zich met de complexe materialen die in het afvalwater aanwezig zijn en veranderen ze in eenvoudigere stoffen, waardoor het water klaar is voor verdere behandeling. Het belangrijkste doel van de biologische technologieën is om het BZV-niveau te verlagen. De belangrijkste biologische technologieën voor industrieel afvalwater zijn als volgt.

• Lucht geactiveerd slibproces - Het is een aëroob proces waarbij bacteriën organisch materiaal, stikstof en zuurstof uit het afvalwater opnemen en nieuwe bacteriën laten groeien. De bacteriën worden in de beluchtingstank gesuspendeerd door de mengwerking van de lucht die in het afvalwater wordt geblazen.
• Geactiveerd slibproces met hoge zuiverheid - Het is een aëroob proces dat vergelijkbaar is met het proces van geactiveerd slib met lucht, behalve dat in plaats van lucht zuivere zuurstof in het afvalwater wordt geïnjecteerd.
• Belucht vijver-/laguneproces - Het is een aëroob proces dat vergelijkbaar is met het lucht-geactiveerd slibproces. In dit proces worden mechanische beluchters gebruikt om ofwel lucht in het afvalwater te injecteren of om het afvalwater en de lucht heftig in beweging te brengen om zuurstof naar het afvalwater over te brengen.
• Trickling-filterproces - Het is een aëroob proces met vaste film waarbij een tank wordt gebruikt die media bevat met een hoge oppervlakte-tot-volumeverhouding. Afvalwater wordt aan de bovenkant van de tank geloosd en druppelt (sijpelt) langs de media. Bacteriën groeien op de media met behulp van de organische stof en stikstof uit het afvalwater. Een typisch druppelfilterproces wordt getoond in figuur 1.
• Roterend biologisch proces - Het is een aëroob proces met een vaste film, vergelijkbaar met het druppelfilterproces, behalve dat het medium horizontaal over de tank met het afvalwater wordt ondersteund. Het medium waarop de bacteriën groeien, wordt continu rondgedraaid, zodat het afwisselend in het afvalwater en in de lucht terechtkomt.
• Oxidatie slootproces – Dit proces is vergelijkbaar met het actiefslibproces. Fysiek is een zuurstofsloot ringvormig en voorzien van mechanische beluchtingsinrichtingen.

Fig 1 Typisch trickling-filterproces

Membraantechnologieën – Bij de behandeling van industrieel afvalwater worden membraantechnologieën steeds belangrijker. Met behulp van deze technologieën is het mogelijk om deeltjes, colloïden en macromoleculen te verwijderen, zodat afvalwater kan worden gedesinfecteerd. Membraantechnologieën worden meestal geclassificeerd volgens het groottebereik van de gescheiden soorten.

De belangrijkste membraantechnologieën voor industrieel afvalwater zijn als volgt.

• Omgekeerde osmose – Omgekeerde osmose wordt gebruikt om opgeloste zouten en kleine organische stoffen te scheiden.
• Nanofiltratie - Dit proces wordt gebruikt voor selectieve demineralisatie van water of concentratie van organische oplossingen. Het proces wordt gebruikt voor het scheiden van antibiotica.
• Ultrafiltratie – Het proces wordt gebruikt om emulsies, colloïden, macromoleculen of eiwitten te scheiden.
• Microfiltratie – Het proces wordt gebruikt om kleine deeltjes, grote colloïden en microbiële cellen te scheiden.